PRACTICAL USE OF
CHP MOTOR HEAT
Many industrial companies depend on low energy prices in order to remain competitive. Gradual increase in government-mandated price components including the EEG levy on electricity prices presents a clear danger to this competitiveness. Only a small number of companies are exempted from the EEG levy, which means that the majority is affected.
One solution for companies that are affected is to generate their own electricity and thus benefit from a reduction of charges. Despite larger investments and ongoing costs for things such as maintenance and repair, it is still possible to sustainably reduce electricity costs. Due to the significantly lower capital expenditures, motor-driven CHP units are often used in this context. In addition to electricity generation, hot waste gases can be used for steam generation and can also be fed into the plant grid. Plants that generate electricity and heat at the same time are called combined heat and power plants and are known for their high fuel efficiency and environmental friendliness. Such plants are also state subsidized because of their particular attributes and efficiency, and because they help to lower energy costs.
In a CHP unit, hot water with temperatures of around 90°C is produced the cooling of the motor. In order to ensure sufficient cooling of the motor, the cooling water temperature must be lowered to around 70°C. Experience has shown that most production companies have an electricity and steam requirement that can be at least partially covered with the help of a CHP unit. But a lot of companies need little to no hot water. To operate a CHP unit in an efficient, economical and environmentally-friendly manner, it is necessary to make use of the excess heat. Absorption refrigeration units are ideally suited to this purpose. It is only through the use of absorption refrigeration units that it may be possible to operate a combined heat and power unit, or a CHP unit with a higher capacity can be selected, thereby meeting a larger part of the energy demand.
Compression refrigeration machines are usually used to generate cooling. These use an electric-powered compressor to raise the gaseous refrigerant from a low to a high pressure level.
Instead of an electric compressor, absorption refrigeration units use a so-called thermal compressor which uses heat instead of electricity. The thermal compressor works with the help of a mixture of substances that includes a coolant and a solvent One property of the solvent is that it is able to absorb the coolant. The solvent is therefore also referred to as a sorbent.
At the beginning of the thermal compression, a mixture of solvent and coolant is present in liquid form, also referred to as a rich solution because a relatively large amount of coolant is dissolved in it. The liquid can be brought to a higher pressure level with a very low expenditure of pump energy. For this reason, absorption refrigeration units usually cannot do completely without electrical energy.
COOLANTS AND SOLVENTS
Because they boil at different temperatures, it is possible to separate the coolant from the solvent through heating. This process is carried out in the generator, otherwise known as the expulsion unit, by introducing external heat, for example the excess heat from the CHP unit. The boiled coolant steam is routed to the condenser (liquefier). There, liquefaction of the coolant takes place, releasing heat to the environment. With the help of a throttle, the coolant is expanded to the lower pressure level and routed to the evaporator. Due to the low steam pressure, the heat of the cooling circuit return is sufficient to evaporate the coolant. This removes heat from the cooling circuit so that it can provide cooling. Next, the gaseous coolant is brought into contact in the absorber with the expanded and now low coolant solution from the generator. In the process, the coolant is bound in the solution and can be pumped to the generator again.
The difference in concentration between coolant-rich and low-coolant solution is called the degassing range and is considered a measure of the effectiveness of the thermal compressor. The objective should be to achieve the widest possible degassing range. The temperature of the re-cooling is determined by the ambient temperature while the temperature at which the cooling capacity is to be provided depends on the process conditions. This means that the temperature of the heat source used to expel the coolant in the generator needs to be raised in order to increase the degassing range. The greater the degassing range, the greater the extent to which the heating medium can be cooled. This in turn enables greater transfer capacities.
If you take only the capacities into account, you can use the thermal ratio. The thermal ratio describes the cooling capacity achieved in relation to the heat capacity used at the temperatures applicable to the system.
Internal heat exchangers are still used to improve processes within the absorption refrigeration unit, thus increasing the efficiency of the plant.
ABSORPTIEKOELING -
KOELING UIT WARMTE
De diversiteit van het vandaag beschikbare produktenassortiment correleert met de gevarieerde en complexe produktievoorwaarden die voor deze produkten vereist zijn. Voor sommige processen kan naast elektriciteit ook stoom, warm water en koeling nodig zijn. Met gecombineerde koel-, warmte- en krachtcentrales (WKK) kunnen deze vormen van energie samen worden opgewekt, zodat ze efficiënt kunnen worden geleverd.
Zelfs bedrijven die geen grote verwarmingsbehoefte hebben, kunnen voordeel halen uit warmtekrachtkoppeling (WKK) als absorptiekoelinstallaties worden gebruikt om met de overtollige warmte koeling te genereren. Absorptiekoelingstechnologie biedt een ideale manier om de motorwarmte van een WKK-eenheid terug te winnen en zo het productieproces te voorzien van koeling, elektriciteit en, indien nodig, stoom en warm water.
PRAAT MET ONS OVER DE MOGELIJKHEDEN.
Samen vinden we de energieoplossing die bij u past.
PRAKTISCH GEBRUIK VAN
WKK-MOTOR WARMTE
Veel industriële ondernemingen zijn afhankelijk van lage energieprijzen om concurrerend te blijven. De geleidelijke verhoging van door de overheid opgelegde prijscomponenten, waaronder de GEE-heffing op elektriciteitsprijzen, vormt een duidelijk gevaar voor dit concurrentievermogen. Slechts een klein aantal bedrijven is vrijgesteld van de GEE-heffing, wat betekent dat de meerderheid wordt getroffen.
Een oplossing voor de getroffen bedrijven bestaat erin hun eigen elektriciteit op te wekken en zo te profiteren van een verlaging van de lasten. Ondanks grotere investeringen en lopende kosten voor zaken als onderhoud en reparatie, is het toch mogelijk de elektriciteitskosten duurzaam te verlagen. Vanwege de aanzienlijk lagere kapitaaluitgaven worden in dit verband vaak motoraangedreven WKK-eenheden gebruikt. Naast de opwekking van elektriciteit kunnen hete afvalgassen worden gebruikt voor de opwekking van stoom en ook aan het elektriciteitsnet van de installatie worden toegevoerd. Installaties die tegelijkertijd elektriciteit en warmte opwekken, worden warmtekrachtcentrales genoemd en staan bekend om hun hoge brandstofrendement en milieuvriendelijkheid. Dergelijke centrales worden ook door de staat gesubsidieerd vanwege hun bijzondere kenmerken en efficiëntie, en omdat zij helpen de energiekosten te verlagen.
In een WKK-eenheid wordt warm water met temperaturen van ongeveer 90°C geproduceerd voor de koeling van de motor. Om een voldoende koeling van de motor te garanderen, moet de temperatuur van het koelwater worden verlaagd tot ongeveer 70°C. De ervaring heeft geleerd dat de meeste productiebedrijven een elektriciteits- en stoombehoefte hebben die ten minste gedeeltelijk kan worden gedekt met behulp van een WKK-eenheid. Maar veel bedrijven hebben weinig tot geen warm water nodig. Om een WKK-eenheid op een efficiënte, zuinige en milieuvriendelijke manier te laten werken, is het noodzakelijk gebruik te maken van de overtollige warmte. Absorptiekoelinstallaties zijn hiervoor bij uitstek geschikt. Alleen door het gebruik van absorptiekoelinstallaties kan een warmtekrachtkoppeling worden geëxploiteerd, of kan een warmtekrachtkoppeling met een groter vermogen worden gekozen, waardoor in een groter deel van de energiebehoefte kan worden voorzien.
HOE WERKT EEN ABSORPTIEKOELKAST
Compressiekoelmachines worden gewoonlijk gebruikt om koeling te genereren. Deze maken gebruik van een elektrisch aangedreven compressor om het gasvormige koelmiddel van een laag naar een hoog drukniveau te brengen.
THERMISCHE COMPRESSOR
In plaats van een elektrische compressor gebruiken absorptiekoelinstallaties een zogenaamde thermische compressor die warmte gebruikt in plaats van elektriciteit. De thermische compressor werkt met behulp van een mengsel van stoffen dat een koelmiddel en een oplosmiddel omvat. Een van de eigenschappen van het oplosmiddel is dat het in staat is het koelmiddel te absorberen. Het oplosmiddel wordt daarom ook wel een sorbens genoemd.
Bij het begin van de thermische compressie is een mengsel van oplosmiddel en koelvloeistof aanwezig in vloeibare vorm, ook wel aangeduid als een rijke oplossing omdat er een relatief grote hoeveelheid koelvloeistof in is opgelost. De vloeistof kan op een hoger drukniveau worden gebracht met een zeer laag verbruik van pompenergie. Om deze reden kunnen absorptiekoelinstallaties meestal niet volledig zonder elektrische energie.
SCHEIDING VAN
KOELMIDDELEN EN OPLOSMIDDELEN
Omdat zij bij verschillende temperaturen koken, is het mogelijk de koelvloeistof van het oplosmiddel te scheiden door verhitting. Dit proces wordt uitgevoerd in de generator, ook bekend als de verdrijvingseenheid, door externe warmte toe te voeren, bijvoorbeeld de overtollige warmte van de WKK-eenheid. De gekookte koelmiddelstoom wordt naar de condensor (liquefier) geleid. Daar vindt de vloeibaarmaking van de koelvloeistof plaats, waarbij warmte vrijkomt aan de omgeving. Met behulp van een smoorklep wordt de koelvloeistof tot een lager drukniveau geëxpandeerd en naar de verdamper geleid. Door de lage stoomdruk is de warmte van de retour van het koelcircuit voldoende om de koelvloeistof te verdampen. Hierdoor wordt warmte aan de koelkringloop onttrokken, zodat deze koeling kan leveren. Vervolgens wordt het gasvormige koelmiddel in de absorber in contact gebracht met de geëxpandeerde en nu lage koelvloeistofoplossing uit de generator. Daarbij wordt het koelmiddel in de oplossing gebonden en kan het weer naar de generator worden gepompt.
HET ONTGASSINGSGEBIED
Het concentratieverschil tussen een koelmiddelrijke en een koelmiddelarme oplossing wordt het ontgassingsbereik genoemd en wordt beschouwd als een maatstaf voor de doeltreffendheid van de thermische compressor. Er moet worden gestreefd naar een zo groot mogelijk ontgassingsgebied. De temperatuur van de terugkoeling wordt bepaald door de omgevingstemperatuur, terwijl de temperatuur waarbij het koelvermogen moet worden geleverd, afhankelijk is van de procesomstandigheden. Dit betekent dat de temperatuur van de warmtebron die wordt gebruikt om de koelvloeistof in de generator af te voeren, moet worden verhoogd om het ontgassingsbereik te vergroten. Hoe groter het ontgassingsbereik, hoe groter de mate waarin het verwarmingsmedium kan worden gekoeld. Dit maakt op zijn beurt grotere overdrachtscapaciteiten mogelijk.
Als men alleen rekening houdt met de capaciteiten, kan men de thermische verhouding gebruiken. De thermische verhouding beschrijft de bereikte koelcapaciteit in verhouding tot de gebruikte warmtecapaciteit bij de voor het systeem geldende temperaturen.
Interne warmtewisselaars worden nog steeds gebruikt om de processen binnen de absorptiekoelmachine te verbeteren en zo het rendement van de installatie te verhogen.
VASTGESTELD
KOELVLOEISTOFSYSTEMEN
Op de markt hebben zich twee systemen gevestigd, die elk werken met verschillende paren werkstoffen: water-lithiumbromide en ammoniak-water. Het eerste wordt gebruikt wanneer koeltemperaturen boven 0 °C vereist zijn. Indien diepvriezen nodig is, moet het gebruik van ammoniak als koelmiddel worden vermeden. Dergelijke systemen zijn veel complexer en vereisen rectificatieapparatuur om hoge concentraties koeldamp te genereren.
WARMTEKRACHTKOPPELING VOOR
AIRCONDITIONING
Absorptiekoelgroepen voor klimaatregeling op basis van lithiumbromide zijn nu als compacte units met verschillende capaciteitsbereiken op de markt verkrijgbaar. In combinatie met de lage-temperatuurwarmte van een WKK-eenheid kan op efficiënte wijze worden voorzien in proces- of airconditioning voor de koeling van kantoorgebouwen of koelopslagfaciliteiten.
WARMTEKRACHTKOPPELING VOOR
DIEPE VRIJSTELLING
Het gebruik van de afvalwarmte van een WKK-eenheid voor koeling bij lage temperatuur in een absorptiekoelmachine wordt beperkt door de verwarmingstemperatuur van ongeveer 90°C. Enerzijds kunnen eentraps units slechts koeling produceren in het ééncijferige min-gebied en bovendien is de thermische verhouding van dit type unit vrij laag. Niet alleen dat, maar onder bepaalde omstandigheden zal de koeling van het verwarmingsmedium niet voldoende zijn om de koeling van het WKK-motorcircuit binnen veilige grenzen te verzekeren, zodat technische oplossingen nodig zijn voor het gebruik van het resterende thermische volume. Het zou ook mogelijk kunnen zijn lagere temperaturen te bereiken en te zorgen voor voldoende koeling van de WKK-eenheid door gebruik te maken van meertrapssystemen. Dergelijke systemen worden momenteel alleen in speciale gevallen of voor onderzoeksdoeleinden gebruikt vanwege de uitgebreide apparatuur die nodig is.
Niettemin biedt de combinatie van WKK, afvalwarmteketel en absorptiekoelmachine een financieel en ecologisch voordeel ten opzichte van het referentiegeval met externe elektriciteitsvoorziening, compressiekoeling en volledige stoomopwekking met een aardgasketel.
Wegens de aanzienlijke investeringskosten in de koelinstallatie en de behandelingsstappen vloeit het economische voordeel niet zozeer voort uit het feit dat de absorptiekoelinstallatie de koeling van een compressiekoelinstallatie vervangt, maar veeleer uit het feit dat de dure externe elektriciteit kan worden vervangen door de opwekking van de eigen elektriciteit van de installatie en dat de stoom uiterst rendabel kan worden geleverd in een afvalwarmteketel.
Het ecologische voordeel van een dergelijk systeem vloeit voort uit het efficiënte gebruik van brandstof en het feit dat de primaire energiefactor voor aardgas aanzienlijk lager is dan de primaire energiefactor voor elektriciteit. Doordat minder elektriciteit van buitenaf kan worden betrokken, wordt ook de hoeveelheid primaire energie die nodig is om de installatie van energie te voorzien, kleiner.
Voor een WKK-eenheid met een elektrisch vermogen van 2 MW, die blijft bijdragen aan de levering van verzadigde stoom bij 10 bar(g) met behulp van een afvalwarmteketel en zorgt voor een cryogene koeling van ongeveer -7°C met behulp van een absorptiekoeleenheid, is een primaire energiebesparing van meer dan 15% mogelijk! Als de verzadigde stoom bij een lagere druk of de koeling bij een hoger temperatuurniveau nodig is, verbetert het rendement van de CCHP-installatie, wat resulteert in nog grotere primaire energiebesparingen.
VOORDELEN VAN
ABSORPTIEKOELING
De opwekking van koeling met een absorptiekoelmachine is klimaatvriendelijk dankzij
- het gebruik van afvalwarmte
- laag elektriciteitsverbruik
Opwekking van koeling in systeemcombinatie met een WKK (en restwarmteketel) is kosteneffectiever dan een aparte energievoorziening omdat:
- Economische voordelen uit Wet Warmtekrachtkoppeling en EEG
- Vrijstelling energie-/elektriciteitsbelasting
- Mogelijkheid van subsidies voor absorptiekoelmachines en koelnetwerken