Мини-ТЭС является современным решением вопроса по обеспечению объекта теплом (холодом) и электроэнергией. Ее использование обеспечивает независимость потребителя от централизованных систем электроснабжения и имеет возможность решения задач нехватки или перебоев электроэнергии. Преимуществом мини-ТЭС является близость к объекту, что обеспечивает возможность избежать использования ненадежных теплосетей. Электростанция может быть установлена как на строящихся, так и уже находящихся в эксплуатации объектах.

Автономные энергоцентры являются эффективным способом генерации электричества и тепла. Они работают на основе технологии когенерации или тригенерации. Когенерация предполагает получение электричества и тепла, а тригенерация обеспечивает получение электричества, тепла и холода. В России на данный момент практически не используются тригенерационные мини-ТЭС, поэтому стоит рассмотреть технологию получения электричества и тепла.

В состав автономных энергоцентров входят:

• двигатель;
• электрогенератор;
• теплообменники;
• система принудительного охлаждения (радиатор);
• система отвода газов;
• распределительный щит;
• система автоматики и контроля.

Двигатель обеспечивает вращение вала электрогенератора, который преобразует кинетическую энергию в электрическую. При этом выделяется тепло, которое посредством системы теплообменников может быть использовано для отопления или горячего водоснабжения. Избыток тепла в свою очередь выводится из системы при помощи системы принудительного охлаждения. Газ, который образуется от сжигания топлива, выводится системой отвода газов. Мониторинг и управление автономными энергоцентрами осуществляется с помощью распределительного щита и системы автоматики и контроля, которые могут быть расположены в специализированных помещениях. Также возможен дистанционный мониторинг работы автономных энергоцентров 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.

В настоящее время мини-ТЭС в России имеют огромное значение для развития малой энергетики. За последние двадцать лет появилось более тысячи объектов, которые предоставляют следующие преимущества потребителям:

1. Качество и стабильность энергоснабжения. Мини-ТЭС гарантирует постоянный уровень напряжения и теплоснабжения с определенными параметрами.

2. Совместное производство электро- и теплоэнергии. Этот подход не только решает проблему производства электро- и теплоэнергии, но и показывает современный взгляд на бизнес.

3. Низкая стоимость энергии. Потребитель может получить один кВт электроэнергии и до двух кВт тепловой энергии всего за 0,3 кубометра газа в час. Это позволяет значительно сэкономить на подключении к обычной электросети.

4. Экологичность. Производство энергии сразу двух видов на мини-ТЭС снижает воздействие на окружающую среду по сравнению с раздельным производством электро- и тепловой энергии на котловых установках. При необходимости из тепла можно получать холод для систем централизованной вентиляции и кондиционирования помещений. Использование газового топлива дополнительно повышает экологичность.

5. Быстрая окупаемость и высокий энергоресурс. Строительство мини-ТЭС окупается за 2-3 года. В составе мини-ТЭС может работать до двенадцати электроагрегатов, каждый мощностью 1000-9000 кВт.

6. Экономия на коммуникациях (за счет близости к объекту энергоснабжения). Пользователи мини-ТЭС избегают вопросов обслуживания и ремонта теплосетей.

7. Компактность. Мини-ТЭС имеют небольшие габариты, что позволяет удобно размещать их внутри уже построенных зданий или рядом с ними, например, на территориях производственных, торгово-развлекательных и гостиничных комплексов.

8. Оперативность ввода в эксплуатацию. Сроки строительства мини-ТЭС составляют от трех месяцев до года и зависят от выбора топлива, мощности силовых агрегатов и конечной комплектации станции. Жизненный цикл оборудования достигает 20-25 лет.

9. Значительная экономия. Снижается финансовая зависимость потребителя от роста тарифов на электроэнергию и тепло. Экономия на плате за электроэнергию достигает двух и более раз.

10. Простота и удобство эксплуатации. Управление работой мини-ТЭС полностью автоматизировано.

Таким образом, мини-ТЭС предоставляют множество преимуществ для потребителей, такие как стабильность и высокое качество энергоснабжения, экономия на коммуникациях и плате за электроэнергию, компактность и экологичность, а также быструю окупаемость и удобство использования.

Строительство мини-ТЭС является довольно сложным и многоступенчатым процессом, включающим в себя ряд важных этапов. Чтобы создание и организация мини-ТЭС проходили успешно, необходимо уделить внимание каждой стадии проекта.

Первым этапом является предпроектная проработка и заключение договоров. На данном этапе происходит выявление целей и задач проекта, определение объема работ, а также заключение договоров с поставщиками и подрядчиками.

Далее приступают к проектированию, на этом этапе разрабатываются макеты и чертежи будущей мини-ТЭС. Важным моментом является заказ и производство оборудования, исходя из полученных на этом этапе результатов.

После проектирования и производства оборудования необходима его транспортировка на площадку, где будет происходить строительство объекта. На этом этапе осуществляется монтаж оборудования и строительство площадки и сетей.

Завершающие этапы, это пусконаладочные работы, ввод в эксплуатацию, обучение персонала и сервисное обслуживание.

Для сокращения времени и снижения затрат, можно заказать строительство мини-ТЭС «под ключ», объединив все этапы в одном договоре с одним подрядчиком. Этот подход позволяет сократить объем документации и ускорить сроки реализации проекта.

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