Автономные электрогенераторные установки когенерационного

12
Тема номера: Когенерация источников энергии
УДК 620.9
АВТОНОМНЫЕ ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРНЫЕ
УСТАНОВКИ КОГЕНЕРАЦИОННОГО ТИПА
ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ И ОРГАНИЗАЦИЙ
Быстрицкий Г.Ф., канд. техн. наук, профессор;
Бородич Е.А., магистр;
Завьялова О.С., магистр,
НИУ «МЭИ»,
111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 14
Приведены основные положения принципа когенерации автономных источников тепловой и электрической энергии: газопоршневых, газотурбинных, дизельных двигателей и микротурбинных установок.
Доказана их эффективность: увеличение коэффициента использования топлива до величины 0,8–0,85.
Представлены конструктивные схемы и основные параметры установок, приведен справочный материал
для выбора автономных когенерационных источников. Статья предназначена для проектировщиков,
эксплуатационников, других специалистов отделов главного энергетика предприятий.
Ключевые слова: когенерация, электроэнергия, теплоснабжение, двигатель, генератор, котел, турбина,
топливо.
STAND-ALONE POWER GENERATING FACILITIES OF COGENERATION TYPE
FOR COMPANIES AND ENTERPRISES
Bystritsky G.F., Ph. D. of technical sciences, professor; Borodich E.A., magister; Zavialova O.S., magister,
NIU "MEI"
The basics of cogeneration principle are provided for stand-alone sources of thermal and electric power: gas
reciprocating units, gas turbines, diesel engines and micro-turbine units. Units efficiency has been proven as follows:
fuel usage ratio increase up to 0,8–0,85. Design schemes and basic units parameters are provided, reference material
is given for selection of cogeneration sources. The article is written for attention of designers, operating personnel
and other specialists of chief power engineer department of the company.
Key words: cogeneration, electric power, heat supply, engine, generator, boiler, turbine, fuel.
ОСНОВАНИЯ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
КОГЕНЕРАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Большинство промпредприятий имеет
централизованное электроснабжение от
единой системы энергоснабжения (СЭС), а
теплоснабжение осуществляется от местных
паровых и водогрейных котельных. В критических случаях (аварии в СЭС) кроме основного
электротехнического и тепломеханического
оборудования в энергетическом хозяйстве
промышленных предприятий и других организаций необходимо наличие дополнительных
ГЛАВНЫЙ ЭНЕРГЕТИК • 7 • 2014
аварийных и резервных источников электроэнергии.
Переход на локальные газовые и дизельные
электростанции – это прогрессивное решение
проблемы энергоснабжения, сокращение
сроков ввода новых мощностей и расходов
на строительство ЛЭП, уход от неэффективного инвестирования крупных долгосрочных
проектов. Выбор природного газа в качестве
энергоносителя для двигателей оправдывается его приемлемой ценой на внутреннем
рынке, к тому же он обладает существенным
Тема номера: Когенерация источников энергии
Рис. 1. Преимущество раздельного производства электроэнергии и тепла
экологическим преимуществом по отношению к
твердым и жидким топливам. Самостоятельные
энергоисточники не являются альтернативными
энергосистеме, а лишь дополняют ее, повышая
надежность обеспечения потребителей. Развитие
малой энергетики для России неизбежно, так как
более 50 % территории страны не имеют связи с
энергосистемой, и надежное энергоснабжение
может быть обеспечено только малыми ТЭЦ.
Говоря об автономном энергоснабжении,
следует отметить возможность получения не
только электрической, но и тепловой энергии.
Обычный способ получения электричества и
тепла заключается в их раздельной генерации
(электростанция и котельная). При этом значительная часть энергии первичного топлива не
используется. Можно значительно уменьшить
общее потребление топлива путем применения когенерации – совместного производства
электроэнергии и тепла (рис. 1).
13
С использованием когенерационной технологии КПД (коэффициент использования
топлива) мини-ТЭЦ возрастает до 87–92 %
(у классической электростанции он достигает
36 %), что не только дает ощутимую экономию собственных средств, но и значительно
упрощает получение лимитов на топливо и
разрешительной документации. Современная
мини-ТЭЦ – это комбинированная выработка
электроэнергии и тепла. Одновременная выработка электрической и тепловой энергии
(когенерация) позволяет получить максимальный экономический эффект вследствие того,
что для выработки тепла используется высокая
температура отработанных газов двигателей
генераторов, а также тепло, получаемое от
систем охлаждения двигателей.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТРИГЕНЕРАЦИОННЫХ
СИСТЕМ
Мини-ТЭЦ позволяют на основе утилизируемой или вторично используемой энергии
вырабатывать не только тепло, но и холод, используя современные адсорбционные установки.
Этот процесс называется тригенерацией (рис. 2).
Тепло, вырабатываемое газопоршневой,
дизельной и микротурбинной мини-ТЭЦ, может
быть использовано для получения охлажденной до +5–12 °С воды. С этой целью в качестве
тепловой нагрузки к мини-ТЭЦ подключается
абсорбирующая машина. Вода, охлажденная в
абсорбционной машине, используется в системе
Рис. 2. Принципиальная схема тригенерационной установки на предприятии
на основе микротурбинных установок
7 • 2014 • ГЛАВНЫЙ ЭНЕРГЕТИК
14
Тема номера: Когенерация источников энергии
кондиционирования и вентиляции объекта или
на технологические нужды.
Использование тригенерационных систем
особенно эффективно в летний период, когда
существует избыток тепла, вырабатываемого
мини-ТЭЦ. Обычно избыточное тепло выбрасывается в атмосферу с помощью системы
принудительного охлаждения. Если это тепло
направить в абсорбционную машину, то отпадет
надобность в работе системы принудительного
охлаждения мини-ТЭЦ, на которую расходуется
часть производимой электроэнергии. Будет
также получена охлажденная вода для системы
кондиционирования.
На мини-ТЭЦ в основном используются четыре
вида силовых агрегатов, приводящих в движение
генераторы и, соответственно, вырабатывающих
тепло и электроэнергию:
– газотурбинные установки (ГТУ);
– двигатели внутреннего сгорания, работающие на различных видах топлива – газообразном
(ГПУ) или жидком (ДЭС);
– силовые установки, построенные на сочетании паровых котлов и турбин;
– микротурбины.
БЛОЧНЫЕ ПАРОВЫЕ
ТУРБОГЕНЕРАТОРЫ (МИНИ-ТЭЦ)
В связи с постоянным ростом цен на электроэнергию многие предприятия, производящие и
использующие водяной пар на технологические
нужды и отопление, переходят на самостоятельное
ее производство. Осуществляется это с помощью
блочных паровых турбогенераторов с противодавленческой турбиной для комбинированной
выработки тепловой и электрической энергии.
Основная масса производственных и производственно-отопительных котельных промышленных и муниципальных предприятий
оборудована паровыми котлами насыщенного
или слабо перегретого пара на давление 1,4 МПа
производительностью 10–25 т/ч.
Использование турбогенератора в собственной котельной позволяет:
– значительно сократить количество закупаемой электроэнергии, вплоть до полного
самообеспечения;
– уменьшить заявленную мощность.
В табл. 1 приведены характеристики ТГУ,
выпускаемых ОАО «КТЗ» (Калужский турбинный
завод).
Таблица 1
Технические характеристики турбогенераторов (основной ряд)
Характеристики ТГУ
ТГ 0,5А/0,4
Р13/3,7
Мощность, кВт
500
ТГ 0,6А/0,4
PI2/3,7
ТГ 0,7А/0,4
P13/2
600
750
-1
Частота вращения, мин :
Ротора турбины
8000
8000
8000
Ротора генератора
1500
1500
1500
Параметры трехфазного тока:
Напряжение, В
400
400
400
Частота, Гц
50
50
50
1,3 (1,0–1,4)
1,2 (1,0–1,4)
1,3 (1,0–1,4)
ts*–250
ts*–250
ts*–250
0,37 (0,3–0,5)
0,37 (0,3–0,5)
0,2 (0,15–0,3)
13,2
16,5
14,3
Давление сухого насыщенного пара
перед турбиной, МПа
Температура свежего пара, °С
Абсолютное давление пара
за турбиной, МПа
Расход пара, т/ч
Параметры охлаждающей воды:
Температура, °С
25 (4–32)
25 (4–32)
25 (4–32)
Расход, м3/ч
10 (10–15)
10 (10–15)
10 (10–15)
* ts – температура насыщения при заданном давлении.
ГЛАВНЫЙ ЭНЕРГЕТИК • 7 • 2014
Тема номер: Когенерация источников энергии
15
Рис. 3. Схема турбогенераторной установки в котельной (мини-ТЭЦ)
Рис. 4. Характеристики ТГУ при различных
модификациях турбины: N – электрическая
мощность агрегата; p0 – давление пара
перед турбиной; p2 – давление пара за турбиной; G – расход пара через турбину
На рис. 3 представлена принципиальная
схема ТГУ [1].
На рис. 4 показаны основные характеристики
модификаций ТГУ при насыщенном паре на
входе в турбину в зависимости от отношения
давления в турбине и расхода пара.
УСТАНОВКИ С ВИНТОВОЙ ПАРОВОЙ
ТУРБИНОЙ (ПВМ)
Установка ПВМ представляет собой винтовой
паровой расширитель (маркировка РПВ-02 М),
являясь по существу безлопаточной компактной
паровой турбиной с противодавлением. Она
создана на базе корпуса, который содержит
ведущий и ведомый роторы в виде шнеков
(винтов). Роторы находятся в зацеплении через
шестерни связи, исключающие касание роторов
друг с другом во время работы. Турбина оснащена встроенным редуктором, системой смазки,
включая масляный бак, насос и цилиндрический
маслоохладитель.
Свежий пар поступает через входной патрубок
на корпусе во входные окна, расположенные с
одного торца корпуса. Проходя по винтовому
каналу между зубьями шнеков, пар, расширяясь,
преобразует тепловую энергию в механическую,
плавно вращая роторы. На конце вала редуктора укреплена муфта, с помощью которой
энергия передается генератору. Отработавший
пар удаляется через выходной патрубок и поступает в технологический цикл производства
или в подогреватели воды в качестве греющей
среды.
Ниже приведены основные технико-экономические характеристики базовых моделей
ПВМ (табл. 2).
Технические преимущества и особенности
работы РПВ-02 М по сравнению с лопаточными
турбинами:
– высокий внутренний КПД (η0i) в широком
диапазоне нагрузок;
– высокая эксплуатационная надежность
при использовании пара любого качества, в том
числе высоковлажного;
– большой ресурс вследствие отсутствия
эрозионного и механического износа винтовых
роторов, а также наличия механизма разгрузки
упорных подшипников от чрезмерных осевых
усилий;
– малые габариты и масса позволяют установить турбину в существующем здании котельной
без сооружения массивного фундамента.
Экспериментальными исследованиями было
установлено, что конструкция ПВМ позволяет в
широком диапазоне приспосабливаться к конкретным условиям заказчика и, как следствие, может покрывать весь наиболее часто встречающийся диапазон мощности от 200 до 1500 кВт. В табл. 3
7 • 2014 • ГЛАВНЫЙ ЭНЕРГЕТИК
16
Тема номера: Когенерация источников энергии
Таблица 2
Основные характеристики ПВМ
Марка ПВМ
Тип расширителя
Рабочая среда
ПВМ-200
ПВМ-250
ПВМ-500
ПВМ-1000
Винтовой
Винтовой
Винтовой
Винтовой
Водяной пар
Водяной пар
Водяной пар
Водяной пар
0,6–1,4
0,8–1,4
0,8–1,4
0,8–1,4
Параметры пара:
давление на входе, МПа (абс.)
температура пара на входе, °С
до 300
до 300
до 300
до 300
давление на выходе, Мпа (абс.)
0,1–0,5
0,2–0,6
0,2–0,6
0,2–0,6
3-8
4–10
7–18
10–25
200
250
500
1000
расход пара, т/ч
Максимальная эл. мощность,
кВт
Параметры 3-фазного электрического тока:
напряжение, кВ
0,4
0,4
0,4; 6,3; 10,5
0,4; 6,3; 10,5
частота, Гц
50
50
50
50
2000
2000
2800
3500
1300х700х1200
1400х750х1200
1800х1300х1440
2420х1300х1440
Диаметр роторов, мм
180
180
315
315
Ресурс назначенный, лет
25
25
25
25
Назначенный ресурс
до заводского ремонта, ч
30 000
30 000
30 000
30 000
Частота вращения ведущего
ротора, об./мин
6000
6000
6000
6000
Частота вращения выходного
вала, об./мин
3000
3000
3000
3000
Внутренний относительный КПД
турбины, ηoi, %
67–70
67–70
67–70
67–70
Масса агрегата (турбины),
не более, кг
Габариты агрегата, мм
приведены наиболее часто встречающиеся у
различных заказчиков параметры пара (давление на впуске ПВМ, на выпуке, расход пара и
мощность, которую можно реально получить с
помощью ПВМ) [2].
ГАЗОТУРБИННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
СТАНЦИИ (ГТЭС)
В отличие от паротурбинного цикла, в циклах
газотурбинных установок (ГТУ) рабочим телом
служат нагретые до высокой температуры сжатые
газы. В качестве таких газов используют смесь
воздуха и продуктов сгорания жидкого (или
газообразного) топлива.
Принципиальная схема ГТУ представлена
на рис. 5.
В газовой турбине ГТ продукты сгорания
адиабатно расширяются. В результате чего
ГЛАВНЫЙ ЭНЕРГЕТИК • 7 • 2014
их температура снижается до Т4 (точка 4), где
t4 ≈ 300–400 °С, а давление уменьшается почти
до атмосферного р0. Весь перепад давлений
р3–р0 используется для получения технической
работы в турбине lтех. Большая часть этой работы
lк расходуется на привод компрессора; разность
работ lтех–lк затрачивается на производство
электроэнергии в электрическом генераторе
G или на другие цели.
Для повышения КПД ГТЭС применяют способ
регенерации теплоты уходящих газов из турбины.
В отличие от принципиальной схемы, в данную
включен теплообменник, в котором воздух,
идущий от компрессора в камеру сгорания,
нагревается отработавшими газами, уходящими
из турбины, или теплота газов утилизируется в
котлах-утилизаторах или газовых подогревателях
сетевой воды.
Тема номера: Когенерация источников энергии
17
Таблица 3
Рабочие характеристики ПВМ в зависимости от параметров пара котельной
Давление впуска, ата
Давление выпуска, ата
Расход пара, т/ч
Мощность, кВт
12
12
2
5–24
320–1500
8
20–40
350–700
30
2
4–20
400–1900
10
3
8–36
330–1540
10
6
15–30
310–620
8
6
16–32
170–340
6
2
5–24
200–910
Рис. 5. Принципиальная технологическая схема электростанции с газовыми турбинами: КС – камера сгорания; КП – компрессор; ГТ – газовая турбина; G – генератор;
Т – трансформатор; М – пусковой двигатель
Основу современных газотурбинных электростанций России составляют газовые турбины
мощностью 25–100 МВт. В последние годы для
электроснабжения газовых и нефтяных месторождений получили широкое распространение
газотурбинные электростанции мощностью
Таблица 4
Основные характеристики газотурбинных электростанций ЗАО «Искра-Энергетика»
Параметры ГТЭС
Электрическая мощность,
кВт
ГТЭС-2,5
ГТЭС-4
ГТЭС-5
ГТЭС-6
ГТЭС-12
ГТЭС-16
ГТЭС-25
2500
4000
5000
6000
12 000
16 000
25 000
34,5
37,0
40,0
Напряжение, кВ/частота, Гц
КПД ГТУ, %, не менее
6,3 или 10,5/50
21,4
24,0
26,0
27,0
КПД генератора, %, не
менее
97
КПД с утилизатором-теплообменником, %
48–60
КПД с паровым котлом, %
72–87
Вид топлива
Расход топлива, м3/ч
Природный газ, попутный нефтяной газ, жидкое топливо
825
Давление топливного газа,
МПа
1160
1360
1,2–1,6
2496
1,8–2,2
Температура топливного
газа, °С
Тепловая мощность, Гкал/ч
1560
3104
4425
2,4–3,2
5–50
6
8,2
9,5
10,7
16,7
20,7
30,1
7 • 2014 • ГЛАВНЫЙ ЭНЕРГЕТИК
18
Тема номера: Когенерация источников энергии
2,5–25 МВт. Основные характеристики газотурбинных электростанций производства ЗАО
«Искра-Энергетика» приведены в табл. 4.
Газотурбинные установки мощностью 15–
30 МВт и ниже целесообразно применять для
децентрализованных источников электроэнергии и тепла, реконструкции отопительных
и производственных котельных с превращением
их в небольшие ГТУ-ТЭЦ, а иногда и для создания
ПГУ-ТЭЦ, например, на базе промышленных
ТЭЦ с паровыми турбинами мощностью
6–12 МВт.
ГТУ такого класса мощности удобны для сохранения выработки электроэнергии на старых
ТЭЦ с низкими (3–9 Мпа) давлениями пара. На
них целесообразна установка четырех-шести ГТУ
мощностью 15–30 МВт с котлами-утилизаторами
и использованием выработанного в них пара в
имеющихся турбинах. Таким образом, создается
экономичная современная ТЭЦ с электрической
мощностью 80–200 МВт и тепловой мощностью
100–200 Гкал/ч. Остальная часть тепловой нагрузки покрывается в режиме котельной [3].
ГАЗОПОРШНЕВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
СТАНЦИИ
В последнее время наряду с ГТЭС стали
широко использоваться электростанции контейнерного исполнения на базе газопоршневых
генераторов. Эти электростанции являются
автономными, постоянными и резервными
источниками электроэнергии. Газопоршневые
генераторные установки могут использоваться
для выработки как электрической, так и тепловой
энергии за счет утилизации теплоты газового
двигателя. Установки с утилизацией теплоты
могут применяться на объектах, одновременно
потребляющих тепловую и электрическую
энергию:
– объектах нефтегазового комплекса;
– удаленных объектах жилищно-коммунального хозяйства (электро- и теплоснабжение
небольших поселков и т. п.);
– в карьерах и на рудниках;
– на промышленных предприятиях.
В качестве привода газопоршневых генерирующих установок используются двигатели
внутреннего сгорания (ДВС), конструктивно
аналогичные дизельным двигателям (камера
сгорания рассчитана на такое же давление). На
практике применяют газопоршевые двигатели
двух типов:
– с искровым зажиганием (аналог автомобильного бензинового двигателя) на газе
(природном, биогазе и др.);
– с воспламенением от сжатия (аналог автомобильного или судового дизеля) при работе на
природном газе с добавлением 5 % дизельного
топлива для облегчения воспламенения топливной смеси.
Российский рынок газопоршневых генераторов представлен достаточно широким спектром
как импортного, так и отечественного производства. Среди иностранных производителей
Таблица 5
Детонационная стойкость различных газов
Топливо (газ)
Наименование
Метановое число
Н2
Водород
0
СН4
Метан
100
С2Н4
Этилен
15
С2Н6
Этан
43,7
С3Н6
Пропилен
18,6
С3Н5
Пропан
33
С4Н10
Бутан
10
СО
Окись углерода
75
Примечание:
Состав природного газа (обычно), %: СН4 = 88,5; С2Н6 = 4,7; С3Н6 = 1,6; С4Н10 = 0,2; N2 = 5; метановое число 72–98.
Состав газа сточных вод, %: СН4 = 65: СО2 = 35; метановое число 134.
Состав газа мусорных свалок, %: СН4 = 50; СО2 = 40; N2 = 10; метановое число – 136.
ГЛАВНЫЙ ЭНЕРГЕТИК • 7 • 2014
Тема номера: Когенерация источников энергии
19
Таблица 6
Характеристики газопоршневых электростанций фирмы Caterpillar
Параметр
Тип электростанции
G3512
G3516/B
G3516C/E
G3520c/E
Электрическая мощность
(cosϕ = 0,8), кВт
770
1030/1145
1600
2000
Тепловая мощность, кВт
1000
1340/1489
2080
2530
Природный газ
Природный газ
30
40
40
В контейнере
В контейнере
или на крыше
В отдельном
контейнере
В отдельном
контейнере
206
276/289
411
502
30
35
Топливо
Природный газ, биогаз
Мощность на собственные
нужды, кВт
30
Система утилизации тепла
Расход природного газа
при нагрузке 100 %, м3/ч
Транспортные размеры
силового модуля (ДхШхВ), м
Ориентировочная масса
силового модуля, т
12,1х2,9х2,45
25
ГПУ необходимо отметить фирмы Caterpillar и
Cummins (США), DEUTZ AG (Германия).
Следует сказать, что у современных когенерационных установок с газопоршневым приводом
коэффициент использования топлива (полный
КПД) равен 80–85 %. Это объясняется тем, что
помимо механической энергии двигателя,
идущей на вращение вала электрогенератора,
в ГПУ используется и тепловая энергия. Отбор
теплоты осуществляется не только от выхлопных
газов, имеющих температуру 400–500 °С, но и от
системы охлаждения двигателя.
Работа ГПУ в определенной степени зависит
от характеристик газообразных топлив, используемых при сжигании в цилиндрах двигателей.
Наиболее важной характеристикой газа в
газовом двигателе является его детонационная
стойкость. Она определяется метановым числом.
Метан, обладающий высокой детонационной
стойкостью, имеет метановое число, равное
100 (табл. 5).
Характеристики газопоршневых электростанций фирмы Caterpillar приведены в табл. 6 [4].
35
создание нового класса энергетического
оборудования – микротурбин мощностью от
30 кВт до 2 МВт.
Лишь немногим международным компаниям
удалось наладить массовый выпуск надежных,
простых и относительно недорогих газовых
микротурбин. Среди них признанные мировые
лидеры в указанном диапазоне мощностей:
– Capstone Turbine Corporation (США) – производство микротурбин мощностью 30, 65,
200, 600, 800 кВт и 1 МВт;
– Ingersoll Rand (США) – производство микротурбин мощностью 250 кВт;
– Calnetix Power Sulutions (США) – производство микротурбин мощностью 100 кВт.
Основными достоинствами малых- и микротурбин являются: компактность, высокая экологичность, низкий уровень шума и вибраций,
эластичность к нагрузке, исключительная надежность, а также самая высокая сравнительно с
другими классами оборудования эффективность
в режимах ко- и тригенерации.
МИКРОТУРБИННЫЕ УСТАНОВКИ (МТУ)
ПРИНЦИП РАБОТЫ МИКРОТУРБИННОЙ
УСТАНОВКИ
В большой энергетике паровые и газовые
турбины являются неэффективными при работе
в малых диапазонах мощности менее 10–15 МВт.
Указанное обстоятельство предопределило
Термодинамический принцип работы микротурбин Capstone схематично показан на рис. 7.
Перед подачей в микротурбину воздух проходит через входной воздушный фильтр малого
7 • 2014 • ГЛАВНЫЙ ЭНЕРГЕТИК
20
Тема номера: Когенерация источников энергии
Рис. 7. Схема и принцип работы микротурбинной установки Capstone
сопротивления, использующийся для очистки
воздуха. Отфильтрованный воздух, проходя
через генератор, охлаждает обмотки статора,
что позволяет отказаться от использования дополнительных устройств охлаждения генератора.
Компрессор увеличивает давление воздуха,
откуда сжатый воздух поступает в рекуператор.
Использование рекуператора позволяет в два
раза снизить расход потребляемого топлива за
счет использования тепловой энергии выхлопа
для подогрева воздуха, поступающего в камеру
сгорания. Горение топливно-воздушной смеси
происходит при относительно низких рабочих
температурах, что приводит к снижению вредных
выбросов (NOх). Специальные антикоррозийные
материалы позволяют микротурбине работать на
высокосернистом топливе с содержанием сероводорода (Н2S) до 7 %. Температура выхлопных
газов (260–309 °С) препятствуют образованию
конденсата серной кислоты и, как следствие,
быстрому износу деталей турбины. Это также
является одним из факторов увеличения ресурса
микротурбины.
Частота вращения ротора микротурбины
изменяется от 45 до 96 тыс. оборотов и при этом
не связана с выходным напряжением (рис. 8).
Ниже в табл. 7 приведены технические характеристики базовых моделей микротурбин
Capstone.
В России уже работают около 550 установок
с микротурбиной Capstone [5].
ДИЗЕЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ
В последние годы широкое распространение получили дизельные электростанции
мощностью от 4,5 до 150 МВт с применением
автоматизированных малооборотных двухтактных крейцкопфных дизелей с турбонаддувом
и электрогенераторами на напряжение 6 или
10 кВ частотой переменного тока 50 или 60 Гц.
Рис. 8. Схема преобразования постоянного тока в трехфазный переменный
в микротурбинной установке
ГЛАВНЫЙ ЭНЕРГЕТИК • 7 • 2014
Тема номера: Когенерация источников энергии
21
Таблица 7
Технические характеристики базовых моделей микротурбин Capstone
Параметр
микротурбины
Capstone
C30
Capstone
C65
Capstone
C200
Capstone
C600
Capstone
C800
Capstone
C1000
30
65
200
600
800
1000
КПД
по электричеству, %
26 (±2)
29(±2)
33(±2)
33(±2)
33(±2)
33(±2)
Общий КПД электростанции (с утилизацией тепла), %
80–90
80–90
66–90
66–90
66–90
66–90
Диапазон рабочего
напряжения, В
380–480
380–480
380–480
380–480
380–480
380–480
Максимальный ток
в фазе, А
46
100
275–290
930
1240
1550
50
50
Электрическая
мощность, кВт
Частота тока, Гц
50
50
50
50
Вес, кг
578
1121
3180–3640
8142–9534
1516х762х1943
1965х762х2110
3660х1700х2490
9144х2438х2896
Длина х ширина х
высота, мм
Вид топлива
Рабочее давление
топлива на входе,
бар
12 600–14 400 15 875–18 144
9144х2438х2896
9144х2438х2896
Газ, керосин, дизель
Низкое
давление:
0,02–1,
высокое давление: 3,6
Низкое давление: 0,02–1, высокое: 5,2
Расход топлива (газа)
при номинальной нагрузке, м3/ч
12
23
65
195
260
325
Максимальная температура выхлопных
газов, °С
275
309
280
280
280
280
Выход тепловой
энергии, кДж/ч
(Гкал/ч)
305 000
(0,073)
591 000
(0,141)
1 420 000
(0,339)
4 260000
(1,017)
5 680 000
(1,356)
7 100 000
(1,696)
Скорость вращения
турбины, об./мин
96 000
96 000
60 000
60 000
60 000
60 000
Дизель-генераторы стабильно работают на
тяжелом топливе вязкостью до 700 Па·с при
50 °С с содержанием серы до 5 %.
Они имеют возможность работы на любом
газообразном топливе в двухтопливном режиме
(не менее 8 % нефтяного топлива):
– выход электрической энергии составляет
около 50 % энергии сгоревшего топлива;
– возможно повышение КПД установки
до 75–80 % за счет утилизации теплоты
отработавших газов и охлаждения;
– возможна эксплуатация без снижения эффективности в различных климатических
условиях;
– срок службы агрегатов до 40 лет при
выдаче электроэнергии – около 8500 ч
ежегодно.
В табл. 8 приведены технические характеристики отечественных дизельных электростанций,
выпускаемых ООО «ПСМ» («Промышленные
силовые машины»), г. Ярославль.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Отечественный и зарубежный опыт развития
малой энергетики в настоящее время показывает, что на предприятиях и в организациях
все шире используются автономные источники
электроэнергии и теплоснабжения, и это
7 • 2014 • ГЛАВНЫЙ ЭНЕРГЕТИК
Таблица 8
ГЛАВНЫЙ ЭНЕРГЕТИК • 7 • 2014
1600/2000
1824/2280
2000/2500
ADV1800
ADV2000
ADV630
ADV1600
640/800
ADV500
1500/1875
500/625
ADV460
ADV1500
456/570
ADV400
1456/1820
400/500
ADV360
1200/1500
364/455
ADV320
ADV1400
320/400
ADV300
ADV1200
300/375
ADV280
1000/1250
280/350
ADV250
ADV1000
250/312,5
ADV200
912/1140
200/250
ADV160
ADV920
160/200
ADV150
728/910
150/187,5
ADV120
800/1000
120/150
ADV100
ADV800
100/125
ADV80
ADV720
64/80
80/100
ADV60
Номинальная
мощность
Модель
2200/2750
2006/2508
1760/2200
1650/2062
1602/2002
1320/1650
1100/1375
1008/1260
880/1100
800/1000
704/880
550/688
504/630
440/550
400/500
360/450
329/412
308/338,8
275/343,7
220/275
176/220
165/206,2
132/165
110/137,5
88/110
70/88
Максимальная
мощность,
кВт/кВ·А
4xTWD 1643GE
4x TAD 1642GE
4x TAD 1641GE
3x TWD 1643GE
4x TAD 1345GE
3x TAD 1641GE
2x TAD 1643GE
2x TAD 1642GE
2x TAD 1641GE
2x TAD 1345GE
2x TAD 1344GE
TAD 1643GE
TAD 1642GE
TAD 1641GE
TAD 1345GE
TAD 1344GE
TAD 1343GE
TAD 1342GE
TAD 941GE
TAD 734GE
TAD 733GE
TAD 732GE
TAD 731GE
TAD 532GE
TAD 531GE
TD 520GE
Модель
двигателя
4x 573RSL4032
4x 573RSL4032
4x572RSL4027
3x 573RSL4032
4x 572RSL4027
3x 572RSL4027
2x 573RSL4032
2x 573RSL4032
2x 572RSL4027
2x 572RSL4027
2x 433CSL6220
573RSL4032
573RSL4032
572RSL4027
572RSL4027
433CSL6220
433CSL6220
433CSL6220
432CSL6212
432CSL6210
431CSL6206
431CSL6206
431CSL6206
363CSL1607
363CSL1607
362CSL1604
Модель генератора
504,6
468,8
409,2
378,3
362,8
306,9
252,3
234,4
204,7
181,4
156,5
126,1
117,2
102,3
90,7
79,5
73,7
68,5
64,1
54,7
45,1
41,7
33,6
27,8
22,7
17,2
Расход топлива
при 100 %-ной
нагрузке, л/ ч
20600
18600
18400
15450
17200
13800
10300
9300
9200
8600
6600
5150
4650
4600
4300
3250
3250
3250
3000
2500
2200
2200
2175
1650
1650
1530
Вес, кг
4х3725х1400х2210
4х3845х1200х2110
4х3845х1200х2110
3х3725х1400х2210
4х3870х1160х2110
3х3845х1200х2110
2х3725х1400х2210
2х3845х1200х2110
2х3845х1200х2110
2х3870х1160х2110
2х3350х1108х1870
3725х1400х2210
3845х1200х2110
3845х1200х2110
3870х1160х2110
3350х1108х1870
3350х1108х1870
3350х1108х1870
2930х1180х1855
2735х1130х1720
2730х1150х1720
2730х1150х1720
2640х1130х1720
2250х1100х1640
2250х1100х1640
2000х1100х1640
Габаритные размеры,
мм
Основные параметры:
двигатель: Volvo Penta (Швеция); генератор: Marathon Electric (США); система управления: СУЭМ ПСМ (Россия); мощность: 64–2000 кВт (80–2500 кВ·А);
частота тока: 50 Гц; напряжение: 400 В
Дизельные электростанции серии ADV ООО «ПСМ»
22
Тема номера: Когенерация источников энергии
Тема номера: Когенерация источников энергии
обусловлено рядом технико-экономических
причин.
При использовании автономных когенерационных установок значительно повышается
эффективность применения энергоресурсов,
коэффициент использования топлива достигает
величин 0,8–0,85.
Наибольшее распространение получили когенерационные установки на базе паротурбинных
мини-ТЭЦ, газотурбинные установки малой и
средней мощности с котлами-утилизаторами и
подогревателями воды за счет тепла уходящих
газов, газопоршневые и дизельные установки,
а также микротурбинные автономные электростанции зарубежных производителей, которых
в России уже насчитывается около 550 шт.
Библиографический список
1. Быстрицкий Г.Ф., Киреева Э.А. Автономные источники электроснабжения предприятий // Главный энергетик. – 2006. – № 1. –
С. 23–27.
23
2. Завьялова О.С., Бородич Е.А., Быстрицкий Г.Ф. МТУ (микротурбинные установки)
малой мощности // Сборник материалов
XLIII Всероссийской научно-практической
конференции с международным участием
«Федоровские чтения». – М.: Издательский дом
МЭИ, 2013. – С. 185–187.
3. Быстрицкий Г.Ф., Киреева Э.А. Справочник энергетика предприятий, учреждений
и организаций. – М.: Колос, 2010. – С. 753–758.
4. Быстрицкий Г.Ф., Трофимчук М.И.
Источники автономного и резервного электроснабжения // Главный энергетик. – 2007. – № 9. –
С. 23–34.
5. Быстрицкий Г.Ф., Бородич Е.А. Автономное и аварийное энергоснабжение предприятия на основе газовой микротурбинной
установки // Сборник материалов XLII Всероссийской научно-практической конференции
с международным участием «Федоровские
чтения». – М.: Издательский дом МЭИ, 2012. –
С. 153–160.
Для оформления подписки через редакцию необходимо получить счет на оплату, прислав заявку по электронному адресу
[email protected] или по факсу (495) 664-2761, а также позвонив по телефонам: (495) 749-2164, 749-4273.