گرما و توان میکروترکیبی (انگلیسی: Micro combined heat and power) در حقیقت تعمیمی از ایده تولید توأم به منازل مسکونی یا دفاتر و مجتمع های کوچک در محدوده ۰٫۳ تا ۵۰ کیلووات می باشد. هرچند تولید حرارت موضعی، بازده بیشتری نسبت به میکروترکیب دارد، اما در هنگام انتقال الکتریسیته حدود ۸تا۱۰ درصد و در هنگام انتقال گرما به دلیل تفاوت انرژی سیال گرم با محیط سرد بیرون حدود ۱۰تا ۱۵ درصد اتلاف وجود دارد. پر استفاده ترین سیستم های گرمایش، از نوعی متان به عنوان منبع گرم استفاده می کنند که به تولید دی اکسید کربن منجر می شود.
تولید پراکنده
روش پینچ
تولید هم زمان گرما و برق
سیستم های میکروترکیبی گرما و توان، عموماً برای تولید الکتریسیته و گرما از گاز طبیعی به عنوان سوخت استفاده می کنند. این سیستم ها معمولاً از یک سلول سوختی کوچک یا موتور حرارتی برای راه اندازی یک ژنراتور استفاده می کنند. خروجی این سیستم ها توان الکتریکی و حرارتی است که برای گرمایش و تهویه مطبوع یک ساختمان مورد استفاده قرار می گیرد. اگر در یک سیستم میکروترکیبی، تولید حرارت هدف اصلی باشد، الکتریسیته نیز به عنوان فراورده تولید خواهد شد د اگر هدف اصلی سیستم تولید الکتریسیته باشد، گرما به عنوان محصول جانبی سیستم شناخته می شود.سیستم میکروترکیبی با هدف اصلی تولید حرارت، نمونه ای کوچک از روش های تولید توأم است که در نیروگاه های الکتریکی بزرگ مورد استفاده قرار می گیرد. دلیل روی آوردن به سیستم های میکروترکیبی این است که موتورهای حرارتی، مانند نیروگاه های بخار که برای تولید انرژی الکتریکی موردنیاز برای مصرف روزانه از سوزندان سوخت استفاده می کنند، معمولاً بازدهی بالایی ندارند. چراکه بنابه نظریه کارنو، بازده یک موتور گرمایی هرگز نمی تواند ۱۰۰ درصد بشود، بدین ترتیب هرگز نمی توان تمام انرژی حاصل از سوزاندن یک سوخت را به انرژی مفید نظیر انرژی الکتریکی تبدیل نمود. از این رو موتورهای گرمایی همواره مقداری زباله حرارتی یا گرمای ثانویه تولید می کنند. امروزه نیروگاه های مدرن بازدهی بین ۳۳ تا ۶۰ درصد دارند، بنابراین نزدیک به ۴۰ تا ۶۷ درصد از انرژی به صورت زباله های حرارتی تلف می شود. در گذشته این زباله های حرارتی در طبیعت تخلیه می شدند. اما امروزه به کمک سیستم های تولید توأم، که در ابتدا برای کشورهای با اقلیم سرد طراحی شده بودند، از این زباله های حرارتی برای لوله کشی آب گرم به نواحی اطراف نیروگاه ها استفاده می شود.
البته به جهت آن که انتقال گرما به وسیله لوله کشی در مسافت های طولانی به سبب اتلاف حرارتی در لوله ها، عملی و منطقی نیست و نیز به سبب این که انتقال الکتریسیته کاری عملی و شدنی است، بهتر آن است که جریان برق در حوالی محل تولید زباله های حرارتی تولید شود. به همین جهت در سیستم های میکروترکیبی گرما و توان، نیروگاه های کوچک در خود ساختمان ها، یعنی محل تولید زباله های حرارتی به کار گرفته شوند. بر اساس تعریف EC، سیستم میکروترکیبی گرما-توان، می بایست خروجی الکتریکی ای کمتر از ۵۰ کیلووات داشته باشد.در برخی نیروگاه ها ممکن است میزان زباله های تولیدی بیش از نیز گرمایی منطقه باشد. در این صورت اگر نتوان میزان تولید توان خروجی نیروگاه را کاهش داد، می بایست گرمای مازاد در برج های خنک کننده یا سرمایش دریایی از بین برود. یکی از راه های جلوگیری از تولید زباله حرارتی اضافه تزریق سوخت کمتر به نیروگاه است که مسلماً علاوه بر کاهش تولید زباله حرارتی طبیعتاً کاهش توان تولیدی را نیز در پی خواهد داشت.در نیروگاه های حرارتی سنتی، حدوداً ۳۰٪ از انرژی اولیه سوخت، که می تواند زغال سنگ، گاز طبیعی، زیست توده، نفت یا اورانیوم باشد، به انرژی مفید تبدیل می شود. هرچند این رقم برای نیروگاه های قدیمی حدود ۲۰٪ و برای نیروگاه های جدیدتر در حدود ۴۵ درصد می باشد. از سوی دیگر، یک سیستم میکروترکیبی ۱۵تا ۴۲ درصد انرژی اولیه را به الکتریسیته و بیشتر انرژی حرارتی اضافی را نیز صرف تولید آب داغ یا گرمایش فضا می نماید. در مجموع در شرایطی که گرمای تولیدی بیشتر از نیاز نباشد، حدود ۹۰٪ گرمای منبع انرژی حرارتی به استفاده مفید می رسد.به طور کلی سیستم های میکروترکیبی امکان افزایش فرآوری منبع اصلی انرژی که می تواند سوخت یا انرژی خورشیدی باشد را فراهم می سازد. سیستم های میکروترکیبی در چند مدت اخیر به سبب افزایش قیمت برق و سوخت های فسیلی و البته نگرانی های ریست محیطی بسیار نظیر تغییر اقلیم در اکثریت بخش های اقتصادی مرتبط با انرژی با اقبال عمومی روبرو شده اند.
سیستم های ترکیبی از ابتدای انقلاب صنعتی در مرکز توجه قرار داشته اند. در بازه ای سی ساله، استفاده از سیستم های ترکیبی بزرگ به سبب پیش آمدن مباحث اقتصاد مقیاس توجیه اقتصادی بیشتری نسبت به سیستم های میکروترکیب داشت. اما بعد از سال ۲۰۰۰ به خاطر افزایش قیمت انرژی در اکثر نقاط دنیا، استفاده از سیستم های میکروترکیبی کاهش هزینه ها را در برداشت. در این میان تولید سیستم های میکروترکیبی نیز به کمک پیشرفت های تکنولوژیکی حاصل شده در ساخت موتورهای حرارتی کوچک آسان تر شد. برخی از این پیشرفت ها، مواردی بودند که به بهبود کارایی و کاهش هزینه تولید سلول های سوختی، موتورهای استرلینگ، موتورهای بخار، توربین های گاز، موتورهای دیزل و موتورهای اوتو کمک می کردند.سیکل های میکروترکیبی مجهز به سلول های سوختی PEMFC می توانند در دمای پایین(۵۰ تا ۱۰۰ درجه سانتیگراد) کار کنند و به درصد خلوص بالایی از هیدروژن نیازمندند. البته این سیستم ها همواره در خطر آلودگی هستند و برای کار کردن در دماهای بالاتر نیازمند ایجاد برخی تغییرات می باشند. سیکل های مجهز به سلول های سوختی SOFC توانایی کار کردن در دماهای بالا (۵۰۰ تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد) را دارند، اما برای تحمل این دما به مصالح گران قیمتی نیاز دارند. همچنین به سبب این دمای بالاتر، زمان شروع به کار این سیستم ها بالاتر بوده و حتی در شرایطی که به تولید گرما هم نیازی نیست، می بایست خروجی گرمای مداوم از این سیستم ها وجود داشته باشد.برخی سیستم های ترکیبی که به چیلرهای جذبی مرتبط می شوند، می توانند از زباله های گرمایی برای انجام خنک سازی استفاده کنند.بر اساس گزارشی که در سال ۲۰۱۳ توسط Ecuity Consulting منتشر شد، سیستم های میکروترکیبی، از لحاظ اقتصادی به صرفه ترین روش تبدیل گاز به انرژی مصرفی در ابعاد کوچک می باشند.
تولید پراکنده
روش پینچ
تولید هم زمان گرما و برق
سیستم های میکروترکیبی گرما و توان، عموماً برای تولید الکتریسیته و گرما از گاز طبیعی به عنوان سوخت استفاده می کنند. این سیستم ها معمولاً از یک سلول سوختی کوچک یا موتور حرارتی برای راه اندازی یک ژنراتور استفاده می کنند. خروجی این سیستم ها توان الکتریکی و حرارتی است که برای گرمایش و تهویه مطبوع یک ساختمان مورد استفاده قرار می گیرد. اگر در یک سیستم میکروترکیبی، تولید حرارت هدف اصلی باشد، الکتریسیته نیز به عنوان فراورده تولید خواهد شد د اگر هدف اصلی سیستم تولید الکتریسیته باشد، گرما به عنوان محصول جانبی سیستم شناخته می شود.سیستم میکروترکیبی با هدف اصلی تولید حرارت، نمونه ای کوچک از روش های تولید توأم است که در نیروگاه های الکتریکی بزرگ مورد استفاده قرار می گیرد. دلیل روی آوردن به سیستم های میکروترکیبی این است که موتورهای حرارتی، مانند نیروگاه های بخار که برای تولید انرژی الکتریکی موردنیاز برای مصرف روزانه از سوزندان سوخت استفاده می کنند، معمولاً بازدهی بالایی ندارند. چراکه بنابه نظریه کارنو، بازده یک موتور گرمایی هرگز نمی تواند ۱۰۰ درصد بشود، بدین ترتیب هرگز نمی توان تمام انرژی حاصل از سوزاندن یک سوخت را به انرژی مفید نظیر انرژی الکتریکی تبدیل نمود. از این رو موتورهای گرمایی همواره مقداری زباله حرارتی یا گرمای ثانویه تولید می کنند. امروزه نیروگاه های مدرن بازدهی بین ۳۳ تا ۶۰ درصد دارند، بنابراین نزدیک به ۴۰ تا ۶۷ درصد از انرژی به صورت زباله های حرارتی تلف می شود. در گذشته این زباله های حرارتی در طبیعت تخلیه می شدند. اما امروزه به کمک سیستم های تولید توأم، که در ابتدا برای کشورهای با اقلیم سرد طراحی شده بودند، از این زباله های حرارتی برای لوله کشی آب گرم به نواحی اطراف نیروگاه ها استفاده می شود.
البته به جهت آن که انتقال گرما به وسیله لوله کشی در مسافت های طولانی به سبب اتلاف حرارتی در لوله ها، عملی و منطقی نیست و نیز به سبب این که انتقال الکتریسیته کاری عملی و شدنی است، بهتر آن است که جریان برق در حوالی محل تولید زباله های حرارتی تولید شود. به همین جهت در سیستم های میکروترکیبی گرما و توان، نیروگاه های کوچک در خود ساختمان ها، یعنی محل تولید زباله های حرارتی به کار گرفته شوند. بر اساس تعریف EC، سیستم میکروترکیبی گرما-توان، می بایست خروجی الکتریکی ای کمتر از ۵۰ کیلووات داشته باشد.در برخی نیروگاه ها ممکن است میزان زباله های تولیدی بیش از نیز گرمایی منطقه باشد. در این صورت اگر نتوان میزان تولید توان خروجی نیروگاه را کاهش داد، می بایست گرمای مازاد در برج های خنک کننده یا سرمایش دریایی از بین برود. یکی از راه های جلوگیری از تولید زباله حرارتی اضافه تزریق سوخت کمتر به نیروگاه است که مسلماً علاوه بر کاهش تولید زباله حرارتی طبیعتاً کاهش توان تولیدی را نیز در پی خواهد داشت.در نیروگاه های حرارتی سنتی، حدوداً ۳۰٪ از انرژی اولیه سوخت، که می تواند زغال سنگ، گاز طبیعی، زیست توده، نفت یا اورانیوم باشد، به انرژی مفید تبدیل می شود. هرچند این رقم برای نیروگاه های قدیمی حدود ۲۰٪ و برای نیروگاه های جدیدتر در حدود ۴۵ درصد می باشد. از سوی دیگر، یک سیستم میکروترکیبی ۱۵تا ۴۲ درصد انرژی اولیه را به الکتریسیته و بیشتر انرژی حرارتی اضافی را نیز صرف تولید آب داغ یا گرمایش فضا می نماید. در مجموع در شرایطی که گرمای تولیدی بیشتر از نیاز نباشد، حدود ۹۰٪ گرمای منبع انرژی حرارتی به استفاده مفید می رسد.به طور کلی سیستم های میکروترکیبی امکان افزایش فرآوری منبع اصلی انرژی که می تواند سوخت یا انرژی خورشیدی باشد را فراهم می سازد. سیستم های میکروترکیبی در چند مدت اخیر به سبب افزایش قیمت برق و سوخت های فسیلی و البته نگرانی های ریست محیطی بسیار نظیر تغییر اقلیم در اکثریت بخش های اقتصادی مرتبط با انرژی با اقبال عمومی روبرو شده اند.
سیستم های ترکیبی از ابتدای انقلاب صنعتی در مرکز توجه قرار داشته اند. در بازه ای سی ساله، استفاده از سیستم های ترکیبی بزرگ به سبب پیش آمدن مباحث اقتصاد مقیاس توجیه اقتصادی بیشتری نسبت به سیستم های میکروترکیب داشت. اما بعد از سال ۲۰۰۰ به خاطر افزایش قیمت انرژی در اکثر نقاط دنیا، استفاده از سیستم های میکروترکیبی کاهش هزینه ها را در برداشت. در این میان تولید سیستم های میکروترکیبی نیز به کمک پیشرفت های تکنولوژیکی حاصل شده در ساخت موتورهای حرارتی کوچک آسان تر شد. برخی از این پیشرفت ها، مواردی بودند که به بهبود کارایی و کاهش هزینه تولید سلول های سوختی، موتورهای استرلینگ، موتورهای بخار، توربین های گاز، موتورهای دیزل و موتورهای اوتو کمک می کردند.سیکل های میکروترکیبی مجهز به سلول های سوختی PEMFC می توانند در دمای پایین(۵۰ تا ۱۰۰ درجه سانتیگراد) کار کنند و به درصد خلوص بالایی از هیدروژن نیازمندند. البته این سیستم ها همواره در خطر آلودگی هستند و برای کار کردن در دماهای بالاتر نیازمند ایجاد برخی تغییرات می باشند. سیکل های مجهز به سلول های سوختی SOFC توانایی کار کردن در دماهای بالا (۵۰۰ تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد) را دارند، اما برای تحمل این دما به مصالح گران قیمتی نیاز دارند. همچنین به سبب این دمای بالاتر، زمان شروع به کار این سیستم ها بالاتر بوده و حتی در شرایطی که به تولید گرما هم نیازی نیست، می بایست خروجی گرمای مداوم از این سیستم ها وجود داشته باشد.برخی سیستم های ترکیبی که به چیلرهای جذبی مرتبط می شوند، می توانند از زباله های گرمایی برای انجام خنک سازی استفاده کنند.بر اساس گزارشی که در سال ۲۰۱۳ توسط Ecuity Consulting منتشر شد، سیستم های میکروترکیبی، از لحاظ اقتصادی به صرفه ترین روش تبدیل گاز به انرژی مصرفی در ابعاد کوچک می باشند.
wiki: گرما و توان میکروترکیبی