Когенерационная установка состоит из силового агрегата, например, микротурбины, генератора, теплообменника и системы управления. В газотурбинных установках основное количество тепловой энергии отбирается из системы выхлопа. В газопоршневых электростанциях отбор тепловой энергии происходит и от масляного радиатора и от системы охлаждения двигателя. Отбор тепловой энергии в газотурбинных установках технически проще осуществим, так как выхлопные газы имеют более высокую температуру. На 100 кВт электрической мощности потребитель получает 100 - 200 кВт тепловой мощности в виде пара и горячей воды для отопления и водоснабжения (рис.1). Излишнее тепло может направляться в установки для производства холода, с последующей реализацией в системах кондиционирования. Подобная технология имеет собственное определение – тригенерация.

    Когенерационные установки работают автономно и не зависят от централизованной системы энергоснабжения, их использование позволяет дополнить энергорынок без реконструкции сетей в городах и создать постоянно действующий источник энергии в удаленных районах, обеспечив потребителей электроэнергией с достаточно устойчивыми параметрами по частоте и напряжению, тепловой энергией со стабильными параметрами по температуре.

 

    Сегодня существует множество аргументов в защиту выбора когенераторных технологий: использование газа (а не угля или мазута), дешевизна электро- и теплоэнергии, близость к потребителю, отсутствие необходимости в дорогостоящих ЛЭП и подстанциях, экологическая безопасность, мобильность, легкость транспортировки и монтажа и др. Когенераторы имеют эффективность использования энергетических ресурсов (газ, нефть) на 20%-30% выше, чем оборудование, вырабатывающее только электроэнергию или только тепло (табл.1).

    Сооружение когенерационных установок (электрической мощностью 0,5 ÷ 8 МВт) не требует существенных затрат. Учитывая различие в себестоимости вырабатываемой электро- и теплоэнергии и тарифами монопольных энергопроизводителей, использование когенераторов, особенно на промышленных предприятиях, экономически оправдано. Запуск этого оборудования происходит быстрее, чем других энергоблоков: обычные тепловые электростанции выходят на максимальную мощность через несколько часов после запуска, в то время как когенерационные станции — через 15-20 мин. Затраты на проектирование, закупку, ввод в эксплуатацию и амортизацию когенераторов окупаются, в среднем, на 3-4 году эксплуатации при расчетном сроке службы оборудования 25-30 лет (180-200 тыс. час). Однако такая окупаемость возможна, когда когенерационная установка питает нагрузку в непрерывном цикле работы, или если она работает параллельно с электросетью. Последнее решение является выгодным для владельцев электрических и тепловых сетей.

 

    Недостатком когенераторов является ограниченная мощность до 3 МВт для одной машины. Средний промышленный потребитель в России имеет установленную мощность в 1-2 МВт. При отсутствии нагрузки невостребованные когенераторы останавливаются.

    Проблема может быть решена установкой нескольких параллельно работающих когенераторов. Такое решение позволяет решить вопрос неравномерного суточного потребления электроэнергии, неразрешимый для крупных генерирующих установок. Для когенератора, линейная зависимость потребления топлива имеет место, начиная с 15-20% номинальной мощности. Секционируя (пакетируя) общую мощность на 4-8 блоков, работающих параллельно, потребитель получает возможность работы с 1,5-4 до 100% номинальной нагрузки при расчетном удельном потреблении топлива. Важным экономическим фактором для использования секционированных когенерационных систем является то, что удельная стоимость (в расчете на 1 кВт мощности) малых установок ниже, чем удельная стоимость единичных когенераторов большей мощности. Положительная особенность пакетированных когенерационных систем - более высокая надежность. Действительно при выходе из строя, плановом ремонте или техническом обслуживании общая мощность системы составляет (n-1)/n% номинальной мощности, где n - число блоков в системе.

 

 

Подготовил Иван Власов,

tehsovet@bk.ru

 

 

    Ведущими мировыми производителями когенераторных установок на основе поршневых двигателей и турбин на сегодняшний день являются Alstom, Atlas Copco, Ausonia, Capstone, Calnetix - Elliott Energy Systems, Caterpillar, Cummins, Deutz AG, Dresser-Rand, Generac, General Electric, GE Jenbacher, Honeywell, Kawasaki, Kohler, Loganova, MAN B&W, MAN TURBO AG, Mitsubishi Heavy Industries, OPRA, SDMO, Siemens, Solar Turbines, Turbomach, Vibro Power, Wartsila.

      Установки, предлагаемые компанией «Новая генерация» (Россия) имеют межремонтный ресурс 60-63 тыс. час и низкую стоимость эксплуатационных расходов: расход газа — менее 0,3 м³, расход масла — менее 0,4 г на 1 кВт/час.