Централизованное электроснабжение, столь характерное для нашей страны обладает рядом существенных недостатков. Несмотря на то, что оно достаточно надёжно и устойчиво, обладая при этом и гибкостью и манёвренностью, в его работе не хватает должной эффективности.
Невозможность снабжения труднодоступных и отдалённых регионов (а таковых у нас 65% территории страны; кроме того, именно там происходит добыча значительного количества полезных ископаемых), высокий уровень сетевых потерь при транспортировке электроэнергии, бесправное положение потребителей, – весь этот набор проблем заставляет искать альтернативные варианты в виде установок децентрализованной (распределённой или малой) энергетики.
В своей работе они могут использовать как традиционные: газ, нефть, уголь, гидроэнергию, ядерное топливо, так и альтернативные: ветер, солнечный свет, внутреннюю тепловую энергию земных недр, биотопливо, –источники энергии.
Явным преимуществом децентрализованного подхода к вопросам электроснабжения (а также и теплоснабжения) является возможность устранения проблем большой энергетики. Впрочем, наибольший экономический эффект приносит всё же оптимальное совмещение того и другого там где это возможно и наиболее целесообразно. Практика американских и китайских энергетиков со всей убедительностью это подтверждает.
Газопоршневые электростанции на природном газе и отходах
Одной из наиболее удачных разработок для осуществления распределённого электроснабжения являются газопоршневые электростанции. Впервые появившиеся на отечественном рынке в последнем десятилетии прошлого века, эти зарубежные источники энергии вначале не завоевали популярности у потребителей по причинам слишком жёстких эксплуатационных характеристик, дороговизны и нерентабельности. Такая же судьба ждала и российские разработки на базе двигателя Д-12 созданные ПАО ХК «Барнаултрансмаш». Они не были в должной степени автоматизированы, имели малый ресурс и не синхронизировались с режимами работы сетевых организаций.
С течением времени ситуация в корне изменилась. Современная ГПЭС (газопоршневая электростанция) представляет собой компактный автономный объект генерации электричества и тепла на базе хорошо скомплектованных модульных блоков, в составе которых присутствует силовая часть: газопоршневой двигатель внутреннего сгорания с внешней схемой формирования смеси и электрогенератор переменного тока, а также – системы управления и контроля.
Агрегаты такого рода – ГПЭС, способны генерировать дешёвую электроэнергию и одновременно производить утилизацию отходов нефтедобычи и нефтепереработки. Работая на природном газе, они своими выхлопами оказывают минимальное воздействие на окружающую среду, не загрязняя атмосферу вредными и опасными для жизнедеятельности человека веществами, как иные виды энергоносителей.
Кроме того, установка способна работать и на других видах газообразного топлива, среди которых присутствуют:
- биогаз,
- свалочный газ,
- рудничный газ,
- шахтный газ,
- газы металлургических производств: доменный, коксовальный, конверторный, ферросплавный,
- попутный нефтяной газ,
- пиролизный газ,
- очистной газ,
- газовые отходы химической индустрии,
- жидкие углеводородные газы.
За этим перечислением стоит опыт европейских и российских компаний, сумевших воспользоваться энергетическим потенциалом разного рода промышленных газов.
Однако за столь широким разнообразием источников топлива стоит серьёзная проблема: неоднородность химического состава, нестабильность его поступления из источника. Различные месторождения и разнообразные технологии требуют индивидуального подхода в выборе оптимальной модели ГПЭС. В противном случае процесс сжигания и генерации может быть неэффективным, а оборудование станет часто выходить из строя.
Чтобы ничего подобного не случилось, а работа установки обеспечивала должный экономический эффект, выполняются следующие технические мероприятия:
- Берутся пробы потенциального топлива, и проводится лабораторный химический анализ смеси газов. Очень важно знать её качественный состав: будет ли она тощей, средней или жирной?
- Анализируется турбулентность газовых потоков при входе в камеру сгорания.
- Изучается процесс зажигания с помощью искры и взаимосвязь работы клапанной системы двигателя.
- Учитываются температурно-климатические условия работы всех систем ГПЭС.
На основании расчётов всех необходимых параметров и характеристик, производится выбор наиболее приемлемого агрегата. С помощью современных цифровых технологий регулируется подача топлива, и процесс горения газовой смеси. Впрочем, имеются и достаточно дешёвые варианты на базе неприхотливых двигателей, которые значительно менее эффективны.
По желанию заказчика газопоршневая установка может иметь блочно-модульное или стационарное исполнение. В любом случае она будет работать либо автономно, либо параллельно с внешними сетями, генерируя туда энергию или просто «следуя за нагрузкой» без генерации.
Благодаря всем перечисленным особенностям, потребители имеют возможность получить максимум преимуществ, воспользовавшись комплексом услуг по выбору, проектированию, монтажу, наладке и обслуживанию газопоршневых электростанций. Лучше всего на базе изделий ведущих иностранных производителей: MWM, Caterpillar, Jenbacher, Cummins, Man или хорошо зарекомендовавших себя российских разработок.
В список преимуществ ГПЭС входят:
- Самый высокий среди подобного рода агрегатов КПД, доходящий до 48%.
- Доступная цена.
- Возможность производства электроэнергии из самых дешёвых источников и отходов.
- Широкий диапазон мощностей, что позволяет покупателем выбрать наиболее подходящий вариант.
- Возможность получения дополнительных видов энергии в виде тепла и холода.
- Надёжность, безотказность и долговечность.
- Компактность и при необходимости – мобильность.
- Низкий уровень расходов на эксплуатацию.
- Малый срок окупаемости: от одного года – до пяти лет.
- Экологичность и эксплуатационная безопасность.
В целом можно утверждать, что установка ГПЭС – достаточно хороший вид инвестиций, особенно для тех, кто желает иметь энергетическую независимость и расходовать лишние средства на приобретение электрической и тепловой энергии.
Мини-ТЭЦ
Следующим наиболее удачным решением в области малой энергетики являются мини-ТЭЦ, представляющие собой небольшие теплоэнергоцентрали мощностью до 25 МВт и способные производить как тепловую, так и электрическую энергию. При необходимости с помощью абсорбционной холодильной машины функционал станции можно расширить, вырабатывая ещё и холод.
В настоящее время значительное количество мини-ТЭЦ работают на базе газопрошневых установок, однако применяются и паровые конденсационные и противодавленческие турбины, дизельные и газодизельные агрегаты, а также газотурбинные установки. Стандартная структура станции представляет собой:
- двигатель внутреннего сгорания,
- электрический генератор,
- теплообменник, использующий в качестве источника тепловой энергии воду, нагревшуюся в процессе охлаждения агрегатов работающей установки (двигателя, системы масло обмена, выхлопной трубы),
- водогрейный котёл, сглаживающий температурный режим работы во время пиковых нагрузок.
Топливом для мини-ТЭЦ могут служить:
- Горючие газы.
- Жидкие нефтепродукты.
- Биотопливо.
- Твёрдые горючие материалы: уголь, торф, древесина.
Мини теплоэнергоцентрали, изготавливаемые в блочно-модульном или стационарном исполнении, наиболее всего востребованы там, где отсутствует централизованное теплоснабжение.
Это могут быть:
- Удалённо расположенные объекты добычи полезных ископаемых.
- Предприятия промышленного назначения.
- Горно-обогатительные комбинаты.
- Агрофирмы.
- Транспортные сооружения: вокзалы, аэропорты, морские и речные порты.
- Индустриальные парки.
- Строительные объекты.
- Жилищно-коммунальное хозяйство.
- Кооперативные хозяйства: коттеджные посёлки, дачные участки, гаражи и тому подобное.
Пожалуй, самым весомым фактором в пользу выбора мини-ТЭЦ, является трёх-четырёх кратное снижение расходов на электроэнергию и тепло и небольшой срок окупаемости, составляющий в среднем 4 года. Но есть и другие доводы в её пользу:
- энергетическая независимость,
- малый капитальные затраты,
- отсутствие необходимость согласования технических условий на подключение,
- минимальное расстояние до потребителя, что в значительной степени снижает потери на транспортировку,
- бесперебойность и надёжность при высококачественных показателях энергоносителей,
- возможность выступать в роли продавца энергетических мощностей.
Модульные блок-контейнеры
Как уже было сказано, газопотребляющие установки выполняют или в стационарном исполнении, устанавливая их внутрь капитального здания, что имеет свои преимущества; или в блочно-модульном. Последний вариант представляет значительный интерес, так как не всегда имеется возможность размещения станции внутри производственных помещений, зато практически всегда в распоряжении хозяйствующих субъектов есть свободные территории.
Современные строительные технологии позволяют в кратчайшие сроки изготавливать компактные модули, тем более, если это поставлено на поток. Перевозка и установка их также не составляет большого труда. Вопросы возведения фундамента, выполнения монтажа и проведения пуско-наладочных работ, чтобы подключить газопоршневую электростанцию или мини-ТЭЦ, для специалистов не представляют каких-либо сложностей и проблем. Технологии давным-давно отработаны.
Причём в случае надобности блочно-модульную установку всегда можно отключить, демонтировать и перевезти на новое место эксплуатации. И выполняется весь этот комплекс работ в достаточно сжатые сроки, укладывающиеся в несколько недель.
Но это ещё не все преимущества, есть и целый ряд других:
- Минимизация затрат, как первоначальных, так и текущих.
- Быстрота введения в эксплуатацию. К примеру: для мини-ТЭЦ, установленной мощностью в 4 МВт, требуется полмесяца.
- При необходимости количество модулей может быть увеличено. А разместить их можно в самых удобных местах (это ещё одно, очень важное достоинство).
- Простота и лёгкость выполнения ремонтных работ. Что существенно сокращает сроки простоя оборудования.
Варианты изготовления модульных газопотребляющих установок у различных производителей могут значительно отличаться друг от друга. Некоторые разработчики размещают силовую и управляющую часть в одном контейнере, разделяя их перегородкой. Иные изготовители предпочитают разделять аппаратуру между блок-контейнерами для генерирующего оборудования и блок-контейнерами аппаратными.
В таком случае внутри генерирующего отсека располагаются:
- Дизельная или иная генераторная установка.
- Топливный бак.
- Щит собственных нужд.
- Системы пожаротушения, освещения, вентиляции, газового выхлопа, гашения вибраций, глушения и погашения шумов.
Внутри аппаратного отсека находятся:
- РУ-0,4 кВ.
- РУ-6(10) кВ.
- Первично-элементная база Автоматизированной информационно-измерительной системы коммерческого учёта электроэнергии (АИИСКУЭ).
- Контрольно-исполнительные элементы Автоматизированной системы диспетчерского управления электроснабжением (АСДУЭ).
- Блоки телематики и телемеханики.
- Блоки автоматических систем бесперебойного электроснабжения на базе кинетических источников энергии.
- Блоки химических источников тока для бесперебойного снабжения промышленных объектов.
Столь высокий уровень насыщенности блочно-модульных локальных средств генерации электроэнергии позволяет оперативно осуществлять их диспетчеризацию и мониторинг из любого пункта управления на базе общедоступных мобильных информационных средств.