16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/epr/27/1809.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 11 (27) ноябрь 2002 года

Автономное энергоснабжение на примере газопоршневых мини-ТЭЦ

При всем многообразии способов производства электрической и тепловой энергии все более широкое использование индивидуальных установок показывает рост тенденции ухода от традиционной централизованной системы энергоснабжения.

Причин тут несколько: рост цен на энергоносители от централизованных источников; значительная часть основных фондов энергетики дорабатывает проектный ресурс; отсутствие необходимых инвестиций в строительство новых крупных электростанций; необходимость снижения техногенной нагрузки на окружающую среду и др.

Таким образом, в ближайшие годы ожидается существенная переориентация на децентрализованную модель энергоснабжения.

Одним из вариантов такого перехода является когенерация - комбинированный процесс одновременного производства электроэнергии и тепла внутри одного устройства - когенераторной установки, например, газопоршневой мини-теплоэлектростанции (мини-ТЭЦ).

Такие установки окупают себя в течение 2-3 лет. Автономность мини-ТЭЦ, производящих электроэнергию и тепло на месте потребления, даёт гарантию от перебоев или аварийных отключений, которые неизбежны из-за изношенности электрических и тепловых сетей. Срок службы самих двигателей - до 200 000 моточасов, или 25 лет, при эксплуатации по 8 000 часов в год делает мини-ТЭЦ надежнейшим источником бесперебойного энергообеспечения.

Почему газопоршневые мини-ТЭЦ, а не газотурбинные?

Во-первых, высокий электрический КПД.

Наивысший электрический КПД - до 30 % - у газовой турбины, и около 40 % у газопоршневого двигателя достигается при работе под 100%-ной нагрузкой (Рис. 1). При снижении нагрузки до 50%, электрический КПД газовой турбины снижается почти в 3 раза. Для газопоршневого двигателя такое же изменение режима нагрузки практически не влияет ни на общий, ни на электрический КПД.



Графики наглядно показывают - газовые двигатели имеют высокий электрический КПД, который практически не изменяется в диапазоне нагрузки 50 - 100 %.

Во-вторых, условия размещения.

Номинальный выход мощности как газопоршневого двигателя, так и газовой турбины зависит от высоты площадки над уровнем моря и температуры окружающего воздуха.

На графике (рис.2) видно, что при повышении температуры от - 30°С до +30°С электрический КПД у газовой турбины падает на 15-20 %. При температурах выше +30°С, КПД газовой турбины - еще ниже. В отличие от газовой турбины газопоршневой двигатель имеет более высокий и постоянный электрический КПД во всем интервале температур и постоянный КПД, вплоть до +25°С.



В-третьих, условия работы.

Количество пусков: газопоршневой двигатель может запускаться и останавливаться неограниченное число раз, что не влияет на общий моторесурс двигателя. 100 пусков газовой турбины уменьшают её ресурс на 500 часов.

Время запуска: время до принятия нагрузки после старта составляет у газовой турбины 15-17 минут, у газопоршневого двигателя - 2-3 минуты.

В-четвертых, проектный срок службы, интервалы техобслуживания.

Ресурс до капитального ремонта составляет у газовой турбины 20 000 - 30 000 рабочих часов, у газопоршневого двигателя этот показатель равен 60 000 рабочих часов (табл. 1). Стоимость капитального ремонта газовой турбины с учётом затрат на запчасти и материалы значительно выше.



В-пятых, относительно низкие капиталовложения.

Как показывают расчёты, удельное капиталовложение (USD/кВт) в производство электрической и тепловой энергии газопоршневыми двигателями ниже. Это преимущество газопоршневых двигателей неоспоримо для мощностей до 30 МВт. ТЭЦ мощностью 10 МВт на основе газопоршневых двигателей требует вложений около 7,5 миллионов $, при использовании газовой турбины затраты возрастают до 9,5 миллионов $ (рис.3)



В чем экономия?

В России в настоящее время 80 % электроэнергии производится на паровых турбинах (без учёта гидроэлектростанций). Уровень КПД при использовании энергоносителя на таких ТЭЦ достигает лишь 50…65%. Поэтому для получения одного и того же количества полезной энергии на ТЭЦ с паровыми турбинами необходимо затратить почти в 2 раза больше энергоносителя, чем при получении того же количества энергии на газопоршневых ТЭЦ, КПД которых достигает 90% (рис.4).


Рис. 4. Расход газа различными установками при производстве одного и того же количества энергии (электрической и тепловой)

Преимущества перед дизельными двигателями.

Основное преимущество газопоршневых двигателей перед дизельными - более дешёвое топливо. Значительная разница в цене отражена в диаграммах на рис. 5. Даже при использовании в качестве резервного топлива газовой смеси пропан-бутан, стоимость единицы электрической энергии, произведённой на газопоршневой установке, в 1,3 раза меньше, чем на дизельной.



Другое важное преимущество перед дизельными установками - экологическая безопасность, например, уровень выбросов NOx в 3 раза меньше (рис. 6).



Мини-ТЭЦ Jenbacher

Более четырех десятилетий компания Jenbacher AG (Австрия) разрабатывает и производит энергоустановки на базе газопоршневых двигателей. За этот период времени более 5 000 мини-ТЭЦ были установлены по всему миру. В России уже действует более 40 энергоустановок.

В программе производства Jenbacher мини-ТЭЦ электрической мощностью от 299 до 2734 кВт и тепловой мощностью от 206 до 2859 кВт.

Топливом для мини-ТЭЦ служит как природный газ, так и газы с низкой теплотворной способностью, малым содержанием метана и низкой степенью детонации (пиролизный, древесный, коксовый газ, газ сточных вод, биогаз и т.д.) или газы с высокой теплотворной способностью - факельный, пропан, бутан.

Мини-ТЭЦ представляет собой моноблок "двигатель-генератор" с теплообменниками, в которых утилизируется тепловая энергия (рис. 7).



Напряжение генератора 400, 6300 или 10500 вольт определяется по выбору, исходя из требований к Мини-ТЭЦ. Для утилизации тепла предусмотрено четыре контура: теплообменник охладителя смеси, масляный теплообменник, теплообменник водяной рубашки двигателя и теплообменник выхлопных газов. Тепловая энергия, получаемая при охлаждении газопоршневого двигателя, может быть использована, например, для нужд отопления или горячего водоснабжения.

В программе производства фирмы Jenbacher AG имеются и контейнерные варианты исполнения мини-ТЭЦ. В этом случае поставляется стандартный 40 футовый контейнер (строительство специального здания уже не требуется), при этом время пуска в эксплуатацию равно времени его подключения к соответствующим магистралям.

Все оборудование Jenbacher имеет Сертификаты ГОСТ-Р и разрешено Госгортехнадзором к применению на территории Российской Федерации, а также Сертификат соответствия Украины и Разрешение Госнадзорохрантруда Украины.

Область применения Мини-ТЭЦ Jenbacher широка: везде, где необходимо электричество и тепло, и имеется газ, пригодный для использования в двигателях Jenbacher, мини-ТЭЦ могут производить электрическую и тепловую энергию. В зависимости от конкретного проекта, мини-ТЭЦ "Jenbacher" обеспечивают конечного потребителя в автономном режиме или вместе с централизованными системами энергоснабжения и отопления, т.е. мини-ТЭЦ могут служить в качестве, основного, дополнительного или резервного источника энергоснабжения.

Широкий спектр используемого газа делает актуальным применение мини-ТЭЦ в нефте-, газо-, угледобывающих компаниях; на нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах; в металлургической промышленности; на животноводческих комплексах; на мусорных свалках; на водоочистных сооружениях и т.д.

Бесперебойное энергоснабжение является обязательным условием работы ответственных потребителей: узлов связи, больниц, административных зданий, диспетчерских пунктов, банков, страховых компаний, таможенных терминалов, систем жизнеобеспечения и др.

Оптимальной схемой эксплуатации Мини-ТЭЦ Jenbacher можно назвать такую, где наряду с электроэнергией потребитель использует, т.е. утилизирует и тепловую энергию, повышая тем самым общий КПД установки. Экономически целесообразным, в этой связи, является применение мини-ТЭЦ на предприятиях, имеющих технологическую потребность в тепловой энергии круглый год, например, на предприятиях легкой, пищевой промышленности или бытового обслуживания, где тепло может быть использовано как для подогрева питательной воды для паровых котлов, так и непосредственно в технологическом процессе. Возможны и другие способы утилизации тепла:


при работе абсорбционных холодильных машин, производящих холод для кондиционирования и технологических нужд;

для нагрева осадка (биомассы) сточных вод, отходов животноводческих ферм и птицефабрик, что ускоряет производство биогаза; при этом сам биогаз может являться топливом для самих энергоустановок;

для подогрева природного газа на газовых редуцирующих станциях - ГРС (после резкого понижения давления газ сильно охлаждается);

в процессах технологической сушки или тепловой обработки (например, керамики, древесины и т.п.). При этом теплоносителем являются выхлопные газы с температурой около 500 °C.
Для отопления зданий и сооружений широко распространенной в мире является схема, когда 50%-70% ежегодных тепловых нужд потребителя обеспечивает мини-ТЭЦ, а остальные 30%-50% дают пиковые водогрейные котлы (рис. 8).



Около 6% своего годового оборота, что значительно выше среднеотраслевых показателей, Jenbacher AG инвестирует в научно-технические исследования и разработки. Собственные запатентованные технологии "ноу-хау" обеспечивают значительный отрыв от конкурентов и позволяют фирме Jenbacher AG быть мировым лидером на рынке газопоршневых двигателей.

В первую очередь, в использовании в качестве топлива газов мусорных свалок, газов сточных вод, биогазов, попутных нефтяных газов, газов химической индустрии и др. Специалисты фирмы Jenbacher разработали и запатентовали систему LEANOX, позволяющую существенно уменьшить выбросы СО, NOх и SO2. Благодаря этой системе, декларированный уровень выбросов установок Jenbacher AG обеспечивается не только на номинальном режиме, как у большинства аналогов, но и при снижении их мощности до 50%.

Фирма Jenbacher AG поставляет не просто газовые моторы, а полностью укомплектованную теплоэлектростанцию с очень высоким уровнем автоматизации, практически не требующую контроля дежурного персонала. Система управления энергоустановками Dia-ne и программное обеспечение - также собственный продукт фирмы. Она обеспечивает координацию важнейших параметров работы Мини-ТЭЦ, таких как: число оборотов, мощность, состав топливной смеси, контроль процесса сгорания, ведёт непрерывный мониторинг состояния всех систем энергоустановки и проводит анализ их изменений. Например, на основании анализа данных о производимой и потребляемой электрической мощности, система управления запускает или останавливает двигатель, управляет силовыми выключателями генераторов, а также процессом синхронизации генераторов. Кроме того, система управления модулями связана через модем с заводом-изготовителем. Это даёт возможность, среди прочего, быстро реагировать на изменение технических параметров в процессе эксплуатации и исключать нештатные ситуации.

Применение нескольких модулей гарантирует бесперебойное обеспечение электроэнергией, а система "Мастер-контроль", ноу-хау фирмы Jenbacher AG, автоматически поддерживает согласованную работу до 5 модулей. Она следит за одинаковой наработкой моточасов, интервалами технического обслуживания, реагируют на изменение силовой нагрузки "ведущего" модуля - запуская следующий модуль, который уже через 3 минуты способен вырабатывать 100 % мощности. При этом каждая отдельная энергоустановка может гибко работать в широком диапазоне (15 - 100%) своей мощности. Мини-ТЭЦ Jenbacher изготавливаются под заказ и оснащаются высокотехнологичным оборудованием и системами собственного производства. Причём, в каждом конкретном случае - это особое техническое решение.

В процессе эксплуатации высокое качество оборудования поддерживается соответствующим сервисным обслуживанием и плановым ремонтом. В технической документации, предоставляемой заказчику на русском языке, подробно описан порядок и регламент всех видов работ. Необходимые запасные части и приборы поставляет фирма Jenbacher. Моторное масло, рекомендованное заводом-изготовителем, производят ряд известных фирм, представленных на российском рынке. Для обучения обслуживающего персонала предлагается учебный семинар на фирме Jenbacher или непосредственно у заказчика.

В настоящее время формируется сервисная служба Jenbacher и организуется склад запасных частей для оперативного обслуживания действующих в России энергоустановок. Суммарная стоимость расходов на ремонт и сервисное обслуживание за 10 лет эксплуатации энергоустановки составляет около 70% первоначальной стоимости установки. Для сравнения, эта же стоимость для газотурбинных установок уже после первого года эксплуатации составляет около 60 % от первоначальной стоимости.

* * *

Таким образом, мини-ТЭЦ Jenbacher представляют собой современное высокотехнологичное и энергосберегающее оборудование, наиболее приемлемое с позиции "эффективность-стоимость" решение энергоснабжения любого объекта с потреблением электричества до 30 МВт. Такие мини-ТЭЦ способны обеспечить энергией объекты как за счёт наличия резервных видов топлива, так и за счёт возможности параллельной работы с электрическими сетями. Высокие показатели надёжности, ресурса, автоматизации, экологичности и экономичности обеспечиваются широким внедрением в производственный процесс и конструкцию двигателей передовых европейских технологий, большим объёмом собственных научно-технических разработок и подтверждаются наличием сертификатов ISO 9001.

Официальный дистрибьютер JENBACHER AG в России - компания "Демос Электро"
Тел.факс: (095) 741-5001
E-mail: electro@demos.su
Http: www.cogeneration.ru

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 11 (27) ноябрь 2002 года:

  • Афганистан: Сорвано строительство газопровода через Афганистан

    Встреча лидеров Афганистана, Пакистана и Туркменистана, в ходе которой должен был быть подписан договор о строительстве газопровода через Афганистан, отложена. Об этом заявила администрация президента Туркменистана Сапармурата Ниязова. Подписание документа главами трех государств было намечено после договоренности, достигнутой в Ашхабаде представителями правительств этих стран. В администрации туркменского президента не уточнили, когд...

  • «Сибнефть» и ТНК обменялись активами и должностями

    Один из главных претендентов на приобретение «Славнефти» - компания «Сибнефть» станет акционером и получит место в руководстве ТНК International, то есть другого потенциального покупателя. Возможно, в предстоящей борьбе ТНК и «Сибнефть» станут союзниками. После подписания Михаилом Касьяновым распоряжения о скорой продаже принадлежащих государству 74,95% акций «Славнефти» аналитики сразу объявили, что среди возможных покупателей наверн...

  • С топливом, но замерзаем

    Правительство рассматривает вопрос о готовности страны к осенне-зимнему периоду. Вопрос обсуждался на заседании Думы. Выяснилось, что, как и в прежние годы, налицо все предпосылки «в целом», чтобы население и экономика относительно благополучно пережили очередную зиму, обещающую быть, если верить синоптикам, очень холодной. Во всяком случае, запасов топлива на будущий сезон хватит с лихвой во всех регионах, заверил вице-премьер Виктор...

  • Сплав науки и производства

    Международный резонанс подмосковной встречи Представители иностранных фирм не менее российских участников были заинтересованы в обсуждении проблем, которые затрагивались на этом международном форуме. Своими разработками в области изоляционных материалов поделился с корреспондентом газеты «Энергетика и промышленность России» представитель компании «Дюпон де Немур Интернешнл» Роджер Джамисон. «Компания Дюпон де Немур Интернешнл» была...

  • Белоруссия пошла украинским путем

    Белоруссия решила просить у России увеличения поставок газа. Несмотря на то что белорусы уже были пойманы на воровстве газа, добиться от России увеличения дешевых поставок Александру Лукашенко вполне по силам. Белоруссия, как сообщает Reuters, намерена просить «Газпром» об увеличении поставок газа в этом году на 1,5 млрд. кубoметров. В договоре на 2002 год оговорена цифра 10,2 млрд. кубометров. То есть Белоруссия просит об увеличении ...