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.

Автономные энергоцентры сегодня приобретают все большую популярность. В основе работы мини-ТЭС лежит технология когенерации или тригенерации. Когенерация – это возможность получения тепла и электричества, а тригенерация – тепла, электричества и холода. Однако, пока в России практически не используются тригенерационные мини-ТЭС.

Устройство мини-ТЭС состоит из разных узлов: двигателя, электрогенератора, теплообменников, системы принудительного охлаждения или радиатора, системы отвода газов, распределительного щита и системы автоматики и контроля.

Работа двигателя обеспечивает вращение вала электрогенератора, который преобразует кинетическую энергию в электрическую. При этом выделяется тепло, которое может быть использовано для отопления или горячего водоснабжения. Остаточное тепло утилизируется при помощи системы принудительного охлаждения. Газ, образующийся от сжигания топлива, выводится через систему отвода газов. Распределительный щит и система автоматики и контроля управляют работой мини-ТЭС. Они устанавливаются в специальных помещениях (диспетчерских), а мониторинг за работой мини-ТЭС может быть осуществлен 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 разновидности размещения автономных систем тепло- и электроснабжения

Концепция размещения мини-ТЭС остается актуальной для случаев, когда:

• присоединение к электрическим сетям не выгодно по причине огромных затрат;
• нужда в непрерывной поставке электроэнергии и тепла;
• требуется высокий уровень надежности электроснабжения;
• производство требует большого количества энергии.

Означает ли это, что мини-ТЭС может быть дополнительным источником электро- и теплоснабжения, коих нет в отдаленных регионах или же это альтернатива присоединению к сети? На этот вопрос ответить не однозначно. Стоит заметить, что энергетические системы как мини-, так и макро-ТЭС имеют свои конструктивные особенности и различные методы размещения, которые следует рассмотреть.

Мини-ТЭС может быть размещена двумя способами:

Открытый тип размещения

Используется, если необходимо вводить энергокомплекс в эксплуатацию в кратчайшие сроки. Оборудование устанавливается в блочно-модульных контейнерах и помещается на открытых площадках. Самый существенный плюс такого размещения - высокая мобильность.

Закрытый тип размещения

Подходит в случае, когда имеется свободное помещение или возможность построить специальное помещение для энергетического комплекса.

Тема малой энергетики и ее актуальность для России подтверждаются ростом числа мини-ТЭС в последние 20 лет. Более тысячи объектов этого вида в стране предоставляют потребителю множество преимуществ.

Первое и наиболее важное преимущество - это качество и стабильность энергоснабжения, которые обеспечиваются мини-ТЭС с помощью постоянного напряжения и заданных параметров теплоснабжения.

Одной из других важных проблем, решаемых этими станциями, является совместное производство электро- и теплоэнергии, что является примером современного подхода к бизнесу. При этом благодаря использованию ресурсов, минимизируются негативные последствия для окружающей среды.

Одним из больших преимуществ, которыми может наслаждаться потребитель, является низкая стоимость вырабатываемой энергии. При использовании 0,3 куб.м газа в час потребитель может получить 1 кВт электроэнергии и около 2 кВт тепла в час, при этом существенно экономится на подключении к традиционной электросети.

Экономия не ограничивается единичным платежом за энергию, но преимущества также поощряют снижение зависимости от постоянного роста тарифов на электроэнергию и тепло. Расходы на мини-ТЭС окупаются в течение 2-3 лет благодаря компактности мини-станции и до 12 электроагрегатов в ее составе, каждый мощностью 1000-9000 кВт.

Этот тип энергоснабжения также обладает другими преимуществами, такими как экономия на коммуникациях, благодаря близости к объекту энергоснабжения, удобство размещения, быстрая ввода в эксплуатацию, надежность и управление работой полностью автоматизировано.

Безусловно, использование мини-ТЭС становится все более популярным и привлекательным для потребителя в России, и это оправдано множеством преимуществ, которые он предлагает.

Строительство мини-ТЭС — сложный процесс, который требует предельной внимательности в каждом этапе. Обычно процесс строительства мини-ТЭС включает следующие стадии:

1. Предпроектная проработка и заключение договоров. На этом этапе определяется место расположения будущей мини-ТЭС, рассчитывается потребность в электроэнергии, проводится анализ технической возможности строительства. Заключаются договоры с поставщиками материалов и оборудования.

2. Проектирование. Инженеры и дизайнеры работают над разработкой проекта, утверждением документации и получением всех разрешительных документов.

3. Заказ и производство оборудования. Основной задачей на этом этапе является заказ и производство необходимого для работы мини-ТЭС оборудования.

4. Транспортировка оборудования. Транспортировка оборудования происходит из производственных центров в место строительства.

5. Строительство площадки и сетей. Строительство площадки и сетей подключения включает в себя земляные работы, создание фундамента, монтаж металлоконструкций и прокладку силовых и коммуникационных кабелей.

6. Монтаж оборудования. На этом этапе осуществляется установка и подключение оборудования на площадке.

7. Пусконаладочные работы. Этот этап связан с проверкой оборудования на работоспособность и проведением необходимых настроек.

8. Ввод в эксплуатацию, обучение персонала. После успешного завершения предыдущих этапов, мини-ТЭС готова к вводу в эксплуатацию, а персонал проходит обучение работе на оборудовании.

9. Сервисное обслуживание. Сервисное обслуживание включает в себя предоставление гарантийных услуг, проведение регулярных ремонтных работ и замену деталей.

Сокращение объема документации, финансовых затрат и сроков реализации проекта может быть достигнуто, если заказать строительство мини-ТЭС «под ключ», объединив все этапы в одном договоре с одним подрядчиком.

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