Применение газо-поршневых энергетических установок с целью выработки конкурентоспособной по стоимости электрической и тепловой энергии для собственных нужд предприятия (посёлка, жилого микрорайона)

Когенерационные системы (когенераторы): особенности и преимущества

Современные энергопроизводящие модули, способные одновременно вырабатывать тепловую и электрическую энергию, называют когенерационными системами (КС) или мини-теплоэлектростанциями (мини-ТЭС). Они состоят из двигателя (газопоршневого двигателя, газовой турбины, дизеля), генератора, теплообменников, коммуникационных систем. В условиях роста цен на энергоносители и ужесточения требований по экологической безопасности такие системы получают всё большее распространение.

Преимуществами КС являются:

Низкая, по сравнению с тарифами централизованных систем стоимость кВт/часа электроэнергии.
Меньшие потери при передаче тепловой энергии.
Возможность применения газа различного состава (природный, нефтяной попутный газ, синтезированный продукт-газ, биогаз и т.д.), что в свою очередь, позволяет использовать КС в самых различных областях хозяйства и экономики, промышленного производства (нефте- газодобывающая и перерабатывающая промышленность, строительство, сельское хозяйство, очистные сооружения, химическая промышленность, стекольное производство, утилизация широкого спектра горючих отходов и т.д.)

По пути применения КС пошли большинство развитых стран Европы, такие как Англия, Германия, Австрия и другие. Сегодня доля электроэнергии, вырабатываемой КС в Европе, составляет около 10 %.
Всё больше предприятий-сторонников КС появляется и в России.

Экономическая целесообразность применения.

При расчёте экономической эффективности КС необходимо учитывать следующие факторы:

Режим работы электростанции (основной, резервный);
Стоимость электроэнергии предлагаемой централизованными системами;
Стоимость горюче-смазочных материалов и их доставки;
Стоимость технического обслуживания;
Стоимость и возможность использования вырабатываемой тепловой энергии;

Кроме вышеперечисленных факторов, также должна учитываться цена возможного ущерба (упущенная выгода, непроизводственные потери, негативные экологические последствия, и т.д.) в случае наступления страхового случая, т.е. убытки, которые понесёт потребитель при отключении централизованной тепловой или электрической энергии. Эта цена определяется и учитывается для каждого конкретного предприятия или учреждения отдельно.

Сравнительные характеристики КС с газо-поршневыми, дизельными, газотурбинными двигателями приведены в Таблице 1.
Обозначения: ГЗПУ – газопоршневые установки; ДЗУ – дизельные установки;
ГЗТУ – газотурбинные установки

Таблица 1.

Примечание:

В таблице 1. Приведены основные характеристики КС с газо-поршневыми, газотурбинными и дизельными двигателями, при анализе которых следует, что в основном режиме работы наиболее экономически эффективными являются КС с газо-поршневыми двигателями. При этом обращают на себя внимание низкие эксплуатационные затраты, большой моторесурс до капитального ремонта и меньший расход топлива.

По выбросам вредных веществ газо-поршневые двигатели удовлетворяют самым жёстким европейским стандартам. При этом стоимость 1 кВт установочной мощности западных образцов КС с газопоршневыми двигателями соизмеримы с отечественными КС с газотурбинными двигателями. Основным недостатком этих систем является ограниченная единичная мощность установки ( до 5 МВт).

У КС с газотурбинным двигателем значительно выше расход топлива, меньше моторесурс до капитального ремонта и относительно невысокий полный моторесурс.

Стоимость КС с дизельным двигателем в 2-2.5 раза ниже стоимости КС с газопоршневыми и газотурбинными двигателями, но высокие эксплуатационные затраты делают работу КС с дизель-генератором экономически неэффективной.

Внешний вид контейнера c ГЗПУ (модель JMS 320 GS – N.LC)

Результаты расчёта себестоимости вырабатываемой электроэнергии, произведённой КС с газо-поршневыми установками и дизель-генераторами в зависимости от мощности установки приведены на рис.1.

Рис.1.

Из диаграммы видно, что себестоимость электроэнергии, выработанной КС с газопоршневым двигателем, в 5 раз меньше себестоимости электроэнергии, выработанной КС с дизель-генераторам и на 30% ниже цены электроэнергии, предлагаемой централизованными системами (расчеты сделаны на примере тарифов, действующих в системе «Ленэнерго»).

Для того чтобы правильно выбрать мощность установки, необходимо проанализировать годовое потребление тепловой и электрической энергии. КС должна покрывать 50% - 70% от максимальной ежегодной потребности тепловой энергии, а остальные 30% - 50% целесообразно обеспечить водогрейным котлом. КС должна наработать в год не менее 4000 часов.

Полный экономический анализ применения КС требует детальной инженерной проработки. В этом случае, как правило, выполняется сравнительный анализ технических и экономических параметров применяемых установок, определяется состав КС с учётом требований заказчика.

Назад