|
|
Реферат мини-ТЭЦ. Реферат мини-ТЭЦ Огородников И.А. 444гр. Содержание мини тэц. Общие сведения
СОДЕРЖАНИЕ
Мини – ТЭЦ. Общие сведения…………………………………………………………………3
Газопоршневые Мини – ТЭЦ……………………………………………………………………….9
Газотурбинные Мини – ТЭЦ………………………………………………………………………..13
Сравнительный анализ газотурбинных и газопоршневых установок………………………………………………………………..17
Заключение……………………………………………………………...20
Список использованной литературы…………………………………………………………..…..21
1.МИНИ – ТЭЦ: ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
При современном уровне развития мелкого и среднего производства, а также при существующей тенденции наращивания индивидуального строительства, часто возникает проблема нехватки мощностей существующих источников как электро, так и теплоснабжения. На сегодняшний день при возникновении такой проблемы проектировщики все чаше обращаются к так называемым Мини-ТЭЦ.
Виды используемого топлива газ:
Природный газ магистральный, природный газ сжиженный и другие горючие газы; жидкое топливо: нефть, мазут, дизельное топливо, биодизель и другие горючие жидкости;
Твердое топливо:
Уголь, древесина, торф и прочие разновидности биотоплива.
Наиболее эффективным и недорогим топливом в России является магистральный природный газ, а также попутный газ.
Варианты размещения мини-ТЭЦ:
Стационарные мини-ТЭС (в здании). В случае наличия свободного помещения или готовности Заказчика построить специальное помещение под энергокомплекс. Установка может быть размещена непосредственно в здании. Такие здания должны быть оснащены системами жизнеобеспечения работы технологического оборудования, которое соответствует требованиям правил безопасности систем газораспределения и правил пожарной безопасности.
Схема распределения первичной энергии характерная для Мини – ТЭЦ представлена на рисунке 1.
Рис. 1 Схема распределения первичной энергии характерная для Мини – ТЭЦ
В Мини-ТЭЦ используются электросиловые агрегаты - двигатели внутреннего сгорания. В качестве преобразователей энергии могут выступать: 1) микротурбины; 2) газопоршневые; 3) и газотурбинные установки. Основные особенности каждого вида будут рассмотрены чуть ниже.
Выработка электроэнергии осуществляется генераторами электрического тока. Генераторы используют механическую работу двигателей. Выхлопные газы и системы охлаждения двигателей Мини-ТЭЦ отдают тепловую энергию в виде горячей воды и технического пара.
Мини-ТЭЦ, как правило, работает в двух основных производственных режимах: 1)получение электричества и тепла (когенерация); 2) получение электричества, тепла и холода (тригенерация).
Электрическая энергия, выработанная на мини-ТЭЦ, в зависимости от выходного напряжения и технических задач, может использоваться непосредственно на месте производства, а может и передаваться на расстояние до нескольких десятков километров, что позволяет корректировать со временем план застройки в сторону увеличения числа объектов, компенсируя недостаток мощностей установкой новых модулей на уже используемые площади, изначально отведенные под Мини-ТЭЦ.
Мини-ТЭЦ состоит из следующих основных компонентов:
Преобразователи энергии - двигатели внутреннего сгорания (поршневые или газотурбинные);
микротурбины
Генераторы постоянного или переменного тока
Котлы-утилизаторы отработавших газов
Катализаторы
Системы управления
Средства автоматики Мини-ТЭЦ обеспечивают функционирование установок в рекомендованном диапазоне рабочих режимов и достижение эффективных характеристик. Мониторинг и телеметрия Мини-ТЭЦ осуществляются дистанционно и не требую постоянного присутсвия оператора. Схема Мини – ТЭЦ на базе газопоршневого двигателя представлена рисунке 2.
Рис.2 Схема Мини – ТЭЦ.
Так какие же основные преимущества дает установка Мини – ТЭЦ?
Низкая стоимость вырабатываемой электроэнергии, тепла и холода.
Примененение Мини – ТЭЦ обеспечивает быстрый возврат инвестиций. Следует учесть отсутствие платы за подключение, которая на сегодняшний день составляет — свыше 100.000 рублей за 1 кВт в Московском регионе и до 15-20 тыс. рублей в регионах России. Оотсутствие необходимости строительства дорогостоящей ЛЭП, ТП, протяженной электросети.
Возможность быстрого строительства
Существует возможность установки Мини-ТЭЦ в старых котельных и на ЦТП, и быстрого увеличения электрической мощности, путем дополнительной установки энергетических модулей. Сроки поставки готовых энергоблоков с заводов изготовителей занимают несколько месяцев, что совпадает с существующими темпами строительства и проектирования.
Быстрая окупаемость Мини - ТЭЦ
Существуют возможности приобретения в лизинг Мини-ТЭЦ
К примеру газопоршневая Мини – ТЭЦ потребляя 0,3 куб. м газа дает возможность получать 1 кВт электроэнергии и 2 кВт тепла в час. Минимум топливных потерь на локальной электростанции
Длительный ресурс эксплуатации оборудования
Материалы, из которых изготовлены микрогенераторы служат не один десяток лет. Например, при изготовлении камеры сгорания и рабочего колеса микротурбины используется прочнейший многокомпонентный сплав, состоящий из 22 элементов. Назначенный срок эксплуатации составляет 200000 часов.
Экологическая безопасность
Использование в практических целях отработавшего тепла двигателей электростанций, является отличительной особенностью Мини-ТЭЦ и носит название когенерация (теплофикация).
Комбинированное производство энергии двух видов на Мини -ТЭЦ способствуют гораздо более экологичному использованию топлива по сравнению с раздельной выработкой электроэнергии и тепловой энергии на котельных установках.
Замена котельных, нерационально использующих топливо и загрязняющих атмосферу городов и посёлков, Мини-ТЭЦ способствует не только значительной экономии топлива, но и повышению чистоты воздушного бассейна, улучшению общего экологического состояния.
Источник энергии для газопоршневых и газотурбинных мини-ТЭЦ, как правило, природный газ. Природный или попутный газ органическое топливо, не загрязняющее атмосферу твёрдыми выбросами.
Ниже приведены обоснования для строительства мини-ТЭЦ
Высокие тарифы и потери 8-10% при дальней передаче электроэнергии и тепла
Высокие затраты за подключение к внешним электросетям, сопоставимые со стоимостью строительства локальной мини-тэц
Ограниченные возможности существующих источников электроэнергии и тепла при расширении мощностей предприятия потребителя
Низкое качество и количество получаемой электроэнергии и тепла от устаревшего источника генерации
Сопоставимые со стоимостью электростанций, штрафы за выбросы в атмосферу попутного нефтяного газа
Снижение финансовой зависимости от роста тарифов на электроэнергию и тепло
Низкая надежность работы местных энергосбытовых компаний.
2. ГАЗОПОРШНЕВЫЕ МИНИ – ТЭЦ
Электростанция газопоршневого типа, работает на природном газе с низким показателем теплотворности и газа с высоким показателем теплотворной способности. Кроме того, технологические возможности некоторых газопоршневых электростанций дошли до того уровня, что применяются двутопливные двигатели, которые работают на жидком и газообразном топливе. Преимущество таких устройств в том, что они могут работать на бутаново-пропановой смеси, природном и нефтяном газе, парах и даже на промышленном газе.
Как и на любой другой продукт, на стоимость газопоршневой электростанции влияет несколько ценообразующих факторов: марка, мощность и комплектация. В любом случае, выбирать следует по технологическим характеристикам, которые будут вполне вас устраивать. Только так, вы сможете получить максимальное качество и полную отдачу.
На равне с микротурбинными установками используют и газопоршневые установки, они обладают многими достоинствами присущими микротурбинам , но имеют и ряд особенностей, которые приведены ниже.
Электрический КПД газопоршневых установок достаточно высок и при работе на российском природном газе составляет
41-43% Температура выхлопных газов на выходе из двигателя газопоршневой установки
390 ± 10°С. Средний коэффициент производства насыщенного пара 0,5-0,7* (Р = 9 бар), т/ч. Расход моторного масла
0,3-0,95 кг/ч на 1 мегаватт электрической мощности газопоршневой станции при стоимости масла порядка 55 - 95 руб./л.
Кроме газо-поршневых двигателей, имеются, газопоршневые станции / установки, работающие на двойном топливе. В качестве топлива подобных газопоршневых установок используется газ природный и попутный (в режиме работы на газе). Дизтопливо, мазут или сырая нефть используются в режиме работы на жидком топливе.
В некоторых случаях при работе на газообразном топливе конструкторы газопоршневых установок используют 10-15%* пилотного (запального) жидкого топлива (дизельного топлива). Минимальное давление подачи топливного газа на входе в газопоршневую станцию, для избегания дерейтинга,
0,05-5.5 бар, в зависимости от мощности и фирмы-изготовителя ГПЭС. Большинство газопоршневых станций / установок может работать в режиме когенерации, то есть как теплоэлектростанци.
Газопоршневые установки представлены в широкой гамме однотопливных дизельных двигателей единичной электрической мощностью от 0,05 МВт до 17-20 МВт, работающих на дизельном топливе, мазуте, сырой нефти. Становится актуальным использование в газопоршневых электростанциях, в качестве недорогого топлива пиролизных и иных газов.
Время изготовления газопоршневых станций мощностью до 50 МВт ранее составляло не более 8 месяцев с момента подписания контракта. 1-2 месяца уходит на транспортировку газопоршневой станции / установки и таможенные процедуры, а монтаж оборудования и пусконаладочные работы занимают от 3 до 6 месяцев. Газопоршневые станции мощностью до 50 МВт могут быть введены в эксплуатацию не ранее, чем за 1 год. Для газопоршневых электростанций мощностью 120-150 МВт строительство и запуск займут около 18-24 месяцев.
На сегодняшний день, учитывая продолжающийся бум на энергетическом рынке, такие сроки поставки газопоршневых станций выдержать невозможно. Ситуация возникла не только из-за полной загрузки заводов-производителей, но и из-за перегруженности предприятий субпоставщиков, которые изготовляют продукцию (генераторы) всем производителям газо-поршневых станций и газотурбинных установок. Сегодня у первоклассных производителей газопоршневых станций общее необходимое время до пуска в коммерческую эксплуатацию составляет 15-17 месяцев. Общий вид газопоршневых станций приведен на рисунке 3. А схема и общий вид газопоршневого модуля приведены на рисунке 3.
Рис. 3 Схема и общий вид газопоршневого модуля.
Достоинства газопоршневых Мини – ТЭЦ:
Эксплуатация оборудование минимизирует эксплуатационные издержки (низкая стоимость обслуживания и ремонта);
Газопоршневая электростанция представлена в различных вариантах и представляет собой блочно-модульную систему;
Продолжительный срок эксплуатации оборудования;
Использование современных технологий, дает возможность управлять системой через компьютер;
На рынке представлены различные модели газопоршневых электростанций, как от отечественных, так и иностранных производителей, что позволит в случае необходимости проводить своевременные ремонтные работы.
Недостатки газопоршневых Мини – ТЭЦ:
Как и в каждой системе, в этом оборудовании также присутствуют недостатки:
При работе с газопоршневым оборудованием приходится применять более сложные системы отвода воды и газов;
Высокая скорость работы двигателя, что приводит к небольшой вибрации. Этот момент следует учитывать при установке конструкции.
3. ГАЗОТУРБИННЫЕ МИНИ – ТЭЦ
Сама идея автономных электростанций определяет их независимость от магистральных источников энергоснабжения. И все же наиболее экономны в эксплуатации газовые ТЭЦ, которые подключаются к центральному газопроводу. Такое решение является наименее затратным, безопасным и эффективным с точки зрения поддержания производительности. Если же возможность подключения к магистрали отсутствует, то можно использовать баллоны, наполненные сжиженным газом. Работают такие модели по принципу преобразования тепла, выделяемого при сжигании топлива, в механическую и электрическую энергию. Благодаря дополнению турбинным генератором мини-ТЭЦ на газе позволяют вырабатывать большие объемы энергии. Сохраняя малогабаритность конструкции, станция способна обслуживать промышленное оборудование, требующее подключения немалых энергетических ресурсов под высоким напряжением.
Газовые турбины – это мощные промышленные газовые турбогенераторы, в которых реализована «зеленая» технология с низким уровнем выбросов.. В турбине применена экологически чистая технология каталитического сгорания.
Генераторы с газовыми турбинами разработаны для применения в: отелях, больницах, университетах, учебных заведениях, высотных жилых домах, офисных комплексах и торговых центрах, фармацевтических компаниях, городских системах метро и других предприятиях, где есть потребность в большом объеме тепловой и электрической энергии.
Газовые турбины имеют ряд особенностей
До 77% КПД в режиме когенерации.
Компактная конструкция, позволяющая размещать установки на ограниченных пространствах; небольшой вес, сравнимый с весом дизельных генераторов.
Отсутствует необходимость в установке дополнительных систем очистки выхлопных газов.
отвечает самым строгим требованиям к выбросам (уровень выбросов NOx менее 2,5 промилле).
Спроектированы с расчетом на длительные периоды между сервисным обслуживанием, низкие эксплуатационные расходы и быстрый монтаж.
В основу лег разработанный нами двигатель, надежность которого была доказана более чем 20 годами эксплуатационной практики.
Турбина годна для (постоянной) работы на максимальной мощности, 24 часа в сутки, 7 дней в неделю.
Производительность генератора – 95%
К достоинствам газотурбинных установок можно отнести:
Газотурбинная установка проще по устройству, чем паросиловая из-за отсутствия котельной установки, сложной системы паропроводов, конденсатора, а также большого числа вспомога-тельных механизмов, применяющихся в паровых установках.
Металлозатраты и вес газотурбинной установки на единицу мощности вследствие указанных причин будут значительно меньше, чем паротурбинной.
Установка требует минимального расхода воды – практически только на охлаждение масла, идущего к подшипникам.
Для газотурбинных установок характерен быстрый ввод турбоагрегата в работу.
Пуск мощ-ных установок из холодного состояния до принятия нагрузки занимает порядка 15 – 18 минут, в то время как подготовка к пуску паросиловой установки занимает несколько часов, увеличива-ясь с повышением начальных параметров пара.
Недостатки газотурбинных Мини – ТЭЦ:
Для того, чтобы установка давала полезную мощность, начальная температура газа перед турбиной должна быть больше 550 °С, т.е., весьма высокой. Это вызывает определенные труд-ности при практическом выполнении газовых турбин, требуя как специальных весьма жаро-стойких материалов, так и специальных систем охлаждения наиболее высокотемпературных частей.
На привод компрессора расходуется до 50 – 70 % мощности, развиваемой турбиной. Поэтому полезная мощность газотурбинной установки гораздо меньше фактической мощности газовой турбины.
В газотурбинных установках исключено применение твердого топлива по обычной схеме. Наилучшие виды топлива для ГТУ – природный газ и качественное жидкое (керосин). Мазут же требует специальной подготовки для удаления шлакообразующих примесей.
Единичная мощность газотурбинной установки ограничена. На конец XX века она составляет 120 – 150 МВт. Это обусловлено большими габаритными размерами установки из-за невысоко-го начального давления газа перед турбиной – до 25 кгс/см2 и его гораздо меньшей работоспо-собности по сравнению с водяным паром.
Очень большая шумность при работе, значительно превышающая ту, что имеет место при эксплуатации паротурбинных установок.
Рис. 4 Схема газотурбинной мини – ТЭЦ
4.СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ГАЗОТУРБИННЫХ И ГАЗОПОРШНЕВЫХ УСТАНОВОК
Часто возникают споры, что лучше использовать газопрошневую или газотурбинную установку. Проведем сравнительную характеристику по некоторым критериям. В качестве первого критерия рассмотрим эксплуатационные затраты. Стоимость капитального ремонта газопоршневого двигателя может составлять 30-35% от первоначальной стоимости самого силового агрегата, а не всей электростанции -при капремонте осуществляется замена поршневой группы. Ремонт газопоршневых установок можно производить на месте без сложного диагностического оборудования один раз в 7-8 лет.
Цена ремонта газотурбинной установки составляет 30-50% от начальных вложений. Капитальный ремонт газотурбинной установки ввиду его сложности на месте не производится. Поставщик должен увезти отработанный блок и привезти сменный газотурбинный блок. Старый блок может быть восстановлен только в заводских условиях.
Как видите, затраты примерно равны. Реальные, честные цены на сами газотурбинные и поршневые агрегаты сопоставимой мощности и качества также схожи.
Следующим критерием рассмотри нагрузку. Нижний предел минимальной электрической нагрузки, официально заявляемый заводами-производителями для индустриальных турбин, составляет 3-5%, но в таком режиме расход по топливу возрастает на 40%. Максимальная нагрузка газотурбинной установки, в ограниченных временных интервалах может достигать 110-120%.
Современные газопоршневые установки обладают феноменальной экономичностью, базирующейся на высоком уровне электрического КПД. «Проблемы», связанные с работой газопоршневых установок на малых нагрузках, решаются положительно еще на стадии проектирования. Проектирование должно быть качественным.
Соблюдение рекомендованного заводом-изготовителем режима эксплуатации продлит жизнь деталям двигателя, сэкономив таким образом деньги
владельцу автономной электростанции. Иногда, чтобы вывести газопоршневые машины в номинальный режим при частичных нагрузках, в проект тепловой схемы станции включаются один-два электрических котла, которые и позволяют обеспечить желаемые 50% нагрузки.
Теперь рассмотрим мощность силовых агрегатов электростанций и температуру окружающей среды. При значительном повышении температуры окружающей среды мощность газотурбинной установки падает. Но при понижении температуры электрическая мощность газотурбинной установки наоборот, растет. Параметры электрической мощности, по существующим стандартам ISO, измеряются при t +15 °C.
Иногда важным моментом является и то, что газотурбинная установка способна отдать в 1,5 раза больше бесплатной тепловой энергии, нежели поршневой агрегат аналогичной мощности. При использовании мощной (от 50 МВт) автономной ТЭЦ в коммунальном хозяйстве, например, это может иметь определяющее значение при выборе типа силовых агрегатов, особенно при большом и равномерном потреблении именно тепловой энергии.
Наоборот, там, где тепло не требуется в больших количествах, а нужен акцент именно на производстве электрической энергии, будет экономически целесообразнее использование газопоршневых установок.
Высокая температура на выходе газотурбинных установок позволяет использовать в составе электростанции паровую турбину. Это оборудование бывает востребованным, если потребителю необходимо получить максимальное количество электрической энергии при одном и том же объеме потраченного газового топлива, и таким образом достичь высокого электрического КПД - до 59%. Энергокомплекс такой конфигурации сложнее в эксплуатации и стоит он на 30-40% дороже обычного.
Рассмотрим КПД установок. КПД силовой установки более чем актуален - ведь он влияет на расход топлива. Средний удельный расход газового топлива на 1 выработанный кВт/час значительно меньше у газопоршневой установки, причем при любом режиме нагрузки (хотя длительные нагрузки менее 25% противопоказаны для поршневых двигателей).
Электрический КПД поршневых машин составляет 40-44%, а газовых турбин - 23-33% (в парогазовом цикле турбина способна выдать КПД достигающий 59%).
Парогазовый цикл применяется при высокой мощности электростанций - от 50-70 МВт.
Сравнение газотурбинных установок и газопоршневых двигателей в составе мини-ТЭЦ показывает, что установка газовых турбин целесообразна на объектах, которые имеют равномерные электрические и тепловые потребности при мощности свыше 30-40 МВт.
Из вышесказанного следует, что электрический КПД силовых агрегатов разных типов имеет прямую проекцию на расход топлива.
Газопоршневые агрегаты расходуют на четверть, а то и на треть меньше топлива, чем газотурбинные установки - это основная статья расходов!
Соответственно, при схожей или равной стоимости самого оборудования более дешёвая электрическая энергия получается на газопоршневых установках. Газ - это основная расходная статья при эксплуатации автономной электростанции!
Последним критерием оценки рассмотрим экологический фактор. Надо отметить, что газопоршневые установки уступают газотурбинным агрегатам по уровню выбросов N0. Так как моторное масло выгорает, поршневые агрегаты имеют уровень вредных выбросов в атмосферу чуть больший, чем у газотурбинных агрегатов. Уровень вредных выбросов от большинства современных газотурбинных установок не превышает значение 20-30 ррт и в каких-то проектах это может иметь определенное значение.
Поршневые установки при работе имеют вибрации и низкочастотный шум. Доведение шума до стандартных значений возможно, просто необходимы соответствующие инженерные решения. Помимо расчёта рассеивания при разработке раздела проектной документации «Охрана окружающей среды» делается акустический расчёт и проверяется: удовлетворяют ливыбранные проектные решения и применяемые материалы требованиям СанПиН с точки зрения шума.
Сравнение газотурбинных установок и газопоршневых двигателей в составе мини-ТЭЦ показывает, что установка газовых турбин возможна на любых объектах, которые имеют электрические нагрузки более 14-15 МВт, но из-за высокого расхода газа турбины рекомендуются для электростанций гораздо большей мощности - 5070 МВт.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
При линейных нагрузках и соблюдении правила применение газопоршневых двигателей в качестве основного источника энергоснабжения возможно. В составе такой электростанции необходимы резервные агрегаты и емкости для хранения второго вида топлива — дизельного.
В диапазоне мощности до 40-50 МВт использование поршневых моторов на мини–ТЭЦ считается абсолютно оправданным.
В случае использования газопоршневых агрегатов потребителю можно полностью уйти от внешнего электроснабжения, но только при обдуманном и взвешенном подходе.
Поршневые установки так же можно применять и в качестве резервных или аварийных источников электроэнергии.
Некая альтернатива поршневым установкам – газовые микротурбины. Правда цены на микротурбины сильно «кусаются» и составляют
$2500–4000 за 1 кВт установленной мощности!
Сравнение газотурбинных установок и газопоршневых двигателей в составе мини–ТЭЦ показывает, что установка газовых турбин возможна на любых объектах, которые имеют электрические нагрузки более 14-15 МВт, но из-за высокого расхода газа турбины рекомендуются для электростанций гораздо большей мощности – 50-70 МВт.
Для многих современных генерационных установок 200.000 моточасов эксплуатации не является критической величиной и при соблюдении графика планового технического обслуживания и поэтапной замены частей турбины, подверженных износу: подшипники, инжекторы, различное вспомогательное оборудование (насосы, вентиляторы) дальнейшая эксплуатация газотурбинной установки остается экономически целесообразной. Качественные газопоршневые установки сегодня так же успешно преодолевают 200.000 моточасов эксплуатации.
Это подтверждается современной практикой эксплуатации газотурбинных/газопоршневых установок во всем мире.
Список литературы
Мини – ТЭЦ, преимущества и недостатки
URL:https://alley-science.ru/domains_data/files/367June2018/MINI-TEC.%20PREIMUShESTVA%20I%20NEDOSTATKI.pdf#:
:text=Достоинствами%20мини-ТЭЦ%20являются%3A%20Комбинирование%20процесса,при%20передаче%20энергии%20по%20сетям%3B (дата обращения 24.04.21)
Основные достоинства и недостатки газотурбинных установок
URL: http://foraenergy.ru/osnovnye-dostoinstva-i-nedostatki-gazoturbinnyx-ustanovok/ (дата обращения 24.04.21)
Преимущества использования газопоршневых установок
URL:https://dvsr.ru/node/243 (дата обращения 24.04.21)
Типы, области применения мини – ТЭЦ // Газотурбинные мини – ТЭЦ
URL:http://gigavat.com/mini_tets1.php (дата обращения 24.04.21)
Мутугуллина И. А. Сравнительный анализ газопоршневой и газотурбинной установок в контексте решения проблем энергосбережения // Текст научной работы – с. 374
URL:https://cyberleninka.ru/article/n/sravnitelnyy-analiz-gazoporshnevoy-i-gazoturbinnoy-ustanovok-v-kontekste-resheniya-problem-energosberezheniya#:
:text=Сравнение%20газотурбинных%20установок%20и%20газопоршневых,большей%20мощности%20-%205070%20МВт (дата обращения 24.04.21)
Что лучше, надежнее, экономичнее для автономной электростанции: газопоршневые или газотурбинные силовые агрегаты? // Газопоршневые установки против газотурбинных двигателей — выводы
URL:https://manbw.ru/analitycs/which_is_better_gas_piston_or_gas_turbine_power_units.html (дата обращения 24.04.21)
|
|
|
Скачать 0.83 Mb.