Ниша для малой энергетики
Ниша для малой энергетики
Генерирующие мощности автономных энергетических установок вполне позволяют использовать их не только в качестве резервных или аварийных источников энергии, но и обеспечить достойную эксплуатацию объекта в случае, если нет возможности присоединения к централизованным энергосетям.
В последние годы достаточно широкое применение находят мини-ТЭС — компактные энергетические установки, вырабатывающие одновременно как тепловую, так и электрическую энергию. Такие мини-ТЭС предназначены для комбинированного производства электрической энергии переменного тока и тепловой энергии в виде горячей воды или пара. Использование подобного оборудования позволяет потребителю стать независимым от перебоев электроэнергии или ее нехватки, одновременно получая автономное теплообеспечение.
С учетом тенденции ежегодного роста стоимости электрической энергии применение когенератора способно принести значительную экономическую выгоду. При этом когенерационные установки предполагают совместное производство (cogeneration: co — совместное, generation — производство) не только электрической и тепловой энергии, но и, например, тепловой энергии и углекислого газа, электрической энергии и холода — в различных комбинациях. Таким образом, отличительной особенностью подобных мини-ТЭС является более экономичное использование топлива для произведенных видов энергии в сравнении с общепринятыми раздельными способами их производства. Это связано с тем, что электроэнергия в масштабах страны производится в основном в конденсационных циклах ТЭС и АЭС, имеющих электрический КПД на уровне 30–35% при отсутствии теплового потребителя. Фактически такое положение дел определяется сложившимся соотношением электрических и тепловых нагрузок населенных пунктов, их различным характером изменения в течение года, а также невозможностью передавать тепловую энергию на большие расстояния в отличие от электрической энергии.
Наиболее важными достоинствами мини-ТЭС специалисты считают следующие: возможность комбинирования процесса производства электроэнергии и тепла, низкая стоимость единицы тепловой и электрической мощности, высокое качество и бесперебойность энергоснабжения, соответствие европейским экологическим стандартам, низкий срок окупаемости и большой ресурс энергоблока, непосредственная близость к конечному потребителю и связанное с этим отсутствие затрат на сооружение коммуникаций и неизбежных потерь при передаче энергии по сетям, альтернативность строительству дорогостоящих высоковольтных линий электропередач, компактность установок, оперативность и простота монтажа и ввода в эксплуатацию мини-ТЭЦ, оптимальное соответствие режиму многократного пуска и остановки, низкая себестоимость производимой энергии; низкие сроки окупаемости оборудования, простота и удобство в эксплуатации (весь процесс управления работой станции полностью автоматизирован), высокая надежность основных узлов и агрегатов.
Стоит также отметить, что мини-ТЭС могут использовать различные виды топлива: от газа (природного магистрального, сжиженного и других горючих газов), жидкого топлива (нефть, мазут, дизельное топливо, биодизель и другие горючие жидкости) до разных видов твердого топлива (уголь, древесина, торф и прочие разновидности биотоплива). В российских условиях наиболее эффективным и недорогим топливом традиционно считается магистральный природный газ, а также попутный газ.
Мини-ТЭС могут располагаться вне здания, на крыше или внутри, за счет чего предполагают несколько вариантов исполнения: базовое, открытое (без кожуха шумоглушения), в кожухе или в контейнере. Стационарные мини-ТЭС выбираются в случае наличия свободного помещения в здании или готовности заказчика построить специальное помещение под энергокомплекс. Тогда установка может быть размещена непосредственно в здании. Такие здания должны быть оснащены системами жизнеобеспечения работы технологического оборудования, которое соответствует требованиям правил безопасности систем газораспределения и правил пожарной безопасности.
Мини-ТЭС, которые живут на крыше
Одной из причин появления варианта автономного энергоснабжения объекта от крышной мини-ТЭС — это нежелание заказчика терять земельный участок, который необходимо отводить для самой мини-ТЭС и санитарно-защитной зоны вокруг нее (в дальнейшем заказчик планирует использовать этот земельный участок по своему усмотрению — для целей, не связанных с энергоснабжением объекта). Однако при реализации проекта крышной мини-ТЭС специалисты советуют учитывать один немаловажный нюанс. Дело в том, что использование, например, газопоршневых машин сопровождается сильным шумом и вибрацией. Поэтому надо или выбирать мини-ТЭС с другими двигателями, или предусматривать меры для устранения шума и вибрации (плавающий пол, гидравлические виброизоляторы под машины, глушители шума на вентрешетках, звукоизоляция на стенах и т. д. ). Еще одно «но»: это высокие выбросы NOx и CO. Выход — установка системы газоочистки, но это дорогая и проблематичная в эксплуатации затея. Можно увеличить высоту трубы, но это вступает в противоречие с архитектурными нормами. Необходимо также предусмотреть аварийный дизель или дополнительный ввод питания от централизованного электроснабжения на случаи перебоев с газом или аварийных остановок агрегата.
Эксперты отмечают, что в принципе вибрация в когенерационных установках, если их мощность превышает 1,500 kW, наблюдается практически всегда. У менее мощных когенерационных установок этой проблемы нет.
Среди специалистов есть и немало сторонников точки зрения, согласно которой проблема вибраций и структурного шума при работе крышных котельных и мини-ТЭС не так страшна, так как имеет решение. В частности, накоплен большой опыт по виброизоляции указанного оборудования. Проблема имеет три ступени решения:
- непосредственная виброизоляция отдельно ГПГУ, насосов и прочего виброактивного оборудования с собственными частотами установки, обеспечивающими отстройку от рабочих частот конкретных агрегатов;
- устройство плавающего основания с собственной частотой 4–5 Гц под группой агрегатов;
- виброизолированная установка всего здания котельной (мини-ТЭЦ).
Применение всего комплекса решений гарантированно позволяет обеспечить выполнение требований санитарных норм.
Кроме этого, специалисты накопили и опыт виброизоляции когенерационных установок установленных на перекрытиях быстровозводимых зданий.
Все большую популярность приобретают модульные мини-ТЭС в «контейнерном» исполнении. Они особенно привлекательны в ситуациях, когда энергокомплекс требуется ввести в эксплуатацию в сжатые сроки при отсутствии возможности строительства собственного здания под мини-ТЭС. Выходом из положения становится использование энергооборудования высокой заводской готовности, которое позволит избежать длительного этапа строительства здания и монтажных работ и соответствующих затрат. При этом дополнительным преимуществом энергокомплекса в контейнерном исполнении является возможность оперативного изменения местоположения энергоцентра.
Главными модулями подобной установки являются газопоршневой двигатель, вращающий вал генератора, и электрогенератор, преобразующий механическую энергию в электрическую. Система теплообменников осуществляет отведение тепла, выделяющегося при работе ДВС в систему отопления или горячего водоснабжения. Система принудительного охлаждения, представляющая собой радиатор, отводит излишки тепла в атмосферу. Система отвода отходящих газов с глушителем выводит в атмосферу переработанный установкой газ. Распределительное устройство, система управления и контроля обычно размещаются в диспетчерских помещениях. Индикаторы, расположенные на дверцах распределительных устройств позволяют судить о состоянии энергоцентра. На экране компьютера воспроизводится принципиальная схема работы, а все параметры работы мини-ТЭС можно отслеживать в режиме реального времени.
Так как работа установки полностью автоматизирована, отпадает необходимость в постоянном дежурстве оператора на рабочем месте. Более того, при необходимости режимы работы мини-ТЭС можно контролировать удаленно — через сеть Интернет. Таким образом, мини-ТЭС можно устанавливать на любых новых строящихся объектах: промышленных производствах, торговых комплексах, офисных центрах, жилых микрорайонах и коттеджных поселках.
Разнообразие
В настоящее время широкое применение в зарубежной и отечественной теплоэнергетике находят следующие установки: противодавленческие паровые турбины, конденсационные паровые турбины с отбором пара, газотурбинные установки с водяной или паровой утилизацией тепловой энергии, газопоршневые, газодизельные и дизельные агрегаты с утилизацией тепловой энергии различных систем этих агрегатов.
Таким образом, в качестве двигателя мини-ТЭС могут использоваться поршневой двигатель (внутреннего сгорания), газовая турбина, паровая турбина, а также их комбинации. Двигатели внутреннего сгорания чаще применяются для привода автономных электростанций, которые часто используются в качестве резервных источников электроэнергии или в местностях, где отсутствует централизованное энергоснабжение. При оснащении теплообменным оборудованием или котлом-утилизатором они преобразуются в мини-ТЭС. При этом для отопления и горячего водоснабжения используется тепло выхлопных газов. В моделях с глубокой утилизацией дополнительно появляется возможность использовать еще и тепло систем охлаждения и смазки. В механическую работу преобразуется около трети энергии топлива. Остальная ее часть превращается в тепловую. Кроме дизельных двигателей внутреннего сгорания используются также газовые и газодизельные. Первый может быть оборудован несколькими карбюраторами, что дает возможность работать на нескольких сортах газа. А так называемые газодизели одновременно с газом потребляют до 10% дизтоплива, в аварийном же режиме переходят с газа на солярку.
Широко используются в энергетике и газотурбинные двигатели, несмотря на то, что они уступают поршневым по размеру удельных капвложений в производство электрической и тепловой энергии (около 20%). Основные части газотурбинного двигателя — газогенератор и силовая турбина размещаются в одном корпусе. Газогенератор включает в себя турбокомпрессор и камеру сгорания, где создается высокотемпературный поток газов, который воздействует на лопатки силовой турбины. За счет утилизации тепла выхлопных газов с помощью теплообменника, водогрейного или парового котла-утилизатора обеспечивается тепловая производительность. Значительная часть газотурбинных теплоэлектростанций малой и средней мощности создана на базе авиационных и судовых двигателей, но существуют также установки, изначально разработанные как энергетические.
Экологично и выгодно
При подключении абсорбционной установки холодоснабжения можно тепловую энергию использовать для кондиционирования (тригенерация). Еще одним фактором, выступающим в пользу автономных ТЭС, является их экологическая безопасность. Подобные установки имеют низкий уровень вредных выбросов (СО и NOx) в атмосферу и соответствует нормам по выбросам. При необходимости уровень выбросов NOx можно снизить в два раза регулировкой двигателя (за счет незначительного снижения КПД порядка 1–2%), уровень выбросов СО можно снизить установкой в систему выхлопа дополнительных окислительных катализаторов.
И, наконец, использование когенерационных установок экономически выгодно, т. к. нет необходимости в строительстве подводящих кабельных линий электроснабжения и тепловых сетей, а в совокупности выработка электрической и тепловой энергии экономит до 40% средств инвестора. Доход (или экономия) от реализации тепловой и электрической энергии покрывает все расходы на установку мини-ТЭС. Окупаемость капитальных вложений на когенераторы происходит быстрее окупаемости средств, затраченных на подключение к тепловым сетям, обеспечивается тем самым быстрый и устойчивый возврат инвестиций.
Применение технологии одновременного производства электроэнергии и тепла повышают эффективность электростанции на 30–40% и достигают расчетного суммарного КПД в размере 88%, а стоимость вырабатываемой электроэнергии значительно дешевле тарифов центральной электросети. Использование мини-ТЭС выгодно за счет отсутствия потерь электроэнергии и тепла, а также необходимости постоянного ремонта старых теплотрасс.
Таким образом, мини-ТЭС актуальны для большинства потребителей энергии: жилых комплексов и микрорайонов, технопарков, производственных кластеров и промзон, торговых и бизнес-центров, средних и крупных производителей продукции.
Установка мини-ТЭС позволяет наладить индивидуальное, автономное снабжение объекта энергией, существенно сократить энергорасходы, повысить надежность и стабильность энергопитания. За счет близости устанавливаемых мини-ТЭС к потребителям решается проблема аварийного прекращения подачи энергии, которая возникает при регулярных ЧП в централизованной энергосистеме.
Андрей Никитин
| Автор: Андрей Никитин Дата: 04.04.2013 Журнал Стройпрофиль 106 Рубрика: энергосбережение Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |