Когенерационный цикл: Когенерационный цикл на месторождениях – Электроэнергетика и тепло

Когенерационный цикл на месторождениях – Электроэнергетика и тепло

5-летний рубеж надежной эксплуатации прошел энергоцентр собственных нужд «Уса» – крупнейший ЭСН на месторождениях Республики Коми

Москва, 30 дек – ИА Neftegaz.RU. 25 ноября 2016 г. компания ЛУКОЙЛ-Коми ввела ГТУ-ТЭЦ на Усинском нефтяном месторождении. Строительство провело ООО «ЛУКОЙЛ-Энергоинжиниринг». Применение основного оборудования отечественного производства и использование инновационных технологий на всех этапах строительства позволили завершить проект за 14 месяцев. Основное и резервное топливо для ЭСН – попутный нефтяной газ. Мощности энергообъекта рассчитаны на потребление 170 млн кубометров ПНГ в год.

Проект осуществлен в интересах развития производственной деятельности на Денисовском лицензионном участке. Энергоцентр «Уса» решает несколько задач:

• покрытие электрических нагрузок в условиях сетевых ограничений;
• выработка тепловой мощности для различных объектов месторождений;
• обеспечение технологических потребностей в горячей воде для закачки в пласты;
• сокращение затрат на потребляемые энергоресурсы;
• уменьшение зависимости предприятия от тарифной политики на рынке электроэнергии;
• снижение нагрузки на окружающую среду и улучшение экологической обстановки на промыслах.

Так возможности ЭСН, наряду с увеличением объемов полезного использования ПНГ, обеспечивают рост добычи углеводородов и энергетическую автономность Усинского, Баяндыского и Восточно-Ламбейшорского месторождений.

Установленная электрическая мощность ГТУ-ТЭЦ составляет 100 МВт (номинальная – 125 МВт), тепловая мощность – 152,1 Гкал/ч. ЭСН состоит из 5 когенерационных энергоблоков, каждый из которых выполнен на основе газотурбинной установки ГТЭ-25ПА с генератором мощностью 25 МВт. Выработка электроэнергии происходит по схеме «четыре ГТУ в работе – одна в резерве», что гарантирует надёжность снабжения.

Газотурбинная установка ГТЭ-25ПА разработана АО «ОДК-Авиадвигатель» (Пермь). С 2013 года агрегат серийно выпускается предприятием «ОДК-Пермские моторы». Основа конструкции – турбина ПС-90ГП-25А, самый эффективный энергетический привод российского производства, созданный на базе авиационного двигателя ПС-90А2.

Для выдачи тепловой мощности здесь установлены пять котлов-утилизаторов, сопряженных с ГТУ. Они нагревают воду за счет высокой температуры выхлопных газов турбин. Отпуск тепла осуществляется аналогично генерации электричества – по схеме 4+1, с резервированием одного котла-утилизатора.

В итоге, когенерационный цикл обеспечивает комбинированную выработку энергии, высокую топливную эффективность, экологичность и экономичность объекта.

Помимо энергоблоков в структуру ЭСН входит котельная собственных нужд, которая также работает на попутном газе.

Для максимально эффективной конверсии ПНГ и надежной эксплуатации генерирующего оборудования энергоцентра необходима качественная подготовка газа перед его подачей на турбины и котельную. Требуемые параметры топлива по чистоте, температуре, давлению и расходу гарантирует многофункциональная технологическая система «ЭНЕРГАЗ», в состав которой входят блок подготовки попутного газа (БППГ) и дожимная компрессорная станция (ДКС).

БППГ осуществляет сепарацию и фильтрацию общего потока ПНГ, подогрев и редуцирование газа для котельной энергоцентра, а также измерение объема топлива, раздельно идущего на ГТУ и котельную.

Технологическая установка располагается на открытой площадке (внутри легкосборного укрытия), оборудована необходимыми инженерными системами. Режим эксплуатации – автоматический. Пропускная способность БППГ – 24 059 м

3/ч. После предварительной подготовки газ, предназначенный для энергоблоков, направляется в ДКС, которая компримирует его и подает в турбины под давлением 4,5…5 МПа.

ДКС состоит из трех компрессорных установок, выполненных на базе винтовых маслозаполненных компрессоров. Максимальная производительность каждой КУ составляет 21 447 кг/час, что соответствует общему номинальному расходу топлива на все 4 работающие турбины. Фактическая производительность зависит от динамики нагрузки сопряженных ГТУ и контролируется в диапазоне от 0 до 100%. Для контроля используется специальная двухуровневая система регулирования.

КУ размещаются в отдельных блок-модулях арктического типа, снабженных системами жизнеобеспечения и безопасности. Установки дополнительно оснащены потоковыми анализаторами температуры точки росы газа по воде и углеводородам с устройствами для отбора проб.

Процесс газоподготовки осложнен высоким содержанием жидких фракций в исходном ПНГ, поэтому требуемые значения топлива по влажности достигаются в несколько этапов. Сначала попутный газ поступает в сепаратор-пробкоуловитель БППГ, где идет первичная сепарация и нейтрализуются залповые вбросы жидкости. Затем газ проходит через коалесцирующие фильтры БППГ и фильтры-скрубберы ДКС.

На заключительной стадии применяется метод рекуперативного теплообмена – каждая компрессорная установка оснащена узлом осушки газа, действующим в режиме рекуперации температуры. Для этого в линию нагнетания интегрированы охладитель и подогреватель, которые образуют промежуточный контур и последовательно осуществляют охлаждение газа, отбой и удаление конденсата, подогрев газа.

Осушенное таким образом топливо подается в турбины с температурой на 20°C выше точки росы.

Комплексная подготовка попутного газа в качестве топлива имеет важное практическое значение для эффективной и надежной эксплуатации энергоцентров месторождений.

Когенерация — когенераторные установки — тепловые электростанции

Когенерация — двойная эффективность — двойная прибыль!

часть1 часть2

Определение принципа когенерации

Когенерация — это комбинированное производство тепла и электроэнергии. На электростанции с применением технологии когенерации топливо используется для получения двух форм энергии — тепловой и электрической. Приставка «ко» в слове когенерация и означает комби. Проще говоря когенераторная установка это тепловая электростанция. 

Когенераторные электростанции более эффективны в сравнении с электростанциями производящими только электрическую энергию. 

С технологией когенерации появляется реальная возможность использовать тепловую энергию, которая обычно улетучивается в атмосферу через градирни и вместе с дымовыми газами.

При использовании эффекта когенерации существенно возрастает общий коэффициент использования топлива (КиТ). Применение когенерации в значительной степени сокращает затраты на приобретение топлива.

Когенерация — это существенное снижение затрат на получение тепловой энергии.

Когенераторные установки — устройство и принцип действия

Когенерационная установка состоит из силового агрегата, например, газовой турбины, электрического генератора, теплообменника и системы управления.

В газотурбинных установках основное количество тепловой энергии отбирается из системы выхлопа. В газопоршневых электростанциях отбор тепловой энергии происходит от масляного радиатора, а так же и от системы охлаждения двигателя. Отбор тепловой энергии в газотурбинных установках (ГТУ) осуществим технически проще, так как выхлопные газы имеют более высокую температуру.

При использовании когенерации на 1 МВт электрической мощности потребитель получает от 1 до 2 МВт тепловой мощности в виде пара и горячей воды для промышленных нужд, отопления и водоснабжения.

Когенераторные электростанции с избытком покрывают нужды потребителей в электрической и дешевой тепловой энергии.

Излишнее тепло может направляться на паровую турбину, для максимальной выработки электричества или в абсорбционно-холодильные машины (АБХМ) для производства холода, с последующей реализацией в системах кондиционирования. Подобная технология имеет собственное определение — тригенерация.

Когенерация — органичная экспансия технологии в российскую экономику

Применение электростанций с технологией когенерации в мегаполисах позволяет эффективно дополнять рынок энергоснабжения, без реконструкции сетей. При этом значительно улучшается качество электрической и тепловой энергий. Автономная работа когенераторной установки позволяет обеспечить потребителей электроэнергией с устойчивыми параметрами по частоте и по напряжению, тепловой энергией со стабильными параметрами по температуре.

Потенциальными объектами для применения когенерационных установок в России выступают промышленные производства, больницы, объекты жилищной сферы, газоперекачивающие станции, компрессорные станции, котельные и т. д.

В результате внедрения когенераторных электростанций возможно решение проблемы обеспечения потребителей недорогим теплом и электроэнергией без дополнительного, затратного, строительства новых линий электропередачи и теплотрасс.

Приближенность источников к потребителям позволит значительно снизить потери при передаче энергии и улучшить ее качество, а значит, и повысить коэффициент использования энергии топлива.

Когенерация — альтернатива тепловым сетям общего назначения

Когенерационная установка является эффективной альтернативой тепловым сетям, благодаря гибкому изменению параметров теплоносителя в зависимости от требований потребителя в любое время года. Потребитель, имеющий в эксплуатации когенераторную электростанцию не подвержен зависимости от экономического состояния дел больших теплоэнергетических компаниях.

Доход (или экономия) от реализации электричества и тепловой энергии, за короткое время, покрывают все расходы на когенераторную электростанцию. Окупаемость капитальных вложений в когенераторную установку происходит быстрее окупаемости средств, затраченных на подключение к тепловым сетям, обеспечивая тем самым, устойчивый возврат инвестиций.

Когенераторная установка хорошо вписываются в электрическую схему, как отдельных потребителей, так и любого количества потребителей через государственные электросети. Компактные, экологически безопасные, когенераторные электростанции покрывают дефицит генерирующих мощностей в крупных городах. Появление подобных установок позволяет разгрузить электрические сети, обеспечить стабильное качество электроэнергии и делает возможным подключение новых потребителей.

Преимущества когенерации

Преимущества когенераторных электростанций заключены, прежде всего, в сфере экономики.Существенная разница между капитальными затратами на энергоснабжение от сетей и энергоснабжение от собственного источника заключается в том, что капитальные затраты, связанные с приобретением когенераторной установки, возмещаются, а капитальные затраты на подключение к сетям безвозвратно теряются при передаче вновь построенных подстанций на баланс энергетических компаний.

Капитальные затраты при применении когенераторной установки компенсируются за счет экономии топлива.

Обычно полное возмещение капитальных затрат происходит после эксплуатации когенераторной электростанции в течение трех-четырех лет.

Такое возможно, когда когенераторная установка питает нагрузку в непрерывном цикле работы, или если она работает параллельно с электросетью. Последнее решение является выгодным для владельцев электрических и тепловых сетей. Энергосистемы заинтересованы в подключении мощных когенераторных установок к своим сетям, так как при этом они приобретают дополнительную генерирующую мощность без капитальных вложений на строительство электростанции. В таком случае энергосистема закупает дешевую электроэнергию для её последующей перепродажи по более выгодному тарифу. Тепловые сети получают возможность закупать дешевое тепло для его реализации близлежащим потребителям

Ведущими мировыми производителями когенераторных установок на основе поршневых двигателей и турбин на сегодняшний день являются: Alstom (Альстом), Capstone (Кэпстоун – Кепстон), Calnetix – Elliott Energy Systems, Caterpillar (Катерпиллар), Cummins (Камминз), Deutz AG (Дойтц АГ), Generac (Дженерак), General Electric (Дженерал Электрик), GE Jenbacher (Йенбахер), Honeywell (Хоневелл), Kawasaki (Кавасаки), Kohler (Колер), Loganova (Логанова), MAN B&W (МАН Б В), MAN TURBO AG (МАН ТУРБО), Mitsubishi Heavy Industries (Митсубиши Хэви Индастриз),  Rolls-Royce (Роллс–Ройс), SDMO (СДМО), Siemens (Сименс), Solar Turbines (Солар Турбайнз), Turbomach (Турбомах), Vibro Power, Wartsila (Вяртсиля), Waukesha Engine Division (Вокеша / Вукеша), FG Wilson (Вилсон).

Дополнительная тематическая информация в разделе: когенерация и тригенерация

Полезные статьи, документы, файлы:

Что практичнее, выгоднее и современнее? Газотурбинные установки или газопоршневые силовые агрегаты?
Почему, как топливо для электростанций выгоден и перспективен газ?

Когенерация – Энергетическое образование

Энергетическое образование

Меню навигации

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

ИНДЕКС

Поиск

Рис. 1: Цикл когенерации использует отработанное тепло, генерируемое термодинамическим процессом, для обогрева домов, автомобилей и других бытовых приборов.

Когенерация или комбинированное производство тепла и электроэнергии (ТЭЦ) — это производство электроэнергии на месте из отработанного тепла.

При выработке электроэнергии из угля, природного газа или ядерной энергии только часть фактической энергии, выделяемой при сгорании, преобразуется в электричество. Остальная часть энергии теряется в виде отработанного тепла. На ТЭЦ это отработанное тепло рекуперируется для других применений, таких как отопление помещений или другие промышленные процессы, требующие тепла. Таким образом, ТЭЦ является эффективным процессом восстановления энергии, которая в противном случае была бы потеряна. ^[1] Благодаря такому повышению эффективности когенерация имеет много преимуществ для окружающей среды и может стать ключевым фактором в уменьшении последствий изменения климата. ^[2]

Когенерационные установки обеспечивают значительную экономию средств, обеспечивая дополнительную конкурентоспособность для промышленного и коммерческого использования, предлагая доступное тепло для бытовых потребителей.

[1] Они обеспечивают явные экологические преимущества благодаря улучшенному преобразованию энергии и использованию отработанного тепла. Тем не менее, есть много препятствий на пути строительства таких заводов. ^[3] Одним из факторов являются относительно высокие капитальные затраты, связанные с такими установками, что делает их непривлекательными для потенциальных разработчиков. Когенерационные установки представляют угрозу для таких компаний, и известно, что при строительстве этих станций было много юридических споров. ^[4] Кроме того, источники распределенного производства электроэнергии могут создавать опасность поражения электрическим током для энергетической компании, электрифицируя часть электрической сети, которая в противном случае была бы отключена, когда компании необходимо работать с этой частью сети.

Поскольку ископаемое топливо в основном используется в качестве входного источника, ТЭЦ не может считаться в конечном счете устойчивым решением в долгосрочной перспективе. Тем не менее, это может помочь снизить уровень выбросов углерода при существенной экономии энергии за счет более высокой эффективности в ситуациях, когда более устойчивые варианты недоступны или недоступны.

^[5]

Обсуждение некоторых плюсов и минусов ТЭЦ можно увидеть в блоге TriplePundit здесь.

Эффективность

Электростанции производят примерно в два раза больше энергии, чем отработанного тепла, чем электричества. Дома обычно отапливаются печами, а также требуют топлива для выработки тепла. Отвод части отработанного тепла от производства электроэнергии экономит значительные суммы денег и энергии.

Производство эквивалентного количества тепла и электроэнергии с использованием системы ТЭЦ намного эффективнее, поскольку тепло от производства электроэнергии можно использовать с пользой. Общая эффективность системы ТЭЦ определяется общей используемой энергией, как электрической, так и тепловой, деленной на поступающую энергию. Гораздо меньшая часть тепла невозвратна и все еще теряется в виде отработанного тепла.

Рисунок 2: Диаграмма потока энергии, сравнивающая эффективность раздельной генерации и когенерации. Данные по эффективности, потребности в тепле и энергии являются образцовыми. ^[6] Зеленые стрелки связаны с полезной энергией, черные с потерями.

Расчеты эффективности

Домохозяйство имеет удельный спрос на тепловую энергию [math]Q_{th}[/math] и спрос на электроэнергию [math]W_{el}[/math]. ТЭЦ имеет тепловой КПД [math]\eta_{th}[/math] и электрический КПД [math]\eta_{el}[/math]. Благодаря комбинированной выработке КПД ТЭЦ представляет собой сумму этих КПД [math]\eta_{CHP}=\eta_{th} + \eta_{el}[/math], где общее количество топлива, необходимого для удовлетворения потребностей дома, равно [math]Q_{топливо,ТЭЦ}= \frac{Q_{th} + W_{el}}{\eta_{CHP}} [/math]. Из-за гораздо более высокой эффективности [math]\eta_{ТЭЦ}[/math] по сравнению с домохозяйством, не использующим ТЭЦ, количество топлива, необходимое для удовлетворения его энергетических потребностей, намного меньше. Например, если дом, использующий ТЭЦ, имеет КПД 90%, для сравнения, он будет использовать только 1/3 топлива, которое дом, работающий с эффективностью 30%, будет использовать! ^[7]

Типы

Схематическое изображение жилой когенерационной установки, подключенной к сети ^[8]

Требуемая электрическая мощность зависит от размера системы когенерационной установки.

Как правило, микро-ТЭЦ будет вырабатывать менее 5 киловатт (кВт), а мини-ТЭЦ будет иметь мощность более 5 кВт и менее 500 кВт. Системы микро-ТЭЦ обычно устанавливаются в домах и регулируются потреблением тепла. Это означает, что они включаются, когда возникает потребность в тепле для производства побочного тепла при выработке электроэнергии.

Различные типы систем микро-ТЭЦ включают, например:

• Газовые микротурбины
• Двигатели внутреннего сгорания
• Топливные элементы
• Двигатели Стирлинга

Интеграция ТЭЦ в электрическую сеть

Чтобы интегрировать систему ТЭЦ в сеть, ее сначала необходимо подключить к инвертору для преобразования электроэнергии постоянного тока в электроэнергию переменного тока. Это позволяет использовать выработанную электроэнергию другими пользователями сети. Высокая скорость проникновения систем микро-ТЭЦ в дома может вызвать нестабильность в электрической сети. Это связано с трудностью прогнозирования того, когда эти системы будут вырабатывать электроэнергию, поскольку они должны производить тепло в доме, чтобы получать электроэнергию, необходимую для нагрузки. В часы пик, когда потребление электроэнергии высокое, потребность в дополнительном электричестве в электросети больше, чем в непиковые часы. Области, представляющие интерес для решения этой проблемы, включают аккумулирование тепла, которое может эффективно заставить ТЭЦ управлять спросом на электроэнергию, а не спросом на тепло. Система будет вырабатывать электроэнергию в соответствии с требованиями сети и сохранять избыточное тепло для использования в другое время.

Для дополнительной информации

Для получения дополнительной информации см. соответствующие страницы ниже:

• Тепловая машина
• Отходящее тепло
• Второй закон термодинамики
• Или просмотрите случайную страницу

Ссылки

1. ↑ ^{1.0 1.1} COGEN, Что такое когенерация? [Онлайн], Доступно: http://www.cogeneurope.eu/what-is-cogeneration_19.html
2. ↑ Code Project, Справочник по примерам когенерации [Онлайн], доступно: http://www. code-project.eu/wp-content/uploads/2011/04/CODE_CS_Handbook_Final.pdf
3. ↑ МЭА. (2014). Соединение систем отопления и электроснабжения [онлайн]. Доступно: https://www.iea.org/publications/freepublications/publication/LinkingHeatandElectricitySystems.pdf
4. ↑ Forbes, The Most Efficiency Power Plants [Online], доступно: http://www.forbes.com/2008/07/03/energy-efficiency-cogeneration-biz-energy_cx_jz_0707efficiency_horror.html
5. ↑ Triple Pundit, Комбинированное производство тепла и электроэнергии: плюсы и минусы [Онлайн], доступно: http://www.triplepundit.com/special/energy-options-pros-and-cons/combined-heat-power-pros -минусы/
6. ↑ Agert, Prof. Dr. Carsten, Хранение энергии, лекция 4, Хранение тепла вместо электричества, неопубликовано.
7. ↑ [математика]\frac{Q_{топливо,ТЭЦ}}{Q_{топливо,не-ТЭЦ}}=\frac{30\%}{90\%}=\frac{1}{3}[/math ]
8. ↑ Оклендский университет. (2013) Лаборатория приложений и интеграции энергетических систем (ESAIL) . [Онлайн]. Доступно: http://www.oakland.edu/ESAIL.

Системы выработки электроэнергии — освещая жизнь и экономику

Системы выработки электроэнергии и вспомогательного баланса электростанций (BoP) компании CAI используются на различных объектах в самых разных отраслях промышленности. Электростанции Компании обеспечивают доступной электроэнергией отдаленные уголки мира, освещая предприятия, отрасли и жизнь жителей; предлагая постоянное питание в режиме 24/7 в странах с развивающейся экономикой, где веерные отключения электроэнергии являются нормой, что прокладывает путь к процветанию; и внедрение эффективных решений для соблюдения норм выбросов в развитых странах.

Комплексная линейка газотурбинных систем производства электроэнергии Spirit собственной разработки является основным продуктом CAI. Комплекты мощностью 1 МВт, 2 МВт, 4 МВт и 10 МВт являются модульными, гибкими в отношении топлива и отличаются высокой универсальностью — они могут быть уникально сконфигурированы в соответствии с требованиями клиента. Эти блоки работают независимо в автономном режиме или в сочетании с питанием от сети.

ПРОСТОЙ ЦИКЛ

Линия CAI Spirit используется для выработки электроэнергии для подключения к сети. Он предлагает бесперебойную высококачественную электроэнергию, которая может быть сконфигурирована в диапазоне размеров МВт для удовлетворения базовых, пиковых и аварийных потребностей. Каждая единица является масштабируемой, предоставляя экономичное решение для постепенного увеличения выработки электроэнергии по мере роста спроса на электроэнергию.

Локальная энергетика, также известная как распределенная генерация (DG) или встроенная генерация (EG), которой способствует линия Spirit, — это разумный способ производства электроэнергии. DG обеспечивает эффективную и надежную электроэнергию очень близко к тому месту, где она используется, сводя к минимуму потери энергии при передаче и снижая потребность в строительстве линий электропередач. Это также снижает загруженность линий электропередач.

 

КОГЕНЕРАЦИЯ (CO-GENERATION) ИЛИ КОМБИНИРОВАННОЕ ВЫРАБОТКА ТЕПЛА И ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ (CHP)

Комплекты CAI Spirit могут быть дооснащены изготовленными по индивидуальному заказу установками рекуперации тепла компании для создания высокоэффективных ТЭЦ. При выработке электроэнергии отработанное тепло, которое в противном случае было бы выброшено в атмосферу и потрачено впустую, улавливается электростанцией для производства пара и горячей воды для промышленных нужд отопления/охлаждения.

CAI также предлагает набор модульного вспомогательного оборудования, которое можно интегрировать в существующие системы производства электроэнергии для повышения эффективности и простоты эксплуатации.

 

КОМБИНИРОВАННЫЙ ЦИКЛ

Электростанции с комбинированным циклом используют как газовые, так и паровые турбины для выработки гораздо большего количества электроэнергии из того же количества топлива, чем процесс простого цикла.

Парогенератор-утилизатор улавливает «отработанный» пар из выхлопных газов, образующихся во время работы газовой турбины, и подает его на паровую турбину, которая производит дополнительную электроэнергию.

Линия CAI Spirit может быть приспособлена для работы в режиме комбинированного цикла для повышения эффективности, снижения выбросов парниковых газов и эксплуатационных расходов.

ФАКЕЛЬНЫЙ ГАЗ

Технологические газы, выбрасываемые при добыче и переработке нефти и газа, такие как низкосортное топливо и другие высокосернистые газы, обычно сжигаются в атмосфере без какой-либо пользы для окружающей среды или населения.

Компания CAI может спроектировать электростанции, работающие на факельных газах и топливе с низким содержанием БТЕ, что обеспечивает надежное решение для снижения выбросов парниковых газов и использования отходящих газов для получения дополнительной экономической выгоды.

МОРСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

По всему миру платформам для добычи нефти и газа требуется постоянный источник энергии для работы бурового, компрессионного и такелажного оборудования.