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 сегодня приобретают все большую популярность. В основе работы мини-ТЭС лежит технология когенерации или тригенерации. Когенерация – это возможность получения тепла и электричества, а тригенерация – тепла, электричества и холода. Однако, пока в России практически не используются тригенерационные мини-ТЭС.

Устройство мини-ТЭС состоит из разных узлов: двигателя, электрогенератора, теплообменников, системы принудительного охлаждения или радиатора, системы отвода газов, распределительного щита и системы автоматики и контроля.

Работа двигателя обеспечивает вращение вала электрогенератора, который преобразует кинетическую энергию в электрическую. При этом выделяется тепло, которое может быть использовано для отопления или горячего водоснабжения. Остаточное тепло утилизируется при помощи системы принудительного охлаждения. Газ, образующийся от сжигания топлива, выводится через систему отвода газов. Распределительный щит и система автоматики и контроля управляют работой мини-ТЭС. Они устанавливаются в специальных помещениях (диспетчерских), а мониторинг за работой мини-ТЭС может быть осуществлен удаленно 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 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.

Значимые бонусы использования мини-ТЭС

В России за последние 20 лет количество мини-ТЭС выросло до тысячи. Эта тенденция указывает на актуальность малой энергетики в стране и на следующие неоспоримые преимущества для потребителей:

1. Бесперебойное и стабильное электроснабжение и теплоснабжение с постоянным уровнем напряжения и заданными параметрами.
2. Решение двух проблем сразу - совместное производство электро- и теплоэнергии, выделяет мини-ТЭС как пример современного подхода к бизнесу.
3. Низкая стоимость энергии - при среднем потреблении в час всего 0,3 куб. м газа потребитель может получить 1 кВт электроэнергии и около 2 кВт тепла в час, и это при экономии на подключении к традиционной электросети.
4. Экологически чистое производство электроэнергии и тепловой энергии снижает негативное воздействие на окружающую среду в сравнении с выработкой электроэнергии и теплоэнергии на котельных установках. Тепло можно использовать для получения холода для систем централизованной вентиляции и кондиционирования помещений в летний период. Опять же, использование газового топлива еще больше повышает экологичность.
5. Быстрая окупаемость и высокий энергоресурс. Строительство мини-ТЭС окупается за 2-3 года, при этом может работать до двенадцати электроагрегатов, каждый мощностью 1000-9000 кВт.
6. Экономия на коммуникациях - за счет близости к объекту энергоснабжения. Потребителей мини-ТЭС не затрагивают вопросы обслуживания и ремонта теплосетей.
7. Компактность. Небольшие размеры позволяют удобно размещать мини-ТЭС внутри уже построенных зданий или же располагать их рядом с ними, например, на территории производственных, торгово-развлекательных, гостиничных комплексов.
8. Оперативность ввода в эксплуатацию. Срок строительства мини-ТЭС составляет от трех месяцев до года, который зависит от выбора топлива, мощности силовых агрегатов и конечной комплектации станции. Долговечность оборудования достигает 20-25 лет.
9. Значительная экономия. Снижение зависимости потребителя от роста тарифов на электроэнергию и тепло позволяет сэкономить в два и более раз.
10. Простота и удобство использования - управление работой мини-ТЭС полностью автоматизировано.

Надежность за онератора не всегда гарантируется энергосбытовыми компаниями, которые обслуживаются потребители. Собственная мини-ТЭС выделяется контролируемой собственной заботой.

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 могут принести значительные выгоды. Рассмотрим подробнее, что они дают.

Стоимость автономного энергоцентра мощностью от 1 до 30 МВт, включая все работы «под ключ», составляет в среднем 1000 евро за 1 кВт×ч. Однако, такой вариант не дороже, чем подключение к внешним энергосетям и в некоторых случаях даже существенно дешевле.

Самое главное – собственная энергетика позволяет значительно снизить себестоимость производимой электроэнергии. Если внешние организации предлагают электроэнергию по 3-5 рублей за кВт×ч, то собственная мини-ТЭС может обеспечить электроэнергией всего за 1,80 руб. за кВт×ч.

Кроме того, каждая Гкал производимого тепла будет стоить не меньше 800 рублей. Получаемое тепло может быть очень полезно, например, для отопления соседних зданий или для подогрева воды.

Даже после необходимой реконструкции инженерной инфраструктуры, инвестиции в собственную мини-ТЭС окупятся уже через 2-3 года. Практика показывает, что это достижимо и приносит значительную экономическую выгоду.

Фото: freepik.com