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: газовые и твердые виды

Газовое топливо является одним из самых доступных и экологически безопасных источников энергии для ТЭС. При этом природный газ наиболее часто применяется в качестве газового топлива. Кроме того, существуют и другие виды газа, в том числе сжатый, попутный нефтяной, биогаз производимый на очистных сооружениях, свалках, химических и других производствах. Эти виды газа также годятся для использования в качестве топлива для Мини-ТЭС.

С другой стороны, дизельное топливо является менее экологически чистым и более дорогим видом топлива, и может использоваться как запасной источник топлива, либо в случаях, когда использование газа не представляется возможным.

В случае отсутствия доступных альтернативных видов топлива, для Мини-ТЭС могут использоваться твердые виды топлива, такие как древесина, уголь, пилеты и т.п.

Особенности и типы базирования автономных систем электро- и теплоснабжения

Мини-тепловые электростанции являются целесообразными в тех случаях, когда:

• невозможно провести подключение к электропередачным линиям из-за дороговизны;
• непрерывно возникают потребности в тепле и электроэнергии;
• требуется высокая степень надежности систем электроснабжения;
• функционирует энергоемкое производство.

Размещение мини-ТЭС происходит по двум схемам:

1. Открытое базирование, которое используется в тех случаях, когда необходимо запустить энергетический комплекс в кратчайшие сроки. Для этого оборудование помещают в блочные модули (контейнеры), которые размещаются на открытой площадке. Такие мини-ТЭС обладают большей мобильностью.
2. Закрытое базирование может быть применено при наличии свободного пространства либо же возможности создания специального помещения под энергетический комплекс.

Тема малой энергетики и ее актуальность для России подтверждаются ростом числа мини-ТЭС в последние 20 лет. Более тысячи объектов этого вида в стране предоставляют потребителю множество преимуществ.

Первое и наиболее важное преимущество - это качество и стабильность энергоснабжения, которые обеспечиваются мини-ТЭС с помощью постоянного напряжения и заданных параметров теплоснабжения.

Одной из других важных проблем, решаемых этими станциями, является совместное производство электро- и теплоэнергии, что является примером современного подхода к бизнесу. При этом благодаря использованию ресурсов, минимизируются негативные последствия для окружающей среды.

Одним из больших преимуществ, которыми может наслаждаться потребитель, является низкая стоимость вырабатываемой энергии. При использовании 0,3 куб.м газа в час потребитель может получить 1 кВт электроэнергии и около 2 кВт тепла в час, при этом существенно экономится на подключении к традиционной электросети.

Экономия не ограничивается единичным платежом за энергию, но преимущества также поощряют снижение зависимости от постоянного роста тарифов на электроэнергию и тепло. Расходы на мини-ТЭС окупаются в течение 2-3 лет благодаря компактности мини-станции и до 12 электроагрегатов в ее составе, каждый мощностью 1000-9000 кВт.

Этот тип энергоснабжения также обладает другими преимуществами, такими как экономия на коммуникациях, благодаря близости к объекту энергоснабжения, удобство размещения, быстрая ввода в эксплуатацию, надежность и управление работой полностью автоматизировано.

Безусловно, использование мини-ТЭС становится все более популярным и привлекательным для потребителя в России, и это оправдано множеством преимуществ, которые он предлагает.

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