Теплофікація теплоелектроцентралей (ТЕЦ)
Теплофікація теплоелектроцентралів (ТЕЦ)
Теплофікація - енергопостачання теплових та електричних споживачів на базі комбінованого виробництва тепла та електроенергії в одній технологічній установці. Перехід із роздільного виробництва енергії на теплофікацію дозволяє збільшити коефіцієнт корисного використання палива (КПІТ) у 1,5 рази з 55% до 83%.
Тепло, що використовується при теплофікації, як правило, є продуктом відходів виробництва при виробленні електроенергії або спалюванні сміття. Замість того, щоб марно віддавати це тепло в довкілля, його можна застосувати для обігріву будівель та цілих кварталів міста. Чим далі віддалено місцезнаходження джерела від споживача, тим більше тепла втрачається під час транспортування. Тому для теплофікації краще використовувати електростанцію невеликої потужності поблизу районів концентрації населення, ніж великі, але віддалені від місць споживання. Таким чином, перевага теплофікації полягає в тому, що поряд з економією виробничого простору досягається краще використання виробленої енергії, і тому вартість такого тепла порівняно низька.
Оскільки подібні енергетичні установки можуть бути одночасно постачальниками як тепла, і електричного струму, їх загальний к.п.д. сягає 80%. Наприклад, теплофікаційні установки блочного типу забезпечують теплом багато житлових кварталів міст. Проте нині лише незначна частина діючих потужностей таких енергетичних установок використовується якнайкраще.
Когенерація - передова технологія, що дозволяє виробляти електрику та тепло. Особливо ефективна вона за наявності дешевого палива та мінімальної віддаленостігенератора від споживача
Когенерація (теплофікація) - це спосіб одночасного отримання електричної та корисної теплової енергії від спалювання палива. Для максимального зниження експлуатаційних витрат вироблені види енергії необхідно використати повністю.
На сьогоднішній день найдешевшим видом палива є природний газ. Його споживання в процесі теплофікації особливо ефективне за дотримання трьох умов:
- надійність та низька ціна постачання «блакитного палива» до місць переробки;
- дефіцит електроенергії та, відповідно, високі ціни за кВт/год;
Головна перевага когенератора перед звичайними теплоелектростанціями полягає в тому, що він перетворює енергію з більшою ефективністю. Система когенерації працює із найменшими тепловими втратами. Зменшуються також виробничі витрати.
Когенератор є ефективною альтернативою тепловим мережам завдяки можливості гнучкої зміни параметрів теплоносія в залежності від вимог у будь-яку пору року. Він виробляє електричну та теплову енергію у співвідношенні 1:1,6.
Когенератор не залежить від фінансового стану справ у енергетичних компаніях. Дохід від реалізації енергоносіїв покриває всі витрати на теплофікатор. Капітальні вкладення когенератор окупаються швидше коштів, витрачених підключення до тепловим мережам. Таким чином, забезпечується швидке та стійке повернення інвестицій.
Теплофікаційні прилади добре вписуються в електричну схему окремих споживачів та при паралельному підключенні до електромережі міста. Вони покривають недолік генеруючих потужностей, дозволяють позбутися перевантажень і надають можливість приєднання нових районів.
Пристрійтеплофікаційного приладу
Когенератор складається з газового двигуна, генератора, системи відбору тепла та системи керування. Теплоносій може відбиратися з газових лопа, масляного холодильника та охолоджуючої рідини двигуна. При цьому в середньому на 100 кВт електричної потужності споживач отримує 150-160 кВт теплової у вигляді гарячої води (90-129 ° С) для опалення та ГВП.
Для вирівнювання піків та провалів теплових навантажень необхідно передбачити теплові акумулятори.
Системи когенерації електричною потужністю 150-3200 кВт та теплової – 240-5120 кВт можуть встановлюватись у відносно невеликих приміщеннях, причому існуючі котли та водогрії можуть використовуватись як додаткові або запасні джерела тепла. Також можна задіяти і місцеві енергосистеми.
Завдяки теплофікаційним приладам успішно вирішується проблема забезпечення споживачів дешевою електричною та тепловою енергією. Крім того, незалежне електропостачання тягне за собою низку переваг.
Електрика, що отримується при когенерації, має стандартні параметри (трифазний струм 50 Гц, стандартна напруга 0,4-10 кВ) і легко реалізується на ринку.
Вимоги до теплової енергії відрізняються великою різноманітністю. Вони залежать від виду технологічного процесу або графіка споживання тепла на добу та сезони. Більш того, вимоги споживача можуть не співпадати з наявними стандартами.
Ось чому основне завдання при проектуванні теплофікаційних об'єктів полягає у максимальному узгодженні сукупної енергії з вимогами замовника. Вона вважається виконаною, якщо характеристики всього виробляючого та споживаючого обладнання мережі грамотно скоординовані.
Наприклад, газопоршневі машини є джерелами електроенергії тагарячої води (+90 °С) і іноді пари, низької (в 1 атм, що отримується з теплообмінників двигуна) або високого тиску (отримуваного від вихлопної системи). У ряді випадків залишкове тепло використовується в низькотемпературних виробничих процесах, таких як сушіння, дублення, обробка харчових продуктів, обігрів приміщень та нагрівання води в будинках.
При розгляді проекту застосування когенератора потреб виробництва необхідно вивчити роботу всіх теплових технологічних контурів, оскільки може бути можливим безпосереднє використання низькопотенційного тепла теплофікатора.
Використання когенераторів у центральній частині великих міст дозволяє збільшувати постачання електроенергії без реконструкції старих перевантажених мереж. При цьому значно покращується якість енергоносіїв.
Автономне функціонування пристрою дозволяє підтримувати стабільні теплоелектричні параметри, такі як напруга, частота і температура, якість води.
Потенційними споживачами енергії може бути заводи, лікарні, об'єкти житлової сфери, і навіть газоперекачивающие, компресорні станції, котельні тощо.
Когенерація вирішить проблему забезпечення населення теплом та електроенергією без додаткового будівництва потужних високовольтних ліній передач та теплопроводів. Близькість когенераційних установок до споживача дозволяє значно знижувати втрати при транспортуванні енергії та покращувати її якість, підвищуючи коефіцієнт використання природного газу.
Використовуючи когенератори, місцева влада може гнучкіше вибудовувати відносини з генеруючими компаніями-монополістами. У деяких регіонах вартість підключення нового абонента можна порівняти з ціною теплофікатора з однаковими енергетичними параметрами.Капітальні витрати на придбання пристрою відшкодовуються протягом трьох-чотирьох років за рахунок низької собівартості енергії, а витрати на приєднання до мереж втрачаються при передачі новозбудованих станцій на баланс енергетиків.
Порівняно із забезпеченням від централізованих мереж, енергопостачання від теплофікаційних приладів знижує щорічні витрати приблизно на 100 дол. за кожний кВт номінальної електричної потужності у разі, коли він працює у базовому режимі генерації енергії (при 100 % навантаження цілий рік). Таке можливо, якщо когенератор живить навантаження у безперервному циклі функціонування і якщо він діє паралельно з мережею.
Останнє рішення вигідне також генеруючим компаніям, оскільки вони набувають додаткових потужностей без фінансових вкладень. Більше того, енергетики мають можливість купити дешеву електроенергію для подальшого перепродажу третім особам.
При традиційному виробництві електроенергії масштабні втрати енергії (до 65 %) відбуваються в паротурбінних генераторах, де як паливо використовуються вугілля, мазут, газ, ядерні компоненти і т. д. Енергія втрачається при охолодженні в градирні. ККД газотурбінної установки рідко перевищує 38-40%. Застосування теплофікаційних систем здатне утилізувати надлишки тепла та спрямовувати їх на потреби споживача.
До методів теплофікації можна віднести використання газотурбінних установок з котлами-утилізаторами або когенераторів на базі первинного газового (дизельного) двигуна внутрішнього згоряння з електрогенератором на валу, де застосовуються комплексні пристрої переробки теплової енергії, що залишилася від первинного циклу. Таким чином, забезпечується автономність виробництва електрики, що знижує його ціну. На 1000 кВт загалом можна отримати 150-160 кВттеплової потужності у вигляді гарячої води для потреб опалення та гарячого водопостачання.
За всіх переваг цієї технології до вибору систем теплофікації слід підходити серйозно. Необхідно враховувати доступність та ціну палива, місцеві кліматичні умови та потребу у теплі. Важливо переконатися в надійності та якості наявного в арсеналі обладнання. Потрібний попередній ретельний техніко-економічний аналіз, за результатами якого можна приймати рішення щодо інвестицій, вибору методологій встановлення та типів обладнання. Слід враховувати умови взаємодії із зовнішніми інженерними мережами, насамперед - електричними.
Виникнення ідеї централізованого теплопостачання належить до 80-х років ХІХ століття. У 1877 році в м. Локпорті в США було споруджено першу установку для централізованого теплопостачання. Однак у США тривалий час (до 1937 року) централізоване теплопостачання не пов'язувалося з організацією комбінованого вироблення електроенергії, тобто не було теплофікацією.