Когенерационные установки на базе газовых двигателей – наиболее эффективные решения
Опубликовано: 18 июля 2019 г.
361
А. Филинович, директор по развитию ООО «Межрегиональная энергетическая компания» CEO, IEC GmbH, Группа компаний «ТЭС ДКМ»
Промышленная эксплуатация мини-ТЭЦ в течение ряда десятилетий подтвердила, что когенерационные установки на базе газовых двигателей являются наиболее эффективными комбинированными источниками тепловой и электрической энергии для энергообеспечения потребителей.
Интенсивное развитие крупных мегаполисов и областных центров, строительство новых торговых и развлекательных центров, гипермаркетов, спортивных сооружений, офисных зданий и жилого сектора в микрорайонах приводит к все более остро встающему вопросу дефицитности энергообеспечения нового строительства. Фактически в некоторых районах города формируются «очаговые» зоны, недостаточно обеспеченные тепловой и электрической энергией.
Для того чтобы вопрос прогнозируемой энергодефицитности не перерос в ближайшем будущем в серьезную проблему отсутствия обеспечения энергоносителями новых перспективных застроек и не оказался решающим фактором, тормозящим интенсивное экономическое развитие городов, его необходимо решать уже сегодня. Тем более, что очевидный ответ на этот вопрос лежит «на поверхности», а именно – когенерационные мини-ТЭЦ на базе газовых двигателей, как надежные, высокоэффективные, мобильные и быстровозводимые комбинированные источники тепловой и электрической энергии.
Объективные преимущества данной технологии для энергообеспечения существующих и вновь возводимых административных и жилых зданий, а также промышленных потребителей приведены ниже.
Высокая топливная эффективность. Когенерационные установки на базе газовых двигателей имеют самый высокий электрический КПД.
Коэффициент использования топлива (КИТ) когенерационных мини-ТЭЦ достигает 90–95 %, при этом рациональный выбор оборудования и схемных решений позволяет обеспечить работу данных объектов в комбинированном цикле с высоким КИТ в течение года. Подобная высокая эффективность дает возможность сохранить себестоимость электроэнергии на шинах потребителя на уровне до 2 евроцентов за кВтч при цене природного газа 80 евро за 1000 м3.
В основе технологии лежит комбинированная выработка тепловой и электрической энергии, а также имеется возможность создания схем тригенерации, когда энергоцентр может дополнительно производить холод для нужд центрального кондиционирования и технологии.
Мобильность, высокая адаптивность к изменению нагрузок. Любая когенерационная установка на базе газового двигателя запускается и выходит на номинальную мощность в течение нескольких минут. Данные свойства газовых двигателей являются существенными для создания новых малых «островных» энергосистем, обеспечивающих электрические нагрузки новостроек, которые могут носить, особенно на стадии интенсивного развития и строительства, резко переменный характер.
Низкие удельные инвестиции. Высокая степень заводской готовности установок, простота проектирования и монтажа обеспечивают относительно невысокий уровень капитальных вложений по сравнению с объектами традиционной энергетики.
Минимальное время ввода нового объекта. Опыт ввода в эксплуатацию ряда мини-ТЭЦ на базе газовых двигателей MTU ONSITE ENERGY в Республике Беларусь показал, что со времени подписания контракта до ввода в коммерческую эксплуатацию всего объекта проходило от 9-ти до 18-ти месяцев. В это же время временные и финансовые затраты на создание инфраструктуры новых систем дистрибуции энергии, линий электропередач, распределительных устройств огромны.
Таким образом, когенерационные распределенные энергоисточники фактически оказываются единственными в своем роде способными «угнаться» за динамично растущим и развивающимся городским хозяйством.
Дискретность энергоисточника, возможность распределения во времени мощностей и инвестиций. Дискретность источников, а именно тот факт, что мини-ТЭЦ состоит из ряда энергоустановок небольшой мощности, позволяет осуществлять этапные закупки, разбивая строительство на пусковые комплексы и эффективно распределяя во времени инвестиционные потоки.
Компактность. Возможность расположения газовых двигателей на первом этаже здания котельных и, соответственно, размещения котлов над двигателями позволяет сохранить площади энергоцентров на уровне традиционных котельных, которые в любом случае используются для обеспечения отопительных нагрузок.
Кроме того, в Западной Европе широко используется проектное размещение энергомодулей на крышах и технических этажах зданий и сооружений, в том числе, и небоскребов.
Экологичность и бесшумность. Современные средства шумопоглощения и очистки дымовых газов, применяемые в когенерационных системах, позволяют широко их использовать не только в центре жилых застроек, но и для установки непосредственно в тепличных комбинатах с последующей подачей газов к растениям для интенсификации фотосинтеза, поскольку они особо чувствительны к шумам и составу продуктов сгорания.
Наличие инвестиционных механизмов. Вышеперечисленные позитивные аспекты, с одной стороны, мотивируют применение когенерационных мини-ТЭЦ на базе газовых двигателей для создания малых распределенных энергоисточников в целях обеспечения новых застроек, а с другой, – обосновывают максимальную инвестиционную привлекательность данных технологий, как инвестиционных проектов с быстрой окупаемостью и минимальными рисками. В результате инвесторы рассматривают данные проекты как наиболее перспективные с точки зрения инвестиционного интереса.
Главными мотивационными аспектами для инвестиционных институтов являются короткий инвестиционный цикл, быстрая окупаемость, разумные удельные показатели инвестиций и невысокие риски, а ведь ни один из данных аспектов не свойственен предметам инвестирования в «большой энергетике». Как следствие сегодня наряду с традиционными механизмами финансирования инвестиций, такими как бюджетное, за счет собственных средств, привлечение банковских коммерческих кредитов, механизм аренды и финансового лизинга, появились современные инструменты проектного финансирования, а именно механизмы создания энергосервисных и генерирующих компаний.
Основным оппонирующим фактором, препятствующим развитию малой распределенной энергетики, традиционно является аспект надежности таких систем и необходимость их резервирования мощностями в так называемой «большой энергетике». Приведем несколько факторов.
Целый ряд крупнейших аэропортов Западной Европы, а также ряд штаб-квартир Европейского сообщества штатно энергообеспечиваются от когенерационных мини-ТЭЦ на базе газовых двигателей.
Число часов работы двигателя в году составляет гарантированно не менее 8400–8500 ч. При этом далеко не каждый энергоблок в большой энергетике может показать такие результаты. А ведь это практически подтвержденные в Республике Беларусь показатели.
Имеется возможность создания островных изолированных систем с генерацией энергии с более высокими показателями качества по частоте и напряжению для особо ответственных потребителей, что позволяет построить систему повышенного качества энергоснабжения.
Наряду с тем фактором, что оборудование перед отгрузкой с завода-изготовителя проходит 100 %-ные тестовые испытания на подтверждение всех характеристик в присутствии заказчика, а также, что оперативный персонал заказчика проходит специальное обучение по управлению установками в тренинговом центре завода-изготовителя, важнейшим аспектом надежности таких систем является наличие развитой инфраструктуры сервиса газовых двигателей MTU (в Республике Беларусь).
Все указанные выше аспекты говорят о надежности таких объектов. Тем не менее для энергообеспечения новостроек предлагается особое решение – создание ряда систем энергообеспечения зон вновь вводимых нагрузок на базе сети взаиморезервируемых энергоцентров с центральной единой диспетчерской, подключенной к диспетчерскому центру MTU в Минске.
Управление энергоцентров осуществляется из единой диспетчерской, что позволяет оптимизировать затраты на оперативное управление. Энергоцентры используют унифицированное оборудование для снижения расходов на материалы и комплектующие и увеличения удобства обслуживания.
Идентичность энергоцентров позволяет применять типовые проектные решения и сократить финансовые и временные затраты на разработку ПСД.
Построение собственной малой энергосистемы ничем не отличается от систем «большой» энергетики, при этом требует меньших инвестиций, позволяет рационально распределять инвестиционные затраты во времени, имеет высокую ритмичность строительства.
В пользу эффективности данной технологии, свидетельствует ряд уже реализованных проектов мини-ТЭЦ в Республике Беларусь с газовыми двигателями.
Говоря о проектах создания собственных энергоисточников для промышленных и других предприятий, то наибольший эффект в государственном масштабе может быть достигнут при одном из следующих условий:
- при строительстве энергоисточника на базе тепловых и электрических нагрузок происходит вытеснение конденсационной части графика энергосистемы, т.е. энергоисточник вытесняет только электрические нагрузки энергосистемы, и замещает тепловые нагрузки котельной либо других топливоиспользующих технологических устройств (печей, сушил, и пр.); таким образом раздельный график производства тепловой и электрической энергии замещается комбинированным; это наиболее часто встречающийся случай в распределенной энергетике;
- когда в качестве топлива для энергоисточника используются возобновляемые или вторичные энергетические ресурсы, такие как попутный газ, биогаз, свалочный газ, газ, получаемый в результате процесса газификации биомассы, специальные технологические газы, выделяемые на нефтехимических и металлургических производствах;
- при строительстве энергоисточника для вновь вводимых тепловых и электрических нагрузок;
- случай мультипликативного эффекта, характерный для энергоемких производств с высокой энергетической составляющей в себестоимости продукции, когда экономический эффект от реализации инвестиционного энергетического проекта по созданию собственного энергоисточника, несопоставим с масштабным скачком, который может сделать предприятие в результате ощутимого снижения себестоимости продукции, изменения ценовой политики, выхода на новые рынки сбыта, улучшения сальдо торгового баланса в пользу экспорта, повышения как качества продукции, так и качества жизни персонала. В данном случае реализация инвестиционного проекта по внедрению мини-ТЭЦ может иметь эффект финансового рычага для выведения предприятия на совершенно новый уровень хозяйствования.
Статья из журнала "Промышленные и отопительные котельные и мини-ТЭЦ" №1/2017
