Как правило, под тригенерацией понимается преобразование топлива одновременно в три полезных энергетических продукта: электроэнергию, тепло (горячую воду или пар) и холод (охлажденную воду). По сути тригенерационная система представляет собой когенерационную систему, в которой часть тепла используется для охлаждения воды при помощи абсорбционной холодильной системы.

На рисунке сравниваются два подхода к производству охлажденной воды: при помощи компрессора с электроприводом и в рамках тригенерационной системы, при помощи абсорбционной холодильной системы с использованием бромида лития. Как показано на схеме, утилизируется как тепло выхлопных газов, так и тепло высокотемпературного контура системы охлаждения двигателя. Необходимая гибкость в системах тригенерации может быть достигнута за счет резервных (пиковых) мощностей – компрессорных холодильных установок и работающих за счет непосредственного сжигания топлива резервных водогрейных котлов.

Рис. Сравнение тригенерации и раздельного производства энергетических продуктов для крупного аэропорта

Одноступенчатые абсорбционные холодильные установки на бромиде лития могут использовать в качестве источника энергии горячую воду с низкой температурой (вплоть до 90°C), тогда как двухступенчатым абсорбционным системам на бромиде лития необходимо тепло при температуре около 170 °C. Это означает, что источником энергии для них, как правило, служит пар. Одноступенчатая абсорбционная система на бромиде лития способна охлаждать воду до температуры 6–8°C и имеет коэффициент преобразования около 0,7, тогда как коэффициент преобразования двухступенчатой системы составляет около 1,2. Это означает, что такие системы обеспечивают мощность охлаждения, равную 0,7–1,2 мощности, получаемой от источника тепла.

В случае тригенерационной системы на двигателе внутреннего сгорания могут использоваться как одноступенчатые, так и двухступенчатые системы. Однако, поскольку двигатель производит отходящее тепло в форме тепловой энергии выхлопных газов и охлаждающей воды, одноступенчатая система является более предпочтительной, поскольку она позволяет утилизировать больше тепла, использовав его в абсорбционной холодильной установке.

Экологические преимущества

Основным преимуществом тригенерационной системы является производство того же количества энергоресурсов за счет значительно меньшего количества топлива, чем в случае раздельного производства электроэнергии и тепла.

Гибкость системы тригенерации, которая способна использовать утилизируемую энергию для теплоснабжения во время холодного сезона (зимой) и холодоснабжения во время теплого сезона (летом) позволяет увеличить продолжительность времени, в течение которого система может работать с максимальной эффективностью, что отвечает как интересам собственника, так и соображениям охраны окружающей среды.

Рис. Оптимизация работы предприятия в течение года за счет тригенерации

Выбор принципиального подхода к использованию системы тригенерации, а также стратегии управления системой имеет большое значение и заслуживает тщательного рассмотрения. Решение, при котором весь необходимый холод производится за счет абсорбционной холодильной системы, редко оказывается оптимальным. Например, в системах кондиционирования воздуха для удовлетворения потребностей в охлаждении на протяжении большей части года достаточно 70% пиковой мощности охлаждения. Остальные 30% при необходимости могут быть обеспечены резервными компрессорными установками.

Такой подход позволяет минимизировать капитальные затраты, связанные с внедрением системы.

Применимость

Тригенерация и распределенное производство энергии

Поскольку распределение горячей или охлажденной воды сопряжено с большими трудностями и затратами, чем распределение электроэнергии, тригенерация автоматически ведет к развитию распределенной генерации, поскольку станция должна находиться ближе к потребителям тепла и холода. При этом близость предприятия к потребителям способствует и сокращению затрат на передачу и распределение электроэнергии.

Для нахождения оптимального применения утилизируемой энергии и, как следствие, достижения максимального КПД (по отношению к энергии топлива) системы тригенерации ориентированы на удовлетворение потребностей как в тепле, так и в холоде. Тригенерация представляет собой дальнейшее развитие концепции когенерации посредством добавления к системе холодильной установки. Дополнительные инвестиции такого рода не имеют смысла в том случае, если предприятие, внедряющее систему когенерации, способно найти на собственном производстве эффективное применение всему утилизируемому теплу.

Однако такие инвестиции могут быть оправданы в том случае, если в определенные периоды работы предприятия не все тепло находит применение, или потребность в тепле вообще отсутствует, но имеется потребность в охлаждении воды или воздуха. Например, тригенерация часто используется для кондиционирования воздуха в зданиях, когда зимой необходим подогрев, а летом – охлаждение, или когда одни помещения нуждаются в отоплении, а другие – в охлаждении.

Многие промышленные производства и общественные здания также характеризуются подходящим балансом потребностей в тепле и холоде. В качестве примеров можно назвать, в частности, пивоваренные предприятия, торговые центры, аэропорты и больницы.

Источник: Справочный документ по наилучшим доступным технологиям обеспечения энергоэффективности