Мини-ТЭС – это современное решение проблемы обеспечения объекта теплом (холодом) и электроэнергией. Использование мини-ТЭС позволяет обеспечить независимость от централизованных систем электроснабжения и решить проблемы нехватки или перебоев электроэнергии. Установка компактной и экономичной электростанции возможна как на строящихся, так и на уже существующих объектах.

Главным преимуществом мини-ТЭС является ее близость к потребителю тепловой энергии, что 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: 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 — 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