В статье описано основные проблемы энергетики, а также найдено решение этих проблем на основе использования одного из альтернативных способов генерации электроэнергии и тепловой энергии.
Ключевые слова: газопоршневые электростанции, мини-ТЭС, газопоршневая установка.
В настоящее время одной из проблем энергетики является сложность подключения к централизованным сетям, так как требуются большие материальные затраты, которые могут окупаться довольно продолжительный срок. Однако возведение мини-ТЭС позволяет по–новому взглянуть на эту проблему. К примеру, микротурбины и газопоршневые установки, ввиду их компактности, позволят минимизировать затраты, связанные с подключением к централизованной сети, а также могут быть размещены в любом из помещений уже построенного здания.
В качестве второй проблемы можно выделить стоимость топлива, в связи с непостоянством позиций, которые необходимо постоянно учитывать в контексте энергетики. Однако и эта проблема легко решается посредством возведения мини-ТЭС. Газопоршневые электростанции работают на дешевом виде топлива — на газах и их смесях, и, в зависимости от внешних обстоятельств, вы легко можете перестроить работу подобной электростанции с одного топлива на другое. Газотурбинные электростанции отличаются от газопоршневых меньшей мощностью, что позволяет вам сделать верный выбор, если речь идет о довольно скромном энергопотреблении [1].
Если вести рассмотрение с точки зрения оборудования, то его при покупке необходимо учитывать оптимальное соответствие региону заказчика и нуждам потребителя. Благодаря тому, что существует довольно широкий спектр видов мини-ТЭС, при покупке, к примеру, микротурбины вы можете быть уверены, что можете подобрать вариант, максимально соответствующий всем нюансам эксплуатации мини-ТЭС. Благодаря своим техническим характеристикам, мини-ТЭС достаточно легко возводятся в краткий срок [2].
Кроме того, при эксплуатации газопоршневые электростанции, как и другие виды мини-ТЭС, могут легко и точно регулироваться и работать в режиме экономичного расхода топлива, что обеспечивает их быструю окупаемость. Еще одно преимущество мини–ТЭС — их надежность и экологичность. Газотурбинные электростанции, также как и газопоршневые, не наносят вред ни здоровью людей, живущих и работающих рядом с ними, ни окружающей среде в целом.
Проблема генерации собственной электрической и тепловой энергии стала заметно актуальнее с активным ростом тарифов на данные ресурсы. Многим крупным и средним предприятиям стало выгоднее генерировать собственную электроэнергию из газа.
В таблице 1 представлены альтернативные способы генерации электроэнергии и тепловой энергии.
Таблица 1
Альтернативные способы генерации электроэнергии и тепловой энергии
|
Проблема |
Предложения (способы решения) |
Цена вопроса за 1кВт энергии |
Трудоёмкость (дополнительные факторы) |
|
Излишняя трата предприятия на электроэнергию |
Газопоршневые электростанции (ГПЭ) |
1000 евро |
Сравнительно с микротурбинами частая смена ГСМ. |
|
Микротурбины |
2000 евро |
Дорогое и трудоёмкое технологическое обслуживание |
|
|
Паровые электростанции |
500–800 евро |
Низкий КПД. |
Исходя из стоимости и трудоемкости лучшим выбором будут газопоршневые электростанции.
Преимущества газопоршневых установок:
1. Газопоршневые электростанции имеют более высокий КПД по сравнению с газотурбинными.
2. Незначительное снижение КПД газопоршневых Мини ТЭЦ при снижении электрической нагрузки в диапазоне регулирования. При 50 % нагрузке КПД газовой турбины снижается в 1,5 раза от КПД при номинальной нагрузке, в то время как КПД газопоршневого генератора в тех же условиях снижается лишь на 2,5–3 %.
3. Стабильность КПД газопоршневой установки при изменении параметров окружающей среды. Известно что, эффективность газотурбинного двигателя в большей степени зависит от температуры воздуха на всасывании компрессора. Если температура окружающего воздуха увеличивается, электрический КПД газотурбинного генератора значительно падает. Для газопоршневых установок эта зависимость носит менее критичный характер.
4. Меньшая (по сравнению с газотурбинными установками) чувствительность газопоршневых Мини ТЭЦ к частым пускам и остановкам.
5. Простота обслуживания газопоршневых Мини ТЭЦ. Следует отметить, что техобслуживание и ремонт газопоршневых генераторов проводится по месту установки, в то время как ремонт газовых турбин производится, как правило, на заводе изготовителе [3].
ГПЭ представляет собой двигатель внутреннего сгорания с внешним смесеобразованием и искровым зажиганием горючей смеси в камере сгорания, использующий в качестве топлива газ. Энергия, которая выделяется при сгорании топлива, в газовом двигателе производит механическую работу на валу, использующуюся для выработки электроэнергии генератором электрического тока. Газовые двигатели используются для работы в составе генераторных установок, предназначенных для постоянной и периодической работы (пиковые нагрузки) с комбинированной выработкой электроэнергии и тепла, а также в качестве аварийных источников энергии. Кроме того, они могут работать как в составе холодильных установок, так и для привода насосов и газовых компрессоров.
За счет собственной генерации энергии потребитель платит только за используемый газ, и тариф на электроэнергию среднем в 3–3,5 раза дешевле, чем тариф от централизованного тепло и электроснабжения. Качество теплоснабжения повышается за счет того, что тепло генерируется рядом с местом потребления и не успевает потерять своих свойств при передаче потребителю. Тариф на тепло уменьшается в среднем в 2 раза.
Окупаемость внедрения ГПЭ зависит от мощности установки ГПЭ, чем мощнее электростанция, тем быстрее она окупится, в среднем окупаемость 4–5 лет без учета повышения тарифов на электроэнергию и тепло централизованного энергоснабжения.
Газопоршневые установки (электростанции, станции) предназначены для производства электричества и дешёвой тепловой энергии. Среди типов силовых агрегатов, газопоршневые установки отличает простота, надежность конструкции и самый высокий электрический КПД. Электрический КПД современных газопоршневых установок при работе на российском природном газе составляет примерно 41–44 %
Большинство марок газопоршневых станций (установок) может работать в режиме когенерации, то есть как теплоэлектростанции. Температура выхлопных газов на выходе из двигателя газопоршневой установки равна примерно 390 ± 30 °С. Такая температура на выходе станции позволяет отдавать достаточно высокие объемы бесплатной тепловой энергии [4].
Соотношение выдачи двух видов энергий при работе газопоршневой электростанции на номинальном режиме составляет пропорцию 1:1. То есть на 1 МВт установленной электрической мощности можно получать 1 МВт тепловой энергии (1 МВт = 0,86 Гкал/час). При необходимости возможно получение и промышленного пара.
Система охлаждения газопоршневых установок жидкостная. В случае использования воды для охлаждения поршневых агрегатов станции желательна её химическая подготовка, но в 99 % применяются обычные незамерзающие жидкости. Расход моторного масла газопоршневой станции составляет примерно 0,3–0,95 кг/ч на 1 мегаватт выработанной электрической энергии. Уровень расхода моторного масла связан с характером и равномерностью электрических нагрузок. Поддержка постоянного уровня моторного масла — необходимо для нормальной работы газопоршневой установки.
Стоимость моторного масла для газопоршневых силовых агрегатов электростанций составляет примерно 100–150 руб./л. В целом для будущих владельцев газопоршневых станций размер затрат на приобретение моторного масла не столь важен и критичен — у современных газопоршневых установок стоимость масла в структуре стоимости произведенного киловатта электроэнергии не превышает 2–3 копеек. Стоит также заметить, что вообще, все эксплуатационные расходы газопоршневой установки перекрываются её экономичностью в отношении расхода газа — основной затратной статьи автономной электростанции с силовыми агрегатами любого типа. По этому критерию у ГПЭ нет никаких конкурентов, впрочем, как нет соперников и в соотношении цена/качество.
ГПЭ полностью соответствуют экологическим нормам Евросоюза. Высота дымовой трубы для ГПЭ определяется уровнем содержания предельно допустимых концентраций (ПДК) в окружающей среде, а также незначительным объемом вредных эмиссий самой газопоршневой установки.
Средняя высота труб равна 20–30 метрам. Уровень шумов, производимых газопоршневой установкой, составляет 75–78 дБ. При работе поршневой установки возникают незначительные вибрации, что иногда требует установки виброопор.
Изучив подробно возможности ГПЭ и сравнив с другими видами когенерационных установок, можно прийти к выводу, что предприятия, внедряющие ГПЭ, получат выгоду от собственной генерации электроэнергии с помощью газопоршневых установок.
В целом, внедрение ГПЭ позволит повысить качество электроэнергии и тепловой энергии на предприятии, а так же позволит снизить расходы на ремонт и обслуживание ТЭЦ на предприятиях.
Литература:
1. «БПЦ Инжиниринг» [Электронный ресурс]. — URL: http://www.bpcenergy.ru/oborudovanie/capstone/ (дата обращения 01.12.2014)
2. «Сравнение турбины и поршня» [Электронный ресурс]. — URL: http://us-generation.com/publication/sravnenie-turbinyi-i-porshnya.html (дата обращения 22.11.2014).
3. «Новая Генерация» [Электронный ресурс]. — URL: http://www.manbw.ru/analitycs/gazoporshnevye_elektrostantsii_GPES.html (дата обращения 05.12.2014).
4. IDEFinfo.Ru — Всё о системном проектировании [Электронный ресурс]. — URL: http://idefinfo.ru/content/view/12/27/ (дата обращения 03.12.2014).
5. Ольга Новосёлова: «Развитие малой распределенной энергетики и когенерации может повысить качество жизни в стране» [Электронный ресурс]. — URL: http://www.energo-save.com/news_archive/digest/180/ (дата обращения 01.12.2014).
