Когенераторная установка – Когенерация — когенераторные установки — тепловые электростанции

Содержание

Когенерационные установки и проектирование на их базе

Когенерационная установка для одновременной выработки тепла и электроэнергии

 

Техническое описание

 Когенерационная установка состоит из следующих узлов:

-      Газового двигателя с синхронным генератором с регулятором cos ф, установленных на общей раме
-      Тракта газового регулятора, включая фильтр и отсечное устройство.
-      Системы маслоснабжения маслом с автоматикой для поддержания оптимального уровня масла в картере газопоршневого двигателя.
-      Устройства очистки выхлопных газов с катализатором, лямбда-зондом и лямбда-регулятором.
-      Панели управления
-      Стартерной аккумуляторной батареи с зарядным устройством.
-      Теплообменника работающего под давлением.
-      Звукоизолирующего кожуха с вытяжным вентилятором;

1.Масляный бак дополнительный

2.Газовый тракт, включая

3.Лямбда-регулятор

4.Коллектор выхлопных газов (с водяным охлаждением)

5.Датчик измерения дымности

6.Температурный датчик

7.Предохранительный ограничитель температуры воды охлаждения двигателя

8.Удаление воздуха из воды охлаждения двигателя

9.Водяной насос охлаждения

10.Мембранный выключатель воды охлаждения двигателя

11.Корпус катализатора

12.Вентиляция картера

13.Лямбда-зонд

14.Теплообменник выхлопных газов

15.Автоматическое заполнение масляного поддона с магнитным клапаном (шаровой кран внутри)

16.Слив из масляного поддона (нижний шаровой кран внутри)

17. Слив из масляного бака (шаровой кран снаружи)


Газовый двигатель

Газовый двигатель является силовой установкой внутреннего сгорания, работающего на карбюраторном принципе, в которой в качестве топлива используется природный газ на основе метана. В карбюраторном двигателе по аналогии с 4-тактным принципом бензинового двигателя горючая смесь топлива и воздуха сжимается и воспламеняется от искры свечи зажигания.

В когенерационных установках используются промышленные газовые двигатели, которые конструктивно и термодинамической точки зрения адаптированы к использованию газообразного топлива и рассчитаны на эксплуатацию в течение 30 000 - 40 000 рабочих часов.

В зависимости от соотношения компонентов горючей смеси различают:

1.    двигатели с безнаддувным впуском лямбда =1 с присоединенным последовательно 3-ходовым катализатором,

2.    двигатели с безнаддувным впуском лямбда > 1  (двигатели, работающие на обедненной смеси)

3.    двигатели с наддувом (со сжатием горючей смеси турбокомпрессором).

Генератор

Агрегаты когенерационной установки работают с самовозбуждающимися бесщеточными синхронными генераторами с внутренними полюсами со встроенными возбудителями и внешним регулированием реактивного тока (регулирование cos ф). Генераторы имеют воздушное охлаждение. Благодаря использованию генераторов крупных типоразмеров с максимальным коэффициентом полезного действия в точке номинальной мощности модуля достигается максимальный электрический коэффициент полезного действия ГПУ. Двигатель и генератор соединены друг с другом упругой муфтой.

Образование газовой смеси

Карбюраторные двигатели оснащены устройствами внешнего образования топливной смеси. Горючий газ в смесителе по принципу Вентури засасывается в количестве, в зависимости от количества засасываемого воздуха. Точное соотношение компонентов горючей смеси устанавливается регулировочным клапаном в подаче газа. Лямбда-зонд в отводе выхлопных газов определяет содержание остаточного кислорода в выхлопных газах. Система лямбда-регулирования при отклонении от заданного значения выдает соответствующий сигнал на регулировочный клапан.

Система зажигания

На газовых карбюраторных двигателях топливовоздушная смесь воспламеняется внешним зажиганием. Это производится искрой высокого напряжения в свечах зажигания. На установках применяются системы зажигания с микропроцессорным управлением разрядки конденсаторов. Эти системы не имеют изнашивающихся деталей и в оптимальный момент времени выдают необходимое количество энергии для зажигания, что способствует снижению выброса вредных газов и увеличению срока службы свечей зажигания. С помощью инициатора на распределительном валу определяется положение цилиндров.

Зажигание с микропроцессорным управлением позволяет производить адаптацию к различным видам газа и компенсировать изменяющиеся свойства газа. Момент зажигания и энергия зажигания изменяются с помощью контроля детонации.

Теплообменник

Тепло, выделяемое двигателем, передается через несколько теплообменников в сетевую воду. Это  теплообменник охлаждения двигателя, масляный радиатор и теплообменник выхлопных газов.

Глушитель выхлопных газов

Первичный глушитель выхлопных газов из нержавеющей стали расположен в раме когенерационной установки. Фланцы выхода выхлопных газов располагаются на задней стороне модуля.

Система очистки выхлопных газов

Катализатор устанавливается на входе выхлопных газов в теплообменник. Замена катализатора возможна без трудоемких работ по разборке ГПУ. Для увеличения срока службы катализатора производится постоянный контроль выхлопных газов.

Тракт газового регулятора

Тракт газового регулятора состоит из газового фильтра тонкой очистки, клапана с двойным магнитом, регулятором нулевого давления, газового регулирующего клапана лямбда-регулирования, гибких шлангопроводов из нержавеющей стали и шарового крана с тепловым расцепителем отсечного устройства.

Система смазки

Когенерационная установка  оснащается устройством для контроля уровня смазочного масла. Уровень определяется по индикатору. Кроме этого, имеется электрический контроль уровня с сигнализационными контактами минимального и максимального уровня масла. Расход масла на угар покрывается из дополнительного масляного бака. Объем бак рассчитан на период между техническими обслуживаниями установки. Из этого бака при замене масла можно производить его заливку вручную с помощью переключающей арматуры. Под двигателем расположен масляный поддон. Приемный поддон, в виде которого образована нижняя часть когенерационной установки, по условиям безопасности вмещает в себя все содержимое масляного поддона и бака свежего масла. Для снижения расхода масла и поддержания его уровня в течение длительного времени необходимо применять двигательные масла рекомендованные производителем.

Стартер

На газопоршневом двигателе устанавливается система электрического запуска. Она состоит из электрического стартера, виброустойчивой аккумуляторной батареи высокой емкости, не требующей технического обслуживания и зарядного устройства.

Система управления

Система управления ГПУ выполнена в виде микропроцессорного управления с промышленным компактным персональным компьютером. В нее входит интегрированный дисплей для ввода команд и параметров, а также графического отображения рабочих параметров и сообщений.

Система регулирования частоты вращения и мощности

Изменение частоты вращения и мощности производится путем перемещения дроссельной заслонки. Регулирование частоты вращения активно только на стадии запуска до синхронизации и в аварийном режиме работы сети. Регулирование мощности производится по внутренней или внешней заданной мощности генератора.

При запуске двигателя в изолированном режиме работы система работает как регулятор частоты вращения. Фактическое значение частоты вращения определяется с помощью сенсора на ободе стартового маховика двигателя. Заданное значение составляет 1500 об/мин (со­ответствует частоте 50 Гц) при 4-полюсном генераторе. После подключения к сети система работает с регулированием по мощности. Фактическое значение мощности генератора регистрируется измерительным преобразователем.

Устройство синхронизации

При работе синхронных генераторов требуется устройство синхронизации, с помощью которого должны выполняться следующие условия подключения:

Разность напряжений: от 0,8 до 1,12

Разность частот: от 47,5 Гц до 50,2 Гц

Разность по фазовому углу ± 10°

Частота и напряжение сети и генератора регистрируются измерительным преобразователем и передаются на сетевой компьютер в качестве управляющих сигналов. Сетевой компьютер обрабатывает эти данные и выдает соответствующие сигналы для выравнивания заданных и фактических значений. Для значений в пределах условий подключения выдается импульс включения на переключатель генератора.

Распределительное устройство

Для подключения генераторной установки к сети предприятия используется самостоятельный коммутационный пункт с коммутационной способностью, соответствующей номинальному току генераторной установки.

Требования к звукоизоляции

При работе установки с одновременной выработкой тепла и мощности возникает воздушный и механический (корпусной) шум. Он передается от места установки через полы, потолок и стены в соседние помещения и через систему отвода выхлопных газов.

Следствием могут быть акустические нагрузки. Поэтому уже на стадии проектирования рекомендуется организовать совместную работу архитекторов, заказчика-застройщика, проектировщиков и других специалистов, а также разработчиков системы отопления.

Свойства сетевой воды

Низкое качество сетевой воды способствует образованию накипи и коррозии. Это может привести к нарушению работоспособности и образованию коррозии теплообменника. Поэтому перед заполнением отопительную систему необходимо тщательно промыть водопроводной водой.

Повреждения от коррозии возникают, когда в сетевую воду проникает большое количество кислорода, например, из-за недостаточности размеров или неисправности расширительного бака или в открытых системах. Если невозможно выполнить отопительную систему закрытого типа, требуется выполнить разделение системы с помощью теплообменника.

Свойства охлаждающей воды

Для первичного и дополнительного заполнения системы водяного охлаждения двигателя («внутренний контур охлаждения») необходимо использовать, смесь воды и гликоля. Для придания этой смеси необходимых качеств по коррозионной устойчивости, отсутствию кавитации и стойкости к замерзанию необходимо соблюдать заданное соотношение компонентов смеси. Концентрация подлежит постоянному периодическому контролю в процессе проведения работ по техническому обслуживанию: смесь для охлаждения двигателя необходимо периодически менять из-за старения.

Концепция регулирования

Система управления отслеживает и управляет всеми узлами, непосредственно связанными с модулем. Так, например, система управления осуществляет процедуры запуска и останова, синхронизации когенерационной установки, а также регулирование мощности.

Газопоршневые агрегаты могут регулироваться внешним сигналом в диапазоне электрической мощности от 30% до 100%. Возможно регулирование ГПУ системой регулирования вышестоящего уровня.

Регулирование по тепловой мощности

В этом режиме система управления ГПУ ориентируется на потребности в тепловой энергии. ГПУ работает, если имеется потребность в тепловой энергии. Одновременно вырабатываемая электрическая энергия потребляется, если в этом имеется потребность. Излишняя электрическая энергия передается в общие электрические сети.

Регулирование по электрической мощности

В этом режиме система управления ГПУ ориентируется на потребности здания в электрической энергии. Избыточная потребность в электрической энергии покрывается из сети общего пользования. Одновременно вырабатываемая тепловая энергия расходуется, если в этом имеется потребность. Излишняя тепловая энергия утилизируется системой охлаждения.

Регулирование потребления от сети по общему энергопотреблению («Регулирование нулевой мощности»)

Регулирование потребления от сети по общему энергопотреблению используется для предотвращения передачи в сеть общего пользования электроэнергии. Применение регулирования потребления сети по общему энергопотреблению может быть экономичным, так как выработанная электроэнергия почти исключительно потребляется автономно.

Величина мощности, потребляемой от сети, предоставляется форме измерительного сигнала 0-20 мА, соответствующего мощности 0- ...кВт. При превышении регулируемого количества сетевой энергии производится запрос модуля ГПУ. Когенерационная установка выводится на нагрузку, соответствующую регулируемому количеству сетевой нагрузки (нулевая нагрузка).

Покрытие пиковых нагрузок

Необходимость такого режима определяется сигналом от внешнего командного устройства, например, таймера, от реле контроля пиковых нагрузок энергоснабжающего предприятия или от системы централизованного управления. При этом запускается все установки ГПУ, и все агрегаты работают на полной мощности.

Регулирование по параметрам сети

Если управление установкой ГПУ производится с центрального узла управления несколькими установками, этот режим называется регулированием ГПУ по параметрам сети. Регулирование охватывает всю систему и учитывает выработку, необходимую для покрытия потребности, аккумулированную емкость и краевые условия экономичности. Регулирование по параметрам сети представляет собой, таким образом, реализацию идеи о виртуальной электростанции.

Режим параллельной работы

Как правило, когенерационные установки эксплуатируются параллельно с электросетями общего пользования. Это означает, что ГПУ, наряду с собственным энергоснабжением объекта электрической и тепловой энергией неиспользованное количество электроэнергии подает в сеть, а при необходимости покрытия дополнительной потребности забирает ее из сети.

Режим работы взамен сети

Если имеется определенная общая сеть, установка ГПУ работает параллельно с ней. При неполадках или исчезновении напряжения в сети сначала ГПУ отсоединяется от сети и переходит в изолированный режим работы. Режим работы взамен сети выбирают, когда при выходе сети из строя ГПУ должны вырабатывать электроэнергию.

Автономный режим работы

Если подключение к сети электроснабжения общего пользования отсутствует, блочные теплоэлектроцентрали могут эксплуатироваться в так называемом изолированном режиме. ГПУ обеспечивает объект электрической и тепловой энергией, при этом снабжение электроэнергией имеет приоритет.

Во избежание отключения установки вследствие перегрузки необходимо для расчета ее параметров точно знать характеристики подключаемых потребителей, например, потребность в реактивном токе, характеристики подключения и т. п. Устройство аварийного охлаждения должно быть предусмотрено для случаев, когда электроэнергия должна вырабатываться при отсутствии потребности в тепловой энергии.

Режим работы взамен сети/безопасный режим работы

ПУ работает нормально в параллельном режиме с регулированием по тепловой мощности. При выходе сети из строя он осуществляет энергоснабжение выбранных потребителей. Это предполагает наличие согласованного управления и наличия устройства аварийного охлаждения для случая, когда электроэнергия должна вырабатываться при отсутствии потребности в тепловой энергии, и буферный аккумулятор полон. Требования включают в себя обеспечение топливом, не зависящим от электросети (природный газ без электрических вспомогательных приводов), наличие мощной пусковой аккумуляторной батареи, устройства обратной синхронизации и аварийного охлаждающего устройства для отвода тепла для случая выработки электроэнергии без съема тепла.

Режим работы взамен сети

Установка электроснабжения, которая предназначена для обеспечения всех функций электрической установки или ее компонентов при прерывании обычного электроснабжения по причинам, отличным от безопасного электроснабжения. Требования к времени переключения, качеству напряжения, длительности снабжения, а также перечень обеспечиваемых установок определяется исключительно эксплуатирующей организацией.

Прочие функции регулирования

Контроль состояния сети

Задачей является быстрое отсоединения когенерационной установки от сети при возникновении неисправностей в сети, например, при превышении заданного напряжения или снижении его ниже заданного уровня, исчезновение или скачок фазы, недопустимая несимметричность нагрузки, ис­чезновение напряжения в сети, короткое замыкание или неисправность ГПУ.

Лямбда-регулятор

Для изменения состава смеси и, тем самым, значения Лямбда, служит клапан с шаговым двигателем, изменяющий при помощи дроссельной заслонки подачу газа. Лямбда-регулирование необходимо для обеспечения условий работы для последовательно подключенного трехходового катализатора и снижения значений вредных выбросов.

Опция дистанционного контроля

Для дистанционного контроля ГПУ в комплект поставки входит модем дистанционного контроля. Когенерационная установка с модемом дистанционного контроля автоматически сообщает о возникших неполадках нарушениях в пункт обслуживания на персональный компьютер, факс или мобильный телефон. Система располагает возможностью архивирования эксплуатационных сообщений и сообщений о неисправностях. Программное обеспечение содержат дополнительные функции обработки, а также соответствующие измерительные устройства.

Распределительный шкаф ГПУ

Распределительный шкаф ГПУ содержит следующие узлы, включая кабельную разводку внутри модуля:

Силовая часть генератора

•       четырехполюсной силовой выключатель с термомагнитным расцепителем и зажимным приспособлением с электроприводом и дистанционным управлением

•       блок преобразователя тока для контроля генератора встроен в генератор.

Контроллер сети

            Контроллер сети выполнен в виде независимого цифрового процессорного блока, изготовленного по модельному образцу и выполняет:

•       Контроль сети и синхронизацию

•       Интегрированный контроль и регулирование cos ф для синхронного генератора

•       Постоянная регистрация параметров напряжения, тока, частоты, фазового положения, cos ф, векторного скачка, несимметричности нагрузки, обратной мощности и т.д.

•       Связь через шину Шина CAN-BUS с пультом управлении ГПУ для сохранения и оценки данных

•       Индикация сетевых данных на сенсорном экране блока управления ГПУ

•       Параметрирование по запросам сети

Блок управления, контроля и вспомогательных приводов

•       управление и реле насоса охлаждающей воды двигателя, стартера, вытяжного вентилятора

•       управление интегрированным управлением температуры подающей линии (опция)

•       управление газовым трактом

•       блок питания для подачи управляющего напряжения

•       зарядное устройство аккумуляторной батареи

•       розетка 230 В для технического обслуживания

•       освещение машинного отделения

•       Выключатель с замком для блокировки при проведении работ по сервисному обслуживанию

•       Кнопка аварийного выключения

•       Выключатель с замком для разблокировки аварийного режима работы сети (опция)

 

Управление ГПУ

•       Выполнено в виде микропроцессорного управления с промышленным компактным персональным компьютером со следующими свойствами:•       встроенный сенсорный экран (5,7 дюймов) для ввода команд и параметров, а также для графического отображения эксплуатационных параметров и рабочих сообщений•       Индикация текущего рабочего состояния, заданных и фактических значений, интегрированных в схемы процесса.•       Индикация трендовых кривых электрической мощности, температуры двигателя, температуры подающей и обратной линии

•       Мощный процессор 32-Bit

•       4-проводной резистивный сенсор

•       Интерфейсы USB, LAN, RS232, RS485, CANope

•       Фронтальная панель с защитой от брызг IP 65

•       Параметрирование с защитой паролем

Передача данных

•       Опция передачи данных м помощью коммуникационной и сервисной системы предприятия-изготовителя

•       Передача данных с помощью RS232 на DDC

•       Полевая шина для передачи параметров ГПУ в систему управления зданием с опциональным интерфейсом 

Запоминающее устройство

•       Запоминающее устройство истории и аналоговых значений важнейших эксплуатационных параметров для оптимизации работы

•       Запоминающее устройство неисправностей для регистрации отказов и предупреждений

•       Электронный дневник эксплуатации

•       Постоянное сохранение данных на карте SD считывается обычными табличными программами

Телемеханические интерфейсы

•       Клеммы передачи для сигналов систему управления сухими контактами:

•       Включение генератора (работа ГПУ)

•       Режим аварийной работы (опция)

•       Выключатель подключения к сети включен

•       Выключатель подключения к сети выключен

•       Неисправность ГПУ

•       Предупреждение ГПУ

•       Готовность к работе ГПУ

•       Аварийное выключение

•       Сигнализация о появлении дыма

•       Внешний аналоговый сигнал задания нагрузки, гальваническое разделение с помощью интегрированного разделительного усилителя 0/4-20 мА или 0/2-10 В

•       Входные контакты для запроса автоматического запуска через внешний сухой контакт

Газовоздушный смеситель

Газ на газовоздушный смеситель подается через тракт защитного газового регулятора.

Тракт газового регулятора рассчитан для природного газа и предназначен для установленных значений давления подачи газа (давление истечения газа в начале тракта защитного газового регулятора.

Когенерационная установка должна эксплуатироваться при постоянном давлении и постоянной температуре газа.

Тракт защитного газового регулятора установлен в блоке генератора и двигателя на виброизолированном соединении и состоит из следующих деталей

- Газовый магнитный клапан, закрытый при отсутствии тока

- Отсечное устройство с термическим

- расцепителем и шаровым краном

- Манометр с запорным устройством

- Газовый фильтр тонкой очистки

- Реле давления минимального давления газа

- Двойной магнитный клапан

- Контроль герметичности для двойного магнитного клапана

- Регулятор нулевого давления

- Клапан лямбда регулятора

- Упругое соединение

- Газовоздушный смеситель

- Дроссельная заслонка для регулирования частоты вращения и мощности

 

Воздух для горения всасывается через сухой фильтр. Отводимый воздух из картера через маслоотделитель примешивается к воздуху для горения.

Функциональная схема когенерационной установки

 

teplo-proect.ru

Когенерация электро и тепло энергии: принцип, схема, применение

Когенерационные установки представляют собой технологическое оборудование, используемое для совместного производства электро- и тепловой энергии. Процесс когенерации осуществляется посредством агрегата, включающего в себя электрогенераторную установку с поршневым двигателем (газопоршневая электростанция) и систему утилизации вырабатываемого тепла. Применение электростанций с технологией когенерации позволяет с используемого топлива получать две формы энергии — электрическую и тепловую. В качестве топлива для когенерационных установок на базе газопоршневых электростанций может использоваться газ — природный, коксовый, биогаз, попутный нефтяной газ (ПНГ) и т.д. Когенерационные установки являются альтернативой существующему энергоснабжению в промышленной и социально значимой сфере, что обуславливается очевидными преимуществами используемого агрегата.

Принцип действия когенерации позволяет использовать тепловую энергию, которая, как правило, уходит в атмосферу вместе с дымовым газом, либо через градирни.
В когенерационной установке имеются 4 основных узла:

  • газопоршневой двигатель внутреннего сгорания
  • электрогенератор
  • система утилизации тепла
  • система управления

 

Ниже представлена схема когенерационной установки на базе газопоршневой электростанции серии АГП производства ЗАО «ПФК «Рыбинсккомплекс», описан принцип действия когенерации:

 

Весь принцип работы системы утилизации тепла основан на использовании тепловой энергии выхлопных газов газопоршневой установки.

Жидкостный теплоноситель потребителя (вода) направляется в котёл-утилизатор выхлопных газов. Отходящие газы двигателя внутреннего сгорания проходят через кожухотрубный теплообменник, где производится перенос тепловой энергии жидкостному теплоносителю когенерационной установки, нагревая его до температуры в 90 °С. Далее теплоноситель (вода) отправляется в тепловую сеть потребителя.

Данный контур является основным тепловым контуром оборудования, так как именно здесь осуществляется передача тепловой мощности на теплообменник потребителя.

Тепловой баланс когенерационной установки, (если потребление тепловой энергии клиентом становится меньше, чем вырабатывается когенерационной установкой), обеспечивается байпасным клапаном, который отводит часть выхлопных газов, минуя котёл-утилизатор, в атмосферу через глушитель двигателя.

Отрасль применения когенерационных установок

Тепловая система когенерационной установки имеет значительный потенциал применения в следующих отраслях:

  • пищевой
  • текстильной
  • оборонно-промышленной
  • химической
  • нефтеперерабатывающей (для утилизации ПНГ)
  • в сфере ЖКХ
  • в системах теплоснабжения общественно-социальных объектов и т.д.

Газопоршневые электростанции серии АГП и когенерационные установки производства ЗАО «ПФК «Рыбинсккомплекс» используются в качестве основного или резервного источника электро- и теплоэнергии для промышленных предприятий и жилого сектора. Модельный ряд газопоршневых электростанций, на которые возможна установка системы утилизации тепла нашего производства: АГП-60, АГП-100, АГП-150, АГП-200, АГП-250, АГП-315, АГП-350.

Организации, использующие когенерационную установку, обеспечивают собственные потребности в электро- и теплоэнергии, что в значительной степени снижает себестоимость выпускаемой продукции и возрастает энергетическая безопасность.

www.r-kompleks.ru

Когенерационные установки. Когенерационные установки. Когенерация: основные особенности и преимущества


Что такое когенерационная установка

 

Когенерационные установки TEDOM представляют собой сложное технологическое оборудование, предназначенное для совместного производства тепла и электроэнергии. Энергетическая единица когенерационной установки включает следующие главные узлы и компоненты: двигатель внутреннего сгорания, генератор, систему теплообменников и систему управления, позволяющую управлять установкой как на месте, так из удаленного места посредством компьютера или сотового телефона.

Когенерационные установки на базе газовых двигателей внутреннего сгорания являются децентрализованными источниками энергии.  Т.е. производство электроэнергии и тепла осуществляеся в непосредственной близости от места их потребления, что, в конечном результате, значительно снижает расходы на энергопроводы и потери энергии при транспортировке.

Электроэнергия, произведенная когенерационной установкой, употребляется для собственных нужд объекта, в котором когенерационная установка находится, или ее можно выводить в общественную сеть. Тепло когенерационных установок используется для отопления объектов, подогрева воды и в технологических целях. Когенерационные установки успешно используются в качестве аварийных источников электроэнергии во время перебоев в общественной электросети, что снижает уязвимость именно тех объектов, где требуется бесперебойная поставка электороэнергии. С помощью абсорбционного охладителя тепло, возникающее в процессе когенерации, можно использовать для производства холода для технологических целей или для кондиционирования объектов. Такую систему комбинированного производства энергии называют тригенерацией – производство электроэнергии, тепла и холода.

Топливо для когенерационных установок

Главным топливом для сжигания в когенерационных установках является природный газ. Однако в последнее время резко увеличивается объем оборудования, работающего на биогазе, свалочном газе, канализационном газе или при сжигании альтернативных видов топлива, как например, рудничный газ, попутный газ и т.п. 

Центральное управление работой когенерационных установок

По сравнению с альтернативным способом производства электроэнергии с использованием возобновляемых источников энергии, как например, солнце или ветер, несомненным преимуществом когенерации является возможность поставлять электроэнергию в точно определенном объеме. Таком образом, когенерацию можно отнести к регулируемым источникам энергии. С помощью централизованной системы управления несколькими когенерационными установками можно создать так называемые распределенные электростанции (иногда называемые виртуальными электростанциями), т.е. системы, состоящие из большого количества малых источников электроэнергии, расположенных в различных регионах, которые работают как один источник большой мощности. Эти электростанции способны обеспечить и некоторые системные службы, выравнивать колебания в поставке электричества из солнечной и ветровой энергии.

Подробнее о распределенных электростанциях

kgu.tedom.com

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОГЕНЕРАЦИОННЫХ УСТАНОВОК | sibac.info

В настоящее время, в России наблюдается упадок топливно-энергетического комплекса. Наглядно это можно заметить при частых задержках и нарушениях в снабжении топливом, электрической и тепловой энергией потребителей. При том, что потребность в данной энергии постоянно растет.

Одним из высокоперспективных решений в этой ситуации является развитие сферы энергетики, связанной с получением энергии независимо от централизованных сетей энерго- и теплоснабжения. Особое внимание следует уделить комбинированной генерации различных видов энергии, позволяющее значительно увеличить эффективность использования топлива в ходе выработки энергии – процесс когенерации. В техническом исполнении, когенерация - это процесс, в котором тепловая и электрическая энергии вырабатываются одновременно в едином устройстве, называемом «когенератором».

Устройство когенерационных установок довольно простое. Как правило это либо газопоршневая (ГПУ) установка, либо газотурбинная (ГТУ). Газопоршневая установка – это всем привычный двигатель внутреннего сгорания. Газотурбинная – это реактивный двигатель, мощность у которого отбирается посредством присоединения генератора к валу [1]. Топливом для этих установок служит газ, так как имеет достаточную теплоту сгорания и экологичен.

10i5.ru

Что такое когенерационная установка?

Когенерационные установки представляют собой сложное технологическое оборудование, предназначенное для совместного производства тепла и электроэнергии. Энергетическая единица когенерационной установки включает следующие главные узлы и компоненты: двигатель внутреннего сгорания, генератор, систему теплообменников и систему управления, позволяющую управлять установкой как на месте, так из удаленного места посредством компьютера или сотового телефона.

Такие когенерационные установки на базе газовых двигателей внутреннего сгорания являются децентрализованными источниками энергии.  Т.е. производство электроэнергии и тепла осуществляется в непосредственной близости от места их потребления, что, в конечном результате, значительно снижает расходы на энергопроводы и потери энергии при транспортировке.

Электроэнергия, произведенная когенерационной установкой, употребляется для собственных нужд объекта, в котором когенерационная установка находится, или ее можно выводить в общественную сеть. Тепло когенерационных установок используется для отопления объектов, подогрева воды и в технологических целях. Когенерационные установки успешно используются в качестве аварийных источников электроэнергии во время перебоев в общественной электросети, что снижает уязвимость именно тех объектов, где требуется бесперебойная поставке электроэнергии. 
С помощью абсорбционного охладителя тепло, возникающее в процессе когенерации, можно использовать для производства холода для технологических целей или для кондиционирования объектов. Такую систему комбинированного производства энергии  называют тригенерацией – производство электроэнергии, тепла и холода.

Топливо для когенерационных установок

Главным топливом для сжигания в когенерационных установках является природный газ. Однако в последнне время резко увеличивается объем оборудования, работающего на  биогазе, свалочном газе, канализационном газе или при сжигании альтернативных видов топлива, как например, рудничный газ, попутный газ и т.п. 

Центральное управление работой когенерационных установок

По сравнению с альтернативным способом производства электроэнергии с использованием возобновляемых источников энергии, как например, солнце или ветер, несомненным преимуществом когенерации является возможность поставлять электроэнергию в точно определенном объеме.  Таким образом, когенерацию можно отнести к регулируемым источникам энергии.

25.12.2014

 

www.domzzz.ru

энергетическая независимость потребителей

Когенерация Когенераторные установки — двойная эффективность, двойная прибыль!

Когенераторные электростанции вдвойне эффективны в сравнении с электростанциями производящими только электрическую энергию. Если объяснять просто, то когенераторная установка это тепловая электростанция.  Когенераторная электростанция — это использование первичного источника энергии - газа, для получения двух форм энергии - тепловой и электрической.

биогаз,биогазовая установка,когенераторные установки,Когенерация,электростанции

Главное преимущество когенераторной электростанции перед обычными станциями состоит в том, что использование энергии топлива здесь происходит с гораздо большей эффективностью. Иными словами, когенераторная (когенерационная) установка позволяет использовать тепловую энергию, которая обычно улетучивается в атмосферу вместе с дымовыми газами.

При использовании когенераторной установки существенно возрастает общий коэффициент использования топлива. Использование когенерационной установки в значительной степени сокращает расходы на энергообеспечение.

Когенераторная установка - это энергетическая независимость потребителей, надежная подача энергии и существенное снижение затрат на получение тепловой энергии.

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), Dresser-Rand, 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), микротурбинные установки / мини - турбины, микротурбинные электростанции /микротурбины Ingersoll Rand (Ингерсолл Рэнд).


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 и от масляного радиатора, а так же системы охлаждения двигателя. Отбор тепловой энергии в газотурбинных установках (ГТУ) осуществим технически проще, так как выхлопные газы имеют более высокую температуру.

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.
Когенерационные установки — органичная экспансия в российскую экономику

Применение когенераторных электростанций 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 со 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, финансово затратного, строительства новых линий электропередачи и теплотрасс.

Приближенность источников к потребителям позволит значительно снизить потери передачи энергии и улучшить ее качество, а значит, и повысить коэффициент использования энергии природного газа.
Когенерационная установка - 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 когенераторных электростанций

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.

 

www.ecotoc.ru

что из себя представляют, принцип действия, где применяются

Прежде всего отметим, данной информацией поделились с нами специалисты компании ООО «КВАНТ Сервис» с сайта kvantservis.ru, также они обещали ответить на все вопросы наших читателей, чтобы задать вопрос и узнать на что способны профессионалы, перейдите по ссылке. Малая энергетика становится все более востребованной. Основой малой энергетики является процесс когенерации. Он заключается в одновременном производстве двух видов энергии – тепловой и электрической. Для того чтобы процесс когенерации имел более завершенные формы разработаны когенерационные установки. Они бывают 3 видов:

  1. Основанные на работе газопоршневого двигателя.
  2. Работающие на основе паровых турбин.
  3. Дизельные установки.

На данный момент наиболее эффективными и экономически выгодными являются газопоршневые установки.

Устройство

Как и любая когенерационная установка, газопоршневая имеет несколько основных блоков:

  • 1 блок представляет собой первичный двигатель. Это и есть поршень, который работает первоначально с источником энергии.
  • 2 блок – электрогенератор. С его помощью происходит преобразование энергии двигателя в электроэнергию.
  • 3 блок – система утилизации тепла. Принцип работы этой системы заключается в использовании энергии, состоящей из энергии горячих газов. Строение теплоутилизатора напрямую зависит от вида топлива.
  • 4 блок – система контроля и управления установкой. Состоит из датчиков, рычагов управления.

Автоматизированная работа всех основных составляющих когенерационной установки позволяет добиться КПД равного 90%.

Принцип работы

В качестве основного топлива в таких установках используется газ, также существует возможность использования биогаза. Принцип работы установки заключается в возможности преобразования газа в электроэнергию и теплоэнергию. Выработка тепла и электрической энергии осуществляется одновременно. В этом и заключается главное достоинство газопоршневых установок. Такой принцип работы позволяет сделать процесс выработки энергии более эффективным и дешевым.

Всю систему работы установки условно можно разделить на несколько этапов.

  1. этап. Подача газа в топливную систему.
  2. этап. Подача воздуха в турбонагнетатель.
  3. этап. Охлаждение воздуха и подача в топливную систему.
  4. этап. Соединение газа с воздухом, образование воздушно-топливной массы.
  5. этап. Сгорание топлива. На этом этапе происходит выработка электроэнергии за счет вращения генератора двигателем.
  6. этап. Сбор тепловой энергии. Она состоит из нагретого в процессе работы выхлопного газа, а также нагревания жидкости, предназначенной для охлаждения.
  7. этап. Применение полученной энергии. Электрическая энергия применяется по своему прямому назначению. Тепловая может использована для системы отопления.

Газопоршневая установка вырабатывает больше тепла, чем электроэнергии. Таким образом, та энергия, которую обычные электростанции просто выбрасывают в атмосферу, в газопоршневых установка не только сохраняется, но и утилизируется и преобразовывается в полезную энергию, необходимую для человека. При этом количество потерянной энергии снижается с 40% до 5-10%.

Достоинства и недостатки

К основным преимуществам относятся:

  • Высокая эффективность и производительность.
  • Минимальные затраты на приобретение установки и топливо.
  • Вместительные топливные камеры, малочувствительные к качеству топлива.
  • Автоматическая работа, работа в автономном режиме, быстрый запуск.
  • Возможность объединения нескольких установок для больших производственных помещений.
  • Надежность основных комплектующих, долговечность.
  • Ремонт и замена деталей достаточно просты.
  • Компактные размеры, широкий модельный ряд.
  • Возможность производства установок в соответствии с пожеланиями заказчика по размерам, виду и качеству топлива.

К недостаткам газопоршневых когенерационных установок можно отнести:

  • Невысокую мощность одной установки. Гораздо выгоднее использовать несколько машин в общем режиме.
  • Выработку шума низкой частоты при работе.
  • Потребность в охлаждении установки при отсутствии применения выработанной энергии.

В целом, можно сделать вывод, что применение когенерационных установок данного вида экономически более целесообразно. Если производить сравнение газопоршневых установок с турбинными и дизельными можно отметить несколько ключевых моментов:

  1. Самый высокий КПД электрической энергии.
  2. Устойчивость к условиям работы. При изменениях давления и температуры, КПД газопоршневых установок менее остальных подвержен изменениям.
  3. Поршневой двигатель выдерживает различные условия работы. Его запуск и остановку можно производить неограниченное количество раз. При этом старт в работе происходит за минимальное время – пару минут.
  4. Долгий срок службы, до нескольких десятков тысяч рабочих часов.
  5. Минимальные затраты при проведении ремонта.
  6. Минимальные затраты на топливо.
  7. Экологическая безопасность. Газопоршневые турбины выделяют в атмосферу в 2 раза меньше углекислого газа и других вредных веществ.

    Области применения

    Газопоршневые установки необходимы для снабжения самых различных объектов двумя видами энергии – электрической и тепловой. В основном они применяются.

    1. Для дополнения уже существующих систем электро- и теплоснабжения.
    2. Обеспечение энергией домов и небольших производственных помещений. Объединение нескольких газопоршневых установок в единую сеть позволяет увеличить количество вырабатываемой энергии в несколько раз.
    3. Применяются при проведении строительных и ремонтных работ, работе в шахтах.
    4. Используются в качестве дополнительного или резервного источника энергии в сферах повышенной необходимости для жизнедеятельности человека – здравоохранение, образование, транспортные коммуникации, сфера связи.
    5. Промышленные установки являются более мощными и используются для обеспечения энергией крупных заводов и целых населенных пунктов.

    Газопоршневые установки необходимы в условиях постоянных нарушений в подаче электричества. При их применении можно забыть об отсутствии энергии, темноте и холоде. Благодаря своей универсальности они получили свое второе название миниэлектростанции. Использование когенерационных газопоршневых установок позволяет сделать жизнедеятельность человека независимой от перебоев в электроснабжении, а также сэкономить средства на оплату и выработку энергии.

    www.stroyservice.ru

    Когенерационные установки (КГУ)

    Наибольший экономический эффект достигается при совместной выработке на месте потребления электричества и тепла. Данный процесс получил название когенерации. В этом случае есть возможность использовать бросовую энергию — тепло выхлопных газов и систем охлаждения агрегатов, приводящих в движение электрические генераторы, или излишнее давление в трубопроводах. Утилизируемую тепловую энергию можно использовать также для производства холода в абсорбционных машинах (тригенерация).

    Сегодня в промышленной энергетике широко применяется три вида оборудования для когенерации: газотурбинные установки, энергоблоки на базе двигателей внутреннего сгорания, а также сочетание паровых котлов и турбин. Существуют и другие решения, например, турбодетандер, который утилизирует избыточное давление природного газа и в некоторых случаях также может использоваться в качестве основного источника электроэнергии.

    Газотурбинные установки
    Газотурбинные двигатели (ГТД) традиционно используются в энергетике. Если коротко говорить об устройстве и принципе действия ГТД, следует разделить двигатель на две основные части — газогенератор и силовую турбину, — размещенные в одном корпусе. Первая составляющая включает турбокомпрессор и камеру сгорания; здесь создается высокотемпературный поток газов, который воздействует на лопатки силовой турбины.

    В зависимости от конструкции газотурбинный двигатель может быть одновальным или с так называемым разрезным валом. Во втором случае обычно применяются два механически не связанных между собой и с силовой турбиной турбокомпрессора, которые приводятся в движение отдельными турбинами (рис. 1).

    В настоящее время для промышленной и коммунальной энергетики выпускаются газотурбинные установки (ГТУ) электрической мощностью от 0,8 до 30 МВт. Нижний уровень обусловлен неэффективностью менее мощных теплоэлектростанций данного типа, верхний не является конечным, поскольку автономная станция может включать несколько энергоблоков.

     

    Схема когенераторной ГТУ показана на рис. 2. Тепловая производительность обеспечивается утилизацией тепла выхлопных газов с помощью теплообменника, водогрейного или парового котла-утилизатора. Мощность может быть увеличена за счет применения пиковых котлов или дополнительного сжигания топлива в потоке выхлопных газов перед утилизационным аппаратом.

    Автономные газотурбинные теплоэлектростанции выпускаются в виде модулей полной заводской готовности для стационарного размещения или в блочно-контейнерном исполнении (рис. 3). Они включают все необходимое оборудование (электрическое, водоподготовительное и т. д.) и легко транспортируются. Недостатками малых ТЭЦ с газотурбинными двигателями являются довольно низкий электрический КПД (около 30%) и относительно высокий расход топлива. Дополнительные расходы связаны с необходимостью подавать топливный газ под высоким давлением. Следует учесть также значительные затраты, обусловленные необходимостью приглашать для технического обслуживания ГТД специалистов из сторонних организаций.

    К достоинствам данного оборудования следует отнести его способность работать на различном топливе, в том числе — на мазуте, относительно небольшой удельный вес, высокий потенциал утилизируемого тепла. Благодаря последнему свойству, ГТУ предпочтительнее там, где на выходе требуется пар. В качестве преимущества необходимо отметить также продолжительность периода, на протяжении которого допускается эксплуатировать данные машины без остановки (в среднем — до года).

    Поршневые когенераторы

    Двигатели внутреннего сгорания уже давно используются для привода автономных электростанций. В наиболее известном случае это — дизельные моторы, которые традиционно применяются районах, где отсутствует централизованное энергоснабжение, и резервные источники электрической энергии. Они бывают оснащены теплообменным оборудованием и тогда представляют собой мини-ТЭЦ. При этом находит применение бросовое тепло выхлопных газов (их температура обычно составляет 450—500°С), а в моделях с глубокой утилизацией — также тепло систем охлаждения и смазки двигателя. Тепловая энергия от таких энергоагрегатов идет на отопление и горячее водоснабжение.

    Кроме дизелей в качестве базы для мини-ТЭЦ используют газовые (рис. 4) и газодизельные двигатели внутреннего сгорания. В так называемом газовом режиме газодизели обычно действуют на смеси газа и небольшого количества (от 1 до 10%) дизельного топлива.
    С точки зрения капитальных затрат наиболее дешевыми являются дизельные мини-ТЭЦ. Однако из-за дороговизны солярки, большего расхода масла и высоких эксплуатационных затрат себестоимость вырабатываемой ими электроэнергии оказывается в несколько раз выше, чем у газовых установок (обладающих к тому же большим ресурсом до капремонта). Таким образом, дизельные когенераторы лучше использовать в негазифицированных районах. Энергия, получаемая от газодизельных мини-ТЭЦ, также дороже той, что вырабатывают установки на чистом газе.
    Энергоблоки на базе двигателей внутреннего сгорания поставляются в блочно-модульном исполнении для стационарной установки или в транспортабельных контейнерах. Кроме того, часто применяются специальные кожухи, поглощающие шум.
    На российском рынке представлены газовые когенераторные установки на базе двигателей внутреннего сгорания электрической мощностью от 8 кВт до 5 МВт (см. обзор на с. 52). Их электрический КПД составляет порядка 40%, а общий коэффициент использования топлива достигает 90%.

    Техническое обслуживание поршневых машин проводится чаще, чем обслуживание газотурбинных мини-ТЭЦ (через каждые 1000—2000 ч, в зависимости от уровня изготовления). Однако общие эксплуатационные затраты, включающие оплату работы специалистов и стоимость запасных частей, оказываются на 30—40% ниже. Они также уменьшаются при проведении ТО собственными силами предприятия.

    С точки зрения использования различных видов топлива и простоты перехода с одного из них на другое поршневые двигатели также обладают большими возможностями. В качестве горючего могут быть использованы природный газ, биогаз, газы мусорных свалок, пиролизные газы, пропан, бутан, дизельное топливо, топочные мазуты, сырая нефть и т. д.

    Обычно мини-ТЭЦ с газовыми двигателями внутреннего сгорания оказываются эффективнее и экономичнее газотурбинных установок. Исключение составляют случаи, когда на предприятии есть потребность в получении постоянного количества теплоносителя с температурой более 110 °С, при большой потребляемой мощности, а также при ограниченном количестве пусков.

    Паровые турбины
    Небольшие паровые турбины позволяют создавать мини-ТЭЦ на базе уже действующих паровых котлов, давление пара на выходе из которых обычно значительно выше, чем необходимо для промышленных нужд. Избыток гасится специальным дроссельным устройством, при этом на каждой тонне пара теряется 40—50 кВт энергии. Установив параллельно дроссельному устройству турбину с генератором, можно получать электроэнергию. В других случаях может оказаться целесообразным специально установить паровой котел и турбину. В частности, это позволяет использовать для когенерации альтернативное топливо типа древесных отходов. Этим не исчерпываются возможные варианты. Например, для получения электрической энергии с наиболее эффективным использованием топлива разработаны комбинированные парогазотурбинные установки. В них тепло выхлопных газов газотурбинного двигателя утилизируется в паровом котле, а пар приводит в движение отдельно стоящую турбину с собственным электрогенератором.

    Таким образом, получается три варианта использования паровой турбины: генераторный, турбоприводный и комбинированный. Генераторный вариант (Г) включает паровую турбину, приводящую в действие электрический генератор асинхронного или синхронного типов, подключенный на шины котельной, а трубопроводы отработавшего пара и промежуточных отборов — на трубопроводы соответствующих потребителей по уровням давления пара. Вырабатываемая электроэнергия, поступая на шины котельной вытесняет потребляемую из энергосистемы, а при ее избытке выдается в энергосистему через существующие электрические связи. Турбоприводный (ТП) вариант включает паровую турбину, приводящую в действие механизм собственных нужд котельной и (или) другие механизмы. Такими механизмами являются питательные и сетевые насосы, дутьевые вентиляторы и дымососы, а также другое оборудование. Комбинированный вариант (К) включает паровую турбину, приводящую в действие генератор и механизм.

    Типовыми, наиболее эффективными мощностями, на которых имеет смысл использовать паровые турбины, является диапазон мощностей от 5 МВт до 25 МВт.

    Преимущества паровой турбины: высокая производительность, гибкость по отношению к типу сжигаемого топлива, длительный срок службы. Недостатки: высокая инертность (длительный период запуска), высокая стоимость, производство тепла преобладает над электроэнергией, нижний порог эффективного применения (от 5 МВт электроэнергии).

    Микротурбины

    Микротурбина используется в качестве двигателя компактных модульных генераторов электроэнергии, работающих в диапазоне мощностей от 25 до 200 кВт.

    Все движущиеся части микротурбинного двигателя - воздушный компрессор, генератор и сама турбина - расположены на одном валу, скорость вращения которого находится в диапазоне 45000-96000 оборотов в минуту. Вал закреплен на воздушных подшипниках, что позволяет отказаться от жидкостной смазки и использовать для этого воздух. Воздух также обеспечивает охлаждение двигателя и управляющей электроники. Это позволяет значительно снизить стоимость обслуживания оборудования по сравнению с другими технологиями. Для микротурбин стандартным считается проведение регламентных работ не чаще чем 1 раз в год, что обеспечивает работоспособность не ниже 99%.

    Основным видом топлива для микротурбин является природный газ, но они также могут эффективно работать и на другом коммерческом или условно бесплатном углеводородном топливе (попутный нефтяной, биологический газы, шахтный метан, сжиженный пропан, бутан). Микротурбины демонстрируют наилучшие показатели по экологическим параметрам по сравнению с остальными приведенными в настоящем обзоре технологиями.

    По совокупности все эти преимущества позволяют применять микротурбины в качестве постоянно работающего основного генератора даже в густонаселенных городских центрах внутри и вне помещений, отводя сети роль резерва.

    К стандартным, и серьёзным минусам микротурбин относят:

    • Высокую стоимость капиталовложений.
    • Высокую стоимость аммортизационных отчислений.
    • Высокую стоимость и необходимость регулярной замены аккумуляторных батарей, которые необходимо менять в процессе работы установки.
    • Низкий электрический КПД и высокий расход газа.

     

    Топливные элементы

    Топливные элементы представляют собой электрохимические устройства, вырабатывающие электроэнергию без процесса горения - химическим путем, почти так же, как батарейки. Разница лишь в том, что в них используются другие химические вещества, водород и кислород, а продуктом химической реакции является вода. Можно использовать и природный газ, однако при использовании углеводородного топлива, конечно же, неизбежен определенный уровень выбросов двуокиси углерода.
    Поскольку топливные элементы могут работать с высоким КПД и без вредных выбросов, с ними связаны большие перспективы в отношении экологически рационального источника энергии, который будет способствовать снижению выбросов парниковых газов и других загрязняющих веществ. Основное препятствие на пути широкомасштабного использования топливных элементов это их высокая стоимость по сравнению с другими устройствами, вырабатывающими электричество.

    На базе топливных ячеек в настоящее время доступны когенераторные установки в диапазоне электрических мощностей 0,3-10 МВт. Достоинства данной технологии:

    - высокий электрический КПД (до 54%)
    - высокая экологичность (выхлопные газы представляют собой водяной пар и углекислый газ)
    - низкие эксплуатационные издержки
    - абсолютная безопасность
    - компактность
    - низкий уровень шума
    - отсутствие вибраций

     

     

    Когенерационные установки (газотурбинные, турбины на легком жидком топливе, дизельные установки) подбираются по электрической нагрузке на объект (потребители энергии - кондиционеры, тепловые насосы, холодильники, бытовые электронные приборы, освещение и пр.) в кВт. По электрической нагрузке подбирается одна или несколько однотипных КГУ, каждая из которых имеет электрические и тепловые мощности Nполн = Nэл + Qтепл [кВт] с привязкой их по тепловой нагрузке к объекту.

    Секундный расход топлива определяется как:

    В = , [кг/с], (2.8)

    где

    – электрический КПД КГУ, принимаем по паспорту, [в долях];

    – теплотворная способность топлива (газ, жидкое, твердое топливо), [кДж/кг], [кДж/м3].

    Примечание:

    Если выбирается одна КГУ, то Qнагр = 1,2 · Nполн. (2.9)

    Если несколько КГУ (n, шт), каждая из которых имеет полную нагрузку Nполн, то

    Qнагр = 1,2· n · Nполн. (2.10)

    При оформлении контрольной работы по применению КГУ, студент должен оценить поверхность теплообменника F, м2, используемого для теплоснабжения объекта. Для этого используем в расчетах: уравнения теплообмена – балансовыми и теплопередачи; изображения циклов в диаграммах T-S газовой турбины или дизеля, а также энтальпии воды – iводы = своды·t =4,19·t [кДж/кг] и энтальпии отработанных горячих газов [кДж/кг] или [кДж/м3].

    Общая запись уравнений теплообмена для тепловой нагрузки Qнагр:

    [кВт], (2.11)

    где - количество воды, циркулирующей в системе теплоснабжения, [кг/с];

    i', i" - энтальпии горячей и охлажденной воды на входе и выходе из теплообменника, [кДж/кг];

    – энтальпии отработанных газов на входе и выходе из теплообменника, [кДж/кг], [кДж/м3].

    k- коэффициент теплопередачи от отработанных газов, выбрасываемых турбиной или дизелем в теплообменник к воде змеевика, [ ];

    [ ], (2.12)

    где – коэффициент теплоотдачи от газов к наружной стенке змеевика, можно принять = 30-40 ;

    –сопротивление стенки змеевика, можно принять в пределах

    = (3÷4)·10-4 ;

    αв - коэффициент теплоотдачи от внутренней стенки трубы змеевика к воде

    =1500÷2000 ;

    – средняя разность температур между отходящими из турбины или дизеля горячими газами и холодной водой в трубках змеевика. Определяется с помощью следующих методических указаний.

     

     

    а) T-S диаграмма (газовая турбина) б) T-S диаграмма (дизель)

     

    в) изменение температуры по поверхности теплообменника

    Рис. 1 Диаграммы Т-S и t-F

    В расчетах, для упрощения задачи, принимаем прямоточный теплообменник, тогда:

    , (2.13)

    (2.14)

    Если 1,7, то

    Если 1,7, то (2.15)

    Тогда оценочная поверхность теплообменника, задействованного в КГУ должна быть не менее:

    2] (2.16)

    Оцените общие габариты КГУ.

    При приоритете производства электрической энергии особое внимание, при эксплуатации КГУ, следует уделять ограничению количества стартов двигателя, для чего нужно обеспечить стабильный отбор электроэнергии. При отборе тепла для объекта рекомендуется использовать теплонакопители (аккумуляторы тепла), подобранные и рассчитанные для данной системы. Все устройства , входящие в состав системы теплоэнергоснабжения, должны управляться и контролироваться с помощью одного общего свободно-программируемого главного регулятора.

    Накопитель тепла (тепловые аккумуляторы) можно представить в виде баков с водой (парафином). Так, хорошо изолированный бак с 1 тонной воды потребует энергии для нагрева ее тенами от 20 до 90 °С :

    кДж ≈ 81 кВт-ч.

    При использовании этой воды в качестве горячей для отопления и ГВС можно расходовать в среднем используя ее 12 часов и получая 7 кВт.

    7кВт - тепловой энергии, в течение 12 часов можно отапливать и получать горячую воду для дома площадью, примерно, 100 м2.

     


    

    infopedia.su

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *