В современной малой энергетике широко применяются когенерационные установки на базе двигателей внутреннего сгорания, работающих как на жидком, так и на газообразном топливе. Наиболее эффективными, с точки зрения использования термодинамического потенциала и относительной дешевизны топлива, считаются газопоршневые когенерационные установки. Многообразие видов газобразного топлива, а также развитие технологий по получению и переработке альтернативных природному газу видов топлива, позволяет конечному потребителю выбрать оптимальный вариант когенерационного оборудования для собственных нужд. Рассмотрим основные виды и составы газообразного топлива, применяемого в газопоршневых когенерационных установках:
Природный газ, СПГ, пропан-бутан.
Природный газ, благодаря высокому содержанию (80-99%) метана СН4 и большой теплотворной способности (8350-10250 ккал/м3), является идеальным топливом для газопоршневых когенерационных установок. При подключении мини-ТЭЦ к магистральному газу или газгольдеру топливо может подаваться непрерывно, без организации превентивных закупок и его промежуточного хранения. Выбор газа - СПГ, пропан-бутан (сжиженный газ) или магистральный, осуществляется АСУ когенерационной установки. Возможность использования сжиженного газа особенно актуальна для условий, когда исключена возможность подключения к магистральной трубе.
Биогаз из отходов пищевой промышленности и сельскохозяйственных предприятий.
Биогаз — газ, получаемый при разложении органических субстанций в результате метанового брожения биомассы (анаэробное сбраживание) - по энергетическому потенциалу не намного уступает природному газу. Биогаз содержит 50—87 % метана СН4, 13—50 % углекислого газа CO2, незначительные примеси водорода H2 и соединения серы H2S. После очистки биогаза от СО2, получается биометан, который является почти полным аналогом природного газа. Биогаз – надежная и экономически выгодная альтернатива природному газу, которая позволяет широко применять различные отходы животноводства, растениеводства, пищевой промышленности, а также энергетические культуры и канализационные стоки. Для получения биогаза из биомассы необходимы биогазовые станции или установки, которые состоят из комплекса сооружений и оборудования для подготовки сырья: реактора для ферментации, коллектора, газгольдера, мешалок, резервуаров, хранилищ, систем передачи, очистки и хранения биогаза. Биогазовые станции и установки – относительно недорогое оборудование, которое имеет быструю окупаемость за счет низкой себестоимости биогаза и его использования для производства наиболее дешевой по себестоимости электроэнергии и тепла в газопоршневых мини-ТЭЦ (из одного 1 м3 биогаза получают 2 кВт/ч электричества), а также для обратного использования энергии на самообеспечение автономной работы биогазовой станции. Получение биогаза возможно в биогазовых станциях и установках самых разных масштабов: от небольших, для обеспечения отдельных предприятий, до огромных централизованных энергопарков.
Синтез-газ из торфа, угля, древесных отходов.
В последние годы во всем мире бурно развиваются технологии газификации - частичного окисления углеродосодержащего сырья, такого как уголь, торф и различные виды древесных, промышленных и бытовых отходов, с получением синтез-газа. Полученный газ состоит из моноксида углерода CO (15-18%), водорода Н2 (38-40%), метана CH4 (9-11%), диоксида углерода CO2 (30-32%), небольшого количества метана, этана, паров воды, азота и различных примесей. Получаемый в результате газификации, очистки от ненужных веществ (таких как углекислый газ и сера) и подготовки, синтезированный газ различается по калорийности (3500-7000 ккал/м3) в зависимости от видов исходного сырья. Его теплотворная способность ниже природного газа, однако, он имеет достаточную пригодность для использования в газовых турбинах или в газопоршневых агрегатах, адаптированных для работы с низкокалорийными газами. Себестоимость синтез-газа в разы ниже, чем стоимость поставляемого природного газа, а стоимость электроэнергии вырабатываемой с помощью газопоршневых установок, значительно ниже существующих тарифов. К примеру с помощью газогенератора синтез-газа и когенерационной установки, возможно вырабатывать 1 кВт электрической и столько же тепловой энергии, в среднем из 0,9 - 1,1 килограмма торфа.
Газ сточных вод.
Для получения газа, сточные воды, содержащие достаточно большие количества ферментируемых органических соединений, подвергают био обработке в анаэробных условиях. Газовая смесь, образующаяся при анаэробной переработке, состоит в основном из метана (65—70%) и углекислого газа, а также в небольших количествах содержатся сероводород и водород. Газ сточных вод обладает теплотворной способностью от 5800 до 6700 ккал/м3, в зависимости от исходного органического материала, и хорошо применим в качестве топлива для газопоршневых когенерационных установок. Тепло, образующееся при когенерации, используется на очистных сооружениях в качестве технологического тепла, что позволяет уменьшить затраты на теплоснабжение.
Свалочный газ.
Несмотря на незначительные объемы текущей мировой добычи свалочного газа, наличие колоссальных залежей мусора и усовершенствование технологий переработки, позволяет прогнозировать возрастание роли свалочного газа как альтернативного топлива. Поскольку свалочный газ содержит достаточно большое количество (до 60 %) метана СН4, он, после газоподготовки (очистки от частиц пыли и ненужных примесей, к примеру H2S), может использоваться в когенерационных установках, точно так же, как и традиционный биогаз. Теплотворность свалочного газа составляет в среднем 5000 ккал/м3, что при сгорании 1м3, эквивалентно сгоранию 0,8 м3 природного газа.
Попутный нефтяной газ.
Попутный нефтяной газ выделяется при добыче нефти и является многокомпонентной смесью различных газообразных углеводородов, растворенных в нефти: метана, этана, пропана, бутана и других. После определенной газоподготовки, направленной на выделение метан-этановой фракции, газ отлично подходит для его использования в качестве топлива для когенерационных установок. Использование попутного нефтяного газа для комбинированного производства электроэнергии и тепла позволяет нефтедобывающим компаниям избежать штрафов за его сжигание, так как Правительство России существенно повысило штрафы за сжигание попутного нефтяного газа, а в Казахстане и вовсе действует запрет на сжигание попутного газа.
Шахтный газ (Рудничный газ).
Добыча угля сопровождается процессами, приводящими к высвобождению шахтного газа, который содержится в угольном пласте и окружающих породах. Основной составляющей шахтного газа является метан (содержание 25-60%). Мировые запасы метана угольных плаcтов превышают запасы природного газа. Большое количество производителей, имеют модификации когенерационных установок, газопоршневой двигатель которых способен стабильно и с полной мощностью работать на шахтном газе, даже с минимальным 25 % содержанием метана.