Когенерация

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат на тему: «Когенерация».

Содержание:

1. Общие понятия о когенерации

2. Мини-тэц

3. Стоимость услуг компаний "большой" энергетики

4. Потери в электрических и тепловых распределительных сетях

5. Аварийность и воровство в электрических и тепловых сетях

6. Перекрестное субсидирование

7. Экономические выгоды в масштабе страны

8. Качество электроэнергии (факты о требовательности оборудования к качеству электроэнергии)

9. Экологические выгоды

10. Примеры промышленных предприятий, рассматривающих вариант строительства собственной электростанции

11.Выгоды использования тепла мини-ТЭЦ

12. Техническая реализация мини-ТЭЦ

Список литературы

1. Общие понятия о когенерации

Когенерация [cogeneration, CHP] - комбинированное производство электрической и тепловой энергии.

Когенерация есть термодинамическое производство двух или более форм полезной энергии из единственного первичного источника энергии.

Таблица 1

Раздельное производство электроэнергии и тепла
Когенерация

Основной принцип когенерации: стремление к максимальному использованию энергии первичного топлива (например, использование тепловой энергии, которая раньше сбрасывалась в атмосферу). Общий КПД энергетической станции в режиме когенерации составляет 80-95%.

Малая энергетика [on-site power] - производство энергии (электростанции и котельные мощностью до 30 МВт) непосредственно в месте ее потребления.

Формально, термин "малая энергетика" означает лишь объекты генерации энергии относительно малой мощности (до 10 МВт или 30 МВт или 50 МВт или 100 МВт - разные мнения).

Все же мы считаем "малую энергетику" гораздо более емким и сложным понятием. Основные признаки "малой энергетики"

o малые энергетические станции строятся непосредственно возле потребителя и обслуживают четко определенный район (самого потребителя и прилежащие территории)

o малые энергетические станции находятся в частной или акционерной собственности, но не принадлежат энергетической монополии (например, РАО "ЕЭС России")

К энергетическим станциям мощностью более 30 МВт очень сложно применить определение "малая" (поэтому к станциям, которые удовлетворяют признакам малой энергетики, но мощностью более 30 МВт применяют термин "средняя энергетика").

Примеры малой энергетики:

1. Мини-ТЭЦ микрорайона мощностью 10 МВт, изначально построенная для энергообеспечения данного конкретного района, но продающая излишки электроэнергии на розничный рынок

2. Независимая компания, которая по договоренности с Клиентами строит за свой счет электростанцию, а потом продает энергию этому самому потребителю по согласованным тарифам в течение определенного сторонами срока. Причем таких электростанций в собственности Инвестора может быть несколько десятков

3. Парогазовая электростанция промышленного предприятия мощностью 75 МВт, построенная специально для нужд данного предприятия

Основной принцип малой энергетики: если энергию выгоднее производить, чем покупать - производи.

Таблица 2

Выработка на собственной мини-ТЭЦ (мини-электростанции с выработкой тепла)	Приобретение энергии согласно тарифам (Московская область)
Себестоимость электроэнергии*: 0,32 руб./кВт*ч	Стоимость электроэнергии (Иные прочие потребители - низкое напряжение)**: 1,9974 руб./кВт*ч
Себестоимость теплоэнергии (средневзвешенная)*: 330,24 руб./Гкал (0,28 руб./кВт*ч)	Стоимость тепловой энергии (Иные потребители - горячая вода): 734,60 руб./Гкал (0,63 руб./кВт*ч)
Истратив 16 рублей получаем
25,00 кВт*ч электрической энергии	4,01 кВт*ч электрической энергии
28,17 кВт*ч тепловой энергии	12,67 кВт*ч тепловой энергии

2. Мини-ТЭЦ

Мини-ТЭЦ (мини-теплоэлектроцентраль) - малая тепловая электростанция (до 50 МВт), вырабатывающая одновременно электрическую и тепловую энергию.

Мини-ТЭЦ - это практическое воплощение двух технологий: когенерации и малой энергетики. Мини-ТЭЦ ставится непосредственно возле потребителя и производит энергию в высокоэффективном режиме когенерации.

Технология когенерации действительно одна из ведущих в мире. Что интересно, она прекрасно сочетает такие положительные характеристики, которые недавно считались практически несовместимыми. Наиболее важными чертами следует признать высочайшую эффективность использования топлива, более чем удовлетворительные экологические параметры, а также автономность систем когенерации.

Следует заметить, что качественная реализация проекта требует наличия специфических знаний и опыта, иначе значительная часть преимуществ наверняка будет потеряна. К сожалению, в России очень мало компаний, которые действительно обладают необходимой информацией и могут грамотно реализовать подобные проекты.

Преимущества малой энергетики в режиме когенерации можно условно разделить на три группы, тесно связанные друг с другом:

Экономические выгоды в масштабе "конечного пользователя" (микрорайон, склад, автосалон, коттедж и т.д.). Часть 1

Разница между тарифами на энергию и стоимостью производства на собственной мини-ТЭЦ - это основная "ощутимая" экономическая выгода малой энергетики.

Таблица №3. Сравнение себестоимости собственной и покупной энергии.

Себестоимость энергии собственной мини-ТЭЦ (мини-электростанции с выработкой тепла)	Стоимость покупной энергии (Московская область)
Себестоимость электроэнергии*: 0,32 руб./кВтч	Иные прочие потребители (низкое напряжение)**: 1,9974 руб./кВтч
Себестоимость теплоэнергии (средневзвешенная)*: 330,24 руб./Гкал (0,28 руб./кВтч)	Иные потребители (горячая вода): 734,60 руб./Гкал (0,63 руб./кВт)

Малая энергетика и когенерация справедливо став важной частью энергетической системы, обеспечат значительные экономические выгоды в масштабе государства.

Причины величины и перспектив значительного роста тарифов на покупку энергии

Низкая эффективность генерирующего оборудования "большой" энергетики (в среднем по стране)

когенерация энергетика тепловой

Таблица №. 4 Сравнительный анализ КПД

Газопоршневая установка электрической мощностью 2 МВт с системой утилизации тепла	Раздельное производство энергии
Электрический КПД: 42,1%	Средний электрический КПД российских тепловых станций на газе: 29%
Тепловой КПД: 42,2%	Средний КПД муниципальных газовых котельных: 78%
Общий КПД: 84,3%	Общий (арифметический) КПД: (29+78)/200 = 53,5%

Вывод: в конечном счете, потери вследствие низкой эффективности генерации закладываются в тариф.

Высокий износ оборудования "большой" энергетики

В среднем, износ оборудования крупных электростанций, трансформаторных подстанций и линий электропередач составляет около 70%.

Например, в 2004 году:

Троицкая ГРЭС. Изношенность оборудования: 96%.

Характеристика: оборудование, в отношении которого нет разумных перспектив на продажу, кроме как по стоимости основных материалов, которые можно из него извлечь.

Конаковская ГРЭС. Изношенность оборудования: 89%.

Характеристика: бывшее в эксплуатации оборудование, непригодное к дальнейшему использованию.

Физический износ оборудования Кубаньэнерго в 2004 году составлял 95%

Характеристика состояния оборудования: оборудование, в отношении которого нет разумных перспектив на продажу, кроме как по стоимости основных материалов, которые можно из него извлечь.

Величина износа по ЛЭП 0,4-10 кВ и трансформаторных подстанций 10,6/0,4 кВ составляет соответственно 85% и 63% (в среднем по МРСК-1) [2005]

Невинномысская ГРЭС. Изношенность оборудования: 81%.

Характеристика: бывшее в эксплуатации оборудование, требующее капитального ремонта, такого как замена рабочих органов основных агрегатов.

Рязанская ГРЭС. Изношенность оборудования: 74%.

Характеристика: бывшее в эксплуатации оборудование, требующее капитального ремонта, такого как замена рабочих органов основных агрегатов.

Физический износ оборудования Ростовэнерго в 2004 году составлял 69%

Характеристика состояния оборудования: оборудование требует капитального ремонта, такого как замена рабочих органов основных агрегатов.

Строительство одного километра магистральной линии электропередач обходится в 1 млн. долл.

Американский эксперт по распределенной энергетике Том Кастен (Tom Casten) предсказывает, что США понадобится к 2010 году около 137 000 МВт новых мощностей. По Кастену, выполнение этих требований потребует 84 млрд. долл. для строительства новых электростанций и 220 млрд. долл. для новых средств передачи и распределения электроэнергии, то есть суммарно потребуется 304 млрд. долл. Выполнение того же требования с применением распределенной энергетики потребует 168 млрд. долл. для новых электростанций, но 0 долл. для линий электропередач.

Вывод: в тарифе учитываются и инвестиционные затраты на обновление основных средств "большой" энергетики (причем, как генерации, так и распределительных сетей).

3. Стоимость услуг компаний "большой" энергетики

Таблица №5. Тарифы на услуги по передаче электрической энергии в Москве на 2007 год

Уровень напряжения	Ставка на содержание электрических сетей	Ставка по оплате потерь	Тариф на услуги по передаче электрической энергии
Высокое	329,66	22,28	351,94
Среднее I	493,63	47,33	540,96
Среднее II	1210,08	87,50	1297,58
Низкое	1549,97	181,0	1730,97

Таблица №6. Тарифы на электрическую энергию, отпускаемую от "Читинской энергосбытовой компании"

Прочие потребители	1,07	1,30	1,50	1,70
В том числе:
Покупка электроэнергии	0,509	0,509	0,509	0,509
Услуги РАО, ФСК, НП АТС, МСК	0,169	0,169	0,169	0,169
Передача электроэнергии с учетом потерь в сети	0,327	0,557	0,757	0,957
Сбытовая надбавка	0,065	0,065	0,065	0,065

Вывод: стоимость услуг по диспетчеризации, передаче и сбыту электроэнергии составляет более 70% тарифа.

Экономические выгоды в масштабе "конечного пользователя" (микрорайон, склад, автосалон, коттедж и т.д.). Часть 2

4. Потери в электрических и тепловых распределительных сетях

Средний уровень нормативных технологических и коммерческих потерь при ее передаче по электрическим сетям составляет около 13% от общего отпуска электроэнергии в сеть. Причем на 50% объектов сетевого хозяйства фактические значения превышают нормативные.

Фактические технологические потери электроэнергии в сетях ОАО "Дагэнерго" равны 40%, из которых минимум 15% коммерческие на сумму более 360 млн. руб. (а в 1-м квартале 2006 года в Гергебильских электрических сетях технологические потери достигли 64%).

Полномочный представитель РАО "ЕЭС России" в РД Г. М. Гамзатов

Стоимость технологических потерь достигает 25-30% от общих затрат на передачу.

Еще в 1962 году Н.И.Сазонов отмечал, что передача газа по газопроводам в 10-12 раз экономичнее передачи электрической энергии по высоковольтным линиям электропередачи.

Технологические потери тепловой энергии при ее передаче по тепловым сетям составляют около 10% от общего отпуска.

Норматив технологических потерь при передаче тепловой энергии на 2008 год:

o для ООО "Ново-Рязанская ТЭЦ": 371 329 Гкал (431 855 627 кВт*ч)

o для МУП "Бакчарские коммунальные системы", с.Бакчар: 7 772,6 Гкал (9 039 533,8 кВт*ч)

Вывод: все эти потери оплачивает потребитель (то есть Мы с Вами через тарифы).

5. Аварийность и воровство в электрических и тепловых сетях

Количество аварий в электрических сетях является стабильно высоким. Например:

o Более 100 жилых домов и ряд предприятий в центральной части Астрахани были обесточены из-за действий строителей (22 января 2008)

o В результате грозы и порывистого ветра в 10 районах Брянской области произошли аварийные отключения систем электроснабжения (15 августа 2007)

o На утро 28 мая в сетях ОАО "Вологдаэнерго" без напряжения остались 419 ТП. Основной причиной отключений стало падение деревьев на линии электропередач, вызванное резкими порывами шквального ветра, сопровождавшего грозовой фронт (28 мая 2007)

Есть экзотические варианты, вроде танка, потерявшего управление и расстрела ТП из огнестрельного оружия.

Подобные факты мы собираем на страницах ресурса Электроснабжение регионов России

Таблица №7. Количество повреждений различной сложности на 100 км сетей в 2000 году (Екатеринбург):

	Повреждения	Протяженность
Отопление, ГВС	11	3 285 км
ХВС, канализация	138	4 250 км
Электроснабжение	5	1 540 км

Статья "Энергетика Екатеринбурга"

Вывод: ремонты, простои, содержание ремонтных бригад, амортизацию - все это усердно оплачивает конечный потребитель.

6. Перекрестное субсидирование

Перекрестное субсидирование - это установление тарифов ниже средних издержек для населения за счет повышения тарифов для предприятий.

Правительство пытается решить проблему, заменив перекрестное субсидирование государственными субсидиями. Однако определенности в решении этого вопроса в ближайшем будущем нет.

Дело в том, что государственные субсидии ("цена" вопроса равна 100 млрд. рублей) с течением времени должны уменьшаться за счет более быстрого роста тарифов для населения. В конечном счете, тарифы для населения стали бы в 2-2,5 раза выше промышленных тарифов, как это встречается в мировой практике. А на самом деле, предельный рост тарифов, в социальных целях, невелик и примерно равен инфляции. В этих условиях ликвидация перекрестного субсидирования откладывается на неопределенное время.

Более того, хотя ликвидация перекрестного субсидирования активно обсуждалась, реально процесс еще не начат:

o тарифы для населения не повышаются из-за социально-политических соображений

o бюджетные субсидии не выделены по неизвестным нам причинам

Вывод: вся тяжесть перекрестного субсидирования ложится на предприятия. При уменьшении количества предприятий в централизованной энергетической системе, финансовая нагрузка перераспределяется на остальных.

7. Экономические выгоды в масштабе страны

1 Строительство электростанции около потребителя позволяет создавать эффективную в масштабе района / страны энергетическую структуру и быстро вводить мощности там, где они необходимы

Отсутствие протяженных сетей минимизирует потери энергии в процессе передачи

Современное энергетическое оборудование обеспечивает КПД малой электростанции на уровне КПД крупной ТЭЦ

Проекты малой энергетики требуют существенно меньше времени и инвестиций, чем крупные электростанции. Это позволяет выиграть драгоценное время как на строительстве электростанции, так и на поиске / согласовании инвестиционного плана

С развитием рынков электроэнергии возможно создание Единой Энергетической Системы с миллионами генераторов, каждый из которых может продавать излишки электроэнергии в Сеть

2. Комбинированное производство электроэнергии и тепла позволит увеличить эффективность использования первичного топлива (и сделать нашу экономику эффективной с позиции производства энергии). В частности, столь значительное увеличение КПД в масштабе страны кардинально снижает потребление природного газа, что обеспечивает следующие преимущества:

o больше газа пойдет на экспорт

o меньше требования к газовой инфраструктуре

o запасов природного газа хватит еще нескольким поколениям россиян

3. Эффективное использование энергии (энергосбережение) позволит уменьшить долю энергии в себестоимости продукта

В России доля энергии в себестоимости продукта колеблется от 10% до 70%, что в 5-10 раз выше мирового уровня.

В себестоимости продукции химической промышленности на энергию приходится порядка 70%. В металлургии - до 27%.

Темпы роста тарифов на энергию превышают темпы роста цен на продукцию большинства отраслей хозяйства. Это явилось одной из важнейших причин увеличения удельного веса затрат на энергию в себестоимости продукции. Как показал проведенный анализ деятельности ряда предприятий машиностроительного комплекса, доля затрат на электрическую и тепловую энергию в себестоимости продукции выросла с 1-2% в 1990 году до 16-20% в 1999 году.

4. Когенерация как использование сбросного тепла уменьшает экологическую нагрузку любого энергетического оборудования в среднем в два раза.

Итого:

1) Эффективное производство + конкуренция производителей = выгодные тарифы

2) Эффективное потребление = меньшая доля энергии в себестоимости

3) Уменьшение мощности энергетических станций = быстрый и недорогой ввод энергетических мощностей там, где они необходимы в данный момент

4) Увеличение чистоты выхлопа = здоровье населения страны + возможность продажи квот выбросов парниковых газов

5. Выгоды в увеличении надежности энергоснабжения

Надежность снабжения электрической и тепловой энергией… Мы начинаем ценить ее только тогда, когда теряем.

25 мая 2005 года: авария на подстанции "Чагино", после которой по европейской части России прокатились веерные отключения. Напомню лишь некоторые последствия этого события:

o В результате многочисленных аварий на подстанциях отключилось электричество в большей части районов столицы России. На юге Москвы - в районе Капотни, Марьино, Бирюлево, Чертаново около 11:00 выключилось электричество. На Ленинском проспекте, Рязанском шоссе, шоссе Энтузиастов и в районе Ордынки также не было электричества. Без электроэнергии остались Орехово-Борисово, Люберцы, Новые Черемушки, Жулебино, Братеево, Перово, Люблино...

o Отключилось электричество в 25 городах Подмосковья, в Подольске, в Тульской области, Калужской области. Без электричества остались жилые дома и промышленные объекты. На некоторых особо опасных производствах произошли аварии.

o Не работали системы кондиционирования, отключилось электричество в больницах и моргах. Встал городской транспорт. На улицах выключились светофоры - на дорогах образовались пробки. В ряде районов Москвы жители остались без воды. На насосные станции не подавалось электричество, соответственно, подача воды остановилась. В городе закрылись ларьки и магазины, так как даже в супермаркетах "тают" холодильники.

o Прямые потери Петелинской птицефабрики 14 430 000 руб. (422 000 евро) - погибло 278,5 тыс. голов птицы.

o Завод URSA едва не лишился основного оборудования - стекловаренной печи. Однако производственные и финансовые потери все-таки были: завод недовыпустил 263 тонны стекловолокна. Простой производства составил 53 часа, убытки от которого превысили 150 тысяч евро.

Авария 25 мая 2005 года одна из самых крупных в современной истории России. К сожалению, более мелкие аварии происходят ежедневно, и одна из этих аварий может затронуть именно Вас.

Рынок в своей оценке перспектив бизнеса обращает пристальное внимание на энергозависимость. Проблемы с электроснабжением в компании "eBay", занимающейся организацией интернет-аукционов, в одночасье уменьшили её рыночную капитализацию на 20%.

Когда у Вас собственная электростанция. Вы сами контролируете свою энергетическую безопасность и можете оперативно отреагировать на сбои.

Естественно, что высокая надежность достигается грамотной реализацией и сопровождением проекта мини-ТЭЦ.

8. Качество электроэнергии (факты о требовательности оборудования к качеству электроэнергии)

Качество электроэнергии становятся критичными для банков, телекоммуникационных или промышленных компаний. Скачок или сбой напряжения могут повлечь сегодня не просто остановку или порчу машины, но и потерю информации, восстановление которой иногда несравнимо сложнее ремонта оборудования.

По имеющимся оценкам, проблемы качества электроэнергии обходятся промышленности и в целом деловому сообществу Европейского Союза (EC) около 10 млрд. евро в год.

Экономическими последствиями гармонических искажений являются более короткие сроки эксплуатации оборудования (трансформатор служит не 30, а 7 лет), снижение энергоэффективности, а также тенденция к необоснованным аварийным отключениям.

Производство бумаги, к примеру, является непрерывным процессом, требующим точного контроля скорости вращения сотен валов в устройстве длиной свыше 500 м. Любой сбой в подаче электроэнергии, даже снижение напряжения, приведет к потере синхронизации и остановке процесса. Вся частично обработанная бумага и целлюлозная масса должны быть удалены из оборудования и прилегающей зоны перед новым запуском. На это может уйти несколько часов. Кроме потерь в объемах производства, бесполезной траты сырья и рабочей силы, очень важным является неспособность выполнить обязательства перед потребителями.

Таблица №8. Потери от провалов напряжения для предприятий ЕС

Отрасль промышленности	Типичные финансовые потери за событие
Производство полупроводников	3 800 000 евро
Финансы	6 000 000 евро/ч
Компьютерный центр	750 000 евро
Телекоммуникации	30 000 евро/мин.
Производство стали	350 000 евро
Производство стекла	250 000 евро

Производство полупроводников особенно чувствительно, т. к. для производства пластин для микрокомпонентов необходимо около двух дюжин производственных этапов, которые должны быть осуществлены в течение нескольких дней. Если пластина портится ближе к концу процесса, вся ценность выполненной работы теряется.

Сооружения подобно информационным центрам требуют "6 девяток" или 99,9999% вероятности бесперебойной подачи электроэнергии. Распределительные электросети обеспечивают только 4 девятки или 99,99% вероятности - недостаточная вероятность для компании, которая теряет миллион долларов в минуту при сбоях электропитания. Малая энергетика (резерв в виде дизель-генератора или Сети) может гарантировать широко известные "6 девяток" надежности электроснабжения цифровым системам, также как обеспечить охлаждение высокотехнологичного оборудования.

3. В разрезе борьбы с международным терроризмом: множество малых станций существенно менее уязвимы для террористических атак, чем одна крупная электростанция…

9. Экологические выгоды

1. Производство энергии - главный источник загрязнения.

Когенерация, используя первичное топливо в два-три раза эффективней традиционной энергетики, снижает выбросы загрязняющих веществ (оксида азота, двуокиси серы и летучих органических соединений) в 2-3 раза, в зависимости от конкретного случая.

В настоящее время, электростанции ответственны за 2/3 суммарных национальных выбросов двуокиси серы (SO₂), 1/4 окиси азота (NO_x), 1/3 ртути (Hg) и 1/3 выбросов двуокиси углерода (CO₂), основного парникового газа. Эмиссии способствуют усугублению серьезных экологических проблем, включая глобальное изменение климата, кислотные дожди, смог, загрязнение водных артерий и эутрофикации важнейших водоемов (процесса, при котором образуется переизбыток питательных веществ, что приводит к быстрому росту водных растений и подавлению других форм жизни, а также избыточному образованию ила). Те же самые эмиссии вносят свою лепту в многочисленные проблемы со здоровьем, такие как хронический бронхит и обострение астмы, особенно у детей.

2. Штрафы за сжигание попутного газа

Ростехнадзор предлагает увеличить существующую плату за сжигание попутного нефтяного газа (ПНГ) в 164 раза. Ведомство предлагает ввести плату в размере 3495 рублей за тонну продуктов сжигания (13.11.2007).

В настоящее время в России ежегодно сжигается от 20 до 30 млрд куб м ПНГ, из этих объемов для переработки на газоперерабатывающие заводы поставляется лишь 11-12 млрд куб м. Это приводит не только к потерям ценного сырья, но и к увеличению выбросов вредных веществ в атмосферу. Выбросы твердых загрязняющих веществ на факельных установках составляет 12% от общего объема выбросов в России.

Ростехнадзор считает, что сжигание в стране ПНГ в больших объемах связано с низкими нормативами платы за негативное воздействие на окружающую среду.

Министерство природных ресурсов разработало программу, которая предполагает поэтапное решение проблемы НПГ. В соответствии с ней к 2011-му году уровень переработки НПГ должен достичь 95%.

Одним из эффективных способов утилизации попутного газа является его использование в качестве топлива в установках, обеспечивающих энергоснабжение промыслов и населенных пунктов, находящихся недалеко от месторождений.

3. Свалки больших городов и очистные сооружения городской канализации при утилизации метана в малых и средних системах когенерации дадут не только дополнительную электроэнергию городу, но и примерно в 20 раз уменьшат загрязнение атмосферы по сравнению с его сжиганием.

4. Торговля квотами при Киотском протоколе

Киотский протокол - международное соглашение о способах снижения общемировых выбросов парниковых газов о ( ПГ ) в атмосферу Земли к 2008 году на 5% от уровня 1990 года. Сегодняшняя ситуация характеризуется тем, что страны с развитой рыночной экономикой превышают установленный для них уровень выбросов парниковых газов, а страны с переходной экономикой и развивающиеся страны оказались ниже установленного для них уровня. Различия между уровнями выбросов и обязательствами для различных стран были переведены в плоскость рыночных отношений.

Киотский протокол предусматривает определенные финансовые механизмы, позволяющие привлечь дополнительные денежные средства субъектам хозяйственной деятельности, реализующим проекты, прямо или косвенно приводящие к снижению выбросов парниковых газов.

Проще говоря, если Вы строите "чистую" электростанцию, то полученное снижение выбросов парниковых газов можно продать.

5. Снятие многих экологических ограничений на строительство объекта

Представим ситуацию, что нужно построить дом отдыха в месте, где красота высоких гор сочетается с завораживающим видом субтропического леса. Этот объект нужно обеспечить теплом и электроэнергией. Можно рассмотреть два варианта:

1) Энергоснабжение от местной монополии

Для этого нужно тащить электрические и тепловые сети большого диаметра. Сделать не получится, так как мероприятие уничтожит всю привлекательность места, загубив пейзаж.

2) Энергоснабжение от собственных источников

Этот вариант вполне осуществим, но нужно выполнение ряда условий:

во-первых, местная мини-ТЭЦ не должна портить пейзаж (высоченной дымовой трубой в частности);

во-вторых, выхлоп мини-ТЭЦ должен быть очень чистым, а шум минимальным

Проектные решения и соответствующая комплектация оборудования вполне способны решить эти проблемы.

Промышленные предприятия в нашей стране сталкиваются с двумя основными проблемами энергоснабжения:

10. Примеры промышленных предприятий, рассматривающих вариант строительства собственной электростанции

Примеры промышленных предприятий, рассматривающих вариант строительства собственной электростанции:

o Предприятие упаковки организовала собственную мини-ТЭЦ (ГПУ и водогрейные котлы в контейнерах), которая до получения лимитов природного газа, работала на сжиженном газе. После знакового события получения магистрального природного газа, мини-ТЭЦ перешла на него.

Причина строительства: высокая стоимость технологического присоединения.

o Промышленное предприятие хочет расширять свою деятельность. Запрашивает мощность для электроснабжения нового цеха, а ему выставляют такие цифры… В общем, строим мини-ТЭЦ, господа!

o Огромный технопарк. Суммарная мощность около 60 МВт. Экономия на тарифах и стоимости присоединения крайне внушительна.

o Цементный завод с мощностью 65 МВт. Вариант энергоснабжения ввиду затруднений в получении лимитов природного газа - электростанция комбинированного цикла с интегрированной азификацией угля.

o Предприятие лесопромышленного комплекса - огромное количество отходов деревообработки. Вариант: газификация древесных отходов с целью получения генераторного газа, используемого для выработки электрической и тепловой энергии.

o Например, представитель одного промышленного предприятия в Нижегородской области рассказывал мне, что в 2008 году они попали под категорию "Прочие". Тариф на электрическую энергию - 3,8 руб./кВт*ч без НДС…

Мини-ТЭЦ для промышленных предприятий

11. Выгоды использования тепла мини-ТЭЦ

Многие производственные процессы требуют наличия тепла. Они классифицируются по уровню температуры используемого теплоносителя:

Низкотемпературные процессы (ниже 100°C). Практикуются в сельском хозяйстве, для отопления или кондиционирования определенной территории, горячего водоснабжения.

Процессы средних температур (100-300°C), например процессы в бумажной и целлюлозной промышленности, на сахарных фабриках, в определенных химических производствах и т.д. В этих процессах тепло обычно поставляется в виде пара.

Высокотемпературные процессы (300-700°C), например некоторые химические производства.

Процессы очень высокой температуры (выше 700°C), например на цементных фабриках, в первичной металлургической промышленности, в производстве стекла.

Значительный потенциал для когенерации имеется в следующих областях промышленности:

o пищевой;

o текстильной;

o медицинская

o оборонно-промышленный комплекс

o деревообрабатывающей;

o целлюлозно-бумажной;

o химической;

o нефтеперерабатывающей;

o в производстве строительных материалов (особенно цемента);

o в первичной металлургии.

Таблица №9. Перечень производств с высоким использованием низкопотенциального тепла (от мини-ТЭЦ)

№ п/п	Продукт	Процент используемого тепла менее 155°С, %
1	Колбасы и мясные полуфабрикаты	97,6
2	Сыр	100
3	Сгущенное молоко	66,4
4	Фанера	100
5	Деревянная мебель	100
6	Синтетический каучук	100
7	Синтетическое волокно	100
8	Выделка синтетического волокна	68,8
9	Выделка хлопчатобумажного волокна	43,7
10	Бетонные блоки	34,7

В следующих областях потенциал также довольно велик (хотя и несколько меньше предыдущего):

o стекольной;

o керамической;

o лесной.

Первое, что необходимо оценивать при выборе когенерационной системы для специфического использования - это электрическая и тепловая нагрузка, отношение (электроэнергия / тепло) и количество рабочих часов в год. Большинство областей промышленности со значительным потенциалом для когенерации имеют определенные процессы, в которых производится или выбрасывается тепло в таком количестве и такого качества (температуры), что вполне можно утилизировать это тепло для повторного использования. С другой стороны, в некоторых промышленных процессах (таких как каталитический крекинг в нефтепереработке) имеются газы (побочный продукт), которые могут использоваться непосредственно в системе когенерации. Целлюлозно-бумажная промышленность рождает большие количества энергоемких отходов (отходы производства, кора, опилки и материалы, не использующиеся в процессе), которые могут быть использованы в качестве топлива для когенерационных систем. Особенный интерес вызывает применение когенерации в промышленных зонах и парках. Совокупная электрическая и тепловая нагрузка всех производств много больше, чем у каждого в отдельности. Кроме того, продолжительность потребления энергии дольше и изменения нагрузки со временем минимальны (сравнивая с отдельными производствами). Эти условия создают идеальную обстановку для применения когенерации как централизованной системы.

Промышленное кондиционирование

В некоторых секторах экономики, в частности в пищевой промышленности, существует потребность в холодной воде с температурой 10°С - 15°С, используемой в технологических процессах. В то же время в летний период температура речной воды находится на уровне 25°С - 30°С (пивоварни, например, используют холодную воду для охлаждения и хранения готового продукта, на животноводческих фермах вода используется для охлаждения молока). Производители замороженной продукции работают с температурами от -20°С до -30°С круглогодично. Подобные сектора экономики оптимальны для применения систем когенерации.

Тригенерация

Тригенерация - комбинированное производство электричества, тепла и холода. С технологической точки зрения имеется ввиду соединение когенерационной установки с абсорбционной охладительной установкой (АХМ). Подробнее...

12. Техническая реализация мини-ТЭЦ

Когенерационная установка состоит из четырех основных частей:

o Первичный двигатель;

o Электрогенератор;

o Система утилизации тепла;

o Система контроля и управления;

Когенерационные системы, как правило, классифицируются по типу первичного двигателя, генератора, а также по типу потребляемого топлива.

Первичные двигатели

В зависимости от существующих требований, роль первичного двигателя может выполнять

1. Поршневой двигатель

2. Паровая турбина

3. Газовая турбина

В будущем, этот список пополнится новыми технологиями:

4. Двигатель Стирлинга

5. Микротурбина

6. Топливные элементы

Следует заметить, что существует парогазовая технология, основанная на комбинации газовой и паровой турбины (первичного двигателя), но она эффективна только на достаточно больших мощностях (от 30 МВт*э). Львиная доля новых мощностей когенерации в мире -- парогазовые системы когенерации (СК).

7. Парогазовая установка

Таблица №9. Парогазовая установка

..двигатель	Используемое топливо	Диапазон мощностей (МВт*э)	Отношение тепло: электроэнергия	КПД эл.	КПД общий
Паровая турбина	Любое	1 -- 1000+	3:1 -- 8:1+	10-20%	до 80%
Газовая турбина	газ, биогаз, дизельное топливо, керосин, LFO, LPG, HFO	0.25 -- 300+	1.5:1 -- 5:1*	25-42%	65-87%
Парогазовая установка	газ, биогаз, дизельное топливо, керосин, LFO, LPG	3 -- 300+	1:1 -- 3:1*	35-55%	73-90%
Поршневой двигатель с воспламенением от сжатия (дизель)	газ, биогаз, дизельное топливо, керосин, LHO, HFO	0.2 -- 20	0.5:1 -- 3:1* Вариант по умолчанию: 0.9-2	35-45%	65-90%
Поршневой двигатель с воспламенением от искры	газ, биогаз, керосин, LHO	0.003 -- 6	1:1 -- 3:1* Вариант по умолчанию: 0.9-2	35-43%	70-90%

* Высокое значение (тепло: электроэнергия) достигается дополнительным сжиганием топлива.

** Типы топлива:

LFO (light fuel oil);

LPG (liquefied petroleum gas) - пропан-бутан;

HFO (heavy fuel oil) - мазут;

LHO (Gasoline light heating oil).

Электрогенератор

Генераторы предназначены для преобразования механической энергии вращающегося вала двигателя в электроэнергию.

Генераторы могут быть синхронными или асинхронными. Синхронный генератор может работать в автономном режиме или параллельно с сетью. Асинхронный генератор может работать только параллельно с сетью. Если произошел обрыв или другие неполадки в сети, асинхронный генератор прекращает свою работу. Поэтому, для обеспечения гибкости применения распределенных когенерационных энергосистем чаще используются синхронные генераторы.

Система утилизации тепла

Теплоутилизатор является основным компонентом любой когенерационной системы. Принцип его работы основан на использовании энергии отходящих горячих газов двигателя электрогенератора (турбины или поршневого двигателя).

Простейшая схема работы теплоутилизатора состоит в следующем: отходящие газы проходят через теплообменник, где производится перенос тепловой энергии жидкостному теплоносителю (вода, гликоль). После этого охлажденные отходящие газы выбрасываются в атмосферу, при этом их химический и количественный состав не меняется.

Кроме того, в атмосферу уходит и существенная часть неиспользованной тепловой энергии. Тому существует несколько причин:

o для эффективного теплообмена температура отходящих газов должна быть выше температуры теплоносителя (не менее чем на 30°С);

o отходящие газы не должны охлаждаться до температур, при которых начинается образование водяного конденсата в дымоходах, что препятствует нормальному выходу газов в атмосферу;

o отходящие газы не должны охлаждаться до температур, при которых начинается образование кислотного конденсата, что приводит к коррозии материалов (особенно это справедливо для топлива с повышенным содержанием сероводорода);

Извлечение дополнительной энергии (скрытой теплоты водяных паров, содержащихся в выхлопных газах) возможно только путем понижения температуры отходящих газов до уровня ниже 100°С, когда водяные пары переходят в жидкую форму. Но при этом необходимо не забывать о трех других ограничениях, указанных выше.

Из вышесказанного следует, что в качестве утилизатора тепла в когенерационной системе трудно использовать готовое типовое теплоэнергетическое оборудование. Теплоутилизатор, как правило, проектируется с учетом параметров и характеристик отходящего потока газов для каждой модели поршневого двигателя или турбогенератора и типа применяемого топлива. Многие производители двигателей имеют собственные наработки или используют продукцию своих партнеров в части утилизации тепла, что упрощает проектирование и выбор решения в большинстве случаев.

Для повышения производительности тепловой части когенерационной системы утилизатор может дополняться экономайзером -- теплообменником, обеспечивающим предварительный подогрев теплоносителя отходящими из теплоутилизатора газами до его подачи в основной теплообменник, где нагрев теплоносителя обеспечивается уже теплом отходящих газов двигателя. Позитивным моментом, связанным с использованием экономайзера, является дополнительное снижение температуры отходящих из теплоутилизатора в атмосферу газов до уровня 120°С и ниже.

Тепловые потери

Величина тепловых потерь определяется не только статическими величинами установленной мощности оборудования электрической и тепловой нагрузки, но и динамическими изменениями пропорций потребления тепла и электроэнергии, происходящими в течение суток, дня недели и времени года (сезона). В случае, если на объекте существует приоритет потребления электроэнергии, избыток тепла, содержащегося в отходящих газах двигателя, как правило, выбрасывается в атмосферу минуя теплоутилизатор.

Для определения потерь тепла используется значение альфа, определяемое как соотношение произведенной электроэнергии к величине тепловых потерь. При этом считается, что чем выше значение альфа, тем лучше экология когенерационной системы.

Сравнение когенерационных систем

1. Сравнение газопоршневых и газотурбинных установок

2. Сравнение газопоршневого двигателя и паровой турбины

3. Сравнение газопоршневых и дизельных установок

Эффективные связки

Оборудование и технологии, которые в связке с системой когенерации образуют производительную энергетическую систему.

1. Технологии энергоэффективности

2. Тепловые насосы

3. Абсорбционные холодильные установки

4. Установки по получению альтернативного топлива

5. Ветровые энергетические установки

Список литературы:

1. Мусабеков М.О., Мусабеков Р.А., Алейников Ю.П. Анализ протекания рабочего процесса дизеля КамАЗ-740 по составу отработавших газов при различных присадках к топливу // Процессы переноса и повышения эффективности работы теплоэнергетических установок: Межвуз.сб. Алматы: КазПТИ, 1991.- с 75-79.

2. Сазаев Ж.О., Мусабеков Р.А., Ермекбаев К.Б. Влияние двухфазной подачи топлива на эффективные и экономические показатели двигателя Камаз-740 // Электрофизические способы пылеулавливания. Межвузовский сборник научных трудов. Алматы: АЭИ, 1987.- с.96-99.

Размещено на Allbest.ru