Дизайн-проект от Архитектурного бюро Глушкова


От: Иванов И.


Опубликовано: Декабрь 13, 2007

Микротурбинные установки для автономных мини-ТЭС

 Эта статья посвящена новому энергетическому оборудованию на основе микротурбинных технологий, которое все чаще используется для автономного электро-и теплоснабжения в России. Она будет интересной для менеджеров, проектировщиков и других специалистов, деятельность которых связана с электро- и теплоснабжением. Статья также будет полезной для заказчиков, которые приняли или принимают решение о строительстве собственных автономных мини- теплоэлектростанций (мини-ТЭС).
 
Быстрый темп роста строительства создал огромную проблему дефицита мощностей для крупных городов. Становятся не редкостью отказы на подключение к централизованным сетям электро- и теплоснабжения (получение технических условий) в связи с тем, что попросту отсутствует резерв мощностей. В случае же получения технических условий заказчик вынужден нести большие безвозвратные расходы. Есть и другие причины. Непрекращающиеся в последние годы энергетические аварии в ряде регионов России все чаще заставляют задумываться об альтернативных источниках производства электроэнергии и тепла.

 
Ввиду дефицита электроэнергии рост цен на подключение к центральным сетям неуклонно приближается к затратам на строительство новых автономных мини-ТЭС, которые обычно сооружаются рядом с местом, где требуется электроэнергия и тепло. Так, в С.-Петербурге стоимость подключения 1 кВт электрической нагрузки уже составляет 21 045-44 080 руб., а в Москве — 39 218-45 094 руб. Многие начинают задумываться о необходимости строительства автономных источников энергоснабжения.

ПОЧЕМУ МТУ?

Перед принятием решения о строительстве автономной мини-ТЭС, заказчика прежде всего интересуют себестоимость вырабатываемых электроэнергии и тепла, а также сроки окупаемости.
 
Опыт показывает: в зависимости от загрузки и существующих тарифов, срок окупаемости мини-ТЭС составлять от 4 до 6 лет, а вырабатываемые электроэнергия и тепло будут в 3-4 и 1,5-2 раза ниже, чем по тарифам.
 
Автономные мини-ТЭС позволяют эффективно решать непростые задачи по обеспечению потребителей электроэнергией и теплом, благодаря использованию современных технологий, преимуществом которых является: экономичность, высокая надежность в работе, экологическая безопасность, высокое качество энергии, увеличенная энергетическая эффективность и независимость электроснабжения.
 
Наиболее распространенным генерирующим оборудованием для автономных мини-ТЭС являются генераторные установки на основе поршневых двигателей (ГПА), газотурбинных (ГТУ) и паротурбинных двигателей, микротурбинных установок (МТУ). При выборе генерирующего оборудования для автономных мини-ТЭС обычно приходится сталкиваться со многими противоречивыми требованиями.
 
Ввиду того, что существующее в стране законодательство в большинстве случаев делает невозможным или невыгодным работу параллельно с электрической сетью, одним из таких требований является минимальная и максимальная электрическая нагрузки на объекте. Эти требования определяют максимальную единичную мощность агрегата и их количество. К примеру, если максимальная суточная нагрузка составляет 500 кВт, а минимальная в ночное время 30 кВт, то довольно сложно подобрать генераторную установку на основе ГПА ввиду ограничений по минимальной продолжительной нагрузке, которая для ГПА должна быть не менее 45-50 % от номинальной.
 
На базе ГПМ машин комплектуются мини-ТЭС мощностью от 0,1 МВт до 30 МВт. Рабочий диапазон нагрузок от 50 до 100%.
 
На базе газовых турбин комплектуются мини-ТЭС мощностью, как правило, свыше 10 МВт, с предпочтительным использованием утилизированного тепла с температурой свыше 110 °С. В качестве топлива для ГТУ используется газ высокого давления (установка газового компрессора при низком давлении газа) или легкое нефтяное топливо.
 
МТУ позволяют создавать мини-ТЭС с глубоким диапазоном регулирования нагрузки от 0 до 100 %. На базе МТУ комплектуются мини-ТЭС мощностью от единиц кВт до 2000 кВт. Т.к. МТУ могут работать в широком диапазоне нагрузок, которые могут изменяться от 0 до 100%, они наиболее востребованы на объектах с большими суточными колебаниями электрической нагрузки.
 
По сравнению с ГПА при использовании МТУ для мини-ТЭС можно получить ряд преимуществ:
рабочий диапазон нагрузок от 0 до 100%;
максимальный единовременный на-брос/сброс нагрузки — 100%), нет ограничений по набросу нагрузок.
полный комплект необходимого оборудования для выработки электроэнергии и тепла смонтирован в едином кожухе (полная заводская готовность); отсутствие вибрации;
в десятки раз меньше стоимость ЗИП и ТО;
высокое качество выработанного электричества;
большие интервалы между техническими обслуживаниями — обычно 4000 ч;
меньше площадь установки с зоной обслуживания;
больше выработка тепла на кВт установленной мощности; меньше масса комплекта; уровень эмиссии NOx в десятки раз ниже (около 50мг/м3);
ниже уровень шума (около 60 дБ на расстоянии 10 м);
в несколько раз меньше периодичность замены масла и меньше его расход при эксплуатации;
больше ресурс до капитального ремонта;
 
Эти преимущества позволяют использовать МТУ для мини-ТЭС с диапазоном мощностей от единиц киловатт до 1000-2000 кВт для зданий жилого, общественного назначения, предприятий малого и среднего бизнеса.
Преимущества микротурбин, их полная заводская готовность позволяют выполнить:
требования по минимальным площадям застройки, отводимым под размещение мини -ТЭС;
поэтапный ввод в эксплуатацию мини-ТЭС, с обеспечением необходимой надежности (N+1) с первого этапа;
минимальные сроки строительства и ввода в эксплуатацию.
 
На большинстве объектов могут использоваться асинхронные двигатели для привода различного оборудования (лифты, эскалаторы, вентиляторы, насосы, и др.), при запуске которых происходят резкие изменения нагрузки, поэтому электрогенерирующее оборудование должно быть рассчитано на работу в таких режимах.
В наибольшей степени для этого также подходят МТУ. Так, например, МТУ Elliott TA-100 способны принимать в один прием до 100% нагрузки, в то время как ГПА не более 10-20%.
 
В ходе эксплуатации зданий и сооружений часто имеют место существенные перекосы нагрузки между фазами. По этой причине генерирующее оборудование должно надежно работать в таких случаях. Ввиду того, что у большинства МТУ используется двойное преобразование напряжения, у каждой фазы отдельный свой независимый преобразовательный контур, такие ситуации не являются критичными. При использования ГПА необходимо помнить: разность между фазными нагрузками не должна превышать 30 %.
Интересным обстоятельством, которое заставляет заказчиков отдавать свое предпочтение МТУ, можно считать и то, что ГПА единичной мощностью 70-200 кВт с утилизацией тепла в аналогичном с МТУ исполнении, имеют примерно одинаковую удельную стоимость за кВт установленной мощности.
 
Таким образом, можно сделать вывод о том, что МТУ являются оборудованием, которое в настоящее время в наибольшей степени соответствует требованиям и условиям, которые предъявляются к генерирующему оборудованию автономных мини-ТЭС мощностью от единиц кВт до 2 МВт.

ПРОЕКТЫ АВТОНОМНЫХ МИНИ-ТЭС НА ОСНОВЕ MTV

Известно, что любой проект мини-ТЭС с использованием МТУ, как и вообще любой проект, по-своему уникален — по многим причинам. Как правило, любой проект представляет собой комплексное техническое решение, требующее взаимной увязки различного оборудования, выполнения ряда организационных, проектных, строительных, монтажных, пусконаладочных и др. работ. Под этим обычно подразумевается:
получение разрешений и технических условий (ТУ) на строительство мини-ТЭС;
разработка и согласование проектной документации;
поставка оборудования и материалов; строительно-монтажные работы; пусконаладочные работы и комплексные испытания;
сдача объекта в эксплуатацию.
 
Сегодня все чаще появляется информация о новых проектах на основе МТУ. Как показывает опыт, их надежная работа в большинстве случаев зависит от правильности разработанных проектных решений. К сожалению, зачастую эти решения выполняются с нарушениями правил и норм, что в свою очередь является причиной длительных (до 1,5 лет и более) задержек сдачи объекта в эксплуатацию. Поэтому очень важным является опыт, квалификация, наличие необходимой компетенции компании, которая выбирается для разработки и реализации проекта мини-ТЭС.
 
В настоящее время в России на различных стадиях реализации находится ряд проектов мини-ТЭС с использованием МТУ Elliott. Это разные по исполнению проекты: мини-ТЭС, пристроенная и встроенная в здание, отдельно-стоящая мини-ТЭС, мини-ТЭС на крыше здания бизнес-центра. Различаются они и по количеству устанавливаемых МТУ — от 1 до 20.

MTV ELLIOTT TA-1OO

Установка представляет собой агрегат полной заводской готовности с котлом-утилизатором (КУ) и вспомогательными системами и агрегатами, которые смонтированы на единой пространственной раме.
Для защиты от внешних воздействий используется защитный корпус с внутренним термозвукоизоляционным покрытием. В зависимости от условий эксплуатации, МТУ имеет различные варианты исполнения: для эксплуатации внутри или снаружи помещения.
На рис. 1 представлен общий вид пекиджа микротурбинной установки ТА-100 RCHP в аксонометрии.
 
 Рис.1. Пекидж МТУ ТА-10О RCHP общий вид в аксонометрии
 
Рис.1. Пекидж МТУ ТА-10О RCHP общий вид в аксонометрии

В состав МТУ входят:
  газотурбинный генератор;
  рекуператор;
  КУ;
  дожимной газовый компрессор;
  силовая электроника (выпрямитель, инвертор, фильтр);
  цифровая система автоматического управления с панелью управления оператора; аккумуляторные батареи.

Наиболее ответственной и сложной частью установки является турбогенератор, который выполнен в виде единого агрегата (рис. 2). Функциональная схема установки показана на рис. 3.
 
Рис.2. Турбогенератор общий вид

Рис.2. Турбогенератор общий вид
 
Рис.3. МТУ функциональная схема установки МТУ
 
 

Рис.3. МТУ функциональная схема

Отличительной особенностью ротора является консольное размещение колес турбины и компрессора. Такое решение значительно повышает надежность и ресурс подшипников за счет создания для них благоприятного теплового режима. Температура охлаждающего масла обычно находится в диапазоне 50-55 "С.
МТУ Elliott могут объединяться в отдельные группы (кластеры). Благодаря такой особенности проекты на их основе могут легко масштабироваться путем подключения дополнительных установок. Программное обеспечение легко позволяет переводить установки в различные режимы работы: автономный или параллельно с сетью, с приоритетом по выработке электроэнергии или тепла, с поочередным подключением в работу для обеспечения равномерной наработки или программно принудительное включение/выключение по заданному алгоритму и т.д.
Одновременно в одной группе при работе в автономном режиме в параллель может работать до 20 установок. При работе в автономном режиме в параллель более двух установок используется мастер-контроллер, который синхронизирует их работу. Связь контроллера с каждой МТУ осуществляется при помощи оптиковолоконных кабелей и информационного канала Mode Bus.
Эксплуатация МТУ Elliott осуществляется по техническому состоянию. Один раз в 24 000 ч рекомендуется выполнение диагностики наиболее важных и ответственных узлов и агрегатов установки — газотурбинного генератора, камеры сгорания, дожимного компрессора.


Страница 1 из 2 | -- >>






« Инженерное оборудование зданий Обвязки калориферов и кондиционеров, трубопроводной арматуры, сан-тех. оборудования »