Перейти к основному содержанию
x

Проектирование энергоцентров

Сегодня одним из цивилизованных решений энергетических проблем является строительство малых теплоэлектростанций (мини-ТЭС) с когенерационными установками, экономически эффективными и экологически безопасными.

Мини-ТЭС (энергоцентр) – это автономный, локальный источник энергии. Внедрение таких теплоэлектростаций практикуется во всем мире. Мини-ТЭС может быть на базе газопоршневой, газотурбинной и микротурбинной установки с мощностью агрегатов от нескольких десятков кВт. до десятков МВт. Когенерация – технология, при которой одновременно вырабатывается электрическая и тепловая энергия внутри одного устройства, называемого когенераторной установкой (КУ). Она может быть на базе газопоршневой, газотурбинной или микротурбинной установок.

Так, к примеру, газопоршневой двигатель приводит во вращение генератор, который вырабатывает электрическую энергию, но при этом значительное количество тепловой энергии, отводящейся от двигателя при охлаждении системы смазки, системы охлаждения и с теплом выхлопных газов, выбрасывается в атмосферу. В когенераторной установке все это тепло утилизируется. Когенераторы без всяких проблем могут быть интегрированы в систему теплоснабжения. Охлажденная вода в системе теплоснабжения, отдавшая часть своего тепла потребителям, ступенчато догревается до 95°С или 130 С за счёт прохождения через теплообменник масляного контура системы охлаждения двигателя и теплообменник (котел утилизатор) на линии выхлопных газов, где выхлопные газы отдают свое тепло охлаждаясь с 500°С до 120°С, тем самым повышая температуру сетевой воды до необходимых параметров. При этом при выработке 1 МВт электрической энергии мы получаем 1 МВт тепла (а в микротурбинных установках до 1,7МВт), которое уже не выбрасывается в атмосферу.

Наибольший эффект применения когенератора достигается при работе последнего параллельно с внешней сетью. При этом возможна передача в распределительную сеть излишков электроэнергии, например, в ночное время, а также получение её из сети в случаях, когда выработанная электроэнергия не покрывает собственные потребности (например, когда один из когенераторов остановлен для профилактических работ, или при пиковых нагрузках). По такому принципу работают 90% когенераторов в странах Запада.

При такой схеме работы достигается ряд значительных преимуществ:

- приводные агрегаты когенерационных установок работают в постоянном режиме при оптимальных 90% нагрузках, что положительно сказывается на его эксплуатационных характеристиках, моторесурсе и достигаются минимальные сроки окупаемости;

- появляется возможность не устанавливать резервный агрегат для покрытия дефицита мощности при остановке одного из агрегатов для профилактических работ, уменьшается стоимость энергоцентра, экономятся площади.

Удельная стоимость подключения к энергетическим сетям уже достигла, а в ряде регионов превышает, удельную стоимость когенерационной установки с одинаковыми энергетическими параметрами. При этом при подключении к энергосетям заказчик несет безвозвратные финансовые вложения за техническое присоединение и в дальнейшем платит за получаемую энергию по существующим тарифам.

В тоже время капитальные затраты, связанные с приобретением когенератора и строительством энергоцентра, возмещаются за счет разницы тарифов и низкой себестоимости выработанной энергии в целом. Обычно полное возмещение капитальных затрат происходит после эксплуатации когенератора в течение трех-шести лет в зависимости от режима их работы. Кроме того, отпадает необходимость в строительстве и обслуживании внешних инженерных сетей.

В зарубежных странах правительством экономически поощряется строительство энергоцентров и присоединение их к распределительным сетям. В то время как у нас вынуждены строить только энергоцентры работающие автономно, в так называемом, «островном режиме». Это накладывает определенные сложности в подборе когенерационных установок и реализации проектов для объектов с цикличным потреблением электрических нагрузок, т.к. единичная мощность газопоршневых агрегатов подбирается исходя из минимальных часовых электрических нагрузок. На таких объектах, к примеру, днем электрическая нагрузка может достигать до 1 000 кВт, а ночью падать до 20-30 кВт.

Применение газопоршневых машин в таких случаях нереальна, т.к. минимальная рекомендуемая долговременная нагрузка ГПА не менее 40-50% единичной мощности агрегата, а работать параллельно с сетями, как это принято и поощряется государством в зарубежных странах, у нас не только не поощряется, а даже делается всё возможное, чтобы владельцу энергоцентра это было крайне не выгодно.

Уже в течение ряда лет на российском рынке стало внедряться новое энергетическое оборудование на основе микротурбинных установок. Интерес к этому оборудованию постоянно растёт.

Микротурбина – это высокоскоростная газовая турбина (в камере сгорания, которой сжигается газ природный, сжиженный, биогаз), выполненная в виде конструкции с одной движущейся деталью - вращающимся неразрезным валом на котором соосно расположены электрический генератор, компрессор и турбина. В отличии от газопоршневой установки (ГПУ) в микротурбинах утилизируется только тепло выхлопных газов, а отсутствие охлаждающих жидкостей не требует внешних систем охлаждения при отсутствии теплосъема, что значительно упрощает конструкцию. Благодаря ряду преимуществ перед ГПУ малой мощности, микротурбины на рынке начинают теснить ГПУ. Единичная мощность машин 30, 65, 100 кВт., Микротурбины позволяют создавать мини - ТЭЦ с глубоким диапазоном регулирования от 0 до 100 % электрической нагрузки, что важно для потребителей с цикличными, неравномерными в течении суток нагрузками. Производителями когенерационных установок на базе микротурбин являются: TURBEC АВ (Швеция), ELLIOT (США), KAWASAKI (Япония), CAPSTONE (США) На базе микротурбин комплектуются мини-ТЭЦ мощностью от 30 кВт до 1 500 кВт.

Почему микротурбины? Самое главное - это возможность применения на объектах с большой цикличностью нагрузок (зима-лето, день-ночь и основное - это часовые перепады). Характерным примером потребителей с большими перепадами часовых нагрузок, как правило, являются: жилые дома, офисные здания, развлекательные и торговые центры, бани, бассейны, складские помещения, предприятия быстрого питания, малого и среднего бизнеса, больницы, прачечные, автоцентры и др. с единовременной нагрузкой 100- 1 500 кВт. В то же время микротурбинная установка может работать в течение длительного времени при очень низких нагрузках, в том числе в режиме холостого хода, при этом вырабатывая тепловую энергию.

Кроме того, микротурбины отличаются от газопоршневых установок высокими эксплуатационными характеристиками. К ним можно отнести низкие затраты на эксплуатацию и обслуживание, высокую заводскую готовность, практически отсутствие вибрации и возможность установки на крыше зданий, экологически чистый выхлоп (NOx < 24 ppm в 20 раз меньше, чем у ГПУ), большой диапазон изменения нагрузок, нет внешних охладителей, необходимых у ГПУ при отсутствии теплосъема. Эти особенности позволяют считать данное оборудование наиболее востребованным и перспективным для применения на объектах с нагрузками от 10 до 1 500 кВт.

Высокие экологические характеристики и низкие уровни вибраций делают данное оборудование единственно возможным для применения в местах плотной застройки, в таких как жилые кварталы и деловые районы в крышном варианте размещения. Использование энергоцентров позволяет также значительно экономить средства на строительстве внешних инженерных коммуникаций (теплотрассы, электрические сети), а также решить проблему дефицита электроэнергии и тепла в местах, где получение электричества и тепла от центральных сетей невозможно.

При одинаковом принципе работы микротурбинные установки разных производителей имеют свои особенности технического исполнения, что вносит ограничения на область применения некоторых из них в отдельных случаях. Но разговор о преимуществах и недостатках микротурбинных установок разных производителей, сравнительных характеристиках, вариантах применения и исполнения, это отдельная тема для обсуждения.

Применение в когенерационных системах абсорбционных устройств, которые преобразовывают тепловую энергию в холод, позволяет более эффективно использовать КУ и значительно повысить экономическую эффективность всей системы. Это в переходный и летний период, когда потребность в отоплении помещений и нагреве воды становится незначительной, а возникает потребность в холоде для систем кондиционирования или производственных нужд.

Исполнение МТУ

МТУ поставляется полностью подготовленной заводом изготовителем к работе После монтажа требуется лишь проверка и подстройка рабочих параметров.

МТУ представляет собой полностью готовый к подключению модуль размерами (ДхВхГ) 3,11x2,12x0,91м., весом 1814кг. Кожух МТУ обеспечивает физическую защиту установки (в том числе от осадков - при наружном исполнении), шумоглушение и подключение внешних коммуникаций - газоснабжения (1 трубопровод ), водоснабжения (2 трубопровода), воздуховоды для забора воздуха на горение и охлаждение, трубопровод выхлопных газов.

Исполнение МТУ может быть как для установки внутри помещений, так и для наружной установки (под навесом, на кровле). Варианты размещения системы МТУ: открытая площадка вблизи потребителя, крыша здания, технический этаж, встроенное помещение, отдельное помещение. Эти проектные возможности позволяют легко адаптировать имеющиеся унифицированные решения по строительству энергокомплексов под практически любые требования архитектуры и градостроения. Установка крышных энергокомплексов позволяет обеспечить дополнительное или основное энергоснабжение за счет минимальных строительных решений и не потребует пересмотра или уменьшения полезных площадей. Практическое отсутствие шумов позволяет применять энергокомплексы на базе микротурбин в районах плотной жилой застройки.