КлиВент — системы вентиляции

Принцип работы и применение мини-ТЭЦ

Мини-ТЭЦ предназначены для производства электроэнергии и попутной выработки тепла в готовой к использованию потребителями форме. Говоря иначе, они когенерируют электрическую и тепловую энергию. Некоторые их разновидности, кроме последней, могут, в зависимости от сезона, вырабатывать и холод.

ТЭЦ предназначены для производства электроэнергии и тепла

Для разных по типу и мощности ТЭЦ некоторые компоненты могут, конечно, отличаться, но основные части, определяющие принцип работы, следующие:

  • двигатель, преобразующий энергию, заложенную в исходном материале (твердом топливе, жидком или газе), в энергию механическую (вращение вала) и тепловую;
  • генератор, трансформирующий механическую энергию в электрическую;
  • теплообменные контуры, формирующие полезную тепловую энергию для передачи в систему отопления, горячего водоснабжения и т. п.;
  • охлаждающие контуры, предохраняющие основные рабочие агрегаты от перегревания;
  • система отведения побочных продуктов переработки топлива;
  • электрощит и соединительные элементы электрической части системы;
  • устройства автоматики, мониторинга и защиты.

Во многих моделях с целью повышения эффективности тепловая энергия складывается из нескольких составляющих — потоков, получаемых от:

  1. Жидкости основного охлаждающего контура.
  2. Выхлопных газов и др. продуктов переработки топлива.
  3. Смазочной жидкости.

Данные установки целесообразно применять в удаленных от централизованных каналов тепло/электроснабжения местностях (например, сельских, горных, лесных), а также в качестве резервной системы во всех прочих местностях. Интересно, что здесь не потребуется и наличия магистральных сетей с газом, поскольку сейчас существуют станции, способные использовать в качестве источника энергии различные альтернативные материалы.

Сердцем любой мини-ТЭЦ является ее двигатель

Сердцем любой мини-ТЭЦ является ее двигатель

Это может быть такое «классическое» твердое топливо, как древесный уголь. Или, наоборот, относительно недавно начавшие применяться в качестве такового отходы (древесные отходы лесозаготовительных/перерабатывающих предприятий, бытовые, отходы мясо/рыбо/птицефабрик и аналогичных пищевых производств, животноводческих и растениеводческих комплексов и т. п.). Словом, источником энергии может служить все, чем богата конкретная местность.

Сфера же применения станций не ограничена – подобрать подходящее по мощности устройство можно и для частного дома (или группы домов), и для энергоемкого промышленного производства.

Разновидности

В зависимости от условий и особенностей места, в котором планируется строительство мини-ТЭЦ, а также от требуемых мощностей, устройство ее может различаться по ряду признаков. Во-первых, можно выделить несколько вариантов размещения оборудования:

  1. Стационарное.
  2. Мобильное.

Первое подразумевает расположение внутри специально выделенного здания или в отдельном помещении уже имеющегося, оборудованном всеми необходимыми инженерными коммуникациями и соответствующем нормативным требованиям безопасности. Такая система может быть открытого типа либо закрываться шумоизолирующим кожухом (что полезно, если она используется для питания жилых домов, а не цеха предприятия).

Мобильную ТЭЦ можно смонтировать и настроить в любом месте

Мобильное размещение характерно для станций сравнительно небольшой мощности. Их ключевые преимущества – быстрая готовность к работе, несложность в подключении и осуществлении запуска своими руками, возможность оперативного перемещения на другое место (в случае необходимости). Контейнер, содержащий такую готовую систему также может оборудоваться шумоизолирующим кожухом.

Во-вторых, в качестве стержневого элемента станции могут выступать разные типы двигателей:

  • поршневой (внутреннего сгорания);
  • газотурбинный;
  • паротурбинный;
  • комбинированный.

В-третьих, перечень применяемых видов топлива имеет самые широкие пределы. Из всевозможных материалов можно выделить такие основные группы:

  • газообразные (сюда относится природный газ и все прочие горючие газы);
  • жидкостные (различные нефтепродукты);
  • твердые (древесного происхождения, биоматериалы и др.).

Вид топлива зависит от его доступности и целесообразности применения в данной местности. К примеру, в лесном горном районе, отдаленном от любых центральных систем снабжения, куда периодическая доставка нефтепродуктов дорога и едва ли вообще осуществима, имеет смысл использовать в этом качестве древесные отходы местного деревообрабатывающего предприятия. Последнее, таким образом, даст его же питающей станции материал для работы. Причемзачастую, организация подобной системы возможна на базе уже используемых устройств и оборудования.

Схема использования мини ТЭЦ

Схема использования мини-ТЭЦ

Наконец, мощность станции имеет немаловажное значение при подборе ее для определенных потребителей. Одно дело — снабжение частного дома, другое — поселка из десятков домов или производственного предприятия. В качестве примера в табл. 1 приведены основные характеристики современной газопоршневой установки мощностью 1 МВт, а в табл. 2 — ориентировочные нагрузки для различных типов зданий.

Таблица №1

Характеристики газопоршневого когенератора

Характеристика Ед. изм. Значение
Номинальная электрическая мощность кВт 1000
Напряжение В 400
КПД общий/электрический % 85/42
Расход природного газа при нагрузке 100 % н.м3/ч 275
Давление газа кПа 25
Полный ресурс ч 200000
Ресурс до среднего ремонта ч 13000
Ресурс до капитального ремонта ч 60000
CO, приведенное к 5 % O2 мг/н.м3 1100
NOx, приведенное к 5 % CO2 мг/н.м3 250
Масса агрегата (двигатель и генератор на раме) т 10

Таблица №2

Примерные удельные энергетические нагрузки в зданиях

№ п/п Нагрузки Ед. изм. Жилые многоэтажные дома Офисы Торгово-развлекательные комплексы Спортивно-оздоровительные комплексы
эконом-класс бизнес/элит-класс класс A класс B
1 Отопление, вентиляция, ГВС:
— расчетная максимальная Вт/м2 50-70 50-70 120-150 100-130 100-120 120-160
— средняя за отопительный период Вт/м2 35-50 35-50 65-75 60-70 50-60 50-60
— средняя за год Вт/м2 25-30 25-30 40-50 35-40 30-40 30-40
2 Электроэнергия:
— установочная максимальная Вт/м2 80-120 100-150 150-200 120-160 120-140 140-160
— средняя за год Вт/м2 15-25 15-25 40-60 30-50 5-50 30-40
3 Холод для КВ:
— расчетная максимальная Вт/м2 60-80 90-120 70-100 80-100 100-150
— средняя за теплый период года Вт/м2 10-20 30-40 20-30 25-40 25-40
4 Степень годовой загрузки
системы когенерации:
— по электроэнергии % 30-40 25-35 45-55 50-60 50-60 30-40
— по теплу с учетом КВ % 35-45 40-50 60-70 55-65 40-50 35-45

Правила проектирования

Проектирование мини-ТЭЦ следует вести с таким расчетом, чтобы, с учетом всех важных действующих и перспективных факторов, она работала с наибольшей эффективностью. Должны быть досконально проработаны местные особенности. Если это удаленная от цивилизации область, без каких бы то ни было источников газа, не говоря уже о других благах, то, возможно, целесообразно использование мини-ТЭЦ на угле или иных древесных горючих материалах, добываемых буквально своими руками. Либо на подходящих отходах каких-то местных специфических производств (к примеру, тех же древесных опилках).

Конечно, это рассуждения с преувеличениями, но, так или иначе, проектирование должно стремиться к достижению следующих показательных результатов:

  • гармонизация использующих вырабатываемую энергию устройств с режимами работы станции, выражающаяся в оптимальных графиках тепло/электропотребления (коэфф. 0,7—1,0);
  • последующее простое и дешевое ТО, доступность сменных и запасных частей;
  • работоспособность установки в заданных климатических и др. условиях.

Основные преимущества

Главные преимущества, которые может обеспечить грамотное проектирование и строительство мини-ТЭЦ, сводятся к таким факторам:

  • увеличение эффективности выработки тепло/электроэнергии за счет когенерации, компактности и применения, более совершенных устройств, выражающееся в снижении себестоимости и повышении КПД;
  • высокие ресурсные характеристики основных агрегатов и узлов и показатели надежности системы в целом;
  • стабильность и бесперебойность подачи энергии;
  • независимость в выборе режима работы устройств-потребителей от того, в каком режиме работает система;
  • снижение материальных и временных затрат на сооружение и ввод в эксплуатацию системы и сопутствующих коммуникаций;
  • отсутствие необходимости выделения больших земельных площадей под систему и коммуникации за счет ее компактности и близости к потребителям;
  • экологичность, выражающаяся, кроме снижения вредных выбросов и прочего, в возможности вторичного использования некоторых видов отходов (животноводческих производств, птицефабрик, древесных, канализационных и др.);
  • неприхотливость в эксплуатации и обслуживании.

Обзаведясь собственной мини-ТЭЦ, вы получите (при условии ее правильного проектирования и монтажа) автономный и надежный источник дешевой тепловой и электрической энергии. Если все рассчитаете верно, то с течением времени затраченные на строительство средства окупятся не один раз.