Тема 3.2. Енергетичний аудит систем життєзабезпечення

Лекція 9

3.2.2. Системи теплопостачання

Модернізація систем теплопостачання. Облік витрати тепла. Розрахунки теплових збитків. Теплові характеристики об'єктів опалення та вентиляції. Температурний графік систем опалювання. Електротермічні пристрої. Електроні регулюючи пристрої. Підвищення рівня захисту будівель та теплових сітей.

Література: [3]: с.167-171, [2]; с.247-268, [4]: с.89-149.

3.2.3. Системи гарячого водопостачання

Оборотне водопостачання. Удосконалення систем охолодження. Підбір насосів та електродвигунів. Розрахунки ефекту від впровадження нового обладнання.

Література: [3]: с.171-177, [4]: с.149-215.

3.2.2. Системи теплопостачання

За рахунок ефективного використання палива, що сьогодні витрачається в Україні для обігріву будинків і на гаряче водопостачання, можна виробляти така кількість електроенергії, що дало б можливість закрити всі атомні й теплові конденсаційні електростанції.

Ключові слова: паливо, теплота, електроенергія, энергосохранение, теплоізоляція

Успішний розвиток економіки України в значній мірі залежить від рішення питання з енергоносіями. Недостатня кількість власних енергоносіїв зобов'язує до їхнього імпортування. Сьогодні близько 25% валового внутрішнього продукту (ВВП) витрачається на імпорт енергоносіїв. Тому найважливішим завданням є питання їхньої економії шляхом ефективного й ощадного використання. Енергозбереження повинне стати основним пріоритетом енергетичної політики України, оскільки скорочення енергоспоживання за рахунок енергозбереження означає скорочення імпорту енергоносіїв. Витрати на використання потенціалу енергозбереження в кілька разів нижче від вартості поставок імпортного палива, тому від підвищення энергоэффективности досягається значний економічний ефект.

Один зі шляхів економії енергоносіїв - ефективне використання высокопотенциальной складовій теплоти згоряння палива, що використається для опалення й гарячого водопостачання. Таке енергозбереження є досить відомим, а один зі способів його реалізації - комбіноване виробництво електроенергії й тепла0 на теплоелектроцентралях (ТЕЦ). Відповідно до термодинамічній термінології, такий спосіб забезпечує значне підвищення енергетичного коефіцієнта корисної дії. Але, незважаючи на це, використання теплофікаційного циклу було і є слабораспостраненным. Причинами цього були дешеві енергоносії раніше, і недостатнє розуміння проблеми сьогодні. Тільки 4% електроенергії від усього обсягу споживання виробляється на ТЕЦ, а близько 90% - на конденсаційних електростанціях, на яких тільки однієї третя теплоти палива перетворюється в електроенергію, а дві треті - викидається в навколишнє середовище і є основним джерелом теплового забруднення.

Комбінований спосіб вироблення електроенергії й тепла має значні економічні переваги. У результаті застосування цього способу, доходи від реалізації вироблених теплоти й электроэнерги на одиницю кількості спаленого палива зростають у порівнянні з доходами, які отримані від реалізації вироблених теплоти й электроэнерги окремо - у котельнях і на конденсаційних електростанціях. Наприклад, якщо вартість тепла, отриманого з 1 м³ газу у звичайній котельні, становить 0.448 грн. при вартості газу 0.226 грн./м³, а вартість електроенергії отриманої з 1 м³ газу на конденсаційній електростанції 0.36 грн., то вартість отриманої продукції при комбінованому виробництві електроенергії й теплоти з 1 м³ газу становить 0.616 грн. У середньому вартість виробленої з 1 м³ газу продукції за комбінованою схемою в порівнянні зі звичайної підвищується на 35-40%, при існуючих сьогодні цінах. Але ця вартість буде зростати при росту цін на електроенергію. До девальвації гривні ця різниця у вартості становила 52%.

З 1 м³ газу, при спалюванні його з ККД 0.85, можна одержати близько 8 кВт·рік теплової енергії (28,8МДж) або близько 2.8 кВт·рік електроенергії (ККД 30%) . Ціна 1 м³ газу споживаного міськими котельнями - 0.226 грн. Вартість 1Гкал - близько 65 грн. Вартість теплоти, отриманої з 1 м³ газу в міських котельнях - 0.056 х 8 кВт·година = 0.448 грн. Вартість електроенергії, отриманої з 1 м3 газу становить 0.12 х 2.8 кВт·година =0.34 грн. (Вартість газу в 1 кВт·годину теплоти - 0.028 грн., а в 1 кВт·годину електроенергії - 0.096 коп., при вартості 0.288 грн/м³ ).

При виготовленні електроенергії на конденсаційних електростанціях з 1 м³ газу одержують 2.8 кВт·годину електроенергії, а близько 6.8 кВтгодина теплоти викидається в навколишнє середовище. Якщо ж перейти на комбіноване виробництво електроенергії й теплоти, то з 1 м³ газу можна виробляти близько 2.8 кВт·година електроенергії, а близько 5 кВт·година використати для опалення або гарячего водопостачання. У цьому випадку вартість отриманої з 1 м³ газу теплоти й електроенергії буде: 2.8 кВт·година х 0.12 + 5 кВт·година х 0.056 = 0.616 грн., т.е, спалюючи 1 м3 газу при такому способі, можна одержати на 0.616 - 0.448 = 0.168 грн. більше, або на 0.168:0.448 х 100% = 38 % більший дохід.

Крім економічних переваг, виготовлення тепла й электроэнерги комбінованим способом значно знижує витрату палива (близько 50%), оскільки дозволяє використати те тепло, що майже не використається на конденсаційних електростанціях.

За даними роботи [1] в Україні на опалення й гаряче водопостачання наявного житлового фонду використається 70-75 млн. т.у.п., з них близько 34 млрд. м³ газу. При цьому, близько 30-50% виробленої теплоти губиться через експлуатацію малоефективного й зношеного встаткування, аварійного стану інженерних мереж, низьких теплозащитных властивостей загороджувальних конструкцій будинків і т.д. [1-3].

Ефективне спалювання всього обсягу палива, що використається сьогодні для опалення й гарячого водопостачання по теплофікаційному циклі дозволило б виробляти близько 200 млрд. кВт·год. електроенергії, що перевищує її виробіток на всіх електростанціях України за рік (в 1997 році було вироблено 177 млрд. кВт·годину). А за рахунок усунення втрат, які мають місце при дійсному транспортуванні й споживанні тепла, можна компенсувати витрати теплової енергії, що необхідна для виробництва електроенергії на ТЕЦ. Таким чином, повне використання на ТЕЦ палива, що витрачається сьогодні в Україні на опалення й гаряче водопостачання, а також ефективна теплоізоляція тепломереж і будинків дало б можливість забезпечити повністю наші потреби в теплі й електроенергії. Впровадження комбінованого способу виробництва теплоти й електроенергії і їхнє ощадне використання дозволило б відмовитися від виробництва електроенергії на атомній і тепловій конденсаційній електростанціях. При цьому відпаде необхідність імпортувати ядерне паливо й на 30 млн. т.у.т. скоротиться споживання енергоносіїв, які сьогодні спалюють на теплових конденсаційних електростанціях. Значне зниження, приблизно на 52 млн. т.у.т, споживання хімічного і ядерного палива істотно знизить кількість шкідливих викидів і теплове забруднення навколишнього середовища. Зменшення споживання енергоносіїв на 30 млн. т.у.т. дозволило б знизити імпорт природного газу на 26 млрд. м³, що означало б економію засобів у розмірі 2.1 млрд. доларів. Якщо сюди додати засобу, які йдуть на закупівлю ядерного палива, то економія виявиться ще більшої й буде становити вцелом близько 4 млрд. доларів у рік.

Звичайно, реалізація такого глобального проекту досить таки проблематична, але наведені розрахунки є свідченням потужного потенціалу енергозбереження за рахунок ефективного використання высокопотециальной складової теплоти згоряння палива, що використається для опалення й гарячого водопостачання. Сьогодні в нас відсоток маленьких промислових і комунальних ТЕЦ у виробництві тепла становить менш 10%, тоді як відсоток їх у виробництві тепла у Фінляндії становить - 43%, у Німеччині - 53%, у Голландії - 67%, Великобританії й США - більше 90% [1]. Останні цифри є доказом того, що такий проект є реальним. Для його реалізації необхідно створити національну програму по перебудові всієї паливно-енергетичної області. Потрібні значні засоби для реконструкції теплоенергетичних підприємств, інженерних мереж, проведення заходів щодо теплоізоляції будинків. З іншого боку, внаслідок їх значного фізичного й морального зношування, такі зміни, так чи інакше, необхідно буде проводити вже найближчим часом. Більші витрати на технічне переустаткування теплоенергетичних підприємств із переходом їх на комбіноване виробництво тепла й электроэнерги швидко окупляться.

Наприклад, УкрЕСКО працює над реалізацією декількох інвестиційних проектів по трансформації звичайних котелень на комбіноване виробництво електроенергії й тепла.

Так, державна компанія "Енергія", що виробляє тепло для ряду фабрик і гарячу воду для центрального опалення міста Обухів, пропонує установку парових турбін для виробництва електроенергії як для внутрішнього споживання, так і на продаж. Витрати на інвестицію становлять 4,0 млн. дол. США з подальшою чистою річною економією для компанії 2.1 млн. дол. США.

Установка парової турбіни з генератором на Житомирському заводі хімічних волокон буде коштувати близько 550 тис. дол. США, що забезпечить річну фінансову економію 33% від суми інвестиції.

Заходу щодо заміни теплових магістралей і утеплення будинків мають строк окупності приблизно - 4-6 років [4].

Реорганізації енергетики на орієнтацію одержання електроенергії й тепла на ТЕЦ сприяє високий ступінь централізації системи постачання тепла й гарячої води. Сьогодні така система теплопостачання житлового фонду викличе справедливі зауваження внаслідок її високих втрат і високої вартості. Тому планується проведення децентралізації системи теплопостачання за рахунок використання покрівельних котельних і індивідуальних нагрівачів. Варто помітити, що така тендеция є помилковою й шкідливою з погляду енергозбереження. Без централізованої системи теплопостачання практично неможливо використати високопотенциальную складову теплоти згоряння палива. З іншого боку, недоліки централізованої системи теплопостачання можна усунути, якщо знизити втрати тепла при транспортуванні й використанні його для обігріву будинків. Реконструкція котелень у теплоцентралі, заміна труб теплових трас на сучасні труби з пенополиуритановой ізоляцією, теплова ізоляція будинків, установка теплообмінних пунктів і сучасних приладів регулювання й контролю дозволить знизити у два-три разів оплату за теплопостачання, при збереженні високого рівня комфортності й менших капітальних витрат. Перехід на децентралізовану систему теплопостачання вимагає дорогого оснащення й не виключає необхідності теплової ізоляції будинків, тому буде вимагати не менших капітальних і експлуатаційних витрат, але економія засобу й палива при цьому буде менша.

Застосування труб з пенополиуритановой ізоляцією дозволить знизити втрати тепла при його транспортуванні з 20-30% до 1%, при нормативних - 8% [5]. Сучасні технології й нові теплоізоляційні матеріали дають можливість зменшити витрати тепла на обігрів будинків на 50-70% [1,4]. Проведення цих заходів дозволить використати до 30% теплоти для виробітку електроенергії без зміни сьогоднішніх обсягів витрати палива, що використається для опалення й гарячого водопостачання. За рахунок засобів, отриманих від реалізації додатково виробленої електроенергії, можна буде покривати витрати на паливо, що використають у теплопостачанні. Таким чином, після періоду окупності витрат на реконструкцію, з огляду на експлуатаційні витрати, вартість постачання теплоти для споживачів можна буде знизити у два-три разів.

Децентралізація системи теплопостачання зв'язане ще з однією проблемою - передчасним руйнуванням централізованої системи. Зменшення кількості споживачів тепла від більших котелень, при децентралізації системи теплопостачання, викличе зниження їхньої робочої потужності, а потім і ефективності внаслідок падіння коефіцієнта корисної дії й збільшення експлуатаційних витрат. Все це приведе до збільшення вартості теплоти й зростанню бюджетних витрат на їхнє покриття, або - до банкрутства котелень.

Правильна організація централізованої системи теплопостачання з комбінованою системою виробітку електроенергії й теплоти, крім економії засобів і палива, має додаткові переваги, оскільки буде створювати можливість маневру потужностями при пікових навантаженнях і в екстремальних ситуаціях. Велика кількість электрогенерующих установок маленьких і середніх потужностей, при створенні високоефективної системи централізованого керування, дозволить легко маневрувати їхньою загальною потужністю залежно від потреб.

Перехід на комбіноване виробництво електроенергії й теплоти буде сприяти створенню великої кількості электрогенерующих установок різної потужності. Їхню роботу необхідно буде погоджувати з роботою всієї енергосистеми й локальних графіків подачі тепла. Відповідно, необхідно буде організувати систему теплопостачання. У період пікових навантажень на енергосистему, электрогенерующие установки ТЕЦ будуть працювати в режимі максимальної потужності. У цей період буде максимальне виділення теплоти, яку варто використати для нагрівання води й виробітку пари. При спаді навантаження в енергосистемі, потужність электрогенерующих установок можна буде знижувати, а при використанні блокових установок, частина їх відключати. Зниження кількості виділення теплоти, буде компенсуватися раніше накопиченою теплотою, а також використанням надлишкової електроенергії. У цьому випадку кількість необхідної теплоти буде менше, оскільки вона буде використатися для підтримки температури раніше виробленої пари й нагрітої води.

Для підвищення ефективності роботи ТЕЦ із урахуванням циклічності навантаження енергосистеми й споживання теплоти можна застосувати теплові насоси. Це дозволило б виробляти додаткову теплоту, використовуючи надлишок електроенергії в період зниження навантаження на енергосистему.

Для рішення проблеми ефективності використання енергоустановок з урахуванням циклічності наггрузка енергосистеми, що пов'язана з відсутністю потужностей, що компенсують, можна створити централізовані котельні з тепловими насосами [6]. У період надлишку електроенергії її можна споживати для виготовлення й нагромадження тепла з низкопотенциальных джерел теплоти. Використання електроенергії в такий спосіб підвищує ефективність у середньому в три-чотири разів (на 1кВт·годину електроенергії можна одержати 3-4 кВт·годину низкопотенциальной теплоти). Цикл теплових насосів, як і теплофікаційний цикл, дає можливість ефективно використати високопотенциальную складову теплоти згоряння палива, але з іншим принципом роботи.

У Швеції теплонасосные станції (котельні) почали будувати ще в 80-х роках. Наймогутніша з них (320 МВт) була побудована в 1986 році для теплопостачання Стокгольма. Джерело низкопотенциальной теплоти - морська вода [6]. В Англії створений дослідницький зразок парокомпрессионного теплового насоса із приводом від двигуна внутрішнього згоряння для утилізації теплоти стічних вод [7]. При споживанні 1кВт·година теплоти згоряння природного газу ця теплонасосная установка дає до 1.5 кВт·година низкопотенциальной теплоти.

Ще один спосіб ефективного використання високопотенцийноїй складової теплоти згоряння палива - це паливні елементи. Така технологія дозволяє одержувати із природного газу електроенергію й теплоту з високим к.п.буд. При цьому відпадає необхідність у складному встаткуванні, значно зменшується кількість шкідливих викидів. Малі габарити генерующих потужностей дозволяють розміщати їх у будь-якім місці в безпосередній близькості до споживачів. За цим способом одержання електроенергії й теплоти майбутнє світової енергетики. Разом з тим, сьогодні у світі вже працює 144 виробничо-експериментальних установок на паливних елементах. Фірма ONCI (США) поставляє на ринок комерційні блоки РС25АТ, ЗС25СТ електричною й тепловою потужністю 200 кВт, (ККД 40%) і 220 кВт (45%), відповідно[8].

Реалізація програми на перебудову розвитку паливно-енергетичного комплексу буде мати значний вплив на економіку країни й дасть поштовх розвитку виробництва. Адже мова йде про створення продукції й економії палива на десятки мільярдів гривень. Варто також пам'ятати про значне зниження техногенного впливу на навколишнє середовище за рахунок скорочення потужностей конденсаційних електростанцій. Але все це неможливе без значних інвестицій. Для реалізації запропонованої програми засобу можна одержати від західних інвесторів, але варто використати й власні резерви.

Одним зі шляхів інвестування - залучення засобів населення. Сьогодні ці засоби дуже важко залучати через нестабільність гривні й недовіри населення до банок, які не дають достатніх гарантій своїм вкладникам. Створення випереджальної системи оплати за комунальні послуги з наступним зниженням вартості цих послуг або виплатою відповідних дивидентов дасть можливість задіяти значні засоби населення. У цьому випадку вкладники будуть мати повну гарантію того, що їхнього засобу не пропадуть і не знеціняться внаслідок інфляції.

Інший шлях інвестування - це зниження вартості розробки проектів і їхньої реалізації. Цього можна досягти за рахунок об'єднання для загальної діяльності різних зацікавлених підприємств - проектно-конструкторських інститутів, будівельних організацій, виробників оснащення й апаратури й ін. Об'єднання їхніх ресурсів, використання внутрішніх резервів дозволило б значно знизити витрати на виготовлення встаткування й реконструкцію енергетики з метою широкого використання високопотенциальной частини теплоти згоряння палива. Зниження витрат можна досягти також за рахунок пільгового оподатковування й оплати роботи з мінімуму з доплатою акціями на власність виробництва, що створюється, тобто право на частину майбутніх прибутків. Важливо дати початковий поштовх реалізації цієї програми, що надалі буде розвертатися й самоинвестирываться за рахунок економії засобу, які сьогодні витрачаються на імпорт енергоносіїв.

Величезні можливості енергозбереження за рахунок використання высокопотенциальной складової теплоти згоряння палива й багатоваріантність його технічного забезпечення повинні бути закладені в основу стратегічного напрямку розвитку паливно-енергетичного комплексу України й перетворитися в базову галузь економіки на найближче майбутнє. Сьогодні це не просто рішення технічної проблеми, але й рішення економічних і політичних питань. Реалізація запропонованого проекту такого масштабу дасть поштовх відновленню виробництва, створенню великої кількості робочих місць, буде сприяти значному поліпшенню екології, оздоровленню нашої економіки.

Додаткова література:

1. Ковалко М.П., Денисюк С. П. Энергосбережение приоритетное направление государственной политики Украины. - К.: Украинские энциклопедические знания, 1998. - 511с.

2. Лихошва Ю.В. Энергосбережение в жилищно-коммунальном хозяйстве - приоритетное направление деятельности// Конгресс по энергоресурсозбережению. - Киев, 3-6 июня 1997г.- с.25-39

3. Долинский А.А., Фиалко Н.М. Некоторые пути энергосбережения в жилищно-коммунальном хозяйстве. // Конгресс по энергоресурсозбережению. - Киев, 3-6 июня 1997г.- с.78-84

4. Дамаскин Б.С. Как снизить затраты на отопление жилья// Конгресс по энергоресурсозбережению. - Киев, 3-6 июня 1997г.- с.70

5. Дударєв С.И. Создание технологической базы для внедрения ресурсозберегающих технологий в теплоэнергетике// Конгресс по энергоресурсозбережению. - Киев, 3-6 июня 1997г.- с.63-66

6. Янтовский Э.И., Левин Л.А. Промышленные тепловые насосы. - Г.:Энергоатомиздат, 1989. - 128 с.

7. Kew P.A. Heat Pumps for the Production of Processes Steam.// Engineer, May 1982/.

8. Donald S. Cameron. The Fifth Crove Fuel Cell Sympossium/ Platinum Metals Re., 1997 - Vol.41, № 4. р. 171-175

Автономне енергопостачання на прикладі газопоршневі Міні-ТЕЦ

При всім різноманітті способів виробництва електричної й теплової енергії усе більше широке використання індивідуальних установок показує ріст тенденції відходу від традиційної централізованої системи енергопостачання.

Причин отут трохи: ріст цін на енергоносії від централізованих джерел; значна частина основних фондів енергетики допрацьовує проектний ресурс; відсутність необхідних інвестицій у будівництво нових великих електростанцій; необхідність зниження техногенного навантаження на навколишнє середовище й ін.

Таким чином, у найближчі роки очікується істотна переорієнтація на децентралізовану модель енергопостачання на основі використання автономних енергоустановок, таких як газопоршневые міні-теплоелектростанції (Міні-ТЕЦ).

Такі установки окупають себе протягом 3-5 років. А автономність Міні-ТЕЦ, що роблять електроенергію й тепло на місці споживання, дає гарантію від перебоїв або аварійних відключень, які неминучі через зношеність електричних і теплових мереж. Термін служби самих двигунів - до 200 000 моточасов, або 25 років, при експлуатації по 8 000 годин у рік робить Міні-ТЕЦ надежнейшим джерелом безперебійного енергозабезпечення.

Чому газопоршневые Міні-ТЕЦ, а не газотурбінні?

По-перше, високий електричний ККД.

Найвищий електричний ККД - до 30 % у газової турбіни, і близько 40 % у газопоршневого двигуна досягається при роботі під 100%-ний навантаженням (Рис. 3.2.2.1). При зниженні навантаження до 50%, електричний ККД газової турбіни знижується майже в 3 рази. Для газопоршневого двигуна така ж зміна режиму навантаження практично не впливає як на загальний, так і на електричний ККД.

Pиc. 3.2.2.1. Графіки залежності ККД від навантаження:
газопоршневий двигун	газова турбіна

Графіки наочно показують - газові двигуни мають високий електричний ККД, що практично не змінюється в діапазоні навантаження 50 - 100 %.

По-друге, умови розміщення.

Номінальний вихід потужності, як газопоршневого двигуна, так і газової турбіни залежить від висоти площадки над рівнем моря й температури навколишнього повітря.

На графіку (рис. 3.2.2.2) видно, що при підвищенні температури від - 30°С до +30°С електричний ККД у газової турбіни падає на 15-20 %. При температурах вище +30°С, ККД газової турбіни - ще нижче. На відміну від газової турбіни газопоршневой двигун має більше високий і постійному електричний ККД у всьому інтервалі температур і постійний ККД, аж до +25°С.

Рис. 3.2.2.2. Графік залежності електричного ККД газової турбіни від температури навколишнього повітря

По-третє, умови роботи.

Кількість пусків: газопоршневой двигун може запускатися й зупинятися необмежене число раз, що не впливає на загальний моторесурс двигуна. 100 пусків газової турбіни зменшують її ресурс на 500 годин.

Час запуску: час до прийняття навантаження після старту становить у газової турбіни 15-17 хвилин, у газопоршневого двигуна 2-3 хвилини.

По-четверте, проектний термін служби, інтервали техобслуговування.

Ресурс до капітального ремонту становить у газової турбіни 20 000 - 30 000 робочих годин, у газопоршневого двигуна Jenbacher цей показник дорівнює 60000 робочих годин (табл. 3.2.2.1). Вартість капітального ремонту газової турбіни з урахуванням витрат на запчастини й матеріали значно вище.

Таблиця 3.2.2.1. Інтервали техобслуговування

Ремонтні роботи, інтервал (годинники)	Газопоршневой двигун	Турбіни, авіаційні й малі промислові	Турбіни, промислові
Ремонт камери згоряння	-	5 000	10 000
Середній ремонт	Ремонт головок циліндрів	Ремонт турбіни й камера згоряння
	30 000	10 000	15 000
Повний капітальний ремонт	60 000	20 000	30 000

По-п'яте, відносно низькі капіталовкладення.

Як показують розрахунки, питоме капіталовкладення (USD/кВт) у виробництво електричної й теплової енергії газопоршневыми двигунами нижче. Це перевага газопоршневых двигунів незаперечно для потужностей до 30 МВт. ТЕЦ потужністю 10 МВт на основі газопоршневых двигунів вимагає вкладень близько 7,5 мільйонів $, при використанні газової турбіни витрати зростають до 9,5 мільйонів $ (рис. 3.2.2.3)

Рис. 3.2.2.3. Розміри капітальних вкладень у ТЕЦ із різними силовими агрегатами.

У чому економія?

У Росії в цей час 80 % електроенергії виробляється на парових турбінах (без обліку гідроелектростанцій). Рівень ККД при використанні енергоносія на таких ТЕЦ досягає лише 50...65%. Тому для одержання того самого кількості корисної енергії на ТЕЦ із паровими турбінами необхідно затратити майже в 2 рази більше енергоносія, чим при одержанні тієї ж кількості енергії на газопоршневых ТЕЦ, ККД якої досягає 90% (рис. 3.2.2.4).

Рис. 3.2.2.4. Витрата газу різними установками при виробництві того самого кількості енергії (електричної й тепловий).

Переваги перед дизельними двигунами.

Основна перевага газопоршневых двигунів перед дизельними - більше дешеве паливо. Значна різниця в ціні відбита в діаграмі на рис. 3.2.2.5. Навіть при використанні як резервне паливо газової суміші пропан-бутан, вартість одиниці електричної енергії, зробленої на газопоршневой установці, в 1,3 рази менше, ніж на дизельній (рис. 3.2.2.6):

Інша важлива перевага перед дизельними установками - екологічна безпека, наприклад, рівень викидів NOx в 3 рази менше (рис. 3.2.2.7):

Міні-ТЕЦ Jenbacher

Jenbacher AG є провідним світовим виробником когенераторных енергоустановок (Міні-ТЕЦ). Більше чотирьох десятиліть фірма розробляє й робить енергоустановки на базі газових двигунів. За цей період часу більше 40000 Міні-ТЕЦ були встановлені по усьому світі. Тільки в одній Європі Jenbacher AG установила найбільшу кількість енергоустановок. У Росії вже діє більше 20 енергоустановок.

Міні-ТЕЦ призначені для виробництва власної електричної й теплової енергії. У програмі виробництва Jenbacher Міні-ТЕЦ електричною потужністю від 299 до 2734 кВт і тепловою потужністю від 206 до 2859 кВт.

Паливом для Міні-ТЕЦ служить як природний газ, так і гази з низькою теплотворною здатністю, малим змістом метану й низкою ступенем детонації (пиролизный, деревний, коксовий газ, газ стічних вод, биогаз і т.д.) або гази з високою теплотворною здатністю - смолоскиповий, пропан, бутан.

Міні-ТЕЦ складається з моноблока двигун - генератор з теплообмінниками, у яких утилізується теплова енергія (рис. 3.2.2.8).

Напруга генератора 400, 6300 або 10500 вольт вибирає замовник, виходячи з вимог до Міні-ТЕЦ. Для утилізації тепла передбачено чотири контури: теплообмінник охолоджувача суміші, масляний теплообмінник, теплообмінник водяної сорочки двигуна й теплообмінник вихлопних газів. Теплова енергія, одержувана при охолодженні газопоршневого двигуна, може бути безпосередньо використана для потреб опалення або гарячого водопостачання.

У програмі виробництва фірми Jenbacher AG є й контейнерні варіанти виконання Міні-ТЕЦ для двигунів 200 і 300 серії. У цьому випадку замовникові поставляється стандартний 40 футовий контейнер, для якого не потрібне будівництво спеціального будинку, а час пуску в експлуатацію дорівнює часу його підключення до відповідних магістралей.

Все встаткування Jenbacher має Сертифікати ГОСТ-Р і дозволено Госгортехнадзором до застосування на території Російської Федерації, а також Сертифікат відповідності України й Дозвіл Госнадзорохрантруда України.

Область застосування Міні-ТЕЦ Jenbacher дуже велика. Скрізь, де необхідна електрична або електрична й теплова енергії, і є газ, придатний для використання у двигунах Jenbacher, Міні-ТЕЦ можуть працювати й робити електричну й теплову енергію. Залежно від конкретного проекту, Міні-ТЕЦ "Jenbacher" забезпечують кінцевого споживача в острівному режимі або разом із централізованими системами енергопостачання й опалення, тобто Міні-ТЕЦ можуть служити в якості, основного, додаткового або резервного джерела тепла й електроенергії.

Широкий спектр використовуваного газу (природний, пропан, смолоскиповий, стічних вод, биогаз, сміттєвих смітників, коксовий, попутний, пиролизный, деревний, хімічної промисловості) робить актуальним застосування Міні-ТЕЦ: у нефте-, газо-, вуглевидобувних компаніях; на нафтопереробних і нафтохімічних заводах; у металургійній промисловості; на тваринницьких комплексах; на сміттєвих смітниках; на водоочистных спорудженнях і т.д.

Безперебійне енергопостачання є обов'язковою умовою роботи відповідальних споживачів: вузлів зв'язку, лікарень, адміністративних будинків, диспетчерських пунктів, банків, страхових компаній, митних терміналів, систем життєзабезпечення й ін.

Оптимальною схемою експлуатації Міні-ТЕЦ Jenbacher можна назвати таку, де поряд з електроенергією споживач використає, тобто утилізує й теплову енергію, підвищуючи тим самим загальний ККД установки. Економічно доцільним, у цьому зв'язку, є застосування Міні-ТЕЦ на підприємствах, що мають технологічну потребу в тепловій енергії цілий рік, наприклад, на підприємствах легкої, харчової промисловості або побутового обслуговування, де тепло може бути використане як для підігріву живильної води для парових казанів, так і безпосередньо в технологічному процесі. Можливі й інші способи утилізації тепла:

• при роботі абсорбційних холодильних машин, що роблять холод для кондиціювання й технологічних потреб;

• для нагрівання осаду (біомаси) стічних вод, відходів тваринницьких ферм і птахофабрик, що прискорює виробництво биогаза; при цьому сам биогаз може бути паливом для самих енергоустановок;

• для підігріву природного газу на газових станціях, що редукують, - ГРС (після різкого зниження тиску газ сильно прохолоджується);

• у процесах технологічного сушіння або теплової обробки (наприклад, кераміки, деревини й т.п.). При цьому теплоносієм є вихлопні гази з температурою близько 500 °C.

Для опалення будинків і споруджень широко розповсюдженої у світі є схема, коли 50%-70% щорічних теплових потреб споживача забезпечує Міні-ТЕЦ, а інші 30%-50% дають пікові водогрійні казани (рис. 3.2).

Рис. 3.2.2.9 Схема Міні-ТЕЦ із використанням 2-х модулів "Jenbacher"

Близько 6% свого річного оберту, що значно вище среднеотраслевых показників, Jenbacher AG інвестує в науково-технічні дослідження й розробки. Власні запатентовані технології "ноу-хау" забезпечують значний відрив від конкурентів і дозволяють фірмі Jenbacher AG бути світовим лідером на ринку газопоршневых двигунів.

У першу чергу, у використанні як паливо газів сміттєвих смітників, газів стічних вод, биогазов, попутних нафтових газів, газів хімічної індустрії й ін. Фахівці фірми Jenbacher розробили й запатентували систему LEANOX, що дозволяє істотно зменшити викиди С, NO_х і SO₂. Завдяки цій системі, декларований рівень викидів установок Jenbacher AG забезпечується не тільки на номінальному режимі, як у більшості аналогів, але й при зниженні їхньої потужності до 50%.

Фирма Jenbacher AG поставляє не просто газові мотори, а повністю укомплектовану теплоелектростанцію з дуже високим рівнем автоматизації, що практично не вимагає контролю чергового персоналу. Система керування енергоустановками Dia-ne і програмне забезпечення - також власний продукт фірми. Вона забезпечує координацію найважливіших параметрів роботи Міні-ТЕЦ, таких як: число обертів, потужність, состав паливної суміші, контроль процесу згоряння, веде безперервний моніторинг стану всіх систем енергоустановки й проводить аналіз їхніх змін. Наприклад, на підставі аналізу даних про вироблену й споживану електричну потужність, система керування запускає або зупиняє двигун, управляє силовими вимикачами генераторів, а також процесом синхронізації генераторів. Крім того, система керування модулями зв'язана через модем із заводом-виготовлювачем. Це дає можливість, серед іншого, швидко реагувати на зміну технічних параметрів у процесі експлуатації й виключати позаштатні ситуації.

Застосування декількох модулів гарантує безперебійне забезпечення електроенергією, а система "Контроль-майстер-контроль", ноу-хау фірми Jenbacher AG, автоматично підтримує погоджену роботу до 5 модулів. Вона стежить за однаковим наробітком моточасов, інтервалами технічного обслуговування, реагують на зміну силового навантаження "провідного" модуля - запускаючи наступний модуль, що уже через 3 хвилини здатний виробляти 100 % потужності. При цьому кожна окрема енергоустановка може гнучко працювати в широкому діапазоні (15…100%) своєї потужності. Міні-ТЕЦ Jenbacher виготовляють під замовлення й оснащуються высокотехнологичным устаткуванням і системами власного виробництва. Причому, у кожному конкретному випадку - це особливе технічне рішення.

У процесі експлуатації висока якість устаткування підтримується відповідним сервісним обслуговуванням і плановим ремонтом. У технічній документації, надаваної замовникові російською мовою, докладно описані порядок і регламент всіх видів робіт. Необхідні запасні частини й прилади поставляє фірма Jenbacher. Моторне масло, рекомендоване заводом-виготовлювачем, роблять ряд відомих фірм, представлених на російському ринку. Для навчання обслуговуючого персоналу пропонується навчальний семінар на фірмі Jenbacher або безпосередньо в замовника.

У цей час формується сервісна служба Jenbacher і організується склад запасних частин для оперативного обслуговування діючих у Росії енергоустановок. Сумарна вартість витрат на ремонт і сервісне обслуговування за 10 років експлуатації енергоустановки становить близько 70% первісної вартості (ex works) установки. Для порівняння, ця ж вартість для газотурбінних установок уже після першого року експлуатації становить близько 60 % первісної вартості.

Виводи:

Міні-ТЕЦ на основі газопоршневых двигунів являють собою сучасне высокотехнологичное й енергозберігаюче встаткування, найбільш прийнятне, з позицій "вартість-ефективність-вартість", рішення енергозабезпечення будь-якого об'єкта з электропотреблением у діапазоні потужностей до 30 МВт.

Такі Міні-ТЕЦ здатні забезпечити безперебійне енергопостачання об'єктів як за рахунок наявності резервних видів палив (пропан-бутан, зріджений природний газ та ін.), так і за рахунок можливості роботи разом із загальними електричними мережами.

Підтвердженням високої якості Міні-ТЕЦ Jenbacher тому служать високі показники надійності, ресурсу, автоматизації, экологичности й економічності. Це забезпечується широким впровадженням у виробничий процес і конструкцію двигунів передових європейських технологій, більшим обсягом власних науково-технічних розробок і підтверджується наявністю сертифікатів якості ISO 9001.