Владельцы патента RU 2457352:

Изобретение относится к теплоэнергетике. Способ комбинированного производства электроэнергии, тепла и холода включает преобразование теплоты продуктов сгорания в механическую энергию с помощью теплового двигателя, преобразование механической энергии в электрическую в электрогенераторе, передачу теплоносителя, нагретого в контуре охлаждения теплового двигателя и выхлопных газов с помощью теплообменников, по крайней мере, двух ступеней подогрева, на отопление, горячее водоснабжение и вентиляцию и на получение холода в абсорбционной холодильной машине. Часть теплоносителя отводят на цели горячего водоснабжения, отопления и вентиляции перед теплообменниками второй и/или последующих ступеней подогрева в зависимости от требуемой температуры теплоносителя в системах горячего водоснабжения, отопления и вентиляции. Оставшуюся часть теплоносителя подают после теплообменника последней ступени подогрева в абсорбционную холодильную машину. Предлагаемый способ позволяет повысить холодильный коэффициент и выработку холода АХМ. 2 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при комбинированном производстве тепла, холода и электроэнергии.

Известен способ работы передвижной установки комбинированного производства электричества, тепла и холода, в которой генератор преобразует механическую энергию вращающегося вала двигателя в электроэнергию, выхлопные газы, проходящие через теплообменник, отдают тепло жидкостному теплоносителю для теплоснабжения в отопительный период или используются в абсорбционной холодильной машине для холодоснабжения в летний период .

К недостаткам данного способа работы установки можно отнести невысокий КПД, связанный с выбросом в атмосферу существенной части неиспользованной тепловой энергии.

Известен также способ работы установки, в которой двигатель внутреннего сгорания производит полезную энергию, преобразуемую в электрическую энергию с помощью электрогенератора, второй двигатель внутреннего сгорания используется для привода компрессора холодильной машины, вырабатывающей холод в теплый период года. Тепло, утилизированное от рубашки двигателя и выхлопных газов, используется для теплоснабжения потребителей в холодный период года .

Недостатками способа работы данной установки являются неполное использование сбросной теплоты двигателей внутреннего сгорания, дополнительные затраты топлива для работы второго двигателя внутреннего сгорания, используемого для привода компрессора холодильной машины.

Известен способ работы установки, одновременно осуществляющей тепло/холодо- и электроснабжение, в которой теплоснабжение в холодный период осуществляется за счет утилизации теплоты выхлопных газов и охлаждающей жидкости двигателя внутреннего сгорания, механическая энергия вращающегося вала двигателя преобразуется в электроэнергию, холод вырабатывается в теплый период года в компрессионной холодильной машине .

К недостаткам способа работы данной установки можно отнести невысокий КПД из-за недостаточного использования сбросной теплоты двигателя внутреннего сгорания, значительные затраты электроэнергии на работу компрессора холодильной машины.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является способ работы установки для выработки электроэнергии, тепла и холода, по которому тепловой двигатель производит механическую работу, преобразуемую в электрическую энергию с помощью электрогенератора. Отводимое через теплообменники первой, второй и третьей ступеней подогрева от теплового двигателя сбросное тепло смазочного масла, охлаждающей жидкости и выхлопных газов утилизируется для теплоснабжения потребителей. В теплый период года утилизированное тепло частично используется для обеспечения потребителей горячей водой, а частично подается в абсорбционную холодильную машину для обеспечения холодом системы кондиционирования воздуха .

Однако данное техническое решение характеризуется относительно невысокой температурой теплоносителя (80°С), подаваемого от теплового двигателя, что приводит к снижению холодильного коэффициента и холодильной мощности абсорбционной холодильной машины.

Задачей изобретения является повышение холодильного коэффициента и холодильной мощности за счет повышения температуры теплоносителя, подаваемого в абсорбционную холодильную машину.

Поставленная задача достигается следующим образом.

В способе комбинированного производства электроэнергии, тепла и холода, включающем преобразование теплоты продуктов сгорания в механическую энергию с помощью теплового двигателя, преобразование механической энергии в электрическую в электрогенераторе, передачу теплоносителя, нагретого в контуре охлаждения теплового двигателя и выхлопных газов с помощью теплообменников по крайней мере, двух ступеней подогрева, на отопление, горячее водоснабжение и вентиляцию и на получение холода в абсорбционной холодильной машине, часть теплоносителя отводят на цели горячего водоснабжения, отопления и вентиляции перед теплообменниками второй и/или последующих ступеней подогрева в зависимости от требуемой температуры теплоносителя в системах горячего водоснабжения, отопления и вентиляции, оставшуюся часть теплоносителя подают после теплообменника последней ступени подогрева в абсорбционную холодильную машину.

За счет отвода части теплоносителя на нужды горячего водоснабжения, отопления и вентиляции уменьшится массовый расход нагреваемого теплоносителя, подаваемого в теплообменники последующих ступеней подогрева, а значит при прочих равных условиях без увеличения площади поверхности нагрева повышается температура нагреваемого теплоносителя, вышедшего из этих теплообменников. Увеличение температуры теплоносителя, отводимого в абсорбционную холодильную машину, позволяет повысить ее холодильный коэффициент и, соответственно, холодопроизводительность.

Предложенный способ комбинированного производства электроэнергии, тепла и холода иллюстрируется фиг.1 и 2.

На фиг.1 изображена схема одной из возможных энергетических установок, с помощью которых может быть осуществлен описываемый способ.

На фиг.2 изображена зависимость относительной холодопроизводительности абсорбционной холодильной машины от температур охлаждаемой, охлаждающей и греющей воды.

Энергетическая установка содержит следующие элементы: 1 - воздушный компрессор, 2 - камеру сгорания, 3 - газовую турбину, 4 - теплообменник системы смазки турбины (первая ступень подогрева), 5 - теплообменник охлаждения дисков и лопаток турбины (вторая ступень подогрева), 6 - теплообменник уходящих (выхлопных) газов (третья ступень подогрева), 7 - теплообменник системы теплоснабжения (отопление, вентиляция потребителей), 8 - абсорбционную холодильную машину, 9 - потребитель тепла (отопление и вентиляция), 10 - потребитель холода, 11 - потребитель горячей воды, 12 - сухую градирню энергетической установки, 13 - градирню холодильной машины, 14 - насос контура оборотного водоснабжения холодильника, 15 - насос контура холодоснабжения потребителей, 16 - насос контура горячего водоснабжения потребителей, 17 - насос контура теплоснабжения (отопления и вентиляции), 18 - насос контура охлаждения теплового двигателя, 19 - электрогенератор, 20 - теплообменник системы горячего водоснабжения потребителей, 21, 22, 23 - трубопроводы подачи греющего теплоносителя в теплообменник системы горячего водоснабжения (20), 24, 25, 26 - трубопроводы подачи греющего теплоносителя в теплообменник (7) системы теплоснабжения (отопления и вентиляции), 27 - трубопровод подачи греющего теплоносителя абсорбционной холодильной машины, 28 - контур охлаждения теплового двигателя.

Способ работы установки осуществляется следующим образом.

В компрессоре 1 происходит процесс сжатия атмосферного воздуха. Из компрессора 1 воздух поступает в камеру сгорания 2, куда через форсунки непрерывно под давлением поступает распыляемое топливо. Из камеры сгорания 2 продукты сгорания направляются в газовую турбину 3, в которой энергия продуктов сгорания преобразуется в механическую энергию вращения вала. В электрическом генераторе 19 эта механическая энергия преобразуется в электрическую. В зависимости от тепловой нагрузки установка работает в одном из трех режимов:

I режим - с отпуском теплоты на цели отопления, вентиляции и горячего водоснабжения;

II режим - с отпуском теплоты на горячее водоснабжение и на абсорбционный холодильник;

III режим - с отпуском теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение и на абсорбционный холодильник;

На I режиме (в холодный период года) теплоноситель, нагретый в теплообменнике системы смазки 4 (первая ступень подогрева), теплообменнике системы охлаждения дисков и лопаток 5 (вторая ступень подогрева) и теплообменнике уходящих (выхлопных) газов 6 (третья ступень подогрева) по трубопроводу 26 подают в теплообменник 7 для отопления и вентиляции потребителей 9 и по трубопроводам 21, и/или 22, и/или 23 на теплообменник горячего водоснабжения 20.

На II режиме (в теплый период года) в зависимости от требуемой температуры в системе горячего водоснабжения часть теплоносителя отводят после теплообменника системы смазки 4 (первой ступени подогрева) и/или теплообменника системы охлаждения дисков и лопаток 5 (второй ступени подогрева) и/или теплообменника уходящих (выхлопных) газов 6 (третьей ступени подогрева) по трубопроводам 21, и/или 22, и/или 23 на теплообменник горячего водоснабжения 20, а оставшийся теплоноситель по трубопроводу 27 подают в абсорбционную холодильную машину 8 для получения холода, используемого для холодоснабжения потребителей 10.

На III режиме (в осенне-весенний период) в зависимости от требуемых температур в системах горячего водоснабжения, отопления и вентиляции часть теплоносителя отводят после теплообменника системы смазки 4 (первой ступени подогрева), и/или теплообменника системы охлаждения дисков и лопаток 5 (второй ступени подогрева), и/или теплообменника уходящих (выхлопных) газов 6 (третьей ступени подогрева) по трубопроводам 21, и/или 22, и/или 23 на теплообменник горячего водоснабжения 20, часть теплоносителя после теплообменника системы смазки 4 (первой ступени подогрева), теплообменника системы охлаждения дисков и лопаток 5 (второй ступени подогрева) и/или теплообменника уходящих (выхлопных) газов 6 (третьей ступени подогрева) по трубопроводам 24, и/или 25, и/или 26 подают в теплообменник 7 для отопления и вентиляции потребителей 9, оставшуюся в контуре охлаждения теплового двигателя 28 часть теплоносителя по трубопроводу 27 подают в абсорбционную холодильную машину 8 для получения холода, используемого для холодоснабжения потребителей 10. Теплоноситель, охлажденный в теплообменниках 7, 8 и 20, насосом 18 передают для нагрева в теплообменники 4, 5, 6. При отсутствии потребности в тепловой энергии избыточное тепло отводится через сухие градирни 12 в атмосферу.

Например, при работе установки во II режиме, в случае отбора теплоносителя на цели горячего водоснабжения после теплообменника третьей ступени подогрева, в абсорбционную холодильную машину по трубопроводу 27 подают теплоноситель с температурой 103,14°С.

В случае отбора 30% теплоносителя на цели горячего водоснабжения после теплообменника второй ступени в абсорбционную холодильную машину подают теплоноситель с температурой 112,26°С, что дает увеличение холодопроизводительности (согласно фиг.2) на 22%.

В случае отбора 30% теплоносителя на цели горячего водоснабжения после теплообменника первой ступени в абсорбционную холодильную машину подают теплоноситель с температурой 115,41°С, что дает увеличение холодопроизводительности (согласно фиг.2) на 30%.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении холодильного коэффициента и холодильной мощности абсорбционной холодильной машины за счет повышения температуры теплоносителя, отведенного из контура охлаждения двигателя. Использование теплоносителя с более высокими параметрами, полученного в результате уменьшения его среднего расхода в контуре охлаждения теплового двигателя за счет отвода части теплоносителя при достижении им требуемой температуры на нужды теплоснабжения, позволяет увеличить холодильную мощность абсорбционной холодильной машины.

Источники информации

1. Патент №2815486 (Франция), опубл. 19.04.2002, МПК F01N 5/02-F02B 63/04; F02G 5/02; F25B 27/00; F25B 30/04; F01N 5/00; F02B 63/00; F02G 5/00; F25B 27/00; F25B 30/00.

2. Патент №2005331147 (Япония), опубл. 02.12.2005, МПК F25B 27/00; F25B 25/02; F25B 27/02; F25B 27/00; F25B 25/00; F25B 27/02.

3. Патент №20040061773 (Корея), опубл. 07.07.2004, МКП F02G 5/00; F02G 5/00.

4. Патент №20020112850 (США), опубл. 22.08.2002, МПК F01K 23/06; F02G 5/04; F24F 5/00; F01K 23/06; F02G 5/00; F24F 5/00.

Способ комбинированного производства электроэнергии, тепла и холода, включающий преобразование теплоты продуктов сгорания в механическую энергию с помощью теплового двигателя, преобразование механической энергии в электрическую в электрогенераторе, передачу теплоносителя, нагретого в контуре охлаждения теплового двигателя, и выхлопных газов с помощью теплообменников по крайней мере двух ступеней подогрева, на отопление, горячее водоснабжение и вентиляцию и на получение холода в абсорбционной холодильной машине, отличающийся тем, что часть теплоносителя отводят на цели горячего водоснабжения, отопления и вентиляции перед теплообменниками второй и/или последующих ступеней подогрева в зависимости от требуемой температуры теплоносителя в системах горячего водоснабжения, отопления и вентиляции, оставшуюся часть теплоносителя подают после теплообменника последней ступени подогрева в абсорбционную холодильную машину.

Система тригенерации представляет собой систему комбинированного производства тепла и электроэнергии, соединенную с одним или несколькими холодильными агрегатами. Тепловая часть тригенерационной установки в своей основе имеет парогенератор с рекуперацией тепла, питание которого осуществляется за счет использования выхлопных газов первичного двигателя. Первичный двигатель, соединенный с генератором переменного тока, обеспечивает производство электрической энергии. Для охлаждения используется периодически возникающий избыток тепла.

Применение тригенерации

Тригенерация активно применяется в экономике, в частности в пищевой промышленности, где существует потребность в холодной воде для использования ее в технологических процессах. Например, в летний период пивоварни используют холодную воду для охлаждения и хранения готового продукта. На животноводческих фермах вода используется для охлаждения молока. Производители замороженной продукции круглогодично работают с низкими температурами.

Технология тригенерации дает возможность преобразовывать в холод до 80% тепловой мощности когенерационной установки, что значительно увеличивает суммарный КПД когенерационной установки и повышает коэффициент ее мощностных ресурсов.

Тригенерационная установка может быть использована круглогодично, вне зависимости от сезона. Утилизированное тепло при тригенерации эффективно используется зимой для отопления, летом для кондиционирования помещений и для технологических нужд.

Особенно эффективно применение тригенерации в летний период, при образовании избытка тепла, вырабатываемого мини-ТЭЦ. Избыточное тепло направляется в адсорбционную машину для выработки охлажденной воды, используемой в системе кондиционирования. Данная технология позволяет экономить энергию, которая обычно потребляется системой принудительного охлаждения. В зимний период адсорбционная машина может быть отключена, если отсутствует необходимость в большом количестве охлажденной воды.

Таким образом, тригенерационная система позволяет на 100% использовать тепло, вырабатываемое мини-ТЭЦ.

Энергетическая эффективность и высокая экономичность

Оптимизация потребления энергии - важная задача, не только с точки зрения экономии энергоресурсов, но и с точки зрения экологии. На сегодняшний день энергосбережение является одной из наиболее актуальных проблем во всем мире. При этом большинство современных технологий производства тепла приводят к высокой степени загрязнения атмосферы.

Тригенерация, при которой происходит комбинированное производство электрической, тепловой и холодильной энергии, является сегодня одной из наиболее эффективных технологий повышения энергетической эффективности и экологической безопасности мини-ТЭЦ.

Экономия энергоресурсов при использовании тригенерационных технологий достигает 60%.

Плюсы и минусы

По сравнению с традиционными технологиями охлаждения тригенерационная система имеет следующие преимущества:

Тепло является источником энергии, что позволяет использовать избыточную тепловую энергию, которая обладает очень низкой себестоимостью;
Произведенная электрическая энергия может быть подана в общую электросеть или использоваться для обеспечения собственных нужд;
Тепло может быть использовано для обеспечения потребностей в тепловой энергии во время отопительного сезона;
Требуют минимальных расходов на техобслуживание в связи с отсутствием в адсорбционных холодильных установках подвижных деталей, которые могли бы подвергаться износу;
Бесшумная работа адсорбционной системы;
Низкие эксплуатационные расходы и низкие затраты в течение всего срока службы;
В качестве хладагента используется вода вместо веществ, разрушающих озоновый слой.

Адсорбционная система проста и надежна в использовании. Энергопотребление адсорбционной машины невелико, поскольку нет жидкостного насоса.

Однако у такой системы имеется и ряд недостатков: большие габариты и вес, а также относительно высокая стоимость, связанная с тем, что на сегодняшний день выпуском адсорбционных машин занимается ограниченное число производителей.

Тригенерация – это комбинированное производство электричества, тепла и холода с помощью газопоршневого двигателя. Состав тригенерационной установки (ТГУ): газопоршневой двигатель генератор, тепловой модуль, абсорбционная холодильная машина, система управления. Генератор вырабатывает электричество, тепловой модуль в зимнее время, а абсорбционная холодильная машина в летнее время утилизируют тепло рубашки охлаждения двигателя, рубашки охлаждения масла и отходящих дымовых газов

Тригенерация является выгодной, поскольку дает возможность эффективно использовать утилизированное тепло не только зимой для отопления, но и летом для кондиционирования помещений или для технологических нужд. Такой подход позволяет использовать установку круглый год, обеспечивая тем самым наиболее скорый возврат инвестиций. Максимальная приближенность и возможность применения для любого потребителя как в качестве основного, так и резервного источника энергии, установка в любом месте (хоть в «чистом поле»), надежность в работе, быстрая окупаемость и долгий срок службы основного оборудования (до 25 лет до полного списания) выводят ТГУ на первое место среди альтернативных источников энергоснабжения. Необходимо лишь наличие газа.

КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЕКТА Проведение энергетического аудита: выявление специфических особенностей в энергоснабжении на объекте заказчика Разработка проекта, подбор комплектации оборудования Производство и поставка оборудования Обучение персонала заказчика Монтаж оборудования, пуско-наладочные работы Гарантийное и послегарантийное обслуживание Непрерывная техническая поддержка

ТГУ могут использоваться как основные так и как резервные источники энергоснабжения Бензиновые 1,5 – 12 кВА Дизельные 1,5 – 2000 кВА Газовые 23 – 1500 кВА MTU FORD PERKINS VOLVO LOMBARDINI HONDA Двигатели: Генераторы: MECC ALTE Stamford характеристики двигателей

На что необходимо обратить внимание при выборе газового когенератора: а) напряжение б) электрическая мощность в) место расположения (площадка) г) суточное потребление электроэнергии д) режим работы (островной или параллельно с сетью) е) наличие лимитов на газ, давление газа ж) пусковые токи з) конструктивное исполнение

АВТОНОМНОЕ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ ВЫГОДНЕЕ! ФАКТОРЫ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ АВТОНОМНОГО ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ 1. Природный газ весьма дешев. Когенераторы имеют высокий КПД. Отсутствуют потери электричества. Поэтому электроэнергия, получаемая автономно с использованием когенераторов, в 2 – 5 раз дешевле. 1. Отпадает необходимость платить за подключение к электросети и прокладывать теплотрассу (для новых объектов). Отпадает необходимость в постоянном ремонте уже имеющихся теплотрасс (для старых объектов). 2. Когенератор утилизирует тепло, вырабатываемое при получении электроэнергии. Это тепло может быть использовано для горячего водоснабжения, отопления объектов, получения холода, технологических целях,

Единичная электрическая мощность - от 50 кВт до 2 МВт (под заказ можно и больше). Коэффициент получения тепла по отношению к электричеству – от 1,4 на малых мощностях до 1,0 - на больших. Коэффициент получения холода по отношению к теплу – 0,7-0,5 Объем капитальных вложений – – рублей за кВт установленной мощности. Срок окупаемости – 2-4 года (зависит от загрузки оборудования, при круглосуточной и максимальной нагрузке окупаемость быстрее) Стоимость электроэнергии при условии утилизации тепла для отопления, получения горячей воды или холода – 0,55-0,60 руб./кВт час с учетом сервисного обслуживания Удельный расход газа для получения 1 кВт электричества – 0,3-0,4 куб.м Срок реализации проекта под ключ – 6-8 месяцев Некоторые технико-экономические показатели использования ТГУ

Мини-ТЭЦ (BHKW), как правило, работает в двух основных производственных режимах:

получение электричества и тепла (когенерация)
получение электричества, тепла и холода (тригенерация).

Холод вырабатывается абсорбционной холодильной машиной, потребляющей не электрическую, а тепловую энергию.

Абсорбционные чиллеры (с кпд 0,64-0,66) выпускаются множеством ведущих производителей и работают на натуральных хладагентах, а в качестве топлива используются – нефть, газ или их производные, био-топливо, пар, горячая вода, солнечная энергия или избыток тепловой энергии газовых турбин – поршневых электростанций.

При всей привлекательности, использование их в РФ является пока довольно редким явлением.

Ведь до совсем недавнего времени, в РФ центральные климатические системы не считались обязательными в промышленном и гражданском строительстве

Тригенерация является выгодной, поскольку дает возможность эффективно использовать утилизированное тепло не только зимой для отопления, но и летом для поддержания комфортного микроклимата в помещениях или для технологических нужд (пивоварни, охлаждение молока, etc.).

Такой подход позволяет использовать генерирующую установку круглый год.

Силовыми установками - агрегатами этих электростанций являются газо-поршневые или газотурбинные силовые агрегаты.

Газы, используемые для работы газовых теплоэлектростанций:

Схема инверторного преобразования позволяет получить идеальные, качественные выходные параметры по току, напряжению и частоте.

Концепция: BHKW - Блочные мини – теплоэлектростанции, работающие на газе

BHKW, Мини-ТЭЦ состоит из следующих основных компонентов:

двигатели внутреннего сгорания – поршневые или газотурбинные
генераторы постоянного или переменного тока
котлы-утилизаторы отработавших газов
катализаторы
системы управления
Средства автоматики мини-тэцобеспечивают функционирование установок в рекомендованном диапазоне рабочих режимов и достижение эффективных характеристик. Мониторинг и телеметрия мини-тэц осуществляются дистанционно.

Современная универсальная модульная концепция

Совместная выработка тепловой и электрической энергии.
Компактная конструкция с расположенным на раме оборудованием: двигателем, генератором, теплообменником и электрощитом
Предпочтительное применение на объектах с высоким потреблением электрической и тепловой энергии
Поставляется с различной электрической и тепловой мощностью. Электрическая мощность одного модуля, например, составляет, 70, 140 или 238 кВт, тепловая мощность 81, 115, 207 или 353 кВт
Применяется на выбор для параллельной работы с электросетью или в качестве резервного питания
Использование тепла, содержащегося в смазочном масле, охлаждающей жидкости и выхлопных газах двигателя
Несколько генераторов могут быть объединены в единый энергетический комплекс

Работа с пониженным уровнем шума и низкими выбросами вредных веществ

Спокойный ход газового двигателя внутреннего сгорания, имеющего от четырех до двенадцати цилиндров, и регулируемый катализатор. Уровень шума в зависимости от мощности модуля составляет 55 - 75 дБ(A)
Низкие показатели выбросов окиси азота и углекислого газа

Простое и удобное управление

Модуль управляется простым нажатием кнопок. Система пуска с зарядным устройством и вибропрочными необслуживаемыми аккумуляторными батареями
Встроенная распределительная установка под облицовкой рамы с наглядным пультом управления
Дистанционный контроль основных функций с согласованными комплектующими

Быстрый монтаж, пуск в эксплуатацию и техническое обслуживание

Полностью укомплектованный, готовый к подключению узел, имеющий синхронный генератор с воздушным охлаждением, для производства трехфазного тока напряжением 400 В, частотой 50 Гц и горячей воды с температурным графиком 90/70 °C при стандартной разнице температур между подающей и обратной линиями 20 K.
Любой модуль блок-ТЭС может работать в зависимости от тепловой или электрической нагрузок в диапазоне электрической мощности 50%–100% (что соответствует 60–100% тепловой мощности).
Пробный пуск на заводе с составлением протокола и занесением рабочих характеристик
Беспроблемная установка виброгасящей конструкции блок-ТЭС без дополнительного анкерного крепления
Автономная система маслоснабжения с резервуаром для хранения масла 60 л.

В наши дни ни одну техническую задачу невозможно решить без хорошей системы управления. Таким образом, совершенно естественно, что блоки управления входят в каждый узел.

Контроль осуществляют датчики давления масла, температуры охлаждающей жидкости, температуры выхлопных газов в катализаторе, температуры воды в отопительной системе и скорости вращения, а также датчики минимального давления охлаждающей жидкости, минимального уровня масла и предохранительный ограничитель температуры, с проводкой до шкафа управления

Автономное энергоснабжение: микротурбины

Для микротурбинных электростанций приемлемо топливо:

природный газ, высокого, среднего и низкого давления
попутный нефтяной газ (ПНГ)
биогаз
газ, получаемый при очистке сточных вод
газ, получаемый при утилизации мусора
пропан
бутан
дизельное топливо
керосин
шахтный газ
пиролизный газ

Производятся микротурбины следующей единичной электрической мощности:

30 кВт (выход тепловой энергии 85 кВт), шум 58 dB, расход газа при номинальной нагрузке 12 м 3
65 кВт (выход тепловой энергии 160 кВт кВт)
200 кВт
600 кВт
800 кВт
1000 кВт

ТЭО BHKW

Надо рассматривать в каждом конкретном случае, стоимость потреблённого установками топлива в сравнении со стоимостью покупки тепла и электроэнергии у монопольной государственной компании. Кроме того, стоимость подключения в сравнении со стоимостью самих установок.

быстрый возврат инвестиций (срок окупаемости не превышает чётырёх лет)
потребляя 0,3 куб. м газа возможность получать 1 кВт электроэнергии и ~ 2 кВт тепла в час
отсутствие платы за подключение к центральным сетям энергоснабжения, в прошлом году стоимость присоединения к электросети достигала в Московской области 48 907 рублей за один киловатт установленной электрической мощности (от 1 кВт до 35 кВт).Эта цифра вполне сопоставима со стоимостью строительства одного киловатта собственной, домашней высококачественной микротурбинной электростанции.
возможности приобретения в лизинг BHKW
минимум топливных потерь на локальной электростанции
возможность установки BHKW в старых котельных и на ЦТП
отсутствие необходимости строительства дорогостоящей ЛЭП, ТП, протяженной электросети
возможности быстрого увеличения электрической мощности, путем дополнительной установки энергетических модулей

Стоимость киловатт-часа

Цена киловатт-часа отличается, прежде всего, от типа производящей электростанции. Различные финансовые институты используют дифференцированные методики при оценке производимой электроэнергии.

Стоимость одного киловатта ядерной энергии вывести непросто. Применяются отличающиеся методы оценки и подсчета.

Всемирная Ядерная Ассоциация сравнила стоимость киловатт-часа, который может быть произведен на новых электростанциях различных типов.

Если условная ставка по кредитам, выданным под строительство электростанции, составляет 10%, то киловатт-час электроэнергии стоит, произведенной на:

АЭС - 4.1 цента
на современной угольной электростанции - 4.8 цента
на газовой электростанции - 5.2 цента

Если кредитная ставка по финансированию строительства электростанций снизится до 5%, то получатся еще меньшие величины:

2.7 цента для АЭС
3.8 - для электростанции, работающей на угле
4.4 цента - для газовой электростанции.

Европейская Комиссия пользуется другими данными:

1 киловатт-час ядерной и гидроэнергии обходится в €0.05
угольной ТЭС - в €0.04 - 0.07
газовой электростанции - €0.11 - 0.22

По методике Европейской Комиссии оппонентами АЭС являются лишь ветряные энергоустановки, стоимость киловатт-часа которых составляет €0.015-€0.02.

Массачусетский Технологический Институт подсчитал, стоимость ядерной энергии составляет 6.6 цента за киловатт-час, а электричество, произведенное из природного газа, обходится в 3.7-5.5 центов.

По информации Университета Чикаго:

киловатт-час АЭС стоит 6.4 цента
киловатт-час, произведенный на газовой станции - 3.3-4.4 цента.

По методикам Института Ядерной Энергетики, в 2004 году в США стоимость киловатт-часа, произведенного:

на АЭС, составляла 1.67 центов
Киловатт-час угольной электростанции обходился в 1.91 цента
электростанции на HFO - в 5.40 центов
газовой электростанции - в 5.85 центов

Стоимость строительства киловатт-часа

Вопрос вопросов - стоимость и продолжительность строительства АЭС.

Организация Экономического Сотрудничества и Развития подсчитала, что стоимость строительства составляет:

атомной электростанции от $2.1 тыс. до $2.5 тыс. за киловатт мощности
угольной электростанции - $1.5 тыс.-1.7 тыс.
газовой электростанции - $1 тыс.-$1.4 тыс.
ветровой энергетической установки (ВЭУ) - $1 тыс.-$1.5 тыс.

Исследовательские центры, выступающие против строительства АЭС, считают, что эти данные не показывают реальной стоимости строительства АЭС.

Типичная АЭС мощностью 1GW обойдется, как минимум, в $2.2 млрд. Аналогичный вывод сделала Исследовательская Служба Конгресса США. По подсчетам службы, стоимость строительства атомной электростанции, после 1986 года, составляет от $2.5 до $6.7 млрд. Бюджетная часть систем безопасности АЭС составляет 1/3 стоимости проекта.

Срок строительства электростанций составляет:

АЭС - 5-6 лет
угольной электростанции - 3-4 года
газовой электростанции - 2 года

Институт Исследований Ядерной Политики подчеркивает, что тщательные анализы и расчеты долгосрочной стоимости ядерной энергетики никогда не проводились .

При обычных расчетах не учитываются:

стоимость обогащения урана
затраты на борьбу с последствиями возможных аварий
стоимость закрытия АЭС
расходы на транспортировку
хранение ядерных отходов

В США нет опыта закрытия ядерных установок. Стоимость затратного процесса возможно лишь предполагать. В 1996 году Министерство Энергетики предположило, что затраты могут разниться от $180 млн. до $650 млн.

На портале newtariffs.ru публикуются новые, сводные тарифы на электроэнергию, цены на природный газ, стоимость – уровень оплаты за тепловую энергию и водоснабжение, а так же прейскуранты на услуги ЖКХ.

Электричество в России - это такая штука, которую могут внезапно отключить, которая может подорожать или стать хуже по качеству. Если у вас дата-центр, госпиталь, торговый центр или другой важный объект, логично озаботиться своим источником питания: начиная с какого-то объёма потребляемой энергии выгодно не запитываться от города, а строить собственный энергоцентр.

Фотографии энергоцентра в Набережных Челнах

Учитывая, что для всех этих объектов (в особенности – для дата-центра) понадобится не только электричество, но и тепло-холод, крупные заказчики делают ставку на свои энергоцентры - а мы занимаемся их проектированием, строительством и внедрением, и используем очень интересную схему тригенерации, позволяющую получать сразу тепло, холод и электричество без лишних преобразований.

Под катом - фотографии энергоцентра, короткий рассказ об его устройстве и тригенерации в целом.

Зачем вообще нужны энергоцентры?

Электричество стоит денег. Во многих случаях дешевле построить энергоцентр, чем провести инфраструктуру и регулярно платить городу за питание. Вопрос «сколько будет стоить электричество, тепло, вода и холод после ввода объекта в эксплуатацию» сегодня уже не является второстепенным.

Часто даже выбор площадки происходит не только исходя из удобного расположения для будущих клиентов, но и с точки зрения возможности и стоимости обеспечения нужными энергоресурсами. Сложно планировать что-то, когда запланированные тарифы на электроэнергию после ввода объекта в эксплуатацию возрастают в 1,5-2 раза с формулировкой «вновь введенный объект не вошел в баланс генерирующего поставщика».

Решение

Одним из выходов в данной ситуации может быть строительство собственных генерирующих мощностей (собственного энергоцентра) на базе газопоршневых или газотурбинных установок с утилизацией тепла с помощью абсорбционных холодильных машин (АБХМ). Весь фокус как раз в том, что все «излишки» тепла или холода не «сбрасываются» куда-то в процессе выработки электричества, и используются для соответствующих потребителей объекта.

Принцип такой: при работе газопоршневой или газотурбинной установки, с 1 кВт вырабатываемой электроэнергии мы можем получить от 1 до 2 кВт тепловой энергии в качестве горячей воды. В заполненных и работающих дата-центрах электрическая нагрузка достаточно равномерная в течение года, а потребность в холоде сопоставима с активной электрической IT-мощностью. Из горячей воды с помощью АБХМ получаем холод с средним коэффициентом 0,75. Таким образом, в зависимости от типа энергоустановок, с их тепла можно получить от 50% до 100% необходимого холода. В итоге получается чрезвычайно энергоэффективная система. Недостаток тепла, а так же резерв обеспечивается обычными водогрейными котлами, КПД которых близок к 99%.

Извне потребляется только природный газ низкого давления, на выходе получается электроэнергия, тепло на отопление и холод на кондиционирование. При этом надёжность превосходит стандартных поставщиков, а стоимость ресурсов заметно ниже. Себестоимость потребляемой электроэнергии составляет до 2 руб/кВт*ч и ниже, что соответствует внешним тарифам по напряжениям 110 кВ и выше.

Комбинированная выработка электроэнергии, тепла и холода позволяют добиться не только снижения затрат на энергоресурсы в 2 и более раз, но и снизить объемы потребления электроэнергии на вентиляцию и кондиционирование. Достигается это за счет полного или частичного замещения компрессоров системы охлаждения на АБХМ, которая электричество практически не потребляет. Опыт реализованных нами проектов показывает, что окупаемость собственного энергоцентра при правильном техническом решении всего 2-3 года, после чего решение начинает приносить владельцу дополнительную прибыль.

Энергоцентр представляет собой самостоятельное, полностью автоматизированное инженерное сооружение, работающее в автономном режиме, в состав которого входят силовые установки на базе газового двигателя и присоединенного электрогенератора.

Какие преимущества?

При строительстве ЦОДа высокой доступности основным источником электроэнергии должен быть независимый от энергосистемы ввод, традиционно реализуемый на базе дизельных генераторных установок («город» на уровнях выше не может быть основным).

Средняя себестоимость 1 кВт*ч на дизельном топливе варьируется от 7-10 рублей. По этим причинам «основной» ввод остается таковым только на бумаге, а электроэнергию в штатном режиме получают по классическим схемам от электросетей, то есть от дополнительного источника по стандарту. Небольшой ЦОД суммарной с мощностью от 1 до 2 МВт будет подключен к электросетям на напряжении 6 или 10 кВ, и будет покупать электроэнергию по соответствующей тарифной группе (от 3 до 4 руб/кВт*ч). При таком подходе холод в системе охлаждения ЦОД вырабатывают парокомпрессионные холодильные машины (ПКХМ), потребляющие сетевую электроэнергию.

Холодопроизводительность цикла ПКХМ связана с электропотреблением через ε – холодильный коэффициент.

Для средней полосы России ε приблительно 3,0. Это значит, для выработки 1,0 кВт холода, потребуется электрическая мощность 0,33 кВт.

При этом более чем реально установить свой газовый энергоцентр (где есть тригенерационная система). В итоге необходимый объем холода можно получать с помощью АБХМ без использования традиционных (и дорогостоящих) компрессоров. Опыт проектирования и резервирования систем накоплен достаточно большой, поэтому даже для TIER III и TIER IV никакой принципиальной проблемы в строительстве и сертификации такого объекта нет.

Конкретный пример

Один из примеров – энергоцентр торгового центра «ЭССЕН» в Набережных Челнах, построенный КРОК аж в 2007-м году. Проект окупил себя за 2 с небольшим года, даже при неполной загрузке. В настоящее время у нас в работе еще несколько подобных проектов.

Вот его карточка:

Тип строительства – новое строительство
Место расположения строительной площадки – г. Набережные Челны, Республика Татарстан
Стадийность строительства - 1 очередь
Предназначение – электро, тепло и холодоснабжение собственного торгово-развлекательного центра.
Причина – отсутствие технической возможности присоединения к электрическим сетям.
Номинальные мощности – электроэнергия 2 МВт – фактическое потребление 70%, тепловая энергия 4 Гкал – фактическая потребляемая мощность 3,7 Гкал, холодопотребление – 1,2 МВт, фактическое потребление 1 МВт
Исполнение ТЭЦ – контейнерное
Оборудование – КГУ – Caterpillar (США), котлы – Buderus (Германия), АБХМ – Carrier (Китай)

А вот его фотографии:

Вид когенерационной газопоршневой установки (КГУ) внутри, расширительные баки:

Контейнер с резервным дизель-генератором

Газораспределительный пункт (ГРП) энергоцентра:

Газопоршневой двигатель (ГПУ) CATERPILLAR:

Абсорбционая холодильная машина (АБХМ) внутри:

Теплообменники теплового пункта котельной:

ГПУ внутри - наладка:

Утилизатор выхлопных газов:

Подключение к шинам силового щита ГПУ:

Когенерационные газопоршневые установки (КГУ):

Сухой охладитель (драйкулер) КГУ:

Он же:

КГУ - дымовые трубы, драйкулер, утилизатор выхлопных газов:

Резюме

Строительство собственного энергоцентра с применением технологии тригенерации «под ключ» обойдется примерно в 2000 евро/кВтэ. Это вполне сопоставимо с ценой на подключение к внешним сетям.
Свой энегоцентр для ЦОДа не приводит к увеличению инвестиций, но существенно снижает энергопотребление ЦОД и его OPEX в целом.
Надёжность и эффективность ЦОДа увеличиваются.
К выбору площадки можно подходить свободнее: достигается энергонезависимость объекта от местной инфраструктуры, что может оказаться важным преимуществом.
Строительство энергоцентра ведется параллельно с возведением основного объекта и по срокам составляет 1,5-2 года.
КРОК имеет опыт строительства таких объектов, поэтому если интересно – обращайтесь на [email protected], обсудим конкретные вопросы. На общие вопросы готов ответить в комментариях.

UPD. Много вопросов по окупаемости и экономической части. В целом всё зависит от конкретного проекта. Общие подходы такие (числа в расчётах примерные, могут отличаться в разных ситуациях и регионах):

Важно предусмотреть как можно более полный и стабильный сбыт всех производимых ресурсов. Если потребление неравномерное (день\ночь, сезонность) – можно «вырезать» энергоцентром только стабильную часть, а всплески добирать из сети. В смысле, что не надо брать энергоцентр под пик, он экономически оправдан при стабильной загрузке выше, например, 60%.
В себестоимости больше половины затрат – цена топлива. 270 кубов на 1МВт*ч пусть например по 4 рубля за куб и 8200 часов в году (с учетом регламента и простоя) - это около 9 миллионов рублей. Пусть обслуживание, персонал, налоги, масло и прочее еще столько же, хотя по опыту меньше. Получаем OPEX 18 миллионов рублей или 2,19 руб\кВт*ч. Вилка с внешнем тарифом пусть 4 руб\кВт*ч составит около 15 миллионов рублей по электричеству и не менее 2 миллионов рублей за тепло. На больших станциях эффект ещё больше.
Стоимость энергоцентра зависит от многих параметров. Когенерация 1МВт (электричество и тепло), в контейнере одной машиной даже с подключением к сетям стоит меньше от 1 млн евро «под ключ». Более сложное решение, в том числе тригенерация дороже. Например, 1,5 млн евро / годовую экономию 17 млн руб = 3,5 года. Использование холода улучшает ситуацию вдвое. А если учесть стоимость подключения к электрическим сетям – проект может окупиться на старте.

Детальный расчет по конкретной ситуации готов предоставить по запросу на электронную почту [email protected].