Wszędzie tam, gdzie w naturalny sposób powstają w procesach gnilnych, fermetacyjnych gazy palne, można stosować stacjonarne silniki gazowe, które napędzając generatory prądu elektrycznego są “darmowym” jego źródłem. Takim źródłem gazu są również kopalnie, w których będący zagrożeniem dla górników metan stanowi doskonałe paliwo dla tego typu silników. Dodatkowym zwiększeniem sprawności działania silników jest umożliwienie odzyskiwania energii cieplnej w klasycznej jednostce napędowej rozpraszanej w układzie chłodzenia. W ten sposób wykorzystanie energii gazu jest bardzo wysokie. Silniki takie uzyskują znaczne wartości sprawności. Urządzenia takie nazywane są agregatami kogeneracyjnymi lub agregatami CHP (Combined Heat and Power). Rozwinięciem koncepcji kogeneracji są układy trigeneracyjne, które wytwarzają energię elektryczną i cieplną oraz dodatkowo chłód. Agregat trigeneracyjny wyposaża się w absorpcyjny agregat chłodniczy, który zużywając część ciepła produkuje chłód, możliwy do wykorzystania w układach klimatyzacji lub w celach technologicznych. Dzięki zastosowaniu trigeneracji uzyskuje się wszystkie rodzaje energii (prąd, ciepło i chłód) przy dostarczeniu takiej samej ilości paliwa, która jest zużywana tylko do produkcji energii elektrycznej. Dzięki temu znacznie poprawia się wskaźniki ekonomiczne związane z zakupem energii. Wbrew pozorom, inwestycja związana z zakupem tego typu urządzeń w pewnych zastosowaniach charakteryzuje się bardzo krótkim okresem zwrotu.
<184_8458.jpg>
Widlasty 12-cylindrowy silnik MAN E2842 osiąga moc 400 kW. Pracując ze współczynnikiem nadmiaru powietrza 1,6 zużywa on 103 Nm3/h gazu (wartość opałowa 10 kWh/Nm3).
Wykorzystywanie generatorów i modułów CHP odbywa się w różnych sektorach gospodarki odpadami. Najczęściej jako paliwo wykorzystują one biogaz powstający w procesie fermentacji osadu ściekowego lub gaz wysypiskowy. Wykorzystuje się również niekonwencjonalny biogaz powstający z tzw. biomasy. Dla przykładu, silniki agregatów kogeneracyjnych szwajcarskiej firmy Jenbacher mogą być zasilane gazami o wartościach grzewczych od około 0,5 kWh/Nm3 do ponad 30 kWh/Nm3. Silniki wykorzystujące biogaz jako paliwo są przystosowane do zasilania mieszankami ubogimi. Ich sterowanie odbywa się w oparciu o sprzężenie zwrotne z czujnika tlenu (sonda lambda). Jest to bardzo istotne z uwagi na zmienny skład biogazu, w którym w znacznym stopniu zmienia się zawartość metanu (od 40 do 75 proc.). Zastosowanie modułów CHP w oczyszczalniach ścieków jest jedną z najbardziej ekonomicznych metod wytwarzania energii z biogazu. Najczęściej jako produkt uboczny jest on bezproduktywnie spalany. Jego wykorzystanie daje konkretne rezultaty. Z 6 m3 ścieków komunalnych można uzyskać 1,4 kWh energii elektrycznej i 2,25 kWh ciepła. Pozyskiwana w ten sposób energia elektryczna jest przede wszystkim wykorzystywana do zasilania urządzeń oczyszczalni. Jej nadmiar może być oddany do sieci energetycznej. Silniki gazowe, tak jak wszystkie silniki spalania wewnętrznego, nie są oczywiście doskonałe (ich sprawność jest ograniczona), zatem dużo ciepła jest odbierane przez układ chłodzenia i wydalane przez układ wylotowy. W skojarzonych zespołach ciepło to jest w maksymalnym stopniu odzyskiwane w celach użytkowych. Jest ono wykorzystywane w procesach technologicznych w oczyszczalniach, np. do podgrzewania osadu ściekowego w komorze fermentacyjnej czy ogrzewania budynków oczyszczalni. Często przy wykorzystywaniu dużych zespołów CHP występuje nadmiar ciepła, które dodatkowo odbiera się od układu wylotu spalin. W związku z tym może ono być wykorzystane do pasteryzacji lub suszenia osadu ściekowego. Nadmiar gazu może być również wykorzystywany do zasilania innych silników gazowych służących do napędu różnych urządzeń w oczyszczalni, np. dmuchaw napowietrzających, które wspomagają procesy fermentacyjne.
<184_8461.jpg>
Gazowy silnik MAN E2876 (rzędowy sześciocylindrowy) w wykonaniu stacjonarnym, przy zasilaniu gazem ziemnym osiąga moc 210 kW przy 1500 obr./min. Przy stosowaniu gazu o wartości opałowej 10 kWh/Nm3 jego zużycie wynosi 54 Nm3/h.
Właściwie prowadzona gospodarka odpadami na wysypisku śmieci może być źródłem taniej energii odnawialnej – gazu wysypiskowego. Przepisy dotyczące ochrony środowiska narzucają na użytkownika wysypiska pełną neutralizację gazu powstałego wskutek beztlenowego rozkładu odpadów. Ponadto, właściwie prowadzone składowisko odpadów jako naturalne złoże gazu ma jeszcze inne dodatkowe zalety zmniejszające jego uciążliwość dla środowiska. Przede wszystkim ogranicza się emisję drażniących zapachów, do minimum zmniejszona jest możliwość niekontrolowanych zapłonów oraz przesączanie się i przemieszczanie gazu. Wszystko to doprowadza do możliwości szybkiej rekultywacji wysypiska. Do zasilania generatorów wykorzystuje się również biogaz. Powstaje on w procesach fermentacji odpadów biologicznych i ma szerokie zastosowanie w gospodarstwach rolnych i innych przedsiębiorstwach, gdzie produkcja wiąże się z wytwarzaniem odpadów organicznych, które można przetwarzać. Obecnie obserwuje się znaczne zainteresowanie przemysłowym przetwórstwem biomasy. Firmy kompostujące gromadzą i przetwarzają odpady biologiczne dostarczane z hoteli, supermarketów, restauracji czy centrów ogrodniczych. Dobranie odpowiedniego systemu odzysku energii z procesu kompostowania wymaga przeprowadzenia badań, które przede wszystkim służą określeniu jakości gazu (jego składu, głównie zawartości metanu).
<184_8470.jpg>
Agregaty kogeneracyjne wykorzystują różnego rodzaju jednostki napędowe. Prezentowane brytyjskie urządzenie Ener-G wykorzystuje 8-cylindrowy silnik MB przystosowany do zasilania gazem.
Tak jak w dziedzinie gazowych silników trakcyjnych, tutaj również firma MAN ma bardzo ciekawą ofertę. Stacjonarne silniki gazowe MAN są przeznaczone do zasilania biogazem. Tego typu paliwo jest pozyskiwane w oczyszczalniach ścieków i na wysypiskach odpadów. Gaz ten w przeciwieństwie do gazu ziemnego, który jest wykorzystywany w silnikach trakcyjnych, ma mniejszą zawartość metanu, jednak jego własności energetyczne z powodzeniem nadają się do zasilania silników o stopniach sprężania około 12. Silniki te są zasilane mieszankami stechiometrycznymi lub ubogimi ze współczynnikami nadmiaru powietrza do 1,5 (1,6). W ten sposób, jak również przez montaż katalizatorów w układach wylotowych, można dostosowywać emisję spalin do obowiązujących norm. Stacyjne silniki gazowe MAN występują w 2 grupach E08 i E28. Pierwszy typ bazuje na sprawdzonej w trakcji konstrukcji silnika z zapłonem samoczynnym – D08 w odmianie 4- i 6-cylindrowej. Przez zastosowanie specjalnych materiałów (w stosunku do D08) na najbardziej obciążone części silnika – chodzi głównie o obciążenia cieplne – uzyskano gazowy silnik o dużej żywotności i niezawodności. Silniki te występują tylko w wersjach wolno ssących. Są one przystosowane do zabudowy różnych układów zapłonowych. Stosowane są specjalne świece zapłonowe do gazowych silników przemysłowych. Także chłodzenie silnika jest realizowane przez zewnętrzną pompę cieczy chłodzącej napędzaną z obcego źródła. Chłodzony jest także kolektor wylotowy, który pozwala na zwiększenie sprawności pracującego w układzie skojarzonym (z generatorem prądu elektrycznego) silnika. Ciepło z cieczy chłodzącej jest wykorzystywane w oczyszczalniach ścieków do celów technologicznych. W ten sposób ponad 90 proc. dostarczonej do silnika energii jest wykorzystywane. Drugą grupą silników są silniki E28 (3 wolno ssące i 1 doładowany), które konstrukcyjnie bazują na znanych trakcyjnych silnikach z zapłonem samoczynnym D28 – silniki sześciocylindrowe. Jednostki oznaczone jako E2842 są to silniki w 12-cylindrowym układzie konstrukcyjnym (2 wolno ssące i 2 doładowane). Silniki są doładowane za pomocą turbosprężarek z chłodzeniem mieszanki gazowo – powietrznej. Są one oczywiście pod względem materiałowym dostosowane do zasilania biogazem. Układ chłodzenia jest skonstruowany podobnie jak wcześniej opisany z uwagą, że w silnikach V12 kolektory wylotowe nie są chłodzone, natomiast ciepło jest odbierane od samych turbosprężarek.
<184_8473.jpg>
Agregat kogeneracyjny wykorzystujący silnik MDE. Sprawność tego typu urządzenia sięga 90%. W tym konkretnym silniku temperatura cieczy chłodzącej wynosi około 90 stopni C. Spotyka się jednak moduły CHP, w których temperatura ta wynosi do 110 stopni C. W niektórych zastosowaniach przemysłowych, w których stosowane technologie wymagają takich temperatur, jest to niezwykle istotne.
Wszystkie silniki mogą być wyposażone w dowolne układy zapłonowe. Ponadto instalacja elektryczna obejmuje rozrusznik elektryczny oraz czujniki ciśnienia oleju i temperatury płynu chłodzącego, które są połączone z układem alarmowym. Silniki są zasilane przez układ mieszalnikowy sterowany elektronicznie przez sprzężenie zwrotne od sondy lambda. Szczelinowy mieszalnik ze zwężką Venturiego ma regulowaną szerokość szczeliny, którą podawany jest gaz. W ten sposób dostosowuje się ilość dostarczanego do silnika gazu w zależności od jego składu. Regulacja jest realizowana w zależności od składu spalin, który jest badany na podstawie zawartości tlenu przez sondę lambda. Mieszalnik, jak również układ jego sterowania, dostarcza firma Motortech, która produkuje również układy zapłonowe i systemy sterowania takimi zespołami gazowymi. W ten sposób skonstruowane silniki osiągają przeciętne przebiegi 30 000 godzin, które w pojedynczych przypadkach dochodzą nawet do 60 000 godzin do naprawy głównej.
Komentarze (0)