trójgeneracja
Trójgeneracja – będąca szczególnym rodzajem systemów kogeneracji, jest pojęciem dotyczącym skojarzenia technologicznego w wytwarzaniu zarówno energii elektrycznej (bądź mechanicznej), energii cieplnej jak i chłodu użytkowego. Celem takiego rozwiązania jest zmniejszenie ilościowe energii oraz związanych z tym ponoszonych finansowych nakładów potrzebnych do wytworzenie wszystkich tych kosztownych form energii rozpatrywanych osobno.
Rozwiązanie to jest na tyle skuteczne, że w okresie letnim zastosowanie trójgeneracji w systemach ciepłowniczych polepsza ekonomiczność produkcji energii elektrycznej skojarzonej z ciepłem. Dochodzi do tego przy niskim zapotrzebowaniu konsumentów na energię cieplną oraz wysokim zapotrzebowaniem na chłód użytkowy.
Zasada działania trójgeneracji
Działanie trójgeneracji obejmuje wytwarzanie energii użytkowej za pomocą trzech źródeł energii wtórnych, które można wykorzystać łącznie, są to:
- energia cieplna lub „wysokie temperatury” wykorzystywane do osuszania, ogrzewania szklarni, basenów i gorącej wody, przy procesach przemysłowych lub „niskie temperatury” wykorzystywane przy chłodzeniu żywności, produkcji produktów niezbędnych przeznaczonych do klimatyzatorów. Działa to na takiej zasadzie, że jeżeli wytworzona energia nie została w pełni wykorzystywana na pierwotne cele to jej nadwyżka może zostać przekazana do sieci ciepłowniczej lub chłodniczej;
- energia elektryczna wytwarzana przez alternator lub dynamo. Gdy energia wytworzona przez te źródła nie zostanie w pełni wykorzystana na cele pierwotne to jej nadwyżka może zostać skierowana do sieci elektrycznej;
- energia mechaniczna wytworzona na różne sposoby musi zostać wykorzystana w danym miejscu, ponieważ nie może ona zostać przesłana do żadnej sieci dystrybucyjnej. Jednak może stanowić odbiornik innego źródła energii, a poboczne efekty energii mechanicznej mogą być wykorzystywane w trójgeneracji (np. ciepło może zostać wykorzystane do podgrzewania wody).
Zastosowanie wszystkich powyższych rodzajów energii stanowi idealne rozwiązanie wtedy gdy wymagane są specyficzne warunki polegające na ich wykorzystaniu, np. w szpitalach oraz przy produkcji artykułów papierniczych.
Energia pierwotna w trójgeneracji
Zarówno zastosowana instalacja jak i opłacalność systemu trójgeneracji zależą od użytej energii pierwotnej. W systemach trójgeneracji jako energię pierwotną wykorzystuje się najczęściej gaz ziemny. Przy czym należy zwrócić uwagę, że tak naprawdę w systemach tych można wykorzystywać każdą inną formę energii pochodzącej m.in. z benzynę, biogaz, olej opałowy czy nawet gaz pochodzący z procesów przemysłowych, takich jak np. te powstałe w przemyśle naftowym czy chemicznym. Jednak energia pierwotna niekoniecznie musi pochodzić od wyżej wymienionych źródeł. W zależności od zastosowanych rozwiązań technicznych mogą to być także inne źródła ciepła, takie jak na przykład energia słoneczna czy energia geotermalna.
W zależności od zastosowanej energii pierwotnej stosuje się różny sprzęt potrzebny w tych instalacjach, na przykład w przypadku zastosowania biomasy do pozyskiwania energii niezbędny byłby kocioł, a w przypadku wykorzystania energii słonecznej niezbędne staje się zastosowanie kolektorów słonecznych.
Wdrażanie trójgeneracji
Energia wytworzona w systemach trójgeneracji (podobnie jak kogeneracja, której rozszerzeniem jest trójgeneracja) jest zwykle zużywana lokalnie przez poszczególnych użytkowników. Jednakże tam gdzie to możliwe trójgeneracja jest także wprowadzana do publicznej sieci elektroenergetycznej. W wielu krajach takich jak na przykład Francja lokalny dystrybutor energii kupuje energię elektryczną od detalicznych użytkowników zgodnie z warunkami ekonomicznymi ustalonymi przez publiczne władze.
Wydajność zastosowania trójgeneracji
Faktem jest to, że dobrze zaprojektowany system trójgeneracji pozwala w teorii na odzyskanie niemalże maksymalnej energii (użytecznej) pod względem jakościowym z pierwotnego źródła energii. Przy czym sprawność zamiany mechanicznej czy elektrycznej może przekraczać 95%. A na przykład odzysk ciepła zależy od konfiguracji systemu i zastosowania dobrej izolacji. Ponadto w trójgeneracji można zastosować także opcjonalne skojarzenie z systemem magazynowania energii. Jednak cały czas podejmowane są starania aby zoptymalizować wydajność zarówno energetyczną jak i ekonomiczną tych instalacji.
Wykorzystywanie w trójgeneracji energii cieplnej, będącej konsekwentnym odpadem przy wytwarzaniu energii elektrycznej z paliw jest bardzo korzystne pomimo tego, że w najlepszym przypadku stanowi to około połowy zużywanej energii (chociaż wartość ta jest zwykle wyższa). Przy czym wytwarzając energię elektryczną na miejscu, unika się strat energii wynikającej z transportu i przemian, które, biorąc pod uwagę produkcję w większym zakresie, stanowią blisko 50% całkowitej wyprodukowanej energii elektrycznej.
Do głównych zalet stosowania systemów trójgeneracji należą:
- redukcja kosztów energii pierwotnej,
- redukcja kosztów zarządzania,
- energia elektryczna o większej dostępności,
- wykorzystanie nadmiaru ciepła.
Warianty trójgeneracji i perspektywy
Moc zastosowanej instalacji różnicuje trójgenerację na dwa warianty. Pierwszym z nich jest wariant mini trójgeneracji, w której zastosowana moc wynosi od 36 do 250 kW. Natomiast drugi wariant odnosi się do mocy instalacji w zakresie od 0 do 36 kW i nosi nazwę mikro trójgeneracji. Obydwa te warianty mają zastosowanie w niektórych instalacjach domowych, które w celu produkcji energii przede wszystkim dla użytku własnego można zintegrować wraz z domowymi systemami.
Oczekuje się jednak, że w przyszłości postęp techniczny przyniesie korzystniejsze zastosowania domowe i mieszkalne trójgeneracji. Choć zastosowania przydomowe będą raczej stanowiły mniejszy udział to w średniej skali trójgeneracja będzie miała zastosowanie komercyjne, np. w sektorze szkolnictwa (w tym szkolnictwa wyższego), a także w budynkach administracyjnych, szpitalach, muzeach czy hotelach.
