Kogeneracja i trigeneracja – efektywne sposoby na oszczędzanie energii

Produkcja energii elektrycznej to proces, który wiąże się m.in. z wytwarzaniem ciepła. Aby wykorzystać ten potencjał, wprowadzono technologię kogeneracji. Jeszcze bardziej zaawansowanym procesem jest trigeneracja. Skojarzenie procesów wytwarzania prądu, ciepła i chłodu to jeden z przejawów dążenia do zapewnienia jak najwyższego poziomu efektywności energetycznej.

Wyzwania współczesnego świata w znacznym stopniu powiązane są z sektorem energetycznym. Globalne zapotrzebowanie na energię rośnie, a jednocześnie tendencje, mające na celu ograniczenie negatywnego wpływu procesu produkcji energii na środowisko, skłaniają do poszukiwania nowych rozwiązań, które będą zapewniały większą efektywność tego procesu. Transformacja energetyczna oznacza bowiem nie tylko dążenie do szerszego wykorzystania odnawialnych źródeł energii, ale także maksymalną efektywność w gospodarowaniu wszystkimi jej źródłami, takimi jak gaz ziemny czy biogaz. Właśnie na tym polu zastosowanie mają kogeneracja czy trójgeneracja.

Czym jest kogeneracja?

Kogeneracja to proces technologiczny, w którym wytwarzanie energii elektrycznej oraz ciepła zachodzi jednocześnie. To oznacza, że w tym procesie, z tego samego źródła, wytwarzane są 2 „produkty” w postaci energii elektrycznej oraz cieplnej. Takie rozwiązanie jest korzystniejsze niż oddzielne wytwarzanie energii i ciepła w ramach dwóch procesów.

W jaki sposób funkcjonują układy kogeneracyjne? W procesie produkcji prądu, zachodzącym w kogeneratorze (np. silniku gazowym), podczas spalania gazu potrzebnego do napędzania wału generatora prądu, wytwarzane jest ciepło. W takim układzie ciepło jest wykorzystywane w celu np. ogrzewania lub podgrzewania wody. Dzięki temu energia cieplna, która powstała w tym procesie i w ścieżce konwencjonalnej zostałaby zmarnowana, jest wykorzystana w celu optymalizacji kosztów. Pierwotne źródło energii (w omawianym przypadku gaz) zostało lepiej wykorzystane niż w sytuacji, gdyby produkcja energii elektrycznej oraz ciepła zachodziły oddzielnie.

Na czym polega trigeneracja?

Aktualne trendy w efektywności energetycznej promują kolejną nowoczesną technologię, określaną jako trigeneracja lub trójgeneracja. Najprościej można ją określić jako rozszerzoną kogenerację. W przypadku tego procesu, oprócz energii elektrycznej, produkowane jest ciepło, a także chłód. To zatem rozwiązanie, które pozwala połączyć aż 3 procesy wytwórcze w ramach jednego.

Jak funkcjonuje taki układ? Otóż trójgeneracja korzysta z układów kogeneracyjnych, czyli umożliwiających jednoczesną produkcję ciepła i prądu, a dodatkowo, w połączeniu z chłodziarką, pozwala produkować chłód wykorzystując energię cieplną. Technologie chłodzenia, wykorzystujące ciepło do produkcji chłodu, to technologie absorpcyjne. Działają wykorzystując efekt pochłaniania (absorpcji) czynnika chłodniczego i wydzielania (desorpcji) tego czynnika z roztworu. Chociaż chłodziarki absorpcyjne charakteryzują się niższą sprawnością niż sprężarkowe technologie chłodzenia, to w przypadku, kiedy w procesie wykorzystywane jest ciepło, które potencjalnie mogłoby być odpadem w procesie produkcji energii, jest to rozwiązanie wydajniejsze i zapewniające jeszcze większą efektywność niż kogeneracja.

Przykładem takiego rozwiązania może być trigeneracja w budynkach. Zastosowanie źródła, które pozwala wytwarzać energię elektryczną, ciepło i chłód umożliwia np. wykorzystanie ciepła do ogrzewania, kiedy jest taka potrzeba, a także przekształcenie energii cieplnej w chłód np. wykorzystywany w ramach systemu klimatyzacyjnego. Takie rozwiązania mogą być wykorzystywane nie tylko w budynkach mieszkalnych, ale także w biurach czy zakładach produkcyjnych.

Korzyści płynące z zastosowania kogeneracji i trigeneracji

Ze względu na fakt, że kogeneracja i trigeneracja pozwalają połączyć 2 lub 3 procesy wytwórcze jednocześnie przynoszą następujące korzyści:

• wzrost efektywności energetycznej
• zmniejszenie zużycia energii elektrycznej
• zmniejszenie emisji dwutlenku węgla

Kluczową korzyścią jest kwestia efektywności energetycznej. Ponieważ pierwotne źródło paliwa jest jedno, a pozwala wyprodukować jednocześnie prąd, ciepło i chłód, jest to znacznie wydajniejsze niż produkcja wyłącznie energii elektrycznej. Z kolei zmniejszenie zużycia energii elektrycznej jest możliwe dzięki temu, że np. ciepło powstające w wyniku tego procesu może być wykorzystywane do ogrzewania budynku lub w systemie klimatyzacji, a tym samym pozwala ograniczyć zużycie energii wykorzystywanej osobno w procesie ogrzewania czy chłodzenia. Z perspektywy lokalnej, zwiększa to niezawodność i niezależność energetyczną oraz pozwala uniknąć nadmiernej rozbudowy sieci o takie elementy jak kolejny słup energetyczny czy nowa linia energetyczna.

Wymienione wyżej zalety związane ze wzrostem efektywności energetycznej przekładają się także na mniejszą emisję gazów cieplarnianych, w tym dwutlenku węgla. Kogeneracja i trójgeneracja pozwalają zatem wspierać cele zrównoważonego rozwoju, dzięki czemu produkcja energii, ciepła i chłodu jest bardziej przyjazna dla środowiska.