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.

 

 

 

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.

 

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 | -- >>