Максимальные возможности мини-ТЭЦ. Мини тэц

Мини-ТЭЦ: назначение, преимущества, топливо

Энергоснабжение ответственных объектов должно осуществляться в постоянном и бесперебойном режиме. Для этого проектировщики электростанций разрабатывают все новые, более эффективные и надежные конструкции, оптимизируют начинку силовых установок и подбирают наиболее экономные виды топлива. Одним из способов решения задачи бесперебойного энергоснабжения является подключение резервных станций. В частности, мини-ТЭЦ (теплоэлектроцентраль) позволяет с небольшими затратами обеспечить поддержку электроснабжения потребителей в условиях временного отключения основного источника. Такие объекты в зависимости от версии могут использоваться и в промышленности, и в обслуживании общественных объектов, а также в бытовых нуждах рядовых потребителей.

мини тэц

Назначение ТЭЦ

Теплоэлектроцентрали выполняют задачи обеспечения электроэнергией потребителей. В качестве последних могут выступать производственные объекты, медицинские учреждения, частные дома, отдельные агрегаты и технические установки. Стандартные тепловые электрические станции редко используются как основной источник энергии. Они могут выполнять задачу энергообеспечения временно, но и в этом случае не всегда гарантируется полная замена основной электросети.

Несмотря на скромный потенциал выработки электроэнергии, ТЭЦ получили широкое распространение как относительно малогабаритные, удобные в эксплуатации, нетребовательные в обслуживании и экономные генераторы. Во многом этими качествами оправдывается использование таких станций в частных нуждах. Например, с помощью мини-ТЭЦ обеспечивают электричеством не только жилые дома, но и отдельные хозяйственные помещения, гаражи и бани.

чем отличается тэс от тэц

Газотурбинные ТЭЦ

Сама идея автономных электростанций определяет их независимость от магистральных источников энергоснабжения. И все же наиболее экономны в эксплуатации газовые ТЭЦ, которые подключаются к центральному газопроводу. Такое решение является наименее затратным, безопасным и эффективным с точки зрения поддержания производительности. Если же возможность подключения к магистрали отсутствует, то можно использовать баллоны, наполненные сжиженным газом. Работают такие модели по принципу преобразования тепла, выделяемого при сжигании топлива, в механическую и электрическую энергию. Благодаря дополнению турбинным генератором мини-ТЭЦ на газе позволяют вырабатывать большие объемы энергии. Сохраняя малогабаритность конструкции, станция способна обслуживать промышленное оборудование, требующее подключения немалых энергетических ресурсов под высоким напряжением.

Теплоэлектроцентрали с двигателями внутреннего сгорания

тепловые электрические станции

В том или ином виде силовая установка, отвечающая за генерацию электроэнергии за счет сгорания основного топлива, присутствует в любой ТЭЦ. Но есть агрегаты, в которых двигатель внутреннего сгорания выполняет универсальную функцию преобразования тепловой энергии. Это станции, работающие практически с любым видом горючего. Сюда можно отнести и традиционные жидкостные, и газовые, а также твердотельные виды топлива. Распространяются и энергоэффективные мини-ТЭЦ, работающие на биотопливе. Для таких установок используют пеллеты, гранулированные материалы и даже некоторые виды отходов промышленного производства. Однако и стоимость теплоэлектроцентралей такого типа значительно выше, чем цена обычных генераторов.

Паровые мини-ТЭЦ

мини тэц на газе

К особенностям паровых станций генерации электричества можно отнести невысокую мощность, экологичность, высокий уровень безопасности и экономию в эксплуатации. В данном случае источником выработки энергии для преобразования выступает вода, которая в результате высокого нагрева переходит в пар, а затем в конденсат. Главным же недостатком, которым обладает паровая мини-ТЭЦ, является сложность ее конструкционного устройства. Дело в том, что станция представляет собой комплекс, включающий несколько отдельных компонентов. В отличие от тех же газотурбинных теплоэлектроцентралей, паровые установки имеют в составе бойлер, который и выполняет функцию парообразователя. Также связь с генераторной установкой формируется посредством сети труб, которые осуществляют циркуляцию воды и пара. Но неудобства применения конструкции практически компенсируются отсутствием затрат на топливный материал.

Чем отличается ТЭС от ТЭЦ?

Классические теплоэлектростанции (ТЭС) выполняют одну задачу, которая заключается в выработке электричества. В свою очередь, теплоэлектроцентрали помимо электроэнергии могут генерировать тепло, осуществляя и отопительную функцию. Соответственно, ТЭЦ является многозадачным энергетическим объектом, который, впрочем, может проигрывать станциям в показателях мощности генератора. Поэтому вопросы о том, чем отличается ТЭС от ТЭЦ и какое оборудование предпочтительнее, следует рассматривать с разных позиций. Если приоритетом является выработка электроэнергии, то лучше ориентироваться на обычные теплоэлектростанции. Теплоэлектроцентрали скорее подойду в случаях, если нужно обеспечить комбинированную генерацию энергетических ресурсов.

паровая мини тэц

Преимущества ТЭЦ

Проектирование и строительство мини-теплоэлектроцентралей оправдывается разными эксплуатационными факторами. В первую очередь это низкие финансовые затраты на содержание. Причем даже использование жидкостного топлива позволяет рассчитывать на значительную экономию по сравнению с полноформатными электростанциями. Также, несмотря на небольшие размеры, ТЭЦ обеспечивают неплохие показатели работоспособности и производительности, особенно это относится к газотурбинным моделям. Правда, тепловые электрические станции все же выигрывают и у таких теплоэлектроцентралей в показателях энергетической отдачи. С другой стороны, ТЭЦ отличается экологической безопасностью и возможностью работы с широким перечнем топливных ресурсов.

Заключение

мини тэц цена

Отечественная промышленность выпускает генераторы электроэнергии разных типов и модификаций. Найти подходящую модель можно и для ответственных производственных задач, и для частных нужд. Главное – определиться с функциями, которые будет выполнять конкретная мини-ТЭЦ. Цена самых простых и маломощных агрегатов составляет 10-15 тыс. руб. Это небольшие установки, потенциала которых достаточно для обогрева и энергоснабжения небольшого дома. За 30-40 тыс. можно приобрести теплоэлектроцентраль для обслуживания большого загородного дома или промышленного объекта. При этом важно учитывать потребность в дополнительной оснастке, которую могут составлять и монтажные компоненты, и средства управления оборудованием.

fb.ru

Мини ТЭЦ (типы, области применения). Газотурбинные мини-ТЭЦ. Использование биотоплива для производства энергии на мини-ТЭЦ

Мини ТЭЦ (Общая информация)

В последнее время развивается энергоснабжение, которое базируется на установках мини-ТЭЦ. Система утилизации тепла мини-ТЭЦ предусматривает также производство горячей воды или пара для отопления (когенерация) и холода для систем кондиционирования и вентиляции (тригенерация).

Типы мини ТЭЦ

Различают следующие типы мини-ТЭЦ:

паротурбинную с противодавленческой турбиной с отпуском тепловым потребителям всего или части отработавшего в ней пара;
паротурбинную с конденсационной турбиной, имеющей теплофикационный отбор или отборы для отпуска пара тепловым потребителям;

газотурбинную с использованием тепла выхлопных газов в котле-утилизаторе или непосредственно в технологическом процессе;
дизельную с производством высокопотенциального тепла благодаря энергии выхлопных газов и низкопотенциального - из контуров охлаждения двигателя;
парогазовую с использованием тепла выхлопных газов для производства пара, который полностью или частично направляется в одну или несколько паровых турбин.

В настоящее время используются также следующие виды установок для производства электроэнергии и теплоты малой и средней мощности:

теплофикационные ГТУ на базе газотурбинных двигателей самолетов и судов единичной электрической мощностью от 50 до 6000 кВт и тепловой мощностью от 0,6 до 50 МВт для установки в местах размещения отопительных и промышленных котельных, работающих на природном газе;
теплофикационные паросиловые установки малой мощности с противодавлением на промышленные параметры пара электрической мощностью до 1200 кВт и тепловой мощностью до 12 МВт, работающих на мазуте и твердом топливе;
теплофикационные дизельные установки для энергоснабжения на базе двигателей судов, колесных и гусеничных машин электрической мощностью до 600 кВ;
паросиловой и газотурбинный привод с утилизацией тепла мощностью от 5 до 20000 кВт для энергоснабжения нефтяных газодобывающих комплексов.

Перспективными альтернативными решениями являются мини-ТЭЦ, например на основе газо-дизель-генераторов. Для получения тепловой энергии в камере сгорания используется дизельное топливо, природный или сжиженный газ. Особенно перспективны мини-ТЭЦ для отдаленных районов сельской местности. В качестве альтернативного топлива в этом случае возможно использовать биотопливо, например, метан, полученный в метантенках из отходов сельского хозяйства.

В последние годы также внедряются микро-ТЭЦ мощностью 45-100 кВт для автономного энергоснабжения на базе микротурбин и электротехнических генераторов.

В малой энергетике нецелесообразно рассматривать возможности применения сложных комбинированных циклов ПГУ для производств электроэнергии, а газовые турбины как приводы электрогенераторов существенно проигрывают газовым двигателям по КПД и эксплуатационным характеристикам при малых мощностях. В широком диапазоне мощностей (от сотен киловатт до десяток мегаватт) КПД моторного привода на 13-17% выше, чем газотурбинного; при снижении нагрузки со 100 до 50% КПД электрогенератора с приводом от газового двигателя меняется слабо, КПД газового двигателя практически не изменяется до температуры воздуха 25 0С. Мощность газовой турбины падает при изменении температуры воздуха от -30 до 30 0С, при температурах выше 40 0С уменьшение мощности газовой турбины (от номинальной 15 0С) составляет 20%.

Газотурбинные мини-ТЭЦ

Газовые турбины находят широкое применение в производстве электроэнергии. Электрический КПД больших установок составляет 35 -38%, характеристики при частичной нагрузке скорее неудовлетворительные. Большой срок службы, очень незначительные инвестиционные затраты в широком диапазоне мощностей, большая доля пригодной для использования энергии уходящих газов и очень небольшая эмиссия вследствие непрерывного горения являются достоинствами этой технологии. До настоящего времени было нецелесообразно применять турбины в диапазоне мощностей менее 500 кВт. Это стало возможным только в результате комбинации двух мероприятий: рекуперации и обратной подачи части объемного потока уходящего газа в компрессор с одной стороны и прямого присоединения генератора. В сочетании с не зависящим от скорости вращения инвертированием тока посредством силовой электорники достигаются наряду с приемлемыми показателями электрического КПД более 25% и общего КПД более 70% также хорошие показатели КПД при неполной нагрузке. Эти параметры имеют решающее значение для использования на не больших объектах.

Возможность получения большой мощности при небольших размерах и массе, высокая надежность и экономичности газотурбинных установок позволяют широко использовать их в промышленной энергетике. В частности на промышленных предприятиях их можно применять как для отдельной, так и комбинированной выработки тепловой и электрической энергии, в качестве источников питания, для покрытия пиков нагрузок, в качестве надстроек на водогрейных котельных.

Мини-ТЭЦ на базе ДВС

Принцип выработки электрической к тепловой энергии с использованием ДВС известен уже несколько десятилетий. Первые установки этого типа использовались на кораблях, в тепловозах, для аварийного электроснабжения.

В области мощностей от 10 кВт до 4 МВт существенные преимущества перед газотурбинными установками имеют поршневые приводы. У таких установок меньшие расходы топлива и эксплуатационные затраты.

Это объясняется тем, что КПД поршневых машин составляет 36-45%, а газовых турбин - 25-34%. Установки газовых турбин требуют высоких давлений газа (до 2,0 МПа), в то время как газопоршневые установки работают на газе с низким давлением и им не требуется установка для газа дожимного копрессора.

Поршневые газовые двигатели могут работать на газе среднего давления, промышленном газе (коксовый, биогаз, шахтный), пропан-бутановых смесях и попутном газе. Любой применяемый газ должен иметь метановое число не менее 30 и подаваться в двигатель под давлением 1,0-2,5 кгс/см2 (0,1-0,25 МПа).

Мини-ТЭЦ на базе ДВС состоит из моноблока двигатель-генератор с теплообменниками, в которых утилизируется тепловая энергия.

Утилизация тепла выхлопных газов, газовоздушной смеси, тепла в рубашке охлаждения двигателя, масла в специальном водяном утилизационном контуре позволяет нагревать воду до 95'С и использовать ее тепло в системах теплоснабжения. Газопоршневой двигатель это дизельный двигатель, переоборудованный для работы на газе (94%) и использующий лишь 6% дизельного (запального) топлива. Дизельное топливо может служить в нем в качестве резервного топлива.

Экономически оправданные системы утилизации тепла позволяют использовать 1 Гкал тепла на 1 МВт-час выработанной электроэнергии (75% от выделяемого тепла).

Расход смазочного масла от 3 г до 0,3 г на 1 кВт-час. Межремонтный ресурс 20-40 тыс. моточасов. Поэтапный ресурс достигает сотен тысяч часов. Стоимость ремонта составляет 5-20% от общих капитальных затрат. Электрический КПД достигает 38-42%. Оставшиеся тепловые потери, около 60%, приходятся на:

1. Тепло, отбираемое охлаждающей жидкостью 38-44%
2. Тепло выхлопа 15-10%(охлаждаемые выхлопные коллекторы)
3. Тепло наддувочного воздуха (в системах с турбонаддувом) 5-6%
4. Тепло смазочного масла (в системах с масляным радиатором) 3-6%.

Альтернативные источники энергоснабжения

Вот уже несколько лет в установках мини-ТЭЦ применяется тепловые насосы с целью использования низкопотенциальной энергии для отопления и горячего водоснабжения.

Тепловые насосы, предназначенные для работы в системах мини-ТЭЦ, бывают двух типов: парокомпрессионные (использующие механическую энергию в качестве энергии высокого потенциала) и абсорбционные (относительно высокопотенциальным теплоносителем является пар, отопительная вода или продукты сгорания).

Компрессионные тепловые насосы могут работать с приводом от тепловых двигателей. В этом случае весь агрегат состоит из компрессионного теплового насоса и теплового двигателя. Преобразование химической энергии топлива в теплоту происходит непосредственно внутри теплового двигателя (например, в цилиндре двигателя внутреннего сгорания) или снаружи, причем теплота горючего газа передается к рабочему телу двигателя.

В двигателе в соответствии с термодинамическим круговым циклом часть теплоты переходит в механическую энергию, которая приводит в действие собственно компрессионный тепловой насос, благодаря чему повышается полезный температурный уровень низкотемпературное окружающей среды или отработанной теплоты. Отработанная теплота двигателя также может быть использована в качестве полезного тепла. Теплообменник или теплообменники отработанной теплоты в зависимости от температурных условий подключаются параллельно или последовательно с конденсатором компрессионного теплового насоса или теплота подводится к специальным.

В связи с уменьшением запасов топлива и ростом цен важно обеспечить значительную экономию топливных ресурсов. Получение тепла с помощью такой двигательной отопительной установки может сократить расход первичной энергии примерно вдвое по сравнению с обычным способом получения тепла при сжигании топлива.

В тепловых насосах с приводом от газовых двигателей в качестве привода применяют как специальные газовые двигатели для больших мощностей, так и модифицированные карбюраторные двигатели грузовых автомобилей с повышенным сроком службы для небольших мощностей.

Применение тепловых насосов с газовым двигателем при наличии природного газа позволяет значительно снизить расход первичной энергии для отопительных установок. Использование городского газа намного уменьшает эффективного системы из-за низкого коэффициента полезного действия при получении газа из угля.

Для тепловых насосов с приводом от дизельного двигателя наиболее часто применяют двигатели грузовых автомобилей, которые имеют разветвленную сеть пунктов по техническому обслуживанию.По конструкции тепловые насосы с дизельным двигателем почти не отличаются от тепловых насосов с газовым двигателем.

Особой проблемой в тепловых насосах с приводом от двигателя внутреннего сгорания является конструкция теплообменника отработавших газов, который в зависимости от вида газа или дизельного топлива и его сгорания в двигателе должен иметь достаточный срок службы.

В последнее время в области малых мощностей представляют интерес мини-ТЭЦ на базе топливных элемемнтов.

Топливные элементы представляют собой электрохимические преобразователи с непрерывной подачей продуктов реакции. Они непосредственно преобразуют поступающие прдукты реакции (водород и кислород) в электричество, тепло и воду. В результате этого проявляется такие важные свойства топливных элементов как высокий электрический КПД при полной и частичной загрузке при очень незначительной эмиссии вредных веществ, которая возникает из-за подключения горелочного устройства для подготовки водорода из жидких энергоносителей. Кислород получают из окружающего воздуха, а водород - недорого и с минимальной эмиссией - из природного газа Отсутствие механических компонентов в батарее элементов дает основание ожидать, что они почти не будут нуждаться в техобслуживании и будут иметь продолжительный срок эксплуатации.

Области применения и схемы автономных мини-ТЭЦ

Мини-ТЭЦ на базе ДВС можно использовать в различных областях промышленного производства, особенно эффективны они могут быть в отдаленных районах страны с холодным климатом. Особенностью таких установок, является способность работать автономно, с использованием практически любого топлива. Кроме того, они мобильны, передвижные мини-ТЭЦ малой мощности за несколько часов вводятся в эксплуатацию. Для обслуживания таких установок требуется малое количество людей. Особенно выгодно применение мини-ТЭЦ для использования в чрезвычайных ситуациях.

При проектировании мини-ТЭЦ должны учитываться следующие основные факторы:

1.Наличие местных видов топлива. Наличие таких источников как биомасса или отходов из которых можно получать газ, существенно снизят затраты на мини-ТЭЦ. Если таких источников нет, или не возможно их использовать, то надо выбрать вариант с меньшими транспортными затратами на доставку топлива. Мини-ТЭЦ на базе ДВС могут работать на многих видах топлива (бензин, дизельное топливо, природный газ, газах, получаемых из биомассы и органических отходах производств). Необходимо выбрать вариант с меньшими капитальными затратами. Подобрать поршневую мини-ТЭЦ можно фактически для любого топлива, используя различные схемы работы установки.
2. Важным фактором является соотношение электрической и тепловой нагрузок потребителя.
3. Необходимо учитывать и характер нагрузки, колебание по часам суток.
4. Важным фактором для выбора мини-ТЭЦ являются климатические условия, в которых будет работать установка. Прежде всего, этот фактор влияет на выбор типа ДВС.

Использование биотоплива для производства энергии на мини-ТЭЦ

Перспективным топливом, для производства энергии на мини-ТЭЦ является газ, полученный из органических отходов путем их переработки. Конвертирование биомассы в топливо может производиться различными способами.

Основные способы это термохимическая конверсия биомассы в топливо (прямое сжигание, пиролиз, газификация, снижение) и биотехнологическая конверсия при влажности от 75% и выше (низкоатомные спирты, жирные кислоты, биогаз). Переработка биоммассы может нести существенную энергетическую и социальную пользу.

Для производств биогаза можно использовать органическую часть бытовых отходов, а также отходы животноводства, птицеводства (экскременты животных и остался корма), растениеводства и овощеводства (солома, ботва, фрукты, овощи), древесина, отходы лесной и деревообрабтывающей промышленности, канализационные стоки. Какие-то из перечисленных отходов обязательно существуют в любой местности.

Один из наиболее эффективных способов переработки биомассы - ее конверсия в биогаз, который используется для выработки энергии в мини- ТЭЦ. Техническая реализация биогазовых технологий проста и они могут применяется как в малом фермерском хозяйстве, так и в крупных животноводческих и пищеводческих комплексах. Анаэробная бактериальнохимическая система при температуре 30-55 0С за время 5-20 суток разлагает до 50% органического вещества в биогаз, который содержит 55-80% метана и 20-45% углекислого газа. Современные мембранные технологии позволяют разделить биогаз на горючий метан и инертную кислоту имеющую спрос на рынке удобрений. Теплотворная способность биогаза составляет 5-6000 ккал/м3. По теплоотдаче 1м3 биогаза эквивалентен 0,7 м3 природного газа, 0.7 кг мазута, 0,6 кг керосина, 0,4 кг бензина, 3.5 кг дров. Технология производство биогаза сбраживанием неплохо освоена и находит применение.

Дня приготовления пиши на семью из 3-4 человек в день необходимо сжигать 3-4 м3 биогаза, для отопления дома площадью 50-60 м3 затрачивается 10-11 м3 биогаза в сутки.

Еще одним эффективным способом получения топлива для мини-ТЭЦ является использование отходов лесозаготовительных и лесоперерабатывающих предприятий. По данным исследований капитальные вложения в производство электроэнергии на базе древесного генераторного газа окупаются за 1 год.

Себестоимость единицы электроэнергии при этом снижается на 60%, а тепловой на 70%.

Лесные регионы, как правило, оторваны от линий электропередач, электроснабжение в этих местах осуществляется дизельными электростанциями, а отопление - путем сжигания древесины. Доставка дорогого и дефицитного топлива для этих регионов является довольно трудной задачей. В связи с этим, предлагается строительство мини-ТЭЦ, использующих отходы деревообработки в качестве топлива. Важным достоинством такой технологии является, то что в большинстве случаев не требуется создания новых установок. Технологический процесс можно организовать на базе имеющегося оборудования.

Основные преимущества мини-ТЭЦ по сравнению со стандартными схемами энергоснабжения Эффективность использования установок малой и средней мощности, устанавливаемых непосредственно у потреблителей в качестве альтернативы централизованному энергоснабжению, определяется следующими факторами:

снижение себестоимости производства электроэнергии и теплоты за счет комбинированной их выработки и использования более совершенного оборудования;
повышение надежности энергоснабжения;
независимость режима работы потребителя от режима работы энергосистем;
снижение масштабов отчуждения территорий под крупное энергетическое строительство;
более просто решаются вопросы обеспечения экологической безопасности и снижение затрат на охрану окружающей среды.

Мини-ТЭЦ является альтернативными источниками получения тепловой и электрической энергии, предназначенными для использования в различных областях народного хозяйства.

По сравнению с традиционными способами производства электроэнергии и тепла мини-ТЭЦ выбрасывают в атмосферу на 60 % меньше СО2 и NOx, значительно сокращая потребление топлива, благодаря этому они становятся перспективной альтернативой существующих ТЭЦ.

Мини-ТЭЦ позволяют добиться весьма высокого использования первичной энергии до 90 % и выше. При этом 30-35 % энергии прообразовывается в электрический ток и до 60% в тепловую энергию.

www.gigavat.com

Максимальные возможности мини-ТЭЦ

Мини-ТЭЦ «Центральная», Владивосток

В последнее время все чаще будущие перспективы российской энергетики связывают с альтернативными источниками энергии. Но их повсеместное использование пока сопряжено с множеством вопросов, решение которых предстоит рассматривать в ближайшем будущем. Реальная же для нашей страны проблема, которой вплотную занимаются сегодня – обеспечение энергией децентрализованных районов. В данной отрасли разработаны и введены в применение всевозможные технологии, помогающие наиболее оптимально разрешить вопросы тепло- и электроснабжения «трудных» регионов.

Одним из наиболее выгодных выходов из ситуации является внедрение и использование мини-ТЭЦ. Такое решение становится привлекательным вдвойне с учетом того, что с появлением определенных современных технологий возможным становится в качестве топлива для этих станций применять попутный газ нефтедобычи и нефтепереработки. Также им могут выступать отходы санитарной вырубки леса или органический мусор.

Мини-ТЭЦ называются электростанции, которые производят электроэнергию и тепло комбинированным способом, расположенные в непосредственном соседстве с конечным потребителем. Источником энергии такой станций может быть газопоршневая установка с дизельным или газовым двигателем внутреннего сгорания, газотурбинная установка, паровая или водогрейная котельная. Их выбор определяется наиболее оптимальным вариантом в определенных условиях с позиции объема вложений и срока реализации. Многие эксперты сходятся во мнении, что самой современной и выгодной для мини-ТЭЦ может быть микротурбинная установка. Но про ее особенности мы поговорим несколько позже. Сейчас попытаемся выяснить, в каких областях возможно использовать подобные станции.

Мини-ТЭЦ «Океанариум», Владивосток

Применение мини-ТЭЦ можно рассматривать в качестве наиболее вероятного пути при техническом перевооружении региональной энергетики. Реализация подобного проекта характеризуется быстрой окупаемостью и небольшими капиталовложениями организаций или инвесторов. При этом, ученые подсчитали, что себестоимость электроэнергии высокоэкономичной мини-ТЭЦ гораздо ниже себестоимости энергии устаревшей паротурбинной электростанции. При таких обстоятельствах в условиях свободной конкуренции на рынке энергетики для владельцев мини электростанций становится возможной продажа этого продукта по низким тарифам.

Мини-ТЭЦ можно эксплуатировать основным или резервным источником электроэнергии в коммунальном хозяйстве, для очистных сооружений, промышленных и сельскохозяйственных организаций, в учреждениях административной и медицинской специфики, жилых комплексах, а также в личных целях, например на приусадебном участке. Но в последнем случае это не очень дешевое удовольствие. Подобный вариант может быть оправдан только тогда, когда мини-ТЭЦ будет обслуживать одновременно несколько домов или небольшой дачный поселок. Следует отметить, что такие электростанции используются как в качестве автономного источника, так и в составной части централизованной системы электро- или теплоснабжения.

Итак, к основным достоинствам мини-ТЭЦ можно отнести низкую стоимость вырабатываемой тепло- и электроэнергии; быструю окупаемость; небольшое потребление топлива и долговечность в использовании; экологическую безопасность; возможность работы с различными видами топлива; гибкость конструкций; широкий выбор способов получения электроэнергии; показатели КПД выше в 2 раза, чем показатели традиционной ТЭЦ; максимальная близость производства электроэнергии к потребителю, соответственно – сокращение протяженности сетей, снижение затрат на их строительство и содержание.

На мини-ТЭЦ «Сфера» в Южно-Сахалинске (Фото с sfera-construction.ru)

Эксперты подсчитали, что при использовании мини-ТЭЦ расходы на тепло- и электроснабжение можно снизить в 3-4 раза, при этом сроки окупаемости составят всего 3-5 лет. При теплоснабжении с помощью обычных ТЭЦ происходит большое количество тепловых потерь и утечек горячей воды во время передачи ее на большие расстояния, цифра может достигать 20-25%. В работе небольшой станции такой минус отсутствует. Компенсация капитальных затрат при эксплуатации мини-ТЭЦ происходит за счет низкой себестоимости электроэнергии в целом. Кроме того, подключение новых мощностей не требует строительства ЛЭП, ТП, протяженных кабельных систем. Имеющиеся оценки говорят, что передавать газ по газопроводу является в 10-12 раз более экономичным, чем передача электроэнергии по высоковольтным линиям.

Большое распространение получили газопоршневые мини-ТЭЦ. Самая мощная из них в Европе – энергоцентр аэропорта в Мюнхене. Мощность этой установки составляет более 18 МВт. А в нашей стране сегодня работает несколько сотен современных газопоршневых установок. Большая их часть используется в качестве автономных источников энергии, для обеспечения вахтовых поселков или некоторых предприятий. Другая часть эксплуатируется в качестве резервных источников, обслуживающих объекты, где сбои энергии недопустимы. И всего лишь небольшой процент газопоршневых установок работает в единой энергосистеме.

Производство таких станций очень распространено в Европе, но закупка их за рубежом является экономически невыгодной. Исследования в этой области говорят о том, что отечественное производство мини-ТЭЦ вполне успешно может конкурировать с западным по многим показателям. Так, у нас занимаются разработкой газопоршневых двигателей в направлении усовершенствования дизельных. Они несколько больше зарубежных по массе и габаритам, но зато намного дешевле и характеризуются неприхотливостью в тех. обслуживании.

Проект мини-ТЭЦ для Кургана

Мини-ТЭЦ представляют собой продукт, для производства которого требуется использование технологий большого количества производителей (двигатели, генераторы, насосы, котлы, горелки, электрооборудование и т.д.). В данном случае при интеграции импортных и отечественных составляющих можно будет достигнуть максимального уровня качества при минимизации издержек на производство.

Примером такого успешного сотрудничества является совместная работа чешского предприятия «TEDOM» и отечественных ПГ «Генерация» (Свердловская область), ООО «Прогресс» и ОАО «Электросистемы» (Санкт-Петербург), которые работают над интеграционной моделью мини-ТЭЦ.

ООО «НПО ТЕРМЭК» (Москва) и ОАО «Стройтрансгаз», Институтом химической физики им. Н. Н. Семенова РАН, Нижегородским техническим университетом была сформирована программа разработки отечественных мини-ТЭЦ модульного типа, при строительстве которых будут использоваться высокотехнологичные зарубежные и отечественные двигатели.

Мини-ТЭЦ «Северная» на острове Русский, Приморье

Новое, но уже позитивно развивающееся направление в области малых ТЭЦ – эксплуатация микротурбинных установок мощностью в 100-200 кВт. Они уже получили широкое распространение в США и странах Западной Европы. Неплохо такие агрегаты зарекомендовали себя и в нашей стране. На данный момент различными объектами автономной электроэнергетики эксплуатируется более 500 микротурбинных установок. Они характеризуются высокой энергоэффективностью, в качестве топлива могут использовать сжиженный газ, то есть отличаются полной автономностью. Важными плюсами являются большая выработка ресурса до капитального ремонта (60 тыс. часов) и внушительный межсервисный промежуток (8 тыс. часов).

Отличием микротурбин от газопоршневых мини-ТЭЦ является то, что их ремонт и обслуживание возможно осуществлять на месте эксплуатации. Также им не нужна постоянная работающая маслосистема, набор и сбрасывание нагрузки происходит мгновенно. Такие станции хорошо автоматизированы и не требуют постоянного присутствия персонала. Если возникнет необходимость, то мощность микротурбинных установок можно увеличить до 20 МВт за счет объединения нескольких в кластер. Немаловажным фактором для их использования в густонаселенной местности является то, что данные агрегаты обладают низким уровнем шума и вибраций.

Мини-ТЭЦ в Железнодорожном, Подмосковье (Фото Taranov)

К единственному минусу можно отнести стоимость таких станций, которая приближается к 2000 долларов за 1 кВт. установленной мощности, но при этом срок окупаемости составляет не более 4 лет.

Автономные источники малой энергетики, в том числе и мини-ТЭЦ, на сегодняшний день уже зарекомендовали себя в качестве надежных и экономичных поставщиков энергии. Но для того, чтобы извлечь максимальную выгоду от их использования нужно детально рассчитать целесообразность эксплуатации данных установок в определенных регионах и условиях.

Еще по этой теме

Метки: аэропорт в Мюнхене, газопоршневая установка, газотурбинная установка, мини-ТЭЦ, нефтепереработка, паротурбинная электростанция, попутный газ, резервный источник электроэнергии

Интересная статья? Поделитесь ей с друзьями:

novostienergetiki.ru

Когенерация на Мини ТЭЦ - агт-генератор.ру

Основным элементом комбинированного источника электроэнергии и тепла, в дальнейшем когенератора (когенерационной установки, мини-ТЭЦ), является первичный газовый двигатель внутреннего сгорания с электрогенератором на валу. При работе газопоршневого двигателя утилизируется тепло выхлопных газов или тепло получаемое с охлаждения рубашки двигателя. При этом в среднем на 100 кВт электрической мощности потребитель получает 120-160 кВт тепловой мощности в виде горячей воды 90 С для отопления и горячего водоснабжения.

Таким образом, когенерация удовлетворяет потребности объекта в электроэнергии и бесплатной тепловой энергии. Главное ее преимущество перед обычными системами состоит в том, что преобразование энергии здесь происходит с большей эффективностью, чем достигается существенное сокращение расходов на производство единицы энергии.

Основные условия для успешного применения когенерационных технологии Мини-ТЭЦ

1. При использовании когенерационной установки (мини-ТЭЦ) в качестве основного источника энергии, то есть при загрузке 365 дней в году, исключая время на плановое обслуживание.

2. При максимальном приближении когенерационной установки (мини-ТЭЦ) к потребителю тепла и электроэнергии, в этом случае достигаются минимальные потери при транспортировке энергии.

3. При использовании наиболее дешевого первичного топлива - природного газа. Наибольший эффект применения когенерационной установки (мини-ТЭЦ) достигается при работе в параллель с центральной сетью. При этом возможна продажа излишков электроэнергии, например, в ночное время, а также при прохождении часов утреннего и вечернего максимумов электрической нагрузки. По такому принципу работают 90% энергообъектов в странах Запада. Но в России это не выгодно, так как МРСК готово покупать 1 кВт электрической энергии по оптовой цене. Это примерно 1-1,30 рубль за 1 кВт. А себестоимость одного кВт вместе с обслуживанием составляет 1,50 рублей.

Сферы применения когенерации в Мини-ТЭЦ:

Максимальный эффект применения когенераторов достигается на следующих городских объектах:

Собственные нужды котельных (от 50 до 600 кВт). При реновации котельных, а также при новом строительстве источников тепловой энергии крайне важным является надежность электроснабжения собственных нужд теплоисточника. Применение газового когенератора (газопоршневой электростанции) оправдано здесь тем, что он является надёжным независимым источником электроэнергии, а сброс тепловой энергии когенератора обеспечен в нагрузку теплоисточника.

Больничные комплексы (от 600 до 5000 кВт). Эти комплексы являются потребителями электроэнергии и тепла. Наличие в составе больничного комплекса когенератора дает двойной эффект: снижение расходов на энергообеспечение и повышение надежности электроснабжения ответственных потребителей больницы - операционного блока и блока реанимации за счет ввода независимого источника электроэнергии.

Когенерация на Мини ТЭЦ Спортивные сооружения (от 1000 до 9000 кВт). Это, прежде всего, бассейны и аквапарки, где востребованы и электроэнергия, и тепло. В этом случае когенерационная установка (мини-ТЭЦ) покрывает потребности в электроэнергии, а тепло сбрасывает на поддержание температуры воды.

Электро- и теплоснабжение объектов строительства в центре города (от 300 до 5000 кВт). С этой проблемой встречаются компании, ведущие реновацию старых городских кварталов. Стоимость подключения объектов к инженерным сетям города в ряде случаев соизмерима с объемом инвестиций в собственный когенерационный источник, однако в последнем случае собственником источника остается компания, что приносит ей дополнительную прибыль при эксплуатации жилого комплекса.

Когенерационные системы классифицируются по типам основного двигателя и генератора

- паровые турбины, газовые турбины;- газопоршневые установки;- микротурбины.

Наибольшим преимуществом пользуются газопоршневые двигатели, работающие на газе. Они отличаются высокой производительностью, относительно низким объемом начальных инвестиций, широким выбором моделей по выходной мощности, возможностью работы в автономном режиме, быстрым запуском, использование различных видов топлива.

Основы когенерации мини ТЭЦ

Обычный (традиционный) способ получения электричества и тепла заключается в их раздельной генерации (электростанция и котельная). При этом значительная часть энергии первичного топлива не используется. Можно значительно уменьшить общее потребление топлива путем применения когенерации (совместного производства электроэнергии и тепла).

Когенерация есть термодинамическое производство двух или более форм полезной энергии из единственного первичного источника энергии.

Две наиболее используемые формы энергии - механическая и тепловая. Механическая энергия обычно используется для вращения электрогенератора. Вот почему именно следующее определение часто используется в литературе (несмотря на свою ограниченность).

Когенерация есть комбинированное производство электрической (или механической) и тепловой энергии из одного и того же первичного источника энергии.

Произведенная механическая энергия также может использоваться для поддержания работы вспомогательного оборудования, такого как компрессоры и насосы. Тепловая энергия может использоваться как для отопления, так и для охлаждения. Холод производится абсорбционным модулем, который может функционировать благодаря горячей воде, пару или горячим газам.

При эксплуатации традиционных (паровых) электростанций, в связи с технологическими особенностями процесса генерации энергии, большое количество выработанного тепла сбрасывается в атмосферу через конденсаторы пара, градирни и т.п. Большая часть этого тепла может быть утилизирована и использована для удовлетворения тепловых потребностей, это повышает эффективность с 30-50% для электростанции до 80-90% в системах когенерации. Исследования, разработки и проекты, реализованные в течение последних 25 лет, привели к существенному усовершенствованию технологии, которая теперь действительно является зрелой и надежной. Уровень распространения когенерации в мире позволяет утверждать, что это наиболее эффективная (из существующих) технология энергообеспечения для огромной части потенциальных потребителей.

Преимущества технологии для мини-ТЭЦ

Технология когенерации действительно одна из ведущих в мире. Что интересно, она прекрасно сочетает такие положительные характеристики, которые недавно считались практически несовместимыми. Наиболее важными чертами следует признать высочайшую эффективность использования топлива, более чем удовлетворительные экологические параметры, а также автономность систем когенерации.

Технология, которой посвящен данный ресурс, не просто "комбинированное производство электрической (или механической) и тепловой энергии", - это уникальная концепция, сочетающая преимущества когенерации, распределенной энергетики и оптимизации энергопотребления.

Следует заметить, что качественная реализация проекта требует наличия специфических знаний и опыта, иначе значительная часть преимуществ наверняка будет потеряна. К сожалению, в России очень мало компаний, которые действительно обладают необходимой информацией и могут грамотно реализовать подобные проекты.

Выгоды от использования систем когенерации условно делятся на четыре группы, тесно связанные друг с другом.

Преимущества надёжности когенерации Мини-ТЭЦ

Когенерация - фактически идеальная форма обеспечения энергией с точки зрения безопасности энергоснабжения.

Развитие современных технологий усиливает зависимость человеческой деятельности от энергоснабжения во всех областях: и в доме, и на работе, и на отдыхе. Непосредственная зависимость человеческой жизни от бесперебойного энергоснабжения растёт на транспорте (начиная с лифтов и заканчивая системами обеспечения безопасности на скоростных железнодорожных магистралях) и в медицине, полагающейся сегодня на сложные и дорогие приборы, а не только на стетоскоп и ланцет.

Повсеместное распространение компьютеров только повышает требования к энергоснабжению. Не только "количество", но и "качество" электроэнергии становятся критичными для банков, телекоммуникационных или промышленных компаний. Скачок или сбой напряжения могут повлечь сегодня не просто остановку или порчу машины, но и потерю информации, восстановление которой иногда несравнимо сложнее ремонта оборудования.

Требования к энергоснабжению формулируются просто - надёжность, постоянство. И для многих становится ясно, что на сегодня единственный путь иметь продукт высшего качества - произвести его самому. Военные во всём мире знают это давно, промышленники уже пришли к таким решениям, а семьи и предприятия малого бизнеса начали осознавать преимущества владения электрогенераторами и тепловыми котлами только сейчас. Кризис сложившейся монополизированной энергетической инфраструктуры и начавшаяся либерализация энергетических рынков одновременно и увеличивают степень неопределённости будущего, и привлекают открывающимися возможностями для бизнеса. И тот и другой фактор увеличивают спрос потребителей энергии на собственные генерирующие мощности.

Схема когенерации мини-ТЭЦ

В случае использования системы когенерации потребитель застрахован от перебоев в централизованном энергоснабжении, время от времени возникающих либо вследствие крайнего износа основных фондов в электроэнергетике, либо природных катаклизмов или других непредвиденных причин. У него, скорее всего, не возникнет организационных, финансовых или технических трудностей при росте мощностей предприятия, поскольку не понадобится прокладка новых линий электропередач, строительство новых трансформаторных подстанций, перекладка теплотрасс и т. д. Более того, вновь приобретенные когенераторы встраиваются в уже существующую систему.

Расположение энергоцентра в непосредственной близости от потребителя подразумевает то, что энергоцентр находится в зоне безопасности конкретного предприятия, и энергоснабжение зависит только от потребителя.

Распределенные (автономные) источники энергии, подобные системам когенерации, снижают уязвимость инфраструктуры энергетики. Станции когенерации, рассеянные по Европе и Америке, менее уязвимы к естественному и умышленному разрушению, чем крупные центральные электростанции. Когенерация в основном работает на природном газе и других "бытовых" видах топлива, то есть не требует экстраординарных мер по обеспечению топливом.

Когенерация повышает надежность энергоснабжения сооружений - это существенное преимущество в условиях меняющегося рынка энергии и высокотехнологичного общества. Высоконадежное электроснабжение критически важно для большинства компаний, работающих в информационной, производственной, исследовательской областях, сфере безопасности и т.д.

Экономические преимущества когенерации Мини-ТЭЦ

Когенерация предлагает превосходный механизм экономического стимулирования.
Высокие затраты на энергию могут быть уменьшены в несколько раз (Например, при качественной реализации проекта, система когенерации может вырабатывать энергию, себестоимость которой в 7 раз меньше, чем ее же стоимость у "АО-энерго").
Уменьшение доли энергии в себестоимости продукции позволяет существенно увеличить конкурентоспособность продукта.

Доля энергии в себестоимости продукта колеблется от 10% до 70%, что в 5-10 раз выше мирового уровня. В себестоимости продукции химической промышленности на энергию приходится порядка 70%. В металлургии - до 27%. Темпы роста тарифов на энергию превышают темпы роста цен на продукцию большинства отраслей хозяйства. Это явилось одной из важнейших причин увеличения удельного веса затрат на энергию в себестоимости продукции. Особо следует подчеркнуть, что при уменьшении выпуска промышленной продукции в 3-4 раза потребление энергии на предприятиях сократилось всего лишь в 1,5-2 раза. Использование в производстве морально и физически устаревшего оборудования, объясняемое, прежде всего, отсутствием у большинства промышленных предприятий средств на его замену или модернизацию, приводит к нерациональному расходу энергетических ресурсов и лишь усугубляет ситуацию.

Некачественное электроснабжение - главный фактор замедления экономического роста. Когенерация является практически самым оптимальным вариантом обеспечения надежности снабжения электрической энергией.

Энергозависимая экономика требует все больше и больше энергии для работы и развития. При традиционном энергообеспечении возникает множество организационных, финансовых и технических трудностей при росте мощностей предприятия, поскольку часто необходимы прокладка новых линий электропередач, строительство новых трансформаторных подстанций, перекладка теплотрасс и т.д.

В то же время, когенерация предлагает крайне гибкие и быстрые в плане наращивания мощностей решения. Наращивание мощностей может осуществляться как малыми, так и достаточно большими долями. Этим поддерживается точная взаимосвязь между генерацией и потреблением энергии. Таким образом, обеспечиваются все энергетические нужды, которые всегда сопровождают экономический рост.

Когенерация на Мини ТЭЦ Стоимость прокладки энерго коммуникаций и подключение к сетям могут вылиться в сумму, сравнимую или превосходящую стоимость проекта когенерации. Природоохранные ограничения, стоимость земли и воды, государственное регулирование - есть тысячи препятствий для энергокомпании, решившей построить новую мощную электростанцию.

Топливом является газ, его преимуществом является относительная дешевизна, мобильность и доступность.

Когенерация позволяет воздержаться от бесполезных и экономически неэффективных затрат на средства передачи энергии, к тому же исключаются потери при транспортировке энергии, так как энерго генерирующее оборудование установлено в непосредственной близости от потребителя.

Значительное и быстрое снижение эмиссий вредных веществ приносит существенную пользу не только в экологическом контексте. Также имеет место моральное и экономическое удовлетворение подобных усилий: снижение или полное избавление от штрафов, гранты, налоговые льготы, снятие многих экологических ограничений.

Существует несметное количество экономических выгод когенерации, к сожалению, часть этого потенциала остается незамеченной конечными пользователями, промышленностью, бизнесом и властью или не реализованной компаниями-исполнителями.

Когенерация уменьшает затраты на топливо/энергию - КПД производства энергии из первичного топлива увеличивается в 2-3 раза, потребители сокращают затраты на топливо на две трети и получают возможность эффективного применения утилизируемого тепла (сушка, охлаждение, кондиционирование и т.д.).

Когенерация оптимизирует потребление природного газа - снижаются затраты на приобретение газа, требования к газовой инфраструктуре и беспокойство касательно запасов газа.

Когенерация снижает потребности в новых линиях электропередач - позволяет избежать строительства дорогостоящих и опасных высоковольтных линий над частной собственностью, экологического противоборства. Распределенная энергетика в будущем могла бы уменьшить капитальные вложения и уменьшить стоимость новой энергии. С когенерационными системами, расположенными в непосредственной близости от потребителя, исключаются потери энергии. Величины потерь нынешних сетей лежат в пределах от 5 до 20% суммарной мощности.

Нужна более подробнная информация на когенерацию для Мини ТЭЦ?

Москва + 7 (499) 704-24-48Санкт-Петербург + 7 (812) 389-23-48Ростов на Дону + 7 (863) 303-48-46Казань + 7 (843) 202-37-55Красноярск + 7 (3919) 89-80-89Краснодар + 7 (8612) 05-69-05Калининград + 7 (4012) 65-80-99Самара + 7 (846) 300-23-73Новосибирск + 7 (383) 207-88-90Екатеринбург + 7 (343) 226-02-11

agt-generator.ru

Мини тэц на базе ПВМ

Принципы технологии энергосбережения на основе ПВМ.

При переводе котельных в режим мини-ТЭЦ, с использованием ПВМ (паровой винтовой машины), производство собственной электроэнергии является полезным, но побочным процессом. Здесь главное – не нарушить режим работы основного производства, использующего пар для своих технологических нужд. Пар в котлах промышленных котельных генерируется в зависимости от степени изношенности котлов обычно при давлении 8-13 ати и при температуре 176-194oС, а при наличии пароперегревателя – до 250oС. Если этот пар направить в энергоустановку, тогда часть тепловой энергии пара преобразуется в электроэнергию. Для возмещения этой отобранной энергии пара необходимо сжечь в котле дополнительное топливо. Согласно расчетам, удельный расход дополнительного топлива на выработанную электроэнергию составляет 140-145 г.у.т./кВтчас. Пар, отработанный в ПВМ, направляется на технологические нужды или на отопление. Температура этого пара должна соответствовать условиям данного конкретного производства, например, выпарки сахара из свеклы. Учитывая, что пар из ПВМ выходит влажным, тогда, как следует из термодинамики, температура этого пара однозначно определяется его давлением. Рассмотрим последовательно ряд аспектов данной технологии энергосбережения.

Электрический КПД установки определяется как

Экспериментально показано, что при нанесении уплотнительного материала на роторы и корпус винтовой машины величина достигает максимального значения = 0.86. При этом величина в значительной мере зависит от окружной скорости винтов. Оптимальная величина окружной скорости 80 – 100 м/с. Другим важным фактором, влияющим на , является величина зазоров между роторами. Для реально выполненных винтовых машин эта величина составляет около 0.1% от диаметра винтового ротора. Отметим, что при работе на влажном паре образующийся конденсат затекает в зазоры, уменьшая утечки пара, что благоприятно отражается на Экспериментально показано, что КПД винтовой машины, работающей в режиме детандера, существенно выше, чем у той же машины в режиме компрессора. Практически реальное значение = 0.72 – 0.76. Эта величина выше, чем у лопаточных турбин малой размерности, где величина падает из-за увеличения относительного зазора между лопатками и корпусом. Кроме того, КПД лопаточной турбины существенно уменьшается при росте влажности пара из-за увеличения потерь при обтекании лопаточного профиля.

Оптимальность конструкции ПВМ для мини ТЭЦ.

ПВМ является паровой машиной объемного типа. Она содержит корпус высокого давления с впускным патрубком, корпус низкого давления с выпускным патрубком, ведущий и ведомый винтовые роторы. На валах установлены торцовые уплотнения, опорные подшипники и упорные подшипники. Ведущий и ведомый роторы имеют соответственно 4 и 6 винтовых зубьев, которые находятся в зацеплении с гарантированным зазором. Роторы связаны между собой при помощи синхронизирующих шестерён. Острый пар через впускное окно поступает к винтовым зубьям роторов и расширяется в полостях, образованных впадинами зубьев роторов, и удаляется из машины через выпускной патрубок.

Ресурс работы и ремонт.

Естественно, опытных данных по назначенному ресурсу ПВМ пока не получено. Однако, основываясь на опыте эксплуатации винтовых компрессоров, которые являются обратимыми машинами по отношению к ПВМ, назначенный ресурс ПВМ для мини ТЭЦ должен составлять не менее 150-200 тыс. часов, т.е. 25-30 лет. В самом деле, винтовые роторы ПВМ при работе не касаются друг друга и не подвергаются эрозионному износу со стороны влажного пара. В процессе работы стальные роторы и корпус покрываются черной оксидной пленкой, т.е. подвергаются «воронению». Ремонтные работы на ПВМ производятся раз в 3 года (около 15000 часов работы) и включают в себя, в основном, ремонт подшипников скольжения и торцовых уплотнений. ПВМ имеет высокую ремонтопригодность. Разборка и сборка ПВМ производится непосредственно на месте силами 2-х слесарей средней квалификации и составляет соответственно, в среднем, 4 и 6 человеко-дней. После сборки ПВМ, во избежание появления вибрации, обязательно проводится её центровка с генератором с точностью до 0,05 мм.

Система выдачи электрической мощности.

Выходной вал ведущего ротора ПВМ соединяется с электрогенератором. При работе параллельно с электрической сетью 0,4; 6; 10 кВ, целесообразно использовать на мини тэц асинхронный генератор (АГ), который является обращением обычного серийного асинхронного двигателя с короткозамкнутой обмоткой ротора. АГ имеет следующие преимущества перед синхронным генератором (СГ).

1. АГ более прост в обслуживании и надежен в эксплуатации, чем СГ.

2. Стоимость АГ вдвое ниже, чем СГ.

3. АГ не нуждается в системе синхронизации с сетью и в регуляторе возбуждения генератора.

4. Система защиты АГ значительно проще, чем у СГ, ввиду того, что токи короткого замыкания в АГ быстро затухают вследствие исчезновения магнитного поля в роторе.

5. Максимальные обороты серийно выпускаемых асинхронных машин в диапазоне до 1 МВТ составляют 3000 об/мин, в то время как у СГ максимальные обороты составляют 1500 об/мин. Поэтому АГ может работать с ПВМ либо напрямую, либо через редуктор с малым передаточным отношением.

АГ более прост в обслуживании и надежен в эксплуатации, чем СГ.
Стоимость АГ вдвое ниже, чем СГ.
АГ не нуждается в системе синхронизации с сетью и в регуляторе возбуждения генератора.
Система защиты АГ значительно проще, чем у СГ, ввиду того, что токи короткого замыкания в АГ быстро затухают вследствие исчезновения магнитного поля в роторе.
Максимальные обороты серийно выпускаемых асинхронных машин в диапазоне до 1 МВТ составляют 3000 об/мин, в то время как у СГ максимальные обороты составляют 1500 об/мин. Поэтому АГ может работать с ПВМ либо напрямую, либо через редуктор с малым передаточным отношением.

АГ имеет следующие недостатки:

АГ потребляет реактивную мощность из сети. Этот недостаток можно компенсировать включением батареи конденсаторов на низковольтный стороне.
Серийно выпускаемые асинхронные машины в диапазоне около 1 МВт имеют воздушное охлаждение и создают соответственно повышенную шумность от вентилятора.

При согласовании технических условий на подключение АГ к сети практически всегда возникают бюрократические трудности. Электроснабжающие предприятия всячески противятся выдаче электрической мощности в сеть за пределы предприятия, несмотря на то, что это противоречит закону об энергосбережении. Поэтому, во избежание сложностей, собственное производство электроэнергии в котельной должно обеспечивать только собственные нужды предприятия.

Система автоматического регулирования и защиты (САРЗ) должна обеспечивать автоматическую защиту мини-ТЭЦ при возникновении какой-либо аварийной ситуации. Защита заключается в прекращении подачи пара в ПВМ и одновременном отключении генератора от сети. САРЗ располагается на центральном щите котельной и включает в себя пульт управления на базе промышленного компьютера. Штатный запуск и останов осуществляется в ручном режиме с этого пульта. Регулировка мощности установки осуществляется при помощи заслонки на входе пара в ПВМ. Обороты ПВМ при этом практически не изменяются ввиду того, что обороты АГ поддерживаются частотой электрической сети. Наличие собственной мини-ТЭЦ в котельной не должно никоим образом сказываться на снабжении паром основного производства предприятия и на работе котлов. Поэтому на входе пара в ПВМ установлен автоматический переключатель пара, связанный с САРЗ. При возникновении аварийной ситуации переключатель пара мгновенно прекращает доступ пара в ПВМ и пускает его через редукционное устройство в обвод.

Наиболее ощутимый экономический эффект от внедрения паровинтовых машин (ПВМ) и создания мини-ТЭЦ на существующих промышленно-отопительных котельных достигается при установленной паропроизводительности котлов от 10 т/ч и номинальном давлении 13 кГс/см2 (изб.). При более низких параметрах пара срок окупаемости оборудования увеличивается.

Единичные котлоагрегаты, способные выработать необходимое количество пара в номенклатуре отечественных производителей котельного оборудования - ДКВР-10/13, ДЕ-10/14, КЕ-10/14 и др. Срок окупаемости оборудования мини-ТЭЦ в первую очередь зависит от стоимости покупной электроэнергии и составляет около 2-х лет. Также для наиболее полной загрузки генерирующего оборудования мини ТЭЦ желательна максимизация равномерности тепловых нагрузок. Такая ситуация складывается, в основном, при большой величине ГВС или технологии в общей структуре нагрузок котельной. Применительно в условиях лесной промышленности, на предприятиях лесопиления, денежная составляющая топлива равна нулю, так как опилки являются продуктом лесопиления и подлежат утилизации. В случае применения винтовой турбины, количество сжигаемых опилок увеличивается, что является положительным моментом. Себестоимость выработанной электроэнергии на собственной мини-ТЭЦ без топливной составляющей не более 10-15 копеек за 1кВт/час.

eco-energetika.com

Мини-электростанции

Мини–ТЭЦ — это электростанции с комбинированным производством электричества и тепловой энергии. Использование в практических целях отработавшего тепла силовых агрегатов электростанций, является отличительной особенностью мини–ТЭЦ и носит название когенерация (теплофикация).

Главная особенность и преимущество мини–ТЭЦ в том, что они размещаются в непосредственной близости от потребителей энергии. При таком расположении экономятся значительные средства из-за отсутствия передачи — транспортировки энергии. Близость мини–ТЭЦ к тепловым сетям также является немаловажным финансовым фактором. Диапазон электрической мощности мини–ТЭЦ достаточно широк и не имеет определенных значений: от 100 кВт до 50 МВт.

В мини–ТЭЦ используются электросиловые агрегаты следующих типов:

- газопоршневые;

- газотурбинные;

- микротурбинные.

Газопоршневые установки отличает простота, надежность и высокий КПД. Электрический КПД газопоршневых установок считается высоким и при работе на российском природном газе составляет ~ 41-43%.

Большинство марок газопоршневых станций / установок может работать в режиме когенерации, то есть как теплоэлектростанция. Температура выхлопных газов на выходе из двигателя газопоршневой установки ~ 390 ± 10° С. Такая температура не позволяет производить большое количество тепловой энергии. Соотношение выдачи двух видов энергий равно 1:1, то есть на 1 МВт установленной электрической мощности можно получить 1 МВт тепловой энергии.

Коэффициент производства насыщенного пара 0,5-0,7* (Р = 9 бар), т/ч

Система охлаждения газопоршневых установок жидкостная. В случае использования воды для охлаждения агрегатов требуется её обязательная химическая подготовка. Расход моторного масла ~ 0,3-0,95 кг/ч на 1 мегаватт электрической мощности газопоршневой станции, как правило, требуется его постоянный долив.

Стоимость моторного масла для газопоршневых силовых агрегатов электростанций составляет ~ 180-200 руб./л.*. Поэтому для будущих владельцев газопоршневых станций становится важным размер эксплуатационных затрат.

Для соответствия экологическим требованиям в газопоршневых электростанциях требуются установка катализаторов выхлопных газов. Высота дымовой трубы для газопоршневых электростанций определяется уровнем содержания предельно допустимых концентраций (ПДК) в окружающей среде и уровнем вредных составляющих эмиссий самой газопоршневой установки.

В некоторых реализованных проектах высота дымовых труб газопоршневых электростанций достигает 100-120 метров. Средний уровень шумов, производимых газопоршневой установкой, составляет 75-78 дВ. При работе ГПУ наблюдаются достаточно сильные вибрации, что требует установки специальных виброопор.

В мини-тэц электроэнергия вырабатывается генераторами электрического тока. Генераторы используют механическую работу двигателей. Выхлопные газы и системы охлаждения двигателей мини-тэц отдают тепловую энергию в виде горячей воды или технического пара.

Газовые турбины – это мощные промышленные газовые турбогенераторы, в которых реализована технология с низким уровнем выбросов. Такие турбины идеально подходят для работы в областях с высокими экологическими требованиями. Генераторы с газовыми турбинами разработаны для применения в: отелях, больницах, университетах, учебных заведениях, высотных жилых домах, офисных комплексах и торговых центрах, фармацевтических компаниях, городских системах метро и других предприятиях, где есть потребность в большом объеме тепловой и электрической энергии.

В газотурбинной установке используется высоконадежный привод с холодного конца, что позволяет избежать проблем связанных с тепловым расширением сцеплений.

Особенности газовых турбин:

- до 77% КПД в режиме когенерации;

- компактная конструкция, позволяющая размещать установки на ограниченных пространствах; небольшой вес, сравнимый с весом дизельных генераторов;

- отсутствует необходимость в установке дополнительных систем очистки выхлопных газов;

- длительные периоды между сервисным обслуживанием, низкие эксплуатационные расходы и быстрый монтаж;

использование высоконадежного привода с холодного конца;

- постоянная работа на максимальной мощности (24 часа в сутки - 7 дней в неделю).

- комбинированное производство электроэнергии и тепла – когенерация.

Микротурбинная установка — это компактная, бесшумная, инновационная и энергоэффективная электростанция. Принцип работы микротурбинной установки — электростанции во многом схож с другими современными газотурбинными установками, но выгодно отличается потребительскими свойствами: экономичностью, высоким КПД, длительным ресурсом и низкими эксплуатационными расходами.

Диапазон электрической мощности микротурбинной установки — электростанции достаточно широк и соответствует нуждам большинства потребителей. Диапазон электрической мощности микротурбинной установки простирается от 100 кВт до 5–7 МВт.

В микротурбинной установке — электростанции не используется моторное масло и охлаждающая жидкость. Это важно, так как для газовых электростанций предыдущего поколения, с поршневыми силовыми агрегатами, расход моторного масла и замена фильтров составляет значительную статью эксплуатационных расходов.

Наша справка: на один киловатт произведенной электроэнергии в газопоршневой установке расходуется до 0,85 гр. моторного масла в час.

Дорогостоящие свечи зажигания (100–200€ ), щетки для генераторов, высоковольтные провода, топливные и масляные фильтры в микротурбинной установке — электростанции также не применяются. В микротурбинах устанавливается надёжный пьезоэлемент розжига, использующийся в современной военной авиации.

Микротурбинные электростанции — установки устойчиво и надежно работают при температурах от –50 до +50 °С. Отдельное здание не требуется — микротурбинные электростанции — установки в подавляющем большинстве случаев могут располагаться под открытым небом. Это потребительское качество микротурбины позволяет сэкономить достаточно приличные деньги на строительстве. Возможно крышное размещение микротурбины .

Мини–ТЭЦ, как правило, работает в двух основных производственных режимах:

получение электричества и тепла (когенерация)

получение электричества, тепла и холода (тригенерация).

Электрическая энергия, выработанная на автономной мини–ТЭЦ, в зависимости от выходного напряжения и технических задач, может передаваться на расстояние до нескольких десятков километров.

Мини–ТЭЦ состоит из следующих основных компонентов:

- двигатели внутреннего сгорания — поршневые, микротурбины или газотурбинные;

- генераторы постоянного или переменного тока;

- котлы–утилизаторы отработавших газов;

- катализаторы;

- системы управления.

Средства автоматики мини–ТЭЦ обеспечивают функционирование установок в рекомендованном диапазоне рабочих режимов и достижение эффективных характеристик. Мониторинг и телеметрия мини–ТЭЦ осуществляются дистанционно.

Основными преимуществами мини ТЭЦ являются, прежде всего: низкая стоимость вырабатываемой электроэнергии, тепла и соответственно, быстрый возврат инвестиций. Потребляя в среднем 0,3 куб. м газа, на мини–ТЭЦ у потребителя есть возможность получать 1 кВт электроэнергии и ~ 2 кВт тепла в час, при этом экономится значительная сумма на подключение к традиционной электросети.

Мини-ТЭЦ можно достаточно быстро построить и запустить в эксплуатацию. Сроки строительства от 3 месяцев до одного-двух лет. Сроки строительства мини-тэц зависят от наличия газопровода на объекте, мощности силовых агрегатов и конечной комплектации станции.

Существует возможность установки мини–ТЭЦ в старых котельных и на ЦТП, а также возможность быстрого увеличения электрической мощности, путем дополнительной установки новых энергетических модулей. Мини-ТЭЦ размещается на объекте энергоснабжения, а это исключает строительство дорогостоящих ЛЭП и установку трансформаторов (ТП).

Мини-ТЭЦ имеют низкий расход топлива, и как следствие, быструю окупаемость, прежде всего из-за возможности получения двух видов энергии. Преимуществом мини–ТЭЦ является длительный ресурс эксплуатации – жизненный цикл оборудования достигает 20-25 лет. Мини-ТЭЦ экологически безопасны и могут располагаться непосредственно на объектах энергоснабжения.

Цена мини-ТЭЦ, как правило, исчисляется за 1 кВт электрической мощности. Стоимость одного киловатта мини-ТЭЦ колеблется от 600 до 3500 тысячи долларов. Цены на мини-ТЭЦ зависят от выбранных технологий, качества и надежности основного оборудования.

Обоснования строительства мини–ТЭЦ

- высокие тарифы и потери 8–10% при дальней передаче электроэнергии и тепла

- высокие затраты за подключение к внешним электросетям, сопоставимые со стоимостью строительства локальной мини–ТЭЦ

- ограниченные возможности существующих источников электроэнергии и тепла при расширении мощностей предприятия потребителя

- низкое качество и количество получаемой электроэнергии и тепла от устаревшего источника генерации

- сопоставимые со стоимостью электростанций, штрафы за выбросы в атмосферу попутного нефтяного газа

- снижение финансовой зависимости от роста тарифов на электроэнергию и тепло

- низкая надежность работы местных энергосбытовых компаний

Комбинированное производство энергии двух видов на мини–ТЭЦ способствуют гораздо более экологичному использованию топлива по сравнению с раздельной выработкой электроэнергии и тепловой энергии на котельных установках.

Замена котельных, нерационально использующих топливо и загрязняющих атмосферу городов и посёлков, мини–ТЭЦ способствует не только значительной экономии топлива, но и повышению чистоты воздушного бассейна, улучшению общего экологического состояния окружающей среды.

Источник энергии для микротурбин, газопоршневых и газотурбинных мини–ТЭЦ, как правило, природный газ. Природный или попутный газ органическое топливо, не загрязняющее атмосферу твёрдыми выбросами.

www.eco-t-eco.ru

Общие сведения о мини-ТЭЦ

Калинин Андрей,холдинг “Энергокаскад”

Различают следующие типы мини-ТЭЦ:

- паротурбинную с противодавленческой турбиной с отпуском тепловым потребителям всего или части отработавшего в ней пара;

- паротурбинную с конденсационной турбиной, имеющей теплофикационный отбор или отборы для отпуска пара тепловым потребителям;

- газотурбинную с использованием тепла выхлопных газов в котле-утилизаторе или непосредственно в технологическом процессе;

- дизельную с производством высокопотенциального тепла благодаря энергии выхлопных газов и низкопотенциального - из контуров охлаждения двигателя;

- парогазовую с использованием тепла выхлопных газов для производства пара, который полностью или частично направляется в одну или несколько паровых турбин.

- теплофикационные ГТУ на базе газотурбинных двигателей самолетов и судов единичной электрической мощностью от 50 до 6000 кВт и тепловой мощностью от 0,6 до 50 МВт для установки в местах размещения отопительных и промышленных котельных, работающих на природном газе;

- теплофикационные паросиловые установки малой мощности с противодавлением на промышленные параметры пара электрической мощностью до 1200 кВт и тепловой мощностью до 12 МВт, работающих на мазуте и твердом топливе;

- теплофикационные дизельные установки для энергоснабжения на базе двигателей судов, колесных и гусеничных машин электрической мощностью до 600 кВ;

- паросиловой и газотурбинный привод с утилизацией тепла мощностью от 5 до 20000 кВт для энергоснабжения нефтяных газодобывающих комплексов.

Газотурбинные мини-ТЭЦ

Возможность получения большой мощности при небольших размерах и

массе, высокая надежность и экономичности газотурбинных установок позволяют широко использовать их в промышленной энергетике. В частности на промышленных предприятиях их можно применять как для отдельной, так и комбинированной выработки тепловой и электрической энергии, в качестве источников питания, для покрытия пиков нагрузок, в качестве надстроек на водогрейных котельных.

Мини-ТЭЦ на базе ДВС

Эго объясняется тем, что КПД поршневых машин составляет -36-45%, а газовых турбин – 25-34%. Установки газовых турбин требуют высоких давлений газа (до 2,0 МПа), в то время как газопоршневые установки работают на газе с низким давлением и им не требуется установка для газа дожимного копрессора.

Поршневые газовые двигатели могут работать на газе среднего давления, промышленном газе (коксовый, биогаз, шахтный), пропан - бутановых смесях и попутном газе. Любой применяемый газ должен иметь метановое число не менее 30 и подаваться в двигатель под давлением 1,0-2,5 кгс/см2 (0,1-0,25 МПа).

Газопоршневые мини ТЭЦ, представляют собой электрогенераторные установки с первичным двигателем, работающим на природном газе, а также утилизирукнцие выделяемое тепло. Потребление топлива составляет 0,25-0,3 н.м3 на кВт-час выработанной электрической энергии. Экономически оправданные системы утилизации тепла позволяют использовать 1 Гкал тепла на 1 МВт-час выработанной электроэнергии (75% от выделяемого тепла).

1. Тепло, отбираемое охлаждающей жидкостью 38-44%

2. Тепло выхлопа 15-10%(охлаждаемые выхлопные коллекторы) 3.Тепло наддувочного воздуха (в системах с турбонаддувом) 5-6%

4. Тепло смазочного масла (в системах с масляным радиатором) 3-6%.

Альтернативные источники энергоснабжения

Тепловые насосы, предназначенные для работы в системах мини-ТЭЦ,

бывают двух типов: парокомпрессионные (использующие механическую энергию в качестве энергии высокого потенциала) и абсорбционные (относительно высокопотенциальным теплоносителем является пар, отопительная вода или продукты сгорания).

тошшва в теплоту происходит непосредственно внутри теплового двигателя (например, в цилиндре двигателя внутреннего сгорания) или снаружи, причем теплота горючего газа передается к рабочему телу двигателя.

В качестве приводов могут быть использованы тепловые двигатели всех типов, однако наиболее удобны газовые и дизельные двигатели, так как они работают на природном газе и нефти- высококачественных носителях первичной энергии, применяемых в настоящее время для отопления. В связи с уменьшением запасов топлива и ростом цен важно обеспечить значительную экономию топливных ресурсов. Получение тепла с помощью такой двигательной отопительной установки может сократить расход первичной энергии примерно вдвое по сравнению с обычным способом получения тепла при сжигании топлива.

В последнее время в области малых мощностей представляют интерес мини-ТЭЦ на базе топливных элемемнтов.

Области применения и схемы автономных мини-ТЭЦ

Для обслуживания таких установок требуется малое количество людей. Особенно выгодно применение мини-ТЭЦ для использования в чрезвычайных ситуациях.

При проектировании мини-ТЭЦ должны учитываться следующие основные факторы

1.Наличие местных видов топлива. Наличие таких источников как биомасса или отходов из которых можно получать газ, существенно снизят затраты на мини-ТЭЦ. Если таких источников нет, или не возможно их использовать, то надо выбрать вариант с меньшими транспортными затратами на доставку топлива. Мини-ТЭЦ на базе ДВС могут работать на многих видах топлива (бензин, дизельное топливо, природный газ, газах, получаемых из биомассы и органических отходах производств). Необходимо выбрать вариант с меньшими капитальными затратами. Подобрать поршневую мини-ТЭЦ можно фактически для любого топлива, используя различные схемы работы установки.

2. Важным фактором является соотношение электрической и тепловой нагрузок потребителя.

3. Необходимо учитывать и характер нагрузки, колебание по часам суток.

4. Важным фактором для выбора мини-ТЭЦ являются климатические

условия, в которых будет работать установка. Прежде всего, этот фактор влияет на выбор типа ДВС.

Использование биотоплива для производства

энергии на мини-ТЭЦ

Еще одним эффективным способом получения топлива для мини-ТЭЦ

является использование отходов лесозаготовительных и лесоперерабатывающих предприятий. По данным исследований капитальные вложения в производство электроэнергии на базе древесного генераторного газа окупаются за 1 год.

Себестоимость единицы электроэнергии при этом снижается на 60%, а тепловой на 70%.

Лесные регионы, как правило, оторваны от линий электропередач, электроснабжение в этих местах осуществляется дизельными электростанциями, а отопление – путем сжигания древесины. Доставка дорогого и дефицитного топлива для этих регионов является довольно трудной задачей. В связи с этим, предлагается строительство мини-ТЭЦ, использующих отходы деревообработки в качестве топлива. Важным достоинством такой технологии является, то что в большинстве случаев не требуется создания новых установок. Технологический процесс можно организовать на базе имеющегося оборудования.

Основные преимущества мини-ТЭЦ по сравнению

со стандартными схемами энергоснабжения

Эффективность использования установок малой и средней мощности, устанавливаемых непосредственно у потреблителей в качестве альтернативы централизованному энергоснабжению, определяется следующими факторами:

- снижение себестоимости производства электроэнергии и теплоты за счет комбинированной их выработки и использования более совершенного оборудования;

- повышение надежности энергоснабжения;

- независимость режима работы потребителя от режима работы энергосистем;

- снижение масштабов отчуждения территорий под крупное энергетическое

строительство;

- более просто решаются вопросы обеспечения экологической безопасности и снижение затрат на охрану окружающей среды.

По сравнению с традиционными способами производства электроэнергии и тепла мини-ТЭЦ выбрасывают в атмосферу на 60 % меньше СО2 и NOx , значительно сокращая потребление топлива, благодаря этому они становятся перспективной альтернативой существующих ТЭЦ.