Котельні міні-ТЕЦ
Міні-ТЕЦ - електростанція з комбінованим виробництвом електроенергії і тепла, розташована в безпосередній близькості від кінцевого споживача.
Як джерело енергії в міні-ТЕЦ використовуються газопоршневі установки (далі - ГПУ) з дизельними або газовими двигунами внутрішнього згоряння (далі - ДВС) і газотурбінні установки (далі - ГТУ).
Найбільшою ефективністю, надійністю і 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 устаткування і систем, різних варіантів компоновок, що дозволяє точно і оптимально пристосувати установку до роботи в будь-яких умовах застосування.
При невисоких капітальних і експлуатаційних витратах ці електростанції забезпечують максимальну ефективність інвестицій за рахунок виробництва електроенергії і тепла з 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 та управління енергетичним обладнанням (АСДУЕО), а, отже, до модернізації вже існуючих котелень з котлами на газовому паливі та наявних котлів із заміною газових пальників, що сприятиме значному поліпшенню роботи котелень і 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 і приватних інвесторів. Собівартість енергії високоекономічних міні-ТЕЦ буде нижче, ніж собівартість енергії застарілих паротурбінних електростанцій, і при вільної конкуренції на енергетичному ринку вони можуть продавати електричну і теплову енергію за зниженими тарифами.
Міні-ТЕЦ можуть застосовуватися в якості основного або резервного джерела електроенергії для комунального господарства і 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 та тепла.
Перевагами 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 турбоагрегатах;
- многотопливность: можливість використання в якості палива відходів, попутних газів при нафтовидобутку, відходів деревини при проведенні санітарних рубок;
- гнучкість в конструкції, виконанні 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;
- низьку витрату палива, великий моторесурс і довговічність;
Мотивації використання міні-ТЕЦ:
- високі витрати на підведення електроенергії та тепла;
- обмежені можливості централізованих джерел електроенергії і тепла при розширенні потужностей;
- ризик порушення технології або безперервності технологічних процесів через критичне якості і кількості одержуваної електроенергії і тепла;
- у випадках, коли витрати на штрафи за викиди в атмосферу попутного газу та інших продуктів при нафтовидобутку можна порівняти з вартістю обладнання електростанції;
- низька собівартість палива для нафтогазових компаній і можливість реалізації електроенергії та тепла;
- можливість зниження залежності від росту тарифів на електроенергію і тепло;
- формування цивілізованого тарифної політики (з'являється можливість управління тарифами).
Головною метою будівництва електростанції є достатня і надійне забезпечення потреб в електроенергії і теплі при раціональному використанні ПЕР відповідно до вимог охорони навколишнього середовища і швидке повернення інвестованого капіталу. Будівництво міні-ТЕЦ при невисоких капітальних і експлуатаційних витратах дозволяє забезпечити максимально можливі прибутки від інвестицій.
Серед економічних обґрунтувань будівництва міні-ТЕЦ фахівці виділяють те, що умови, висунуті постачальниками електроенергії і тепла для підключення до електричних і теплових мереж, часто ведуть до значних безповоротних витрат і навіть до перегляду умов проведених підключень. Крім того, наголошується, що ефект системної економії палива від централізації теплопостачання практично зведений до мінімуму внаслідок того, що ККД промислових і 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 в 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 покупка електричної енергії, одержуваної при виробленні необхідного і достатнього кількості тепла на міні-ТЕЦ;
- науково обґрунтовані принципи застосування та розміщення когенераційних установок на регіональному рівні;
- створення потужностей по виготовленню ГТУ і ГПУ на основі передових технологій на території Укаїни, що відповідають світовим стандартам;
- освоєння виробництва когенераційних установок, що використовують в якості палива попутні гази нафтовидобутку і нафтопереробки, відходи переробки деревини та побутові відходи.
Постійне зростання цін на природний газ змушує звернути пильну увагу на використання альтернативних джерел енергії як на потужний фактор, здатний при грамотному використанні не тільки значно знизити собівартість виробленої енергії, а 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 установкою 2-х нових когенераційних газопоршневих агрегатів. В якості основного обладнання міні-ТЕЦ прийняті газопоршневі установки типу G 3520 з системою утилізації скидної теплоти компанії «Caterpillar» - світового лідера виробництва світових газопоршневих агрегатів в 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)
КДПЕ призначена для надійного, стійкого 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 газопоршневої електростанції передбачено водогрійними котлами котельні.
Використання газопоршневої технології з утилізацією скидний теплоти ГПУ дозволяє:
- отримати дешеву електричну і теплову енергію для забезпечення споживачів в зоні покриття котельні;
- збільшити коефіцієнт використання теплоти палива (загальний коефіцієнт 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 газопоршневої установки
G 3520 З наведено нижче.
До розміщення на міні-ТЕЦ пропонуються наступні газопоршневі установки:
3. Зразковий склад споруд електростанції.
Мінімальний набір споруд і устаткування, необхідного для забезпечення працездатності міні-ТЕЦ, наведено нижче.
Машинний зал з ГПУ, СУТ і допоміжним тепломеханічного обладнання;
Маслогосподарство 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 і 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 обладнання та 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, в 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;
Підвищувальна трансформаторна підстанція;
Локальні очисні споруди;
Інші допоміжні об'єкти і споруди (на вимогу Замовника).
Нижче, на малюнку як приклад, представлений план розміщення тепломеханічного обладнання міні-ТЕЦ (2-х газопоршневих установок з СУТ, обв'язкою і допоміжним обладнанням) в приміщенні демонтованих суднових котлів котельні. Місце розміщення решти електротехнічного і допоміжного обладнання і 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 харчування.
2) на 2-му рівні, на відм. 4,000 розміщуються блоки СУТ і вентиляційна шахта припливної вентиляції, що подає в 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 і №4, що істотно зменшує теплову потужність котельні і знижує надійність теплопостачання споживачів. Приклад розміщення ГПУ і СУТ на одному рівні (відм. 0,000) наведені нижче на фотографії.
Найкращим варіантом є розміщення всього комплексу знову споруджується газопоршневої 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 покриття 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.
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 среднетемпературних теплових вторинних енергоресурсів з використанням їх в 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 та електронагрівачів з переважним заміщенням їх котельнями установками на місцевих видах палива.
6. Модернізація та підвищення ефективності роботи котелень.
7. Впровадження регульованих електроприводів на механізмах зі змінним навантаженням.
8. Впровадження енергоефективного обладнання у виробництві та використання стисненого 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 котельних 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