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: газовое, дизельное и твердые виды топлива

Природный газ является наиболее популярным выбором топлива для ТЭС, благодаря его доступности и экологичности, а также низкой стоимости. Также можно применять сжатый газ, попутный нефтяной газ, биогаз, который получается на очистных сооружениях, свалках, а также на химических и других предприятиях.

В свою очередь, дизельное топливо является дорогим и неэкологичным видом топлива. Оно применяется как резервное топливо, или в случае, когда использование газового топлива невозможно.

Если же нет возможности использовать газовое топливо, то можно использовать твердые виды топлива, такие как древесина, уголь, пилеты и другие. Такой вид топлива применяется как альтернатива в случаях отсутствия других вариантов.

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.

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.

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 - вариант, который стоит рассмотреть. Мощность автономного энергоцентра от 1 до 30 МВт включительно «под ключ» обойдется примерно в 1000 евро за кВт×ч. Это сравнимо со стоимостью подключения к внешним энергетическим сетям, а в некоторых случаях может быть даже дешевле. Сам производительный процесс также более экономичен, себестоимость электроэнергии, вырабатываемой мини-ТЭС, составляет всего 1,80 руб. за кВт×ч, в то время как в компаниях, занимающихся внешним энергоснабжением, цена колеблется в районе от 3 до 5 руб./кВт×ч. Более того, при этом имеется второй ценный бонус - получение горячей воды, исходя из количества произведенной электроэнергии. Каждая Гкал тепла стоит не менее 800 рублей. В результате, проект строительства собственной мини-ТЭС окупается в период от 2 до 3 лет, несмотря на необходимость реконструкции инженерных инфраструктурных систем.

Фото: freepik.com