Мини ТЭЦ (малая теплоэлектроцентраль)

Описание Мини ТЭЦ

Мини-ТЭЦ(ТЭС) – компактная энергетическая установка на базе поршневого двигателя внутреннего сгорания, работающая на природном газе и вырабатывающая одновременно тепловую и электрическую энергию.

Мини-ТЭЦ предназначены для комбинированного производства электрической энергии переменного тока и тепловой энергии в виде горячей воды или пара.

Использование этого оборудования позволяет потребителю стать независимым от перебоев электроэнергии или ее нехватки, одновременно получая автономное теплообеспечение. С учетом тенденции ежегодного роста стоимости электрической энергии применение когенератора дает значительный экономический эффект.

Мини-ТЭЦ(ТЭС) может располагаться вне здания или внутри, за счёт чего имеет несколько вариантов исполнения: базовое, открытое (без кожуха шумоглушения), в кожухе или в контейнере.

Мини-ТЭЦ(ТЭС) возможно устанавливать на любых новых строящихся объектах: промышленных производствах, торговых комплексах, офисных центрах, жилых микрорайонах и котеджных посёлках.

В настоящее время нашли широкое применение в зарубежной и отечественной теплоэнергетике следующие установки: противодавленческие паровые турбины, конденсационные паровые турбины с отбором пара, газотурбинные установки с водяной или паровой утилизацией тепловой энергии, газопоршневые, газодизельные и дизельные агрегаты с утилизацией тепловой энергии различных систем этих агрегатов.

Термин когенерационные установки используется в качестве синонима терминов мини-ТЭЦ и ТЭЦ, однако он является более широким по значению, так как предполагает совместное производство (co — совместное, generation — производство) различных продуктов, которыми могут быть, как электрическая и тепловая энергия, так и другие продукты, например, тепловая энергия и углекислый газ, электрическая энергия и холод и т.д.

Отличительной особенностью мини-ТЭЦ является более экономичное использование топлива для произведенных видов энергии в сравнении с общепринятыми раздельными способами их производства. Это связано с тем, что электроэнергия в масштабах страны производится в основном в конденсационных циклах ТЭС и АЭС, имеющих электрический КПД на уровне 30-35% при отсутствии теплового потребителя. Фактически такое положение дел определяется сложившимся соотношением электрических и тепловых нагрузок населенных пунктов, их различным характером изменения в течение года, а также невозможностью передавать тепловую энергию на большие расстояния в отличие от электрической энергии.

Достоинства, топливо, варианты размещения мини-ТЭЦ. Принципиальная схема

Достоинствами мини-ТЭЦ являются:

Комбинирование процесса производства электроэнергии и тепла;
Низкая стоимость единицы тепловой и электрической мощности;
Качество и бесперебойность энергоснабжения;
Соответствие европейским экологическим стандартам;
Низкий срок окупаемости и большой ресурс энергоблока;
Непосредственная близость к конечному потребителю и связанное с этим отсутствие затрат на сооружение коммуникаций и неизбежных потерь при передаче энергии по сетям;
Позволяет избежать затрат на строительство дорогостоящих высоковольтных линий электропередач (ЛЭП);
Компактность установок мини-ТЭЦ;
Оперативность ввода в эксплуатацию мини-ТЭЦ;
Оптимальное соответствие режиму многократного пуска и остановки;
Низкая себестоимость производимой энергии мини ТЭЦ;
Низкие сроки окупаемости оборудования;
Простота и удобство в эксплуатации – весь процесс управления работой станции полностью автоматизирован;
Высокая надежность основных узлов и агрегатов.

Топливо для мини-ТЭЦ

Виды используемого топлива

газ: природный газ магистральный, природный газ сжиженный и другие горючие газы;

жидкое топливо: нефть, мазут, дизельное топливо, биодизель и другие горючие жидкости;

твердое топливо: уголь, древесина, торф и прочие разновидности биотоплива.

Наиболее эффективным и недорогим топливом в России является магистральный природный газ, а также попутный газ.

Варианты размещения мини-ТЭЦ

Стационарные мини-ТЭС (в здании). В случае наличия свободного помещения или готовности Заказчика построить специальное помещение под энергокомплекс. Установка может быть размещена непосредственно в здании.

Такие здания должны быть оснащены системами жизнеобеспечения работы технологического оборудования, которое соответствует требованиям правил безопасности систем газораспределения и правил пожарной безопасности.

Модульные мини-ТЭС (в контейнере). Для ввода энергокомплекса в эксплуатацию в сжатые сроки, в отсутствие возможности строительства собственного здания под мини-ТЭС, требуется оборудование высокой заводской готовности, которое позволит избежать длительный этап строительства здания и монтажных работ. Для таких ситуаций предпочтителен выбор энергокомплекса в контейнерном исполнении. При этом дополнительным преимуществом является возможность оперативного изменения местоположения энергоцентра.

Принципиальная схема мини-ТЭЦ(ТЭС)

Мини-ТЭЦ (ТЭС) состоит из следующих узлов:

газовый двигатель
электрогенератор
система теплообменников
система принудительного охлаждения
система отвода газов
распределительный щит
система автоматики и контроля являются неотъемлемыми частями газопоршневой мини-ТЭЦ(ТЭС) и обеспечивают её надёжную работу.

Главными модулями установки являются газопоршневой двигатель, вращающий вал генератора, и электрогенератор, преобразующий механическую энергию в электрическую.
Система теплообменников осуществляет отведение тепла, выделяющегося при работе ДВС в систему отопления или горячего водоснабжения.

Система принудительного охлаждения, представляющая собой радиатор, отводит излишки тепла в атмосферу.

Система отвода отходящих газов с глушителем выводит в атмосферу переработанный установкой газ.

Распределительное устройство и система управления и контроля, как правило, располагаются в диспетчерских помещениях.

Индикаторы, расположенные на дверцах распределительных устройств сигнализируют о состоянии энергоцентра.

На экране компьютера выведены принципиальная схема работы, и все параметры работы мини-ТЭЦ(ТЭС) в режиме реального времени.

Так как работа установки полностью автоматизирована, постоянного нахождения оператора на рабочем месте не требуется. При необходимости, мониторинг работы мини-ТЭЦ(ТЭС) можно отслеживать удалённо через сеть интернет.

В качестве двигателя мини-ТЭЦ могут использоваться поршневой двигатель (внутреннего сгорания), газовая турбина, паровая турбина, а также их комбинации.

Двигатели внутреннего сгорания применяются для привода автономных электростанций, которые часто используются в качестве резервных источников электроэнергии или в местностях, где отсутствует централизованное энергоснабжение. При оснащении теплообменным оборудованием или котлом-утилизатором они преобразуются в мини-ТЭЦ, при этом для отопления и горячего водоснабжения используется тепло выхлопных газов, а в моделях с глубокой утилизацией – еще и тепло систем охлаждения и смазки. В механическую работу преобразуется около трети энергии топлива. Остальная ее часть превращается в тепловую.

Кроме дизельных двигателей внутреннего сгорания используются также газовые и газодизельные. Первый может быть оборудован несколькими карбюраторами, что дает возможность работать на нескольких сортах газа. А так называемые газодизели одновременно с газом потребляют до 10% дизтоплива, в аварийном же режиме переходят с газа на солярку.

Широко используются в энергетике газотурбинные двигатели, несмотря на то что они уступают поршневым по размеру удельных капвложений в производство электрической и тепловой энергии (около 20%).

Основные части газотурбинного двигателя – газогенератор и силовая турбина, они размещаются в одном корпусе. Газогенератор включает в себя турбокомпрессор и камеру сгорания, где создается высокотемпературный поток газов, который воздействует на лопатки силовой турбины. За счет утилизации тепла выхлопных газов с помощью теплообменника, водогрейного или парового котла-утилизатора обеспечивается тепловая производительность.

Значительная часть газотурбинных теплоэлектростанций малой и средней мощности создана на базе авиационных и судовых двигателей, но существуют также установки, изначально разработанные как энергетические.

При подключении абсорбционной установки холодоснабжения можно тепловую энергию использовать для кондиционирования (тригенерация).

Еще одним фактором, выступающим в пользу автономных ТЭЦ, является их экологическая безопасность. Подобные установки имеют низкий уровень вредных выбросов (СО и NOx) в атмосферу и соответствует нормам по выбросам. При необходимости уровень выбросов NOx можно снизить в два раза регулировкой двигателя (за счет незначительного снижения КПД порядка 1-2 %), уровень выбросов СО можно снизить установкой в систему выхлопа дополнительных окислительных катализаторов.

И, наконец, использование когенерационных установок экономически выгодно, т.к. нет необходимости в строительстве подводящих кабельных линий электроснабжения и тепловых сетей, а в совокупности выработка электрической и тепловой энергии экономит до 40% средств инвестора. Доход (или экономия) от реализации тепловой и электрической энергии покрывает все расходы на установку мини-ТЭЦ. Окупаемость капитальных вложений на когенераторы происходит быстрее окупаемости средств, затраченных на подключение к тепловым сетям, обеспечивается тем самым быстрый и устойчивый возврат инвестиций.

Электрический КПД и себестоимость энергии мини-ТЭЦ(ТЭС).

Применение технологии одновременного производства электроэнергии и тепла повышают эффективность электростанции на 30-40% и достигают расчётного суммарного КПД в размере 88%, а стоимость вырабатываемой электроэнергии значительно дешевле тарифов центральной электросети. Использование мини-ТЭЦ(ТЭС) выгодно за счёт отсутствия потерь электроэнергии и тепла, а также необходимости постоянного ремонта старых теплотрасс. При сгорании одного кубометра природного газа можно получить 3,6 кВт*ч электроэнергии себестоимостью 70-80 коп. (с учётом эксплуатационных расходов).

Стоимость мини-ТЭЦ(ТЭС).
От чего зависит цена мини-электростанции?

Изменение базовых моделей под требования и задачи клиента. Выбор особенностей исполнения будет влиять на конечную цену. Вот некоторые факторы:
Мини-электростанции могут быть бензиновые, дизельные, газовые.
Мощность мини-электростанции.
Исполнение мини-электростанции: цеховая, в шумозащитном кожухе, в контейнере. Контейнер так же может быть нескольких модификаций: без шумопоглощения, с шумопоглощением и с повышенным шумопоглощением.
Какой выбран вариант глушителя шума выхлопа: -30 дБ или -45 дБ.
Возможен выбор режима работы станции, и в зависимости от этого выбора используют различные автоматы управления.