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

Мини-ТЭС – это современное решение проблемы обеспечения объекта теплом (холодом) и электроэнергией. Использование мини-ТЭС позволяет обеспечить независимость от централизованных систем электроснабжения и решить проблемы нехватки или перебоев электроэнергии. Установка компактной и экономичной электростанции возможна как на строящихся, так и на уже существующих объектах.

Главным преимуществом мини-ТЭС является ее близость к потребителю тепловой энергии, что позволяет отказаться от использования ненадежных теплосетей.

Устройство автономных энергоцентров

Автономные энергоцентры, небольшие устройства для производства электричества и тепла, в России становятся всё популярнее. Они используют технологию когенерации или тригенерации, которая позволяет получать электричество и тепло одновременно.

Тригенерационные устройства, которые, помимо электричества и тепла, производят ещё и холод, пока что в России почти не используются.

Структурно, мини-ТЭС включает в себя ряд узлов: двигатель, электрогенератор, теплообменники, система принудительного охлаждения (радиатор), система отвода газов, распределительный щит и система автоматики и контроля.

Двигатель является основным элементом, который заставляет вращаться вал электрогенератора. Именно электрогенератор превращает кинетическую энергию в электрическую. Двигатель, в свою очередь, выделяет тепло, которое уже при помощи системы теплообменников подводится к системе отопления или горячего водоснабжения.

Дополнительный излишек тепла можно использовать при помощи системы принудительного охлаждения. Газ, который образуется в процессе сжигания топлива, выводит система отвода газов. Управление работой мини-ТЭС осуществляется с помощью распределительного щита и системы автоматики и контроля, которые помещаются в специальных диспетчерских. Мониторинг работы мини-ТЭС также возможен 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.

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 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