Котельные мини-ТЭЦ
Мини-ТЭЦ - электростанция с комбинированным производством электроэнергии и тепла, расположенная в непосредственной близости от конечного потребителя.
В качестве источника энергии в мини-ТЭЦ используются газопоршневые установки (далее - ГПУ) с дизельными или газовыми двигателями внутреннего сгорания (далее - ДВС) и газотурбинные установки (далее - ГТУ).
Наибольшей эффективностью, надежностью и универсальностью отличаются установки на основе газовых (газопоршневых) двигателей. Это вызвано, прежде всего, современными требованиями к экологической чистоте окружающей среды, а также к снижению эксплуатационных расходов на органическое топливо и доступностью его использования. Таким образом, мини-ТЭЦ предоставляют возможности выбора наиболее эффективного пути решения проблемы энергоснабжения за счет широкого диапазона режимов эксплуатации, большого выбора вспомогательного оборудования и систем, различных вариантов компоновок, что позволяет точно и оптимально приспособить установку к работе в любых условиях применения.
применяемых единичных мощностей от 20 кВт до 3 МВт, тип и количество устанавливаемых агрегатов обеспечивают оптимальную конфигурацию для получения необходимой мощности мини-ТЭЦ в зависимости от режимов ее использования.
котельных с котлами на газовом топливе и имеющихся котлов с заменой газовых горелок, что будет способствовать значительному улучшению работы котельных и даст еще больший эффект.
Применение ГПУ и ГТУ малой и средней мощности на мини-ТЭЦ - наиболее вероятный путь технического перевооружения региональной энергетики. Для практической реализации этих достаточно быстро окупаемых проектов требуются сравнительно небольшие капиталовложения промышленных организаций и частных инвесторов. Себестоимость энергии высокоэкономичных мини-ТЭЦ будет ниже, чем себестоимость энергии устаревших паротурбинных электростанций, и при свободной конкуренции на энергетическом рынке они могут продавать электрическую и тепловую энергию по пониженным тарифам.
Мини-ТЭЦ могут применяться в качестве основного или резервного источника электроэнергии для коммунального хозяйства и очистных сооружений, организаций промышленности и сельского хозяйства, в административных и медицинских учреждениях, жилых комплексах, как в автономном режиме, так и совместно с централизованными системами электроснабжения и тепла.
Достоинствами мини-ТЭЦ являются:
- низкая стоимость вырабатываемой электроэнергии и тепла;
- КПД мини-ТЭЦ достигает 88-92 %, что вдвое больше того же показателя традиционных ТЭЦ на паровых турбоагрегатах;
- гибкость в конструкции, исполнении и использовании, широкий выбор технологических схем для получения электроэнергии, тепла в виде пара/горячей воды или холода (вода с температурой 6-12 °С) для систем кондиционирования;
- возможность максимально приблизить производство энергии к потребителям, а следовательно, сократить протяженность сетей, снизить затраты на их строительство и содержание;
- быстрая окупаемость;
- экологическая безопасность.
Мотивации использования мини-ТЭЦ:
- высокие затраты на подвод электроэнергии и тепла;
- ограниченные возможности централизованных источников электроэнергии и тепла при расширении мощностей;
- риск нарушения технологии или непрерывности технологических процессов из-за критического качества и количества получаемой электроэнергии и тепла;
- в случаях, когда затраты на штрафы за выбросы в атмосферу попутного газа и прочих продуктов при нефтедобыче сопоставимы со стоимостью оборудования электростанции;
- низкая себестоимость топлива для нефтегазовых компаний и возможность реализации электроэнергии и тепла;
- формирование цивилизованной тарифной политики (появляется возможность управления тарифами).
Главной целью строительства электростанции является достаточное и надежное обеспечение потребностей в электроэнергии и тепле при рациональном использовании ТЭР в соответствии с требованиями охраны окружающей среды и быстром возврате инвестированного капитала. Строительство мини-ТЭЦ при невысоких капитальных и эксплуатационных затратах позволяет обеспечить максимально возможные прибыли от инвестиций.
Среди экономических обоснований строительства мини-ТЭЦ специалисты выделяют то, что условия, выдвигаемые поставщиками электроэнергии и тепла для подключения к электрическим и тепловым сетям, часто ведут к значительным безвозвратным расходам и даже к пересмотру условий проведенных подключений. Кроме того, отмечается, что эффект системной экономии топлива от централизации теплоснабжения практически сведен к минимуму вследствие того, что КПД промышленных и отопительных котельных сведен до уровня КПД котлов, а также вследствие тепловых потерь и потерь от утечек при передаче горячей воды на большие расстояния, которые достигают 20-25 %.
Капитальные затраты при применении мини-ТЭЦ компенсируются за счет низкой себестоимости энергии в целом. Более того, при подключении новых мощностей отпадает необходимость в строительстве ЛЭП, ТП, протяженной кабельной сети. По имеющимся оценкам, передача газа по газопроводам в 10-12 раз экономичнее передачи электрической энергии по высоковольтным линиям электропередачи.
Снижение затрат на тепло- и электроснабжение, по различным оценкам, может достигать величины в 3,5-4 раза, а срок окупаемости при этом составит от 3 до 5 лет.
Достаточные условия мотивации:
- гарантированная государством покупка электрической энергии, получаемой при выработке необходимого и достаточного количества тепла на мини-ТЭЦ;
- научно обоснованные принципы применения и размещения когенерационных установок на региональном уровне;
- создание мощностей по изготовлению ГТУ и ГПУ на основе передовых технологий на территории Российской Федерации, соответствующих мировым стандартам;
- освоение производства когенерационных установок, использующих в качестве топлива попутные газы нефтедобычи и нефтепереработки, отходы переработки древесины и бытовые отходы.
снизить себестоимость вырабатываемой энергии, но и радикально уменьшить отрицательное воздействие на окружающую среду. Современные технологии позволяют использовать в качестве топлива для силовых установок мини-ТЭЦ попутные газы нефтедобычи, нефтепереработки, отходы санитарной вырубки леса, органический мусор.
Строительство мини-ТЭЦ на базе ГПА (реконструкция котельной).
Предполагает комплексное решение проблем электро-теплоснабжения потребителей в зоне покрытия котельной с использованием высокоэффективных, энергосберегающих и экологически чистых газопоршневых технологий.
Обеспечить потребности в электроэнергии и тепле предлагается на основе реконструкции котельной установкой 2-х новых когенерационных газопоршневых агрегатов. В качестве основного оборудования мини-ТЭЦ приняты газопоршневые установки типа G 3520 с системой утилизации сбросной теплоты компании «Caterpillar» - мирового лидера производства мировых газопоршневых агрегатов в широком интервале мощностей от 70 до 5900 кВт.
Установленная мощность предлагаемой к строительству мини-ТЭЦ составляет:
- электрическая - 4,0 МВт;
- тепловая в горячей воде - 4,76 кВт (4,1 Гкал/ч)
- по теплу - на существующую теплосеть котельной. Резервирование тепловой мощности газопоршневой электростанции предусмотрено водогрейными котлами котельной.
Использование газопоршневой технологии с утилизацией сбросной теплоты ГПУ позволяет:
- получить дешевую электрическую и тепловую энергию для обеспечения потребителей в зоне покрытия котельной;
- увеличить коэффициент использования теплоты топлива (общий КПД энергоустановки) до 91 %, что более чем в 3 раза выше КПД существующих изношенных и морально устаревших дизель-генераторов (28-32%) и водогрейных котлов (40-50%);
- улучшить экологическую обстановку в жилой зоне поселка за счет снижения выбросов вредных веществ.
Краткое техническое описание предлагаемой газопоршневой установки
G 3520 С приведено ниже.
1. Основные технические характеристики энергоустановки
.
| 1. |
Наименование |
-G 3520 С |
| 2. |
Производитель |
- «Caterpillar», США |
| 3. |
Мощность электрическая, кВт |
- 2000 |
| 4. |
Тепловая мощность системы утилизации теплоты (СУТ), Гкал/ч |
|
| 5. |
|
- 91 |
| 6. |
Топливо (основное/резервное) |
- газ/газ |
| 7. |
Часовой расход топлива (газа), кг/ч (нм3/ч) |
- 346 (474,5) |
| 8. |
|
÷ 35 (0,10÷0,35) |
| 9. |
Ресурс:
- до капитального ремонта, ч
- назначенный (общий)
|
- 60000
- 200000
|
2. Основные характеристики когенерационной электростанции.
Основные технические характеристики мини-ТЭЦ приведены ниже.
| 1. |
Количество ГПУ с комплектом вспомогательного оборудования, комп. |
2
|
| 2. |
Количество СУТ с обвязкой и сетевыми насосами, компл. |
2 |
| 3. |
Мощность электрическая:
установленная, кВт
рабочая, кВт
|
4000
4000
|
| 4. |
Мощность тепловая:
установленная, Гкал/ч
|
4,10
4,10
|
| 5. |
Вид теплоносителя |
|
| 6. |
Параметры теплоносителя |
|
| 7. |
Расход природного газа на номинальной мощности (LHV = 11955 ккал/кг, ρ = 0,71 кг/нм3), кг/ч (нм3/ч) |
692 (974,6)
|
| 8. |
Годовая выработка электрической и тепловой энергии |
По сезонным графикам нагрузки |
3. Примерный состав сооружений электростанции.
Минимальный набор сооружений и оборудования, требуемого для обеспечения работоспособности мини-ТЭЦ, приведен ниже.
Машинный зал с ГПУ, СУТ и вспомогательным тепломеханическим оборудованием;
Электротехническое оборудование с распределительным устройством выдачи электрической мощности;
Пультовая со щитом управления (при работе мини-ТЭЦ в автоматизированном режиме с дежурным оператором).
Другое вспомогательное оборудование и системы (аккумуляторная, воздушная, компрессорная, выносные радиаторы охлаждения и т. д.)
и т. д.
Все перечисленное выше оборудование и системы электростанции размещаются во вновь сооружаемом здании каркасного типа с эффективными ограждающими конструкциями типа «сэндвич» или в существующем помещении котельной.
При работе мини-ТЭЦ в полностью автоматическом режиме (без присутствия персонала) пульт управления размещается как на мини-ТЭЦ (котельной), так и в любом другом месте (например, в центральной диспетчерской). Однако такое техническое решение существенно увеличивает начальные капиталовложения в строительство предлагаемой мини-ТЭЦ.
При необходимости на площадке реконструируемой котельной также строятся:
Насосная пожаротушения с баками противопожарного запаса воды;
Локальные очистные сооружения;
Другие вспомогательные объекты и сооружения (по требованию Заказчика).
Ниже, на рисунке в качестве примера, представлен план размещения тепломеханического оборудования мини-ТЭЦ (2-х газопоршневых установок с СУТ, обвязкой и вспомогательным оборудованием) в помещении демонтируемых судовых котлов котельной. Место размещения остального электротехнического и вспомогательного оборудования и систем уточняется на последующих стадиях при разработке проектной документации.
Основное оборудование мини-ТЭЦ размещается в помещении судовых котлов на 2-х уровнях:
2) на 2-м уровне, на отм. 4,000 размещаются блоки СУТ и венткамера приточной вентиляции, подающей в машзал воздух на горение для ГПУ (рис. 1)
Размещение основного оборудования мини-ТЭЦ (ГПУ и СУТ) на одном уровне возможно в помещении котлов АВА-4. При этом возникает необходимость в демонтаже котлов №2, №3 и №4, что существенно уменьшает тепловую мощность котельной и снижает надежность теплоснабжения потребителей. Пример размещения ГПУ и СУТ на одном уровне (отм. 0,000) приведены ниже на фотографии.
Наиболее предпочтительным вариантом является размещение всего комплекса вновь сооружаемой газопоршневой мини-ТЭЦ в отдельно стоящем новом каркасном быстро-сборном здании. Одноэтажное здание размерами в плане 18х18 метров строится вблизи корпуса котельной. Организационно котельная и мини-ТЭЦ объединяются в один энергокомплекс и обеспечивают надежное электро-теплоснабжение потребителей в зоне покрытия котельной.
В варианте размещения тепломеханического оборудования в отдельно стоящем новом здании возможно расширение мини-ТЭЦ установкой дополнительных блоков ГПУ+СУТ (шаг ячейки - 6 м). Это позволяет при росте электрических и тепловых нагрузок, обеспечить их покрытие расширением мини-ТЭЦ установкой новых комплексов агрегатов до электрической мощности 6÷8 МВт.
Согласно республиканской программе энергосбережение на 2006-2010 гг. к приоритетным направлениям в области энергосбережения относятся следующие технические направления:
1. Внедрение новых энергоэффективных технологических процессов производства продукции во всех отраслях экономики.
2. Модернизация электрогенерирующих источников. Ввод в действие электрогенерирующего оборудования в котельных. Создание мини-ТЭЦ на местных видах топлива.
3. Экономически целесообразная утилизация высоко- и среднетемпературных тепловых вторичных энергоресурсов с использованием их в схемах теплоснабжения.
5. Замена электрокотлов и электронагревателей с преимущественным замещением их котельными установками на местных видах топлива.
6. Модернизация и повышение эффективности работы котельных.
7. Внедрение регулируемых электроприводов на механизмах с переменной нагрузкой.
8. Внедрение энергоэффективного оборудования в производстве и использование сжатого воздуха, холода.
10. Внедрение систем непрерывного контроля за выбросами оксида углерода в атмосферный воздух на котельных мощностью свыше 50 МВт.
11. Внедрение энергоэффективных светильников и автоматических систем управления освещением.
12. Применение инфракрасных излучателей для локального отопления и в технологических процессах.
Список использованных источников
1. Гительман Л. Д, Ратников Б. Е. Энергетический бизнес. – М.: Дело, 2006. – 600 с.
2. Основы энергосбережения: Учеб. пособие / М. В. Самойлов, В. В. Паневчик, А. Н. Ковалев. 2-е изд., стереотип. – Мн.: БГЭУ, 2002. – 198 с.
4. www.cogeneration.ru
5. www.open.by
| 
