Технология мини-ТЭЦ (мини-теплоэлектроцентраль) для одновременной выработки электрической и тепловой энергий
Мини-ТЭЦ (мини-теплоэлектроцентраль) – это практическое воплощение двух технологий: когенерации и малой энергетики. Основной принцип когенерации – стремление к максимальному использованию энергии первичного топлива за счёт совместного производства тепловой и электрической энергии, общий КПД энергетической станции в режиме когенерации составляет 80-95 %. В современных когенерационных установках роль первичного двигателя могут выполнять: поршневые двигатели, газовые турбины, паровые турбины, парогазовые турбины, паровинтовые турбины и микротурбины. Малая энергетика – это производство энергии (электростанции и котельные мощностью до 30 МВт) непосредственно в месте её потребления (иногда используется термин «распределенная генерация»).
С этих позиций мини-ТЭЦ – это энергоагрегат, предназначенный для комбинированной выработки теплоты и электричества для обеспечения потребностей, как правило, определенного потребителя.
Постановлением Правительства Российской Федерации от 31.12.2009 г. №1221 обеспечение комбинированной выработки тепловой и электрической энергии для строящихся и реконструируемых объектов по производству тепловой энергии (котельных) мощностью 5 Гкал/ч и более относится к первоочередным требованиям энергетической эффективности. Преимущество когенерационных установок заключается в том, что преобразование энергии в них происходит с большей эффективностью за счет использования сбросного тепла, которое обычно просто теряется (рис. 1).
|
|
|
Одним из наиболее простых и эффективных вариантов организации когенерации на котельных является технология ПВМ (паровая винтовая машина). На большинстве котельных в редукционных устройствах бесполезно теряется потенциальная энергия пара. Энергетический агрегат на базе ПВМ устанавливается на паропроводе и полезно использует перепад давления пара для выработки электроэнергии.
Выработка электрической энергии происходит за счёт использования высокопотенциальной энергии пара, бесполезно дросселируемого на большинстве котельных. Такой вариант реконструкции котельных позволяет обеспечивать собственные нужды отопительных и производственных котельных в электрической энергии, сократить расходы на приобретение сетевой электроэнергии, снизить себестоимость произведённой тепловой энергии и получить до полнительную прибыль, что значительно повышает эффективность котельных и является энергосберегающим решением. Прогрессивность идеи винтовых машин заключается в неизменно направленном (вращательном) движении рабочих органов машины. Отсутствие в ПВМ деталей, совершающих возвратно-поступательное движение, позволяет реализовать высокие скорости вращения роторов, что обеспечивает получение относительно высокой производительности при небольших габаритах и массе. Это даёт возможность устанавливать её в практически любом здании котельной без значительных объёмов строительных работ.
|
|
|
Рис. 12 ‒ Преобразование энергии в традиционных и когенерационных установках
В газотурбинной установке (ГТУ) газовая турбина преобразует энергию топлива (газа либо дизельного топлива) в механическую энергию вращения вала и в потенциальную тепловую энергию горячих газов. Электрический КПД при этом составляет от 25 % до 38 % в зависимости от мощности турбины и производителя. Так как температура выхлопных газов достаточно велика (400-500°С), их используют в котле-утилизаторе для выработки тепла. При этом суммарный КПД достигает 85-90 %.
Позитивным фактором использования ГТУ является достаточно низкое содержание вредных выбросов (на уровне 9-25 ppm). Газотурбинные установки имеют незначительные вибрации и шумы в пределах 65-85 дБ.
Когенерация – процесс совместной выработки электрической и тепловой энергии.
Теплофикация – централизованное теплоснабжение на базе комбинированного производства электроэнергии и теплоты низкого (температура теплоносителя до 150 ºС) и среднего (температура теплоносителя от 150 до 350 ºС) потенциалов на теплоэлектроцентралях.
|
|
|
Отличием от теплофикации является утилизация теплоты после получения электроэнергии (фактически использование вторичного энергоресурса – теплоты после отработки в установках по производству электроэнергии). При теплофикации процесс выработки электроэнергии и теплоты идёт параллельно. Когенерация широко используется в энергетике, например на ТЭЦ (теплоэлектроцентралях), где рабочее тепло после использования в выработке электроэнергии применяется для нужд теплоснабжения. Тем самым значительно повышается КИТ – до 90 % и даже выше.
Смысл когенерации в том, что при прямой выработке электрической энергии создаётся возможность утилизировать теплоту дымовых газов.
Когенерационные установки (когенераторы) широко используются в мини-ТЭЦ. И для этого есть следующие предпосылки:
‒ теплота используется непосредственно в месте получения, что обходится дешевле, чем строительство и эксплуатация многокилометровых теплотрасс;
‒ потребитель приобретает энергетическую независимость от сбоев в электроснабжении и аварий в системах теплоснабжения.
|
|
|
‒ использование когенерации наиболее выгодно для потребителей с постоянным потреблением электроэнергии и теплоты. Для потребителей, у которых имеются ярко выраженные «пиковые нагрузки», когенерация мало выгодна вследствие большой разницы между установленной и среднесуточной мощностями – окупаемость проекта значительно затягивается.
Рис. 13 – Преимущества распределённой генерации
В качестве автономных источников для выработки электроэнергии могут использоваться электростанции с использованием двигателей внутреннего сгорания (при единичной мощности до 100 кВт), дизелей (при единичной мощности агрегата до мощности 5-6 МВт), газотурбинных установок (при мощности агрегата до 100 МВт). При значительных концентрациях электрических и тепловых нагрузок целесообразно использовать парогазовые установки с различными схемами включения газовых турбин. Практически в любом мощностном ряде можно найти применение паротурбинным установкам (с использованием паротурбогенераторов различного типа и мощности). Паровые турбины для автономных электростанций выпускаются отечественной в достаточно широком мощностном диапазоне от 500 кВт до 25 МВт и более на различные начальные параметры от 12-16 до 90 кг/кв. см.
Преимущество производства электроэнергии на газовых дизельгенераторах или газопоршневых двигателях перед газотурбинными агрегатами – это более низкие первоначальные затраты на приобретение оборудования, больший моторесурс, меньший расход газа.
Газовый дизель-генератор представляет собой агрегат на базе серийного дизель-генератора, работающий на газе, в который для создания запального эффекта добавляется дизельное топливо в количестве 7-8 % объёма потребляемого топлива, если бы его эксплуатация велась на дизтопливе. Газопоршневые двигатели работают без применения дизельного топлива, что значительно упрощает их эксплуатацию, снижает эксплуатационные расходы, т.к. не требуется создание дополнительных ёмкостей под жидкое топливо. Газовые дизель-генераторы выпускаются в стационарном варианте, что требует строительства помещений и дополнительного оборудования
Снижение затрат на энергоснабжение наиболее частое основание для перехода предприятия на автономное энергоснабжение. Это достигается за счёт того, что себестоимость собственного производства электроэнергии на когенерационной мини-ТЭЦ ниже, чем тарифы энергосбытовых компаний.
Энергосбытовые компании устанавливают четыре уровня тарифов на электроэнергию, которые зависят от того, по какому напряжению потребитель покупает электроэнергию. Чем выше напряжение, тем дешевле электроэнергия.
Чем ниже уровень напряжения и чем выше тарифы, тем более значительным будет экономический эффект от перехода на автономное энергоснабжение.
Кроме того, экономический эффект при переходе на автономное энергоснабжение зависит от уровня загрузки газопоршневых установок. Уровень загрузки ГПУ – это отношение фактической выработки электроэнергии за год (которая зависит от потребления объекта) к максимально возможной выработке за тот же период (которая зависит от установленной мощности газопоршневой электростанции).
Чем выше уровень загрузки, тем лучше экономика проекта. Оптимальный вариант – среднегодовая загрузка на уровне не менее 80-85 %. При загрузке в 30- 40% ожидать быстрой окупаемости проекта мини-ТЭЦ не приходится. В этом случае единственной реальной причиной строительства автономного энергоцентра может быть только решение технических проблем.
Если цель перехода на автономное энергоснабжение исключительно экономическая, и речь идёт только о снижении затрат на электроэнергию, то главный критерий, определяющий целесообразность строительства когенерационной мини-ТЭЦ – это срок окупаемости проекта. Однако оценка самого срока окупаемости является чисто субъективной и зависит исключительно от мнения заказчика. Кого-то вполне устроит и 7 лет, а кому-то и 3 года – очень долго. Здесь всё очень индивидуально.
Обеспечить строящийся объект электроэнергией ещё одна часто встречающаяся причина перехода вновь строящихся объектов на автономное энергоснабжение.
В ряде случаев новые объекты строятся в тех местах, где в сетях отсутствует свободная электрическая мощность, или вообще нет электрических сетей. В этой ситуации у заказчика есть альтернатива:
‒ построить дополнительную электросетевую инфраструктуру (ЛЭП, трансформаторная подстанция);
‒ обеспечить автономное энергоснабжение объекта посредством строительства собственной электростанции.
Вполне возможно, что вариант собственной когенерационной мини-ТЭЦ окажется экономически более эффективным, чем строительство новых сетей. Особенно с учётом последующего снижение затрат на электроэнергию за счёт собственной генерации.
Аналогичным образом могут быть разрешены проблемы, возникающие при расширении действующего объекта, которое влечёт увеличение потребности в электроэнергии. В ряде случаев существующая электрическая сеть не сможет обеспечить дополнительную мощность для расширяющегося предприятия. Решением в этой ситуации так же может быть строительство собственной электростанции.
На некоторых производственных объектах используются импортное оборудование, весьма чувствительное к качественным параметрам электроэнергии. А с качеством электроснабжения у нас порой есть проблемы (особенно при перегрузке электросетей). Отклонения параметров напряжения от номинальных значений часто приводят к остановке производственного процесса на предприятии, многочасовым простоям, и, как следствие, к убыткам.
Выходом из ситуации может стать строительство собственной электростанции, которая будет работать в автономном (островном режиме) и обеспечит объект качественной электроэнергией. В этом случае целесообразность строительства автономного энергоцентра так же надо оценивать в связке с функционированием всего предприятия.
Некоторые районы характеризуются тем, что централизованное электроснабжение там не очень надёжное. Перебои в подаче электроэнергии могут случаться по нескольку раз в год, и длиться могут по несколько дней. Как правило, такие перебои обусловлены или природными явлениями, повторяющимися из года в год, или хроническими перегрузкой и износом электросетей.
Потребители первой и второй категории электроснабжения должны быть обеспечены электроэнергией от двух независимых источников энергоснабжения. Разница между первой и второй категорией заключается только в том, что для потребителей первой категории ввод резервного источника происходит автоматически, а для потребителей второй категории – в ручном режиме.
Таким образом, при строительстве объекта, имеющего потребителей первой и второй категории, необходимо предусмотреть наличие второго источника электроснабжения, который не зависит от первого (основного) источника. Это может быть как вторая ЛЭП, идущая от другой подстанции, так и резервная ДЭС.
В ряде случаев задача обеспечения первой и второй категории электроснабжения может быть решена посредством строительства когенерационной мини-ТЭЦ. Поскольку в этой ситуации себестоимость вырабатываемой электроэнергии будет дешевле, чем тарифы энергосбытовых компаний, то внешняя сеть выступает в качестве резервного источника электроснабжения, а собственная электростанция – в качестве основного.
Приложение 4
Дата добавления: 2021-04-24; просмотров: 168; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!