Chłodzenie absorpcyjne – zimno z ciepła

Jak różnorodny jak dzisiejszy asortyment produktów, tak zróżnicowane i złożone mogą być warunki produkcji. Oprócz energii elektrycznej może być również wymagana para wodna, gorąca woda i zimno. instalacje skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej w połączeniu z chłodzeniem (CCHP) mogą wspólnie wytwarzać te postacie energii i w ten sposób dostarczać je w wysoce efektywny sposób.

Nawet firmy, które nie mają znaczącego zapotrzebowania na ciepło, mogą korzystać z zalet skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej i cieplnej (CHP), gdy za pomocą absorpcyjnych agregatów chłodniczych nadmiar ciepła może wytwarzać niezbędną moc chłodniczą. Absorpcyjna technika chłodnicza oferuje w ten sposób idealną możliwość pobierania ciepła silnika z kogeneratora (CHP), a tym samym zaopatrywać proces produkcyjny w zimno, energię elektryczną oraz w razie potrzeby w parę wodną i gorącą wodę.


Celowe wykorzystanie ciepła silnika kogeneratora

Aby utrzymać swoją konkurencyjność, wiele przedsiębiorstw przemysłowych jest zdana na niskie ceny energii. Konkurencyjności tej może zagrozić sukcesywny wzrost składników cenowych wprowadzonych przez rząd, takich jak podatek od ceny energii elektrycznej przeznaczony na energie odnawialne. Ponieważ tylko niewielka część przedsiębiorstw jest zwolniona z opłaty na energie odnawialne, dotyczy to większości przedsiębiorstw.

Jednym z rozwiązań dla takich firm jest wytwarzanie własnej energii elektrycznej, ponieważ sprzyjają temu obniżone opłaty. Pomimo większych kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych, np. utrzymania i napraw, koszty energii elektrycznej mogą zostać trwale zredukowane. Ze względu na jednostkowo niższe koszty inwestycyjne, często eksploatowane są kogeneratory z napędem silnikowym (CHP). Oprócz wytwarzania energii elektrycznej, gorące gazy spalinowe mogą być również wykorzystywane do wytwarzania pary, a ich ciepło może być wprowadzane do sieci zakładu. Elektrociepłownie, które jednocześnie wytwarzają energię elektryczną i ciepło, nazywane są kogeneratorami i charakteryzują się wysokim stopniem wykorzystania paliwa, będąc tym samym przyjazne dla środowiska. Ze względu na ich szczególne właściwości i wydajność, takie instalacje są również dotowane przez państwo i przyczyniają się do obniżenia kosztów energii.

Do chłodzenia silnika w kogeneratorze używany jest płyn chłodzący w temperaturze około 90 °C. Aby zapewnić wystarczające chłodzenie silnika, należy ponownie schłodzić płyn chłodzący do temperatury ok. 70 °C. Okazało się, że większość przedsiębiorstw w sektorze wytwórczym ma zapotrzebowanie na energię elektryczną i parę, które może być przynajmniej częściowo pokryte przez kogenerator. Jednak wiele firm ma niewielkie lub żadne zapotrzebowanie na ciepłą wodę. W celu zapewnienia wydajnej, ekonomicznej i przyjaznej dla klimatu pracy kogeneratora, ciepło to musi być wykorzystywane w celowy sposób. Do tego celu idealnie nadają się agregaty absorpcyjne. Tylko poprzez zastosowanie absorpcyjnych agregatów chłodniczych możliwe jest w pewnych okolicznościach zastosowanie elektrociepłowni lub kogeneratora o wyższej mocy wyjściowej, co pozwala na pokrycie większej części zapotrzebowania na energię.


Działanie absorpcyjnego układu chłodniczego

Do wytwarzania zimna zazwyczaj stosowane są sprężarkowe agregaty chłodnicze. Wykorzystują one sprężarkę o napędzie elektrycznym do sprężania czynnika chłodniczego w postaci gazowej z poziomu niskiego do wysokiego ciśnienia.

Absorpcyjne układy chłodnicze wykorzystują do tego tzw. sprężarkę termiczną. W przeciwieństwie do sprężarki, nie jest ona zasilana energią elektryczną, lecz z ciepłem. Sprężarka termiczna wykorzystuje parę materiałów roboczych, składającą się z czynnika chłodniczego i rozpuszczalnika. Rozpuszczalnik ma zdolność wchłaniania czynnika chłodniczego. Dlatego rozpuszczalnik jest także nazywany sorbentem.

Na początku cyklu pracy sprężarki termicznej mieszanina rozpuszczalnika i czynnika chłodniczego jest w postaci płynnej, określanej jako roztwór bogaty, ponieważ rozpuszczona jest w nim stosunkowo duża ilość czynnika chłodniczego. Niewielki nakład energii pompowania pozwala zwiększyć ciśnienie tej cieczy. Dlatego absorpcyjny układ chłodniczy nie działa zazwyczaj całkowicie bez udziału energii elektrycznej.

Ze względu na różne temperatury wrzenia możliwe jest oddzielenie czynnika chłodniczego od rozpuszczalnika poprzez dostarczenie ciepła. Odbywa się to w generatorze lub desorberze poprzez wprowadzanie ciepła z zewnątrz, np. z ciepła odpadowego z silnika kogeneratora. Wydzielona para czynnika chłodniczego doprowadzana jest do skraplacza. Tam czynnik chłodniczy jest skraplany, a ciepło jest oddawane do otoczenia. W dławiku czynnik chłodniczy jest rozprężany do niższego poziomu ciśnienia i kierowany do parownika. Ze względu na niskie ciśnienie pary, ciepło w obiegu powrotnym chłodzenia jest wystarczające do odparowania czynnika chłodniczego. W ten sposób usuwane jest ciepło z obiegu chłodzącego, który może następnie spełniać swoją funkcję chłodzenia. W następnym kroku w absorberze gazowy czynnik chłodniczy wchodzi w kontakt z rozprężonym roztworem z generatora, zawierającym niewielką ilość czynnika chłodniczego. Czynnik chłodniczy jest teraz wiązany w roztworze i może być pompowany z powrotem do generatora.

Różnica w stężeniu pomiędzy bogatym w czynnik chłodniczy i ubogim w czynnik chłodniczy roztworem nazywana jest spektrum odgazowania i może być traktowana jako miara skuteczności sprężarki termicznej. Należy dążyć do uzyskania możliwie największego spektrum odgazowania. Temperatura schładzania zależy od temperatury otoczenia, a temperatura wymaganej mocy chłodniczej zależy od warunków procesu. W związku z tym temperatura źródła ciepła użytego do usunięcia czynnika chłodniczego z generatora musi wzrosnąć, aby zwiększyć spektrum odgazowania. Im większe spektrum odgazowania, tym więcej czynnika grzewczego można schłodzić. Oznacza to, że można przesyłać większą moc.

Jeżeli brana jest pod uwagę tylko moc, można wykorzystać współczynnik ciepła. Opisuje on wydajność chłodniczą osiągniętą w stosunku do wydajności cieplnej wykorzystywanej w temperaturach mających zastosowanie w instalacji.

Wewnętrzne wymienniki ciepła będą w dalszym ciągu wykorzystywane w celu usprawnienia procesów zachodzących w absorpcyjnym układzie chłodniczym. Pozwala to na zwiększyć sprawności instalacji.

Na rynku sprawdziły się dwa systemy, które współpracują z różnymi parami materiałów roboczych: woda z bromkiem litu oraz woda z amoniakiem. Pierwszy z nich jest stosowany, gdy wymagane są temperatury chłodzenia powyżej 0 °C. Jeśli konieczne jest głębokie mrożenie, jako czynnik chłodniczy należy zastosować amoniak. Takie systemy są znacznie bardziej złożone i wymagają urządzeń rektyfikacyjnych do wytwarzania pary czynnika chłodniczego o wysokim stężeniu.



Skojarzone wytwarzanie ciepła, energii elektrycznej i zimna na potrzeby wytwarzania klimatyzacji i chłodzenia

Absorpcyjne układy chłodzące na bazie bromku litu, służące do klimatyzacji, są teraz łatwo dostępne na rynku jako kompaktowe urządzenia w różnych zakresach wydajności. W połączeniu z niskotemperaturowym ciepłem z kogeneratora, chłodzenie procesowe lub w celach klimatyzacyjnych mogą być efektywnie wykorzystywane w klimatyzacji budynków biurowych lub magazynów chłodniczych.



skojarzone wytwarzanie energii elektrycznej i cieplnej oraz zimna do głębokiego mrożenia

Wykorzystanie niskotemperaturowego ciepła odpadowego kogeneratora do niskotemperaturowego chłodzenia w absorpcyjnym układzie chłodniczym jest znacznie ograniczone przez temperaturę grzewczą wynoszącą około 90 °C. Z jednej strony w systemach jednostopniowych możliwe są tylko temperatury w jednocyfrowym ujemnym zakresie stopni, a z drugiej strony współczynnik cieplny takich systemów jest raczej niski. Ponadto chłodzenie czynnika grzewczego może być niewystarczające, aby zapewnić niezawodne chłodzenie obiegu silnika kogeneratora, dlatego do wykorzystania pozostałej ilości ciepła konieczne są rozwiązania techniczne. Dzięki zastosowaniu instalacji wielostopniowych można uzyskać niższe temperatury i zapewnić wystarczające chłodzenie kogeneratora. Ze względu na znaczną ilość wymaganego sprzętu takie systemy są obecnie stosowane tylko w szczególnych przypadkach lub w pracach badawczo-rozwojowych.

Niemniej jednak połączenie kogeneracji, kotła odzysknicowego i absorpcyjnego układu chłodniczego zapewnia korzyści finansowe i ekologiczne w stosunku do przypadku referencyjnego w postaci zewnętrznego zasilania w energię elektryczną, chłodzenia sprężarkowego i wytwarzania całej potrzebnej pary przez kocioł na gaz ziemny.

Ze względu na wysokie koszty inwestycji w instalację chłodniczą i etapy przetwarzania, zaletą ekonomiczną jest nie tyle to, że absorpcyjny układ chłodniczy wypiera stosowanie sprężarkowych instalacji chłodniczej, lecz raczej możliwość zastąpienia kosztownej energii elektrycznej z zewnątrz wytwarzaniem własnej energii elektrycznej i pary, która może być dostarczana w bardzo ekonomiczny sposób przez kocioł odzysknicowy.

Ekologiczna przewaga takiego systemu wynika z efektywnego wykorzystania paliwa i faktu, że ślad środowiskowy produktu dla gazu ziemnego jest znacznie niższy od śladu środowiskowego produktu dla energii elektrycznej. Redukcja zewnętrznego zaopatrzenia w energię elektryczną zmniejsza również ilość energii pierwotnej potrzebnej do zaopatrzenia przedsiębiorstwa w energię.

Dzięki kogeneratorowi o mocy elektrycznej 2 MW, który przez kocioł odzysknicowy nadal zapewnia dostarczanie pary nasyconej o nadciśnieniu 10 bar i umożliwia głębokie mrożenie w temperaturze około -7 °C za pomocą absorpcyjnego układu chłodniczego, możliwe jest obniżenie zużycia energii pierwotnej o ponad 15%! Jeżeli wymagana jest para nasycona o niższym ciśnieniu lub wyższa temperatura chłodzenia, poprawia się sprawność systemu skojarzonego wytwarzania energii elektrycznej, ciepła i chłodzenia, co skutkuje większą oszczędnością energii pierwotnej.



Zalety absorpcyjnych układów chłodzenia

Chłodzenie poprzez agregaty absorpcyjne jest przyjazne dla klimatu z następujących względów

  • wykorzystanie ciepła odpadowego
  • niewielkie zużycie energii elektrycznej

Wytwarzanie zimna w systemie w połączeniu z kogeneratorem (i kotłem odzysknicowym) jest bardziej opłacalne niż oddzielne dostawy energii ze względu na następujące zalety:

  • korzyści ekonomiczne dzięki wzmiankowanym już niemieckim ustawom KWKG i EEG
  • Zwolnienie z podatku od energii elektrycznej
  • Możliwości subwencjonowania absorpcyjnych układów chłodniczych i sieci chłodniczych

Żyjemy w partnerstwie
Znajdź swoją osobę do kontaktów.

Za sprawą około 30 oddziałów w Niemczech i Europie jesteśmy zawsze blisko klienta.
Zapraszamy do kontaktu. Jesteśmy do Państwa dyspozycji.

Szukasz kontaktu w swojej okolicy?
Po prostu wprowadź kod pocztowy.
Karte wird geladen...