گرما و توان میکروترکیبی
دید کلی

سیستم‌های میکروترکیبی گرما و توان، عموماً برای تولید الکتریسیته و گرما از گاز طبیعی به عنوان سوخت استفاده می‌کنند. این سیستم‌ها معمولاً از یک سلول سوختی کوچک یا موتور حرارتی برای راه‌اندازی یک ژنراتور استفاده می‌کنند. خروجی این سیستم‌ها توان الکتریکی و حرارتی است که برای گرمایش و تهویه مطبوع یک ساختمان مورد استفاده قرار می‌گیرد. 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 می‌شود.
سیستم میکروترکیبی با هدف اصلی تولید حرارت، نمونه‌ای کوچک از روش‌های تولید توأم است که در نیروگاه‌های الکتریکی بزرگ مورد استفاده قرار می‌گیرد. دلیل روی آوردن به سیستم‌های میکروترکیبی این است که موتورهای حرارتی، مانند نیروگاه‌های بخار که برای تولید انرژی الکتریکی موردنیاز برای مصرف روزانه از سوزندان سوخت استفاده می‌کنند، معمولاً بازدهی بالایی ندارند. چراکه بنابه نظریه کارنو، بازده یک موتور گرمایی هرگز نمی‌تواند ۱۰۰ درصد بشود، بدین ترتیب هرگز نمی‌توان 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 می‌کنند. امروزه نیروگاه‌های مدرن بازدهی بین ۳۳ تا ۶۰ درصد دارند، بنابراین نزدیک به ۴۰ تا ۶۷ درصد از انرژی به صورت زباله‌های حرارتی تلف می‌شود. در گذشته این زباله‌های حرارتی در طبیعت تخلیه می‌شدند. اما امروزه به کمک سیستم‌های تولید توأم، که در ابتدا برای کشورهای با اقلیم سرد طراحی شده بودند، از این زباله‌های حرارتی برای لوله‌کشی آب گرم به نواحی اطراف نیروگاه‌ها استفاده می‌شود.
البته به جهت آن که انتقال گرما به وسیله لوله‌کشی در مسافت‌های طولانی به سبب اتلاف حرارتی در لوله‌ها، 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 زباله‌های حرارتی تولید شود. به همین جهت در سیستم‌های میکروترکیبی گرما و توان، نیروگاه‌های کوچک در خود ساختمان‌ها، یعنی محل تولید زباله‌های حرارتی به کار گرفته شوند. بر اساس تعریف EC، سیستم میکروترکیبی گرما-توان، می‌بایست خروجی الکتریکی ای کمتر از ۵۰ کیلووات داشته باشد.
در برخی نیروگاه‌ها ممکن است میزان زباله‌های تولیدی بیش از نیز گرمایی منطقه باشد. در این صورت اگر نتوان میزان تولید توان خروجی نیروگاه را کاهش داد، می‌بایست گرمای مازاد در برج‌های خنک‌کننده یا سرمایش دریایی از بین برود. یکی از راه‌های 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 نیروگاه‌های حرارتی سنتی، حدوداً ۳۰٪ از انرژی اولیه سوخت، که می‌تواند زغال سنگ، گاز طبیعی، زیست توده، نفت یا اورانیوم باشد، به انرژی مفید تبدیل می‌شود. هرچند این رقم برای نیروگاه‌های قدیمی حدود ۲۰٪ و برای نیروگاه‌های جدیدتر در حدود ۴۵ درصد می‌باشد. 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 می‌نماید. در مجموع در شرایطی که گرمای تولیدی بیشتر از نیاز نباشد، حدود ۹۰٪ گرمای منبع انرژی حرارتی به استفاده مفید می‌رسد.
به‌طور کلی سیستم‌های میکروترکیبی امکان افزایش فرآوری منبع اصلی انرژی که می‌تواند سوخت یا انرژی خورشیدی باشد را فراهم می‌سازد. سیستم‌های میکروترکیبی در چند مدت اخیر به سبب افزایش قیمت برق و سوخت‌های فسیلی و البته نگرانی‌های ریست محیطی بسیار نظیر تغییر اقلیم در اکثریت بخش‌های اقتصادی مرتبط با انرژی با اقبال عمومی روبرو شده‌اند.
سیستم‌های ترکیبی از ابتدای انقلاب صنعتی در مرکز توجه قرار داشته‌اند. در بازه‌ای سی ساله، استفاده از سیستم‌های ترکیبی بزرگ به سبب پیش آمدن مباحث اقتصاد مقیاس توجیه اقتصادی بیشتری نسبت به سیستم‌های میکروترکیب داشت. اما بعد از سال ۲۰۰۰ به خاطر افزایش قیمت انرژی در اکثر نقاط دنیا، استفاده از سیستم‌های میکروترکیبی کاهش هزینه‌ها را در برداشت. در این میان تولید سیستم‌های میکروترکیبی نیز به کمک پیشرفت‌های تکنولوژیکی حاصل شده در ساخت موتورهای حرارتی کوچک آسان تر شد. برخی از این پیشرفت‌ها، مواردی بودند که به بهبود کارایی و کاهش هزینه تولید سلول‌های سوختی، موتورهای استرلینگ، موتورهای بخار، توربین‌های گاز، موتورهای دیزل و موتورهای اوتو کمک می‌کردند.
سیکل‌های میکروترکیبی مجهز به سلول‌های سوختی PEMFC می‌توانند در دمای پایین(۵۰ تا ۱۰۰ درجه سانتیگراد) کار کنند و به درصد خلوص بالایی از هیدروژن نیازمندند. البته این سیستم‌ها همواره در خطر آلودگی هستند و برای کار کردن در دماهای بالاتر نیازمند ایجاد برخی تغییرات می‌باشند. سیکل‌های مجهز به سلول‌های سوختی SOFC توانایی کار کردن در دماهای بالا (۵۰۰ تا ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد) را دارند، اما برای تحمل این دما به مصالح گران‌قیمتی نیاز دارند. همچنین به سبب این دمای بالاتر، زمان شروع به کار این سیستم‌ها بالاتر بوده و حتی در شرایطی که به تولید گرما هم نیازی نیست، می‌بایست خروجی گرمای مداوم از این سیستم‌ها وجود داشته باشد.
برخی سیستم‌های ترکیبی که به چیلرهای جذبی مرتبط می‌شوند، می‌توانند از زباله‌های گرمایی برای انجام خنک‌سازی استفاده کنند.
بر اساس گزارشی که در سال ۲۰۱۳ توسط Ecuity Consulting منتشر شد، سیستم‌های میکروترکیبی، از لحاظ اقتصادی به صرفه‌ترین روش تبدیل گاز به انرژی مصرفی در ابعاد کوچک می‌باشند.
همچنین در همین سال Delta-ee گزارش داد که سیستم‌های میکروترکیبی مجهز به سلول‌های سوختی با اختصاص دادن ۶۴ درصد گل فروش به خود، با پشت سر گذاشتن سیستم‌های میکروترکیبی موتورمحور، بیشترین میزان فروش سیستم‌های میکروترکیبی را به خود اختصاص دادند.