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:

  • Вам требуется скорость и качество? Это делает КСПО!

    Редакция продолжает начатую в июне этого года публикацию серии материалов о новой технологии очистки больших и малых труб, разработанной санкт-петербургскими инженерами. ...

  • Теперь на пути «плохой» воды - «Барьер - Гранд»

    По данным международного агентства SIDА, 900 млн. человек ежегодно становятся жертвами заболеваний, передающихся через воду, причем 3 млн. из них умирают. В России, по данным Департамента Санэпиднадзора Минздрава РФ, лишь 1% поверхностных источников воды могут быть использованы в качестве питьевой после традиционных способов доочистки. В городах, почти треть проб водопроводной воды, взятых выборочно, не соответствует нормам по санитар...

  • «Чумовая» атака

    По секретным данным департамента энергетики США, нефтяные залежи Казахстана содержат большое количество опасных бактерий, в том числе и чумы. Эти данные, по сообщениям западной прессы, были получены несколько лет назад, но требовали подтверждения из других источников. Российские эксперты считают, что распространенная информация о чуме - карта в большой политической игре вокруг еще не поделенных крупнейших каспийских месторождений и ср...

  • Подготовка персонала энергопредприятий: О целесообразности использования "Компьютерных тренажеров"

    В энергетике, являющейся частью мировой техногенной культуры, время от времени наблюдаются нештатные ситуации и крупные аварии, в том числе и по вине обслуживающего (оперативного) персонала. Задача руководящего персонала электрических станций, энергосистем и отрасли в целом, состоит в том, чтобы обеспечить надлежащую подготовку и тренаж подчиненного ему оперативного персонала, так или иначе участвующего в производстве и распределении ...

  • США: Корпоративный шантаж

    15 октября окружной суд Денвера (штат Колорадо) отклонил иск канадской компании Archangel Diamond Corporation против ОАО «Архангельскгеолдобыча» и его крупнейшего акционера компании «Лукойл», на 4,8 млрд. долл.: окружной судья Уильям Роббинс решил, что оснований для рассмотрения иска нет. Это чувствительное поражение американского адвоката Брюса Маркса, которого многие предприниматели считают видной фигурой межкорпоративных конфликтны...