Теплофикация теплоэлектроцентралей

Теплофикация - энергоснабжение тепловых и электрических потребителей на базе комбинированного производства тепла и электроэнергии в одной технологической установке. Переход с раздельного производства энергии на теплофикацию позволяет увеличить коэффициент полезного использования топлива (КПИТ) в 1,5 раза с 55 % до 83 %.

Используемое при теплофикации тепло, как правило, является продуктом отходов производства при выработке электроэнергии или сжигании мусора. Вместо того, чтобы бесполезно отдавать это тепло в окружающую среду, его можно применить для обогрева зданий и целых кварталов города. Чем дальше удалено местонахождение источника от потребителя, тем больше тепла теряется при транспортировании. Поэтому для теплофикации предпочтительнее использовать электростанцию небольшой мощности вблизи районов концентрации населения, чем крупные, но удаленные от мест потребления. Таким образом, преимущество теплофикации состоит в том, что, наряду с экономией производственного пространства, достигается лучшее использование произведенной энергии, и поэтому стоимость такого тепла сравнительно низка.

Так как подобные энергетические установки могут быть одновременно поставщиками как тепла, так и электрического тока, их общий к.п.д. достигает 80%. Например, теплофикационные установки блочного типа обеспечивают теплом многие жилые кварталы городов. Однако в настоящее время лишь незначительная часть действующих мощностей таких энергетических установок используется наилучшим образом.

Когенерация - передовая технология, позволяющая вырабатывать электричество и тепло. Особенно эффективна она при наличии дешевого топлива и минимальной удаленности генератора от потребителя.

Когенерация (теплофикация) - это способ одновременного получения электрической и полезной тепловой энергии от сжигания топлива. Для максимального снижения эксплутационных расходов произведенные виды энергии необходимо использовать полностью.

На сегодняшний день наиболее дешевым видом топлива является природный газ. Его потребление в процессе теплофикации особенно эффективно при соблюдении трех условий:

- надежность и низкая цена  поставки «голубого топлива»  в места переработки;

- дефицит электроэнергии и, соответственно, высокие цены за кВт/час;

- близость потребителя.

Главное преимущество когенератора перед обычными теплоэлектростанциями заключается в том, что он преобразует энергию с большей эффективностью. Система когенерации работает с наименьшими тепловыми потерями. Уменьшаются также производственные расходы.

Когенератор представляет собой эффективную альтернативу тепловым сетям благодаря возможности гибкого изменения параметров теплоносителя в зависимости от требований в любое время года. Он вырабатывает электрическую и тепловую энергию в соотношении 1:1,6.

Когенератор не зависим от финансового состояния дел в энергетических компаниях. Доход (экономия) от реализации энергоносителей покрывает все расходы на теплофикатор. Капитальные вложения в когенератор окупаются быстрее средств, затраченных на подключение к тепловым сетям. Таким образом ,обеспечивается быстрый и устойчивый возврат инвестиций.

Теплофикационные приборы хорошо вписываются в электрическую схему отдельных потребителей и при параллельном подключении в электросети города. Они покрывают недостаток генерирующих мощностей, позволяют избавиться от перегрузок и предоставляют возможность присоединения новых районов.

Устройство теплофикационного прибора.

Когенератор состоит из газового двигателя, генератора, системы отбора тепла и системы управления. Теплоноситель может отбираться из газовыхлопа, масляного холодильника и охлаждающей жидкости двигателя. При этом в среднем на 100 кВт электрической мощности потребитель получает 150–160 кВт тепловой в виде горячей воды (90-129 °С) для отопления и ГВС.

Для выравнивания пиков и провалов тепловых нагрузок необходимо предусмотреть тепловые аккумуляторы.

Системы когенерации электрической мощностью 150-3200 кВт и тепловой – 240-5120 кВт могут устанавливаться в относительно небольших помещениях, причем существующие котлы и водогреи могут использоваться как дополнительные или запасные источники тепла. Так же можно задействовать и местные энергосистемы.

Благодаря теплофикационным приборам успешно решается проблема обеспечения потребителей дешевой электрической и тепловой энергией. Кроме того, независимое электроснабжение влечет за собой ряд преимуществ.

Потребление.

Электричество, получаемое при когенерации, имеет стандартные параметры (трехфазный ток 50 Гц, стандартное напряжение 0,4-10 кВ) и легко реализуется на рынке.

Требования к тепловой энергии отличаются большим разнообразием. Они зависят от вида технологического процесса или графика потребления тепла по суткам и сезонам. Более того, требования потребителя могут не совпадать с имеющимися стандартами.

Вот почему основная задача при проектировании теплофикационных объектов заключается в максимальном согласовании совокупной энергии с требованиями заказчика. Она считается выполненной, если характеристики всего производящего и потребляющего оборудования сети грамотно скоординированы.

Например, газопоршневые машины являются источниками электроэнергии и горячей воды (+90 °С) и иногда пара, низкого (в 1 атм, получаемого из теплообменников двигателя) или высокого давления (получаемого от выхлопной системы). В ряде случаев остаточное тепло используется в низкотемпературных производственных процессах, таких как сушка, дубление, обработка пищевых продуктов, обогрев помещений и нагревание воды в зданиях.

При рассмотрении проекта применения когенератора для нужд производства необходимо изучить работу всех тепловых технологических контуров, поскольку может оказаться возможным непосредственное использование низкопотенциального тепла теплофикатора.

Использование когенераторов в центральной части крупных городов позволяет увеличивать поставки электроэнергии без реконструкции старых перегруженных сетей. При этом значительно улучшается качество энергоносителей.

Автономное функционирование устройства дает возможность поддерживать стабильные теплоэлектрические параметры, такие как напряжение, частота и температура, качество воды.

Потенциальными потребителями энергии могут быть заводы, больницы, объекты жилищной сферы, а также газоперекачивающие, компрессорные станции, котельные и т. д.

Когенерация решит проблему обеспечения населения теплом и электроэнергией без дополнительного строительства мощных высоковольтных линий передач и теплопроводов. Близость когенерационных установок к потребителю позволяет значительно снижать потери при транспортировке энергии и улучшать ее качество, повышая коэффициент использования природного газа.

Используя когенераторы, местные власти могут более гибко выстраивать отношения с генерирующими компаниями-монополистами. В некоторых регионах стоимость подключения нового абонента сопоставима с ценой теплофикатора с одинаковыми энергетическими параметрами. Капитальные затраты на приобретение устройства возмещаются в течение трех-четырех лет за счет низкой себестоимости энергии, а расходы на подсоединение к сетям теряются при передаче вновь построенных станций на баланс энергетиков.

По сравнению с обеспечением от централизованных сетей, энергоснабжение от теплофикационных приборов снижает ежегодные траты примерно на 100 долл. за каждый кВт номинальной электрической мощности в случае, когда он работает в базовом режиме генерации энергии (при 100 % нагрузки круглый год). Такое возможно, если когенератор питает нагрузку в непрерывном цикле функционирования и если он действует параллельно с сетью.

Последнее решение выгодно также генерирующим компаниям, поскольку они приобретают дополнительные мощности без финансовых вложений. Более того, энергетики имеют возможность купить дешевую электроэнергию для последующей перепродажи третьим лицам.

При традиционном производстве электроэнергии масштабные потери энергии (до 65 %) происходят в паротурбинных генераторах, где в качестве топлива используются уголь, мазут, газ, ядерные компоненты и т. д. Энергия теряется при охлаждении в градирне. КПД газотурбинной установки редко превышает 38-40 %. Применение теплофикационных систем способно утилизировать избытки тепла и направлять их на нужды потребителя.

К методам теплофикации можно отнести использование газотурбинных установок с котлами-утилизаторами или когенераторов на базе первичного газового (дизельного) двигателя внутреннего сгорания с электрогенератором на валу, где применяются комплексные устройства переработки оставшейся от первичного цикла тепловой энергии. Таким образом, обеспечивается автономность производства электричества, снижающая его цену. На 1000 кВт в среднем можно получить 150-160 кВт тепловой мощности в виде горячей воды для нужд отопления и горячего водоснабжения.

При всех преимуществах данной технологии к выбору систем теплофикации следует подходить серьезно. Необходимо учитывать доступность и цену топлива, местные климатические условия и потребность в тепле. Важно убедиться в надежности и качестве имеющегося в арсенале оборудования. Потребуется предварительный тщательный технико-экономический анализ, по результатам которого можно принимать решения по инвестициям, выбору методологий установки и типов оборудования. Следует учитывать условия взаимодействия с внешними инженерными сетями, в первую очередь - электрическими.

Возникновение идеи централизованного теплоснабжения относится к 80-м годам XIX века. В 1877 году в г. Локпорте в США была сооружена первая установка для централизованного теплоснабжения. Однако в США длительное время (до 1937 года) централизованное теплоснабжение не связывалось с организацией комбинированной выработки электроэнергии, то есть не являлось теплофикацией.

В 1893 году фирма «Сименс-Шуккерт» построила в Гамбурге первую в Германии теплоэлектроцентраль. По теплотрассе длиной около 250 м производилось отопление новой ратуши. Паровые машины имели мощность 100-500 л. с. при рабочем давлении пара 6,5 атм.

В 1900 году была пущена в работу первая районная теплофикационная установка в Германии (г. Дрезден). В 1907 году фирмой AEG была создана первая паровая турбина с отбором пара.

Теплоснабжающие предприятия в Республике Беларусь - одни из крупнейших потребителей органического топлива. Его доля составляет 46 % общего потребления всех видов топлива, расходуемого в стране, что примерно в 2 раза больше, чем топливоемкость электроэнергетики, и соизмеримо с топливоемкостью всех остальных отраслей народного хозяйства.

Анализируя положительные и отрицательные стороны теплофикации, способствуя умножению первых и устранению вторых, представляется целесообразным продолжать наращивать усилия по увеличению поставок тепла от теплофикационных систем на белорусский рынок. Практически это может быть достигнуто путем сочетания двух направлений.

Первое направление - обновление, техническое перевооружение и реконструкция действующих теплофикационных систем. При этом, прежде чем приступить к обновлению действующих систем, следует проверить целесообразность их дальнейшего функционирования в существующем виде. В одних случаях системы от отдельных источников тепла экономично объединять для совместной работы, полностью исключая при этом необходимость содержания резервного энергооборудования.

В других случаях, когда зона охвата города тепловыми сетями велика, а их техническое перевооружение или ремонт требуют неоправданно больших капиталовложений, систему предпочтительно делить.

Второе направление - освоение новых технологий, новых типов энергоисточников прежде всего в населенных пунктах, где нет в настоящее время ТЭЦ и ГРЭС, за счет вытеснения морально и физически стареющих городских котельных путем внедрения новых полностью автоматизированных паросиловых, газотурбинных и парогазовых ТЭЦ.

Для будущего теплофикации очень важно также создать благоприятные для нее экономические условия, которые ориентировали бы производителей и потребителей тепла не на сиюминутные экономические выгоды, связанные с произвольным ценообразованием и тарифами в условиях несовершенного законодательства и налогообложения, а на осуществляемые в интересах национальной экономики и общества в целом экономию ресурсов и защиту окружающей среды.

Существующий технико-экономический анализ работы ТЭЦ совершенно не отвечает технологии производства низкопотенциального сбросного тепла и электрической энергии. Метод ценообразования на сбросное тепло необходимо пересматривать. Ответы на эти и многие другие парадоксы в энергетике кроются в абсурдности существующего метода ценообразования на энергию, в оторванности тарифной политики от технологии производства тепловой и электрической энергии.

Методологические недостатки отечественной тарифной политики.

В существующей тарифной политике на тепловую и электрическую энергию заложено 6 видов логических ошибок, определяющих недостатки сегодняшней тарифной политики применительно к “энергетике крупного города”.

Мы пытаемся одной мерой оценить стоимость двух различных видов энергетической продукции: мощности во времени предоставляемой тепловой и электрической энергии; количества за период отпущенной тепловой и электрической энергии.

Отсутствует (неразвита) система классификации видов энергетической продукции по качеству, количеству.

Отсутствуют (неразвит) принцип авансирования затрат на соответствующий вид энергетической продукции.

При комбинированном производстве тепловой и электрической энергии на ТЭЦ принятый на сегодня метод разделения затрат топлива на тепловую и электрическую энергию не отвечает технологии производства энергии на ТЭЦ.

Мы не стимулируем экономичного потребителя на комбинированное потребление тепловой и электрической энергии, получаемой по комбинированному способу на ТЭЦ, а также не принуждаем неэкономичного потребителя к изменению технологии потребления энергии (мы вынуждены принуждать все общество).

Мы не осуществляем анализ и нормирование расходов топлива, закладываемых в тарифы для конкретного типа потребителей тепловой и электрической энергии.