Перспективы развития мини-ТЭЦ в РФ

Малая энергетика позволяет потребителю не зависеть от централизованного энергоснабжения, использовать оптимальные для местных условий источники производства энергии. Закономерно, что такие технологии находят себе место и в промышленно развитых, и в развивающихся районах с различным климатом. Общепринятого термина “малая энергетика” в настоящее время нет. В электроэнергетике наиболее часто к малым электростанциям принято относить электростанции мощностью до 30 МВт с агрегатами единичной мощностью до 10 МВт. Малая электроэнергетика России сегодня – это около 50 000 электростанций общей мощностью более 17 млн кВт (8% от всей установленной мощности электростанций России).

Необходимо рассмотреть варианты мини-ТЭЦ, используемые в малой энергетике.

1. Использование газотурбинных установок для мини-ТЭЦ

Газотурбинные двигатели (ГТД) традиционно используются в энергетике (рис. 1).

Рис. 1. Газотурбинная установка (ГТУ)

Если коротко говорить об устройстве и принципе действия ГТД, следует разделить двигатель на две основные части – газогенератор и силовую турбину, – размещенные в одном корпусе. Первая составляющая включает турбокомпрессор и камеру сгорания; здесь создается высокотемпературный поток газов, который воздействует на лопатки силовой турбины. В зависимости от конструкции газотурбинный двигатель может быть одновальным или с так называемым разрезным валом – двухвальная ГТУ. Во втором случае обычно применяются два механически не связанных между собой и с силовой турбиной турбокомпрессора, которые приводятся в движение отдельными турбинами.

2. Использование газопоршневых мини-ТЭЦ

В основе работы газопоршневых двигателей (далее ГПД) (рис. 2) лежит принцип действия двигателя внутреннего сгорания (далее ДВС).

Рис. 2. Схема газопоршневой установки

ДВС – это тип двигателя, тепловая машина, в которой химическая энергия топлива (обычно применяется жидкое или газообразное углеводородное топливо), сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу.

На данной мини-ТЭЦ реализуется принцип двухступенчатого подогрева сетевой воды, позволяющий максимально эффективно использовать оборудование. Теплообменник вторичного контура (далее СП1) используется для охлаждения корпуса ГПД. Теплота, отнятая от корпуса, используется для подогрева обратной сетевой воды. После СП1 подогретая сетевая вода движется в теплообменник уходящих дымовых газов (далее СП2). Сетевая вода, подогретая уходящими газами до температуры 90 0С, направляется потребителю.

Двигатели внутреннего сгорания – главная часть когенерационной установки, которая является приводом генератора электрического тока и источником используемого тепла. Устанавливаются двигатели отечественного и импортного производства.

Генераторы электрического тока – в стандартном исполнении.

Теплообменник – «вода – вода», где происходит передача тепла из первичного контура во вторичный – от системы охлаждения двигателя в систему потребителя. В верхней части смонтирован теплообменник «выхлопные газы – вода», глушитель выхлопа и изолированные патрубки системы.

3. Паровые турбины для мини-ТЭЦ

Небольшие паровые турбины позволяют создавать мини-ТЭЦ на базе уже действующих паровых котлов, давление пара на выходе из которых обычно значительно выше, чем необходимо для промышленных нужд (рис. 3).

Рис. 3. Паровые турбины

Типовыми, наиболее эффективными мощностями, на которых имеет смысл использовать паровые турбины, является диапазон мощностей от 5 мВт до 25 мВт.

Преимущества паровой турбины: высокая производительность, гибкость по отношению к типу сжигаемого топлива, длительный срок службы. Недостатки: высокая инертность (длительный период запуска), высокая стоимость, производство тепла преобладает над электроэнергией, нижний порог эффективного применения (от 5 мВт электроэнергии).

4. Микротурбины

Микротурбина используется в качестве двигателя компактных модульных генераторов электроэнергии, работающих в диапазоне мощностей от 25 до 200 кВт.

Все движущиеся части микротурбинного двигателя – воздушный компрессор, генератор и сама турбина – расположены на одном валу (рис.4), скорость вращения которого находится в диапазоне 45000–96000 оборотов в минуту.

Рис. 4. Конструкция двигателя микротурбины

Вал закреплен на воздушных подшипниках, что позволяет отказаться от жидкостной смазки и использовать для этого воздух. Воздух также обеспечивает охлаждение двигателя и управляющей электроники. Это позволяет значительно снизить стоимость обслуживания оборудования по сравнению с другими технологиями. Для микротурбин стандартным считается проведение регламентных работ не чаще чем 1 раз в год, что обеспечивает работоспособность не ниже 99% [1].

Основное отличие малой энергетики, реализованной на базе мини-ТЭЦ – это, мобильность, компактность и доступность. Для мини-ТЭЦ могут использоваться различные установки – от газовых турбин, микротурбины, ГТД и т. д.