Котельні міні-ТЕЦ
Міні-ТЕЦ - електростанція з комбінованим виробництвом електроенергії і тепла, розташована в безпосередній близькості від кінцевого споживача.
В якості джерела енергії в міні-ТЕЦ використовуються газопоршневі установки (далі - ГПУ) з дизельними або газовими двигунами внутрішнього згоряння (далі - ДВС) і газотурбінні установки (далі - ДТУ).
Найбільшою ефективністю, надійністю та універсальністю відрізняються установки на основі газових (газопоршневих) двигунів. Це викликано, перш за все, сучасними вимогами до екологічної чистоти навколишнього середовища, а також до зниження експлуатаційних витрат на органічне паливо та доступністю його використання. Таким чином, міні-ТЕЦ надають можливості вибору найбільш ефективного шляху вирішення проблеми енергопостачання за рахунок широкого діапазону режимів експлуатації, великого вибору допоміжного обладнання та систем, різних варіантів компонувань, що дозволяє точно і оптимально пристосувати установку до роботи в будь-яких умов застосування.
При невисоких капітальних і експлуатаційних витратах ці електростанції забезпечують максимальну ефективність інвестицій за рахунок виробництва електроенергії і тепла за вельми конкурентними цінами. Діапазон застосовуваних одиничних потужностей від 20 кВт до 3 МВт, тип і кількість встановлюваних агрегатів забезпечують оптимальну конфігурацію для отримання необхідної потужності міні-ТЕЦ в залежності від режимів її використання.
Будівництво нових міні-ТЕЦ веде до необхідності впровадження автоматизованих систем диспетчеризації і управління енергетичним обладнанням (АСДУЕО), а, отже, до модернізації вже існуючих котелень з котлами на газовому паливі і наявних котлів із заміною газових пальників, що сприятиме значному поліпшенню роботи котелень та дасть ще більший ефект.
Застосування ГПУ і ГТУ малої і середньої потужності на міні-ТЕЦ - найбільш ймовірний шлях технічного переозброєння регіональної енергетики. Для практичної реалізації цих досить швидко окупаються проектів потрібні порівняно невеликі капіталовкладення промислових організацій та приватних інвесторів. Собівартість енергії високоекономічних міні-ТЕЦ буде нижче, ніж собівартість енергії застарілих паротурбінних електростанцій, і при вільній конкуренції на енергетичному ринку вони можуть продавати електричну та теплову енергію за зниженими тарифами.
Міні-ТЕЦ можуть застосовуватися в якості основного або резервного джерела електроенергії для комунального господарства та очисних споруд, організацій промисловості і сільського господарства, в адміністративних і медичних установах, житлових комплексах, як в автономному режимі, так і спільно з централізованими системами електропостачання і тепла.
Достоїнствами міні-ТЕЦ є:
- Низька вартість вироблюваної електроенергії і тепла;
- ККД міні-ТЕЦ досягає 88-92%, що вдвічі більше того ж показника традиційних ТЕЦ на парових турбоагрегату;
- Багатопаливних: можливість використання в якості палива відходів, попутних газів при нафтовидобутку, відходів деревини при проведенні санітарних рубок;
- Гнучкість в конструкції, виконання та використанні, широкий вибір технологічних схем для отримання електроенергії, тепла у вигляді пари / гарячої води або холоду (вода з температурою 6-12 ° С) для систем кондиціонування;
- Можливість максимально наблизити виробництво енергії до споживачів, а отже, скоротити протяжність мереж, знизити витрати на їх будівництво та утримання;
- Швидка окупність;
- Низька витрата палива, великий моторесурс і довговічність;
Мотивації використання міні-ТЕЦ:
- Високі витрати на підведення електроенергії та тепла;
- Обмежені можливості централізованих джерел електроенергії та тепла при розширенні потужностей;
- Ризик порушення технології або безперервності технологічних процесів з-за критичного якості і кількості одержуваної електроенергії і тепла;
- У випадках, коли витрати на штрафи за викиди в атмосферу попутного газу та інших продуктів при нафтовидобутку порівнянні з вартістю устаткування електростанції;
- Низька собівартість палива для нафтогазових компаній і можливість реалізації електроенергії та тепла;
- Можливість зниження залежності від зростання тарифів на електроенергію і тепло;
- Формування цивілізованої тарифної політики (з'являється можливість управління тарифами).
Головною метою будівництва електростанції є достатнє і надійне забезпечення потреб в електроенергії і теплі при раціональному використанні ПЕР відповідно до вимог охорони навколишнього середовища і швидкому поверненні інвестованого капіталу. Будівництво міні-ТЕЦ при невисоких капітальних і експлуатаційних витрат дає змогу забезпечити максимально можливі прибутки від інвестицій.
Серед економічних обгрунтувань будівництва міні-ТЕЦ фахівці виділяють те, що умови, висунуті постачальниками електроенергії і тепла для підключення до електричних та теплових мереж, часто ведуть до значних безповоротним витрат і навіть до перегляду умов проведених підключень. Крім того, відзначається, що ефект системної економії палива від централізації теплопостачання практично зведений до мінімуму внаслідок того, що ККД промислових та опалювальних котелень зведений до рівня ККД котлів, а також внаслідок теплових втрат і втрат від витоків при передачі гарячої води на великі відстані, які досягають 20-25%.
Капітальні витрати при застосуванні міні-ТЕЦ компенсуються за рахунок низької собівартості енергії в цілому. Більш того, при підключенні нових потужностей відпадає необхідність у будівництві ЛЕП, ТП, протяжної кабельної мережі. За наявними оцінками, передача газу по газопроводах в 10-12 разів економічніше передачі електричної енергії по високовольтних лініях електропередачі.
Зниження витрат на тепло-і електропостачання, за різними оцінками, може досягати величини в 3,5-4 рази, а термін окупності при цьому складе від 3 до 5 років.
Достатні умови мотивації:
- Гарантована державою купівля електричної енергії, одержуваної при виробленні необхідного і достатньої кількості тепла на міні-ТЕЦ;
- Науково обгрунтовані принципи застосування та розміщення когенераційних установок на регіональному рівні;
- Створення потужностей з виготовлення ГТУ і ГПУ на основі передових технологій на території Російської Федерації, що відповідають світовим стандартам;
- Освоєння виробництва когенераційних установок, що використовують в якості палива попутні гази нафтовидобутку і нафтопереробки, відходи переробки деревини і побутові відходи.
Постійне зростання цін на природний газ змушує звернути пильну увагу на використання альтернативних джерел енергії як на потужний чинник, здатний при грамотному використанні не тільки значно знизити собівартість виробленої енергії, але й радикально зменшити негативний вплив на навколишнє середовище. Сучасні технології дозволяють використовувати в якості палива для силових установок міні-ТЕЦ попутні гази нафтовидобутку, нафтопереробки, відходи санітарної вирубки лісу, органічне сміття.
Будівництво міні-ТЕЦ на базі ГПА (реконструкція котельні).
Передбачає комплексне рішення проблем електро-теплопостачання споживачів в зоні покриття котельні з використанням високоефективних, енергозберігаючих та екологічно чистих газопоршневих технологій.
Забезпечити потреби в електроенергії і теплі пропонується на основі реконструкції котельні встановленням 2-х нових когенераційних газопоршневих агрегатів. В якості основного устаткування міні-ТЕЦ прийняті газопоршневі установки типу G 3520 з системою утилізації скидної теплоти компанії «Caterpillar» - світового лідера виробництва світових газопоршневих агрегатів у широкому інтервалі потужностей від 70 до 5900 кВт.
Встановлена потужність пропонованої до будівництва міні-ТЕЦ становить:
- Електрична - 4,0 МВт;
- Теплова в гарячій воді - 4,76 кВт (4,1 Гкал / год)
КГПЕС призначена для надійного, сталого електропостачання та безперебійного забезпечення теплом споживачів селища.
Режим роботи комбінованого енергоджерела:
- По електроенергії - паралельно з існуючими електромережами;
- По теплу - на існуючу тепломережа котельні. Резервування теплової потужності газопоршневий електростанції передбачено водогрійними котлами котельної.
Використання газопоршневий технології з утилізацією скидної теплоти ГПУ дозволяє:
- Отримати дешеву електричну і теплову енергію для забезпечення споживачів у зоні покриття котельні;
- Збільшити коефіцієнт використання теплоти палива (загальний ККД енергоустановки) до 91%, що більш ніж в 3 рази вище ККД існуючих зношених та морально застарілих дизель-генераторів (28-32%) і водогрійних котлів (40-50%);
- Безперебійно отримувати тепло - без додаткових витрат на паливо для водогрійних котлів;
- Підвищити надійність енергопостачання споживачів електричної і теплової енергії;
- Поліпшити екологічну обстановку в житловій зоні селища за рахунок зниження викидів шкідливих речовин.
Короткий технічний опис пропонованої газопоршневий установки
G 3520 З наведено нижче.
1. Основні технічні характеристики енергоустановки.
До розміщення на міні-ТЕЦ пропонуються наступні газопоршневі установки:
1. | Найменування | -G 3520 З |
2. | Виробник | - «Caterpillar», США |
3. | Потужність електрична, кВт | - 2000 |
4. | Теплова потужність системи утилізації теплоти (СУТ), Гкал / год | - 1,05 |
5. | Загальний ККД,% | - 91 |
6. | Паливо (основне / резервне) | - Газ / газ |
7. | Часовий витрата палива (газу), кг / год (м3 / ч) | - 346 (474,5) |
8. | Тиск газу на вході в ГПУ, кПа (кгс/см2) | - 10 ÷ 35 (0,10 ÷ 0,35) |
9. | Ресурс: - До капітального ремонту, год - Призначений (загальний) | - 60000 - 200000 |
2. Основні характеристики когенераційної електростанції.
На міні-ТЕЦ пропонується встановити 2 газопоршневі установки з СУТ і необхідним комплектом допоміжного тепломеханічного та електротехнічного обладнання.
Основні технічні характеристики міні-ТЕЦ наведені нижче.
1. | Кількість ГПУ з комплектом допоміжного обладнання, комп. | 2 |
2. | Кількість СУТ з обв'язкою і мережевими насосами та ком. | 2 |
3. | Потужність електрична: встановлена, кВт робоча, кВт | 4000 4000 |
4. | Потужність теплова: встановлена, Гкал / год - Робоча, Гкал / год | 4,10 4,10 |
5. | Вид теплоносія | Гаряча вода |
6. | Параметри теплоносія | За графіком 95/70 ° С |
7. | Витрата природного газу на номінальній потужності (LHV = 11955 ккал / кг, ρ = 0,71 кг/нм3), кг / год (м3 / ч) | 692 (974,6) |
8. | Річне виробництво електричної та теплової енергії | За сезонним графіках навантаження |
3. Зразковий склад споруд електростанції.
Мінімальний набір споруд і устаткування, необхідного для забезпечення працездатності міні-ТЕЦ, наведений нижче.
Машинний зал з ГПУ, СУТ і допоміжним тепломеханічного обладнання;
Маслохозяйства з баками чистого і відпрацьованого масла і насосами;
Електротехнічне обладнання з розподільним пристроєм видачі електричної потужності;
Пультова зі щитом управління (при роботі міні-ТЕЦ в автоматизованому режимі з черговим оператором).
Інше допоміжне обладнання й системи (акумуляторна, повітряна, компресорна, виносні радіатори охолодження і т.д.)
Передбачено максимально можливе використання існуючого обладнання, систем інженерного забезпечення та інфраструктури котельні, таких як ВПУ, система газопостачання, лабораторії, побутові приміщення і т.д.
Все перераховане вище устаткування і системи електростанції розміщуються у знову споруджуваному будинку каркасного типу з ефективними огороджувальними конструкціями типу «сендвіч» або в існуючому приміщенні котельні.
При роботі міні-ТЕЦ в повністю автоматичному режимі (без присутності персоналу) пульт управління розміщується як на міні-ТЕЦ (котельні), так і в будь-якому іншому місці (наприклад, у центральній диспетчерській). Однак таке технічне рішення істотно збільшує початкові капіталовкладення в будівництво пропонованої міні-ТЕЦ.
При необхідності на майданчику реконструйованої котельні також будуються:
Насосна пожежогасіння з баками протипожежного запасу води;
Підвищувальні трансформаторна підстанція;
Локальні очисні споруди;
Інші допоміжні об'єкти і споруди (на вимогу Замовника).
Нижче, на малюнку як приклад, представлено план розміщення тепломеханічного обладнання міні-ТЕЦ (2-х газопоршневих установок з СУТ, обв'язкою і допоміжним обладнанням) у приміщенні демонтованих суднових котлів котельні. Місце розміщення решти електротехнічного і допоміжного обладнання та систем уточнюється на наступних стадіях при розробці проектної документації.
Основне обладнання міні-ТЕЦ розміщується в приміщенні суднових котлів на 2-х рівнях:
1) на відм. 0,000 встановлюється дві газопоршневі установки G 3520 з допоміжним обладнанням, насосами, шафами управління та живлення.
2) на 2-му рівні, на відм. 4,000 розміщуються блоки СУТ і венткамер припливної вентиляції, що подає у машзал повітря на горіння для ГПУ (рис.1)
Розміщення основного устаткування міні-ТЕЦ (ГПУ і СУТ) на одному рівні можливо в приміщенні котлів АВА-4. При цьому виникає необхідність у демонтажі котлів № 2, № 3 та № 4, що суттєво зменшує теплову потужність котельні та знижує надійність теплопостачання споживачів. Приклад розміщення ГПУ і СУТ на одному рівні (Скасовано 0,000) наведені нижче на фотографії.
Найбільш кращим варіантом є розміщення всього комплексу знову споруджується газопоршневий міні-ТЕЦ в окремому новому каркасному швидко-збірному будівлі. Одноповерхова будівля розмірами в плані 18х18 метрів будується поблизу корпусу котельні. Організаційно котельня і міні-ТЕЦ об'єднуються в один енергокомплекс і забезпечують надійне електро-теплопостачання споживачів в зоні перекриття котельні.
У варіанті розміщення тепломеханічного обладнання в окремому новій будівлі можливе розширення міні-ТЕЦ встановленням додаткових блоків ГПУ + СУТ (крок осередку - 6 м). Це дозволяє при зростанні електричних і теплових навантажень, забезпечити їх покриття розширенням міні-ТЕЦ установкою нових комплексів агрегатів до електричної потужності 6 ÷ 8 МВт.
Згідно республіканською програмою енергозбереження на 2006-2010 рр.. до пріоритетних напрямів в галузі енергозбереження ставляться такі технічні напрями:
1. Впровадження нових енергоефективних технологічних процесів виробництва продукції в усіх галузях економіки.
2. Модернізація електрогенеруючих джерел. Введення в дію електрогенеруючого обладнання в котельнях. Створення міні-ТЕЦ на місцевих видах палива.
3. Економічно доцільна утилізація високо-і середньотемпературних теплових вторинних енергоресурсів з використанням їх у схемах теплопостачання.
4. Підвищення ефективності роботи теплових мереж, оптимізація схем теплопостачання. Передача теплових навантажень від відомчих котелень на ТЕЦ, децентралізація теплопостачання з ліквідацією довгих теплотрас.
5. Заміна електрокотлів і електронагрівачів з переважним заміщенням їх котельними установками на місцевих видах палива.
6. Модернізація та підвищення ефективності роботи котельних.
7. Впровадження регульованих електроприводів на механізмах зі змінним навантаженням.
8. Впровадження енергоефективного обладнання у виробництві та використання стиснутого повітря, холоду.
9. Автоматизація технологічних процесів і впровадження автоматизованих систем управління споживання ПЕР.
10. Впровадження систем безперервного контролю за викидами оксиду вуглецю в атмосферне повітря на котелень потужністю понад 50 МВт.
11. Впровадження енергоефективних світильників і автоматичних систем управління освітленням.
12. Застосування інфрачервоних випромінювачів для локального опалення і в технологічних процесах.
Список використаних джерел
1. Гітельман Л.Д, Ратніков Б. Є. Енергетичний бізнес. - М.: Справа, 2006. - 600 с.
2. Основи енергозбереження: Учеб. посібник / М. В. Самойлов, В. В. Паневчик, А. М. Ковальов. 2-е вид., Стереотип. - Мн.: БГЕУ, 2002. - 198 с.
3. Стандартизація енергоспоживання - основа енергозбереження / П. П. Безруков, Є. В. Пашков, Ю. А. Церерін, М. Б. Плущевскій / / Стандарти і якість, 1993.
4. Www. Cogeneration. Ru
5. Www. Open. By