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: 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 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.

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.

Стадии строительства мини-ТЭС

При создании и организации мини-ТЭС необходимо пройти несколько этапов, среди которых:

1. проведение предпроектной проработки и заключение договоров;
2. разработка проекта;
3. заказ и производство оборудования;
4. транспортировка оборудования;
5. строительство площадки и сетей;
6. установка оборудования;
7. проведение пусконаладочных работ;
8. ввод в эксплуатацию и обучение персонала;
9. сервисное обслуживание.

Для сокращения временных и финансовых затрат, а также объема документации рекомендуется заключать договор на строительство мини-ТЭС «под ключ» с одним подрядчиком. В этом случае все этапы будут объединены в одном документе.

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