Kogeneracja polega na jednoczesnym wytwarzaniu energii elektrycznej i cieplnej, przy maksymalnym ograniczeniu strat przesyłu i transformacji. Wytworzone ciepło może być używane na potrzeby systemów centralnego ogrzewania lub na potrzeby technologiczne. Natomiast wygenerowana energia elektryczna może być wykorzystywana na potrzeby własne wytwórcy, lub sprzedawana do sieci energetycznych albo innym odbiorcom.

Układy skojarzone charakteryzują się bardzo wysoką efektywnością wykorzystania paliwa. W tradycyjnych elektrowniach znaczna ilość energii zawartej w paliwie jest tracona w postaci tzw. ciepła odpadowego. Produkcja skojarzona jest o 40% bardziej efektywna niż oddzielna produkcja energii elektrycznej i cieplnej. Wysoka wydajność wykorzystania paliwa wpływa na obniżenie kosztów produkcji energii oraz zmniejszenie emisji dwutlenku węgla.

Turbina generująca energię elektryczną
współpracująca z kotłem parowym 

Generator energii
elektrycznej

Zalety stosowania układów kogeneracyjnych:

• zmniejszenie zużycia paliwa na wytworzenie jednostki energii;
• obniżenie kosztów energii;
• zmniejszenie strat energii w sieciach przesyłowych (ze względu na mniejsze odległości pomiędzy źródłem a odbiorcami energii).  

 Wiele firm chciałoby wykorzystać posiadaną biomasę – resztki poprodukcyjne do wytwarzania nie tylko ciepła, ale również prądu elektrycznego.Współcześnie znane i wykorzystywane są w praktyce dwa rozwiązania spełniające te wymagania.

Pierwsze rozwiązanie, nazwijmy tradycyjne, to instalacja kotłowa opalana biomasą, w której wymiennik produkuje parę przegrzaną o temperaturze 370 – 450° C i ciśnieniu 27 – 35 bar, podawaną na turbinę parową, która napędza generator prądu.

Rozwiązanie to pozwala uzyskać 17 – 20 % energii elektrycznej z mocy netto kotła oraz ciepło odpadowe w ilości ok. 80 % mocy netto kotła w postaci wody o temperaturze na wyjściu ok. 85° C.

Rozwiązanie to stosowane jest najczęściej wtedy, gdy priorytetem dla danej elektrociepłowni jest produkcja prądu i występuje możliwość pełnego zagospodarowania ciepła w postaci ciepłej wody.

Wadą układu jest nieproporcjonalnie większy spadek wydajności turbiny parowej w stosunku do spadku wydajności kotła.

Wielkości tego układu mogą być różne, ponieważ występuje wielu producentów turbin parowych o różnych mocach.

Drugie rozwiązanie jest stosowane od około sześciu lat w krajach Europy Zachodniej, a w tym roku już także uruchomione w Polsce w Ostrowskim Zakładzie Ciepłowniczym S.A. w Ostrowie Wielkopolskim. Jest to układ elektrociepłowni zbudowanej w oparciu o palenisko opalane biomasą wraz z kotłem, w którym medium jest olej termiczny (300 / 250° C), przekazujący swoją energię blokowi ORC, w którego obiegu pracuje olej silikonowy o specjalnych parametrach.

Olej ten odbiera w wymienniku płytowym ciepło od oleju termicznego, odparowuje, para porusza turbinę, która napędza generator, a następnie wracając do stanu cieczy w skraplaczu oddaje resztki ciepła wodzie (parametry wody na wyjściu ok. 85° C).

Zaletą tego typu rozwiązania jest produkcja prądu elektrycznego, którą nazwać można jako dodatkową przy produkcji ciepła, tzn. produkcja prądu jest procentowo (16 – 19 %) proporcjonalna do odbioru ciepła w danej chwili.

Poniżej przedstawiamy możliwy do zastosowania typoszereg

z ORC (split):

Różnica cenowa w kosztach dwóch powyższych rozwiązaniach instalacji kogeneracji ciepła i prądu wynosi ok. 10 % na korzyść układu z parą wodną. Jednakże układ z blokiem ORC w praktycznym zastosowaniu jest korzystniejszy.

UWAGA:

W obu przypadkach trzeba pamiętać, że produkcja prądu powiązana jest z produkcją ciepła odpadowego, które musi być zagospodarowane także podczas drugiej i trzeciej zmiany pracy zakładu, jak również w soboty, niedziele i święta.