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

Многие объекты нуждаются в постоянном снабжении теплом, холодом и электроэнергией. Решением этой проблемы может стать установка мини-ТЭС. Такой агрегат позволяет обеспечить независимость потребителя от централизованных систем электроснабжения и решить проблемы с перебоями электроэнергии. Для объектов, как строящихся, так и уже находящихся в эксплуатации, установка компактной и экономичной электростанции возможна.

Главным преимуществом мини-ТЭС является возможность ее территориальной близости к потребителю тепловой энергии. Это 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 типы базирования автономных систем электро- и теплоснабжения

Мини-тепловые электростанции являются целесообразными в тех случаях, когда:

• невозможно провести подключение к электропередачным линиям из-за дороговизны;
• непрерывно возникают потребности в тепле и электроэнергии;
• требуется высокая степень надежности систем электроснабжения;
• функционирует энергоемкое производство.

Размещение мини-ТЭС происходит по двум схемам:

1. Открытое базирование, которое используется в тех случаях, когда необходимо запустить энергетический комплекс в кратчайшие сроки. Для этого оборудование помещают в блочные модули (контейнеры), которые размещаются на открытой площадке. Такие мини-ТЭС обладают большей мобильностью.
2. Закрытое базирование может быть применено при наличии свободного пространства либо же возможности создания специального помещения под энергетический комплекс.

Значимые бонусы использования мини-ТЭС

В России за последние 20 лет количество мини-ТЭС выросло до тысячи. Эта тенденция указывает на актуальность малой энергетики в стране и на следующие неоспоримые преимущества для потребителей:

1. Бесперебойное и стабильное электроснабжение и теплоснабжение с постоянным уровнем напряжения и заданными параметрами.
2. Решение двух проблем сразу - совместное производство электро- и теплоэнергии, выделяет мини-ТЭС как пример современного подхода к бизнесу.
3. Низкая стоимость энергии - при среднем потреблении в час всего 0,3 куб. м газа потребитель может получить 1 кВт электроэнергии и около 2 кВт тепла в час, и это при экономии на подключении к традиционной электросети.
4. Экологически чистое производство электроэнергии и тепловой энергии снижает негативное воздействие на окружающую среду в сравнении с выработкой электроэнергии и теплоэнергии на котельных установках. Тепло можно использовать для получения холода для систем централизованной вентиляции и кондиционирования помещений в летний период. Опять же, использование газового топлива еще больше повышает экологичность.
5. Быстрая окупаемость и высокий энергоресурс. Строительство мини-ТЭС окупается за 2-3 года, при этом может работать до двенадцати электроагрегатов, каждый мощностью 1000-9000 кВт.
6. Экономия на коммуникациях - за счет близости к объекту энергоснабжения. Потребителей мини-ТЭС не затрагивают вопросы обслуживания и ремонта теплосетей.
7. Компактность. Небольшие размеры позволяют удобно размещать мини-ТЭС внутри уже построенных зданий или же располагать их рядом с ними, например, на территории производственных, торгово-развлекательных, гостиничных комплексов.
8. Оперативность ввода в эксплуатацию. Срок строительства мини-ТЭС составляет от трех месяцев до года, который зависит от выбора топлива, мощности силовых агрегатов и конечной комплектации станции. Долговечность оборудования достигает 20-25 лет.
9. Значительная экономия. Снижение зависимости потребителя от роста тарифов на электроэнергию и тепло позволяет сэкономить в два и более раз.
10. Простота и удобство использования - управление работой мини-ТЭС полностью автоматизировано.

Надежность за онератора не всегда гарантируется энергосбытовыми компаниями, которые обслуживаются потребители. Собственная мини-ТЭС выделяется контролируемой собственной заботой.

Стадии строительства мини-ТЭС

При создании и организации мини-ТЭС необходимо пройти несколько этапов, среди которых:

1. проведение предпроектной проработки и заключение договоров;
2. разработка проекта;
3. заказ и производство оборудования;
4. транспортировка оборудования;
5. строительство площадки и сетей;
6. установка оборудования;
7. проведение пусконаладочных работ;
8. ввод в эксплуатацию и обучение персонала;
9. сервисное обслуживание.

Для сокращения временных и финансовых затрат, а также объема документации рекомендуется заключать договор на строительство мини-ТЭС «под ключ» с одним подрядчиком. В этом случае все этапы будут объединены в одном документе.

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