Опыт проектирования систем тригенерации с применением газопоршневых электростанций Bosch
Опубликовано: 25 ноября 2015 г.
262
Тригенерация – высокоэффективный подход в энергетике, предусматривающий одновременное производство электричества, тепла и холода от одного энергоцентра. Популярным технологическим решением для создания систем тригенерации является комбинация газопоршневых электростанций и абсорбционных чиллеров, при которой энергия отработанных газов используется для выработки холода.
Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.
На сегодняшний день в России уже реализовано несколько подобных проектов. В частности, в Москве системами тригенерации оборудованы Корпоративный университет Сбербанка и недавно построенный стадион «Спартак». Есть и региональные примеры. Так, определенный интерес вызывает тригенерационный энергоцентр крупного торгового центра в Перми, возводимого группой компаний «Кармента».
Строительство пятиэтажного торгового центра на ул. Карпинского началось в 2013 г, сдача планируется в начале 2016 года. Общая площадь объекта составляет 29 тыс. кв. м. Необходимое расчетное энергопотребление торгового центра по электричеству составляет 1500 кВт, по теплу – 2700 кВт, по холоду – 1800 кВт. Для обеспечения энергоснабжения объекта проектной организацией ООО «Энергопланнер» были выбраны газопоршневые установки Bosch CHP CE 400 NA мощностью 400 кВт в сочетании с абсорбционными чиллерами LG.
При работе газопоршневой или газотурбинной установки, с 1 кВт вырабатываемой электроэнергии есть возможность получить от 1 до 2 кВт тепловой энергии в качестве горячей воды. В торговых центрах электрическая нагрузка достаточно равномерная в течение года, а потребность в холоде сопоставима с активной электрической IT-мощностью. Из горячей воды с помощью АБХМ получаем холод с средним коэффициентом 0,75. Таким образом, в зависимости от типа энергоустановок, с их тепла можно получить от 50% до 100% необходимого холода. В итоге получается чрезвычайно энергоэффективная система. Недостаток тепла, а так же резерв обеспечивается обычными водогрейными котлами, КПД которых близок к 99%
При разработке принципиальной схемы холодоснабжения рассматривалось использование как парокомпрессионных, так и абсорбционных чиллеров. Выбор был сделан в пользу второго варианта в силу его преимущества как по эксплуатационным, так и по капитальным затратам.
Абсорбционные чиллеры являются экономичными и экологически безвредными. Они просты, надежны и не содержат насоса. Их общая термическая эффективность высока- вплоть до 86%, часть из которой, до 40% - приходится на электрическую энергию.
В тригенераторах на базе двигателей внутреннего сгорания могут использоваться как одноступенчатые, так и двухступенчатые системы. Поскольку когенерационные схемы производят тепло, как правило, в форме тепловой энергии воды, одноступенчатая система является более предпочтительной. Наряду с простотой, она позволяет утилизировать больше тепла.
Одноступенчатые установки на бромиде лития работают на горячей воде низкой (вплоть до 90°C) температурой, тогда как двухступенчатым абсорбционным системам необходимо тепло при температуре около 170 °C, свойственное пару. Одноступенчатая абсорбционная система на бромиде лития способна охлаждать воду до температуры 6-8°C и имеет коэффициент преобразования холода к теплу около 0,7. Коэффициент преобразования двухступенчатой системы составляет около 1,2. Итак, абсорбционные системы обеспечивают мощность охлаждения, равную 0,7-1,2 мощности, получаемой от источника тепла. При подключении к тригенераторной установке компрессорных холодильных установок можно получить температуры ниже 0 градусов.
Характерными чертами являются тригенерационных установок:
- экономичность (для выработки холода используются излишки тепла);
- минимальный износ (простая конструкция АБХМ);
- малошумность;
- экологичность (вода используется в качестве хладагента);
- высокий КИТ.
Абсорбционные холодильные машины (АБХМ) производят охлажденную воду при использовании двух веществ (например, воды и бромистолитиевой соли), находящихся в термическом равновесии, которые разделяются путем нагрева, а затем снова воссоединяются путем отвода тепла. Целенаправленный подвод и отвод тепла в условиях вакуума при переменном давлении (примерно 8 мбар и 70 мбар) создает дисбаланс веществ, таким образом принудительно подвергая их десорбции или абсорбции. Для производства охлажденной воды в диапазоне температур от 6 до 12°C обычно используется вода (хладагент) и бромистолитиевая соль (абсорбент). Для выработки низкотемпературного холода до -60°C используется аммиак (хладагент) и вода (абсорбент). Особенностью АБХМ является использование для сжатия паров хладагента не механического, а термохимического компрессора.
Рис.1 Диаграмма баланса тепла для ко- и тригенерации
Выбор ГПУ осуществлялся по совокупности множества параметров, среди которых рассматривались различные ресурсные показатели, стоимость технического обслуживания, технико-динамические характеристики. По сравнению с альтернативными вариантами установки Bosch продемонстрировали ряд преимуществ, среди которых более высокий КПД (38,5%), более высокая скорость нагружения и разгружения (40%), а также более высокие ресурсные показатели до капитального ремонта (44 тыс. часов). Также их значительным преимуществом явилось высокое качество энергоснабжения - автоматически регулируемый показатель cos-phi c возможностью регулирования подачи реактивной мощности в сеть.
Всего на объекте планируется установить три ГПУ мощностью по 400 кВт и две абсорбционных машины, одна из которых будет оснащена горелочным устройством. Для покрытия пиковых нагрузок теплопотребления планируется установка газового котла Buderus. Также специально для данного проекта в Германии был спроектирован каскадный шкаф управления MMS для обеспечения аварийного режима работы. Что касается экономических показателей проекта, то совокупные капитальные затраты составят порядка 85 млн. руб., при сроке окупаемости в 5 лет.
Необходимо отметить, что данный проект в сфере тригенерации явился пилотным для компаний-поставщиков оборудования и потребовал решения ряда сложных задач. В частности, определенное время потребовалось для подготовки и получения необходимой документации, проведения обучения для проектной организации, решения вопросов сервисного обслуживания. «Это знаковый проект как для нас, так и для компании LG в России. Реализация подобных проектов помогает в полной мере продемонстрировать преимущества технологии тригенерации и качество предлагаемых решений» – комментирует Дмитрий Николаенко, руководитель направления мини-ТЭС «Бош Термотехника».
Об установках Bosch CHP
Газо-поршневые установки Bosch CHP являются одним из многочисленных направлений отдела термотехники Bosch. Они производятся в диапазоне мощности от 19 до 400 кВт по выработке электрической энергии. При этом изначальная экономия топлива по сравнению с раздельной выработкой тепловой и электрической энергии может достигать 40%. Использование данного оборудования позволяет значительно сократить объем выбросов углекислого газа. Установки могут поставляться как готовый, укомплектованный модуль, состоящий из двигателя, соединительных деталей, генератора, теплообменника и контура охлаждения. С помощью системы управления ТЭС может быть скомбинирована с котлом отопления от Bosch, а также с системами охлаждения.
О предприятии Bosch KWK Systeme
Предприятие по производству мини-ТЭС Köhler & Ziegler Anlagentechnik было основано в 1983 г. В 2010 г. оно было приобретено компанией Bosch Thermotechnik, а в 2011 г. - переименовано в Bosch KWK Systeme. Находится в г. Лоллар, Германия. Предприятие предлагает новейшие энергоэффективные когенерационные системы. Осуществляет разработки и производство модулей БТЭЦ, работающих на природном газе в диапазоне мощности от 19 до 400 кВт по электроэнергии, а также БТЭЦ на биогенном и природном газе в рабочем режиме мощности от 19 до 2000 кВт.
Статья опубликована в журнале "Промышленные и отопительные котельные и мини-ТЭЦ" 30/2015г.
