Мини-ТЭС – выгодный подход к построению современных систем электро- и теплоснабжения зданий и сооружений

Мини-ТЭС является современным решением вопроса по обеспечению объекта теплом (холодом) и электроэнергией. Ее использование обеспечивает независимость потребителя от централизованных систем электроснабжения и имеет возможность решения задач нехватки или перебоев электроэнергии. Преимуществом мини-ТЭС является близость к объекту, что обеспечивает возможность избежать использования ненадежных теплосетей. Электростанция может быть установлена как на строящихся, так и уже находящихся в эксплуатации объектах.

Автономные энергоцентры являются эффективным способом генерации электричества и тепла. Они работают на основе технологии когенерации или тригенерации. Когенерация предполагает получение электричества и тепла, а тригенерация обеспечивает получение электричества, тепла и холода. В России на данный момент практически не используются тригенерационные мини-ТЭС, поэтому стоит рассмотреть технологию получения электричества и тепла.

В состав автономных энергоцентров входят:

• двигатель;
• электрогенератор;
• теплообменники;
• система принудительного охлаждения (радиатор);
• система отвода газов;
• распределительный щит;
• система автоматики и контроля.

Двигатель обеспечивает вращение вала электрогенератора, который преобразует кинетическую энергию в электрическую. При этом выделяется тепло, которое посредством системы теплообменников может быть использовано для отопления или горячего водоснабжения. Избыток тепла в свою очередь выводится из системы при помощи системы принудительного охлаждения. Газ, который образуется от сжигания топлива, выводится системой отвода газов. Мониторинг и управление автономными энергоцентрами осуществляется с помощью распределительного щита и системы автоматики и контроля, которые могут быть расположены в специализированных помещениях. Также возможен дистанционный мониторинг работы автономных энергоцентров через Интернет.

Существует несколько типов энергоустановок для мини-теплоэлектростанций (мини-ТЭС), включая паровые турбины, газотурбинные установки и генераторы с утилизацией тепловой энергии. Рассмотрим каждый вид более подробно.

Паровые турбины могут быть двух типов: конденсационные и противодавленческие. Конденсационные паровые турбины используются, когда основная цель - производство электричества. Однако, для того чтобы также получить тепловую энергию, в конденсационных паровых турбинах добавляют функцию отбора пара. Выпустившись, частично в конденсатор и частично в систему отопления, пар максимизирует использование дополнительных источников энергии. Однако, недостатком конденсационных паровых турбин является их инертность.

Противодавленческие паровые турбины перерабатывают отработанный пар для отопления. В результате возможно одновременное производство электрической и тепловой энергии. Последовательное использование идентичных процессов и деталей гарантирует общий КПД для мини-ТЭС на паровой турбине до 80%. Технологически решение наиболее сложное и, соответственно, дорогое.

Газотурбинные установки с водяной или паровой утилизацией используют выделяющееся тепло для отвода его к потребителю. Оптимальная эффективность оборудования достигается на мощностях от 5 МВт и выше (до 300 МВт), некоторые модели позволяют работать в диапазоне 1-5 МВт. Общий КПД для мини-ТЭС на газовой турбине – 65-87%.

Газопоршневые, газодизельные и дизельные генераторы используются в когенераторных установках, позволяющих получить общий КПД для мини-ТЭС 70-92%. Наиболее широко распространены газопоршневые агрегаты единичной мощностью от 1 до 9 МВт. В связи с ограничением общей мощности энергоцентра на укладку не более 50-80 МВт, в комплекс включаются несколько агрегатов параллельно. В результате удельные расходы на строительство и эксплуатацию минимальны, однако aгрегаты, как правило, требуют периодического сервиса на каждые 1000-2000 моточасов.

Топливо для мини-ТЭС: газовое, дизельное и твердые виды топлива

Природный газ является наиболее популярным выбором топлива для ТЭС, благодаря его доступности и экологичности, а также низкой стоимости. Также можно применять сжатый газ, попутный нефтяной газ, биогаз, который получается на очистных сооружениях, свалках, а также на химических и других предприятиях.

В свою очередь, дизельное топливо является дорогим и неэкологичным видом топлива. Оно применяется как резервное топливо, или в случае, когда использование газового топлива невозможно.

Если же нет возможности использовать газовое топливо, то можно использовать твердые виды топлива, такие как древесина, уголь, пилеты и другие. Такой вид топлива применяется как альтернатива в случаях отсутствия других вариантов.

Особенности и разновидности размещения автономных систем электро- и теплоснабжения

Когда цена подключения к электроэнергетическим сетям является недопустимо высокой или физически невозможной, а его прекращение не представляется возможным, ставится вопрос о построении мини-ТЭС. Борьба ведется с трудностями постоянного пополнения запасов тепла и электроэнергии, особенно когда они используются в энергоемких производствах или при важных мероприятиях. В этом случае нужны наиболее надежные системы электроснабжения и теплоснабжения.

Чтобы определиться с размещением мини-ТЭС следует учитывать следующие факторы:

• Высокая цена подключения;
• Постоянная потребность в энергии и тепле;
• Приоритетность высокой надежности снабжения электроэнергией;
• Большой объем энергоемкого производства.

Существуют две схемы размещения мини-ТЭС:

1. Открытый тип размещения применяется, когда нужно быстро запустить энергоустановку. Экипировка помещается в блок-модули (контейнеры) и размещается на открытых площадках. Эти мини-ТЭС более мобильны.

2. Закрытый тип размещения может быть выбран при наличии свободного помещения для размещения энергетического комплекса или возможности строительства специального помещения для его размещения.

В настоящее время мини-ТЭС в России имеют огромное значение для развития малой энергетики. За последние двадцать лет появилось более тысячи объектов, которые предоставляют следующие преимущества потребителям:

1. Качество и стабильность энергоснабжения. Мини-ТЭС гарантирует постоянный уровень напряжения и теплоснабжения с определенными параметрами.

2. Совместное производство электро- и теплоэнергии. Этот подход не только решает проблему производства электро- и теплоэнергии, но и показывает современный взгляд на бизнес.

3. Низкая стоимость энергии. Потребитель может получить один кВт электроэнергии и до двух кВт тепловой энергии всего за 0,3 кубометра газа в час. Это позволяет значительно сэкономить на подключении к обычной электросети.

4. Экологичность. Производство энергии сразу двух видов на мини-ТЭС снижает воздействие на окружающую среду по сравнению с раздельным производством электро- и тепловой энергии на котловых установках. При необходимости из тепла можно получать холод для систем централизованной вентиляции и кондиционирования помещений. Использование газового топлива дополнительно повышает экологичность.

5. Быстрая окупаемость и высокий энергоресурс. Строительство мини-ТЭС окупается за 2-3 года. В составе мини-ТЭС может работать до двенадцати электроагрегатов, каждый мощностью 1000-9000 кВт.

6. Экономия на коммуникациях (за счет близости к объекту энергоснабжения). Пользователи мини-ТЭС избегают вопросов обслуживания и ремонта теплосетей.

7. Компактность. Мини-ТЭС имеют небольшие габариты, что позволяет удобно размещать их внутри уже построенных зданий или рядом с ними, например, на территориях производственных, торгово-развлекательных и гостиничных комплексов.

8. Оперативность ввода в эксплуатацию. Сроки строительства мини-ТЭС составляют от трех месяцев до года и зависят от выбора топлива, мощности силовых агрегатов и конечной комплектации станции. Жизненный цикл оборудования достигает 20-25 лет.

9. Значительная экономия. Снижается финансовая зависимость потребителя от роста тарифов на электроэнергию и тепло. Экономия на плате за электроэнергию достигает двух и более раз.

10. Простота и удобство эксплуатации. Управление работой мини-ТЭС полностью автоматизировано.

Таким образом, мини-ТЭС предоставляют множество преимуществ для потребителей, такие как стабильность и высокое качество энергоснабжения, экономия на коммуникациях и плате за электроэнергию, компактность и экологичность, а также быструю окупаемость и удобство использования.

Строительство мини-ТЭС — сложный процесс, который требует предельной внимательности в каждом этапе. Обычно процесс строительства мини-ТЭС включает следующие стадии:

1. Предпроектная проработка и заключение договоров. На этом этапе определяется место расположения будущей мини-ТЭС, рассчитывается потребность в электроэнергии, проводится анализ технической возможности строительства. Заключаются договоры с поставщиками материалов и оборудования.

2. Проектирование. Инженеры и дизайнеры работают над разработкой проекта, утверждением документации и получением всех разрешительных документов.

3. Заказ и производство оборудования. Основной задачей на этом этапе является заказ и производство необходимого для работы мини-ТЭС оборудования.

4. Транспортировка оборудования. Транспортировка оборудования происходит из производственных центров в место строительства.

5. Строительство площадки и сетей. Строительство площадки и сетей подключения включает в себя земляные работы, создание фундамента, монтаж металлоконструкций и прокладку силовых и коммуникационных кабелей.

6. Монтаж оборудования. На этом этапе осуществляется установка и подключение оборудования на площадке.

7. Пусконаладочные работы. Этот этап связан с проверкой оборудования на работоспособность и проведением необходимых настроек.

8. Ввод в эксплуатацию, обучение персонала. После успешного завершения предыдущих этапов, мини-ТЭС готова к вводу в эксплуатацию, а персонал проходит обучение работе на оборудовании.

9. Сервисное обслуживание. Сервисное обслуживание включает в себя предоставление гарантийных услуг, проведение регулярных ремонтных работ и замену деталей.

Сокращение объема документации, финансовых затрат и сроков реализации проекта может быть достигнуто, если заказать строительство мини-ТЭС «под ключ», объединив все этапы в одном договоре с одним подрядчиком.

Инвестиции в строительство собственной мини-ТЭС - вариант, который стоит рассмотреть. Мощность автономного энергоцентра от 1 до 30 МВт включительно «под ключ» обойдется примерно в 1000 евро за кВт×ч. Это сравнимо со стоимостью подключения к внешним энергетическим сетям, а в некоторых случаях может быть даже дешевле. Сам производительный процесс также более экономичен, себестоимость электроэнергии, вырабатываемой мини-ТЭС, составляет всего 1,80 руб. за кВт×ч, в то время как в компаниях, занимающихся внешним энергоснабжением, цена колеблется в районе от 3 до 5 руб./кВт×ч. Более того, при этом имеется второй ценный бонус - получение горячей воды, исходя из количества произведенной электроэнергии. Каждая Гкал тепла стоит не менее 800 рублей. В результате, проект строительства собственной мини-ТЭС окупается в период от 2 до 3 лет, несмотря на необходимость реконструкции инженерных инфраструктурных систем.

Фото: freepik.com