Разработка энергетической установки на базе газопоршневых двигателей

В новых экономических условиях перехода к рыночным отношениям, высокого уровня инфляции, для восполнения отработавших свой ресурс и требующих замены генерирующих мощностей, ориентация на традиционное централизованное теплоэнергоснабжение от крупных источников становится проблематичной. В настоящее время наметилась тенденция на строительство децентрализованных комбинированных источников электрои теплоснабжения, устанавливаемых как в существующих отопительных котельных, так и на вновь строящихся источниках тепла.

Создание таких энергоустановок имеет ряд преимуществ. Среди них основными являются короткие сроки строительства, повышение надежности теплоснабжения потребителей, снижение инерционности теплового регулирования и потерь в тепловых сетях, относительно сетей подключенных к крупным ТЭЦ.

Использование локальных систем производства электрической и тепловой энергии с использованием поршневых двигателей работающих на природном газе или пропане является одним из возможных решений данной задачи.

Их применение обеспечит необременительное для бюджета развитие энергетической инфраструктуры страны, приведет к существенным положительным изменениям в экономике.

В данной статье отсутствуют подробные технические характеристики прилагаемого основного оборудования, анализ электрических и тепловых нагрузок и возможные решения по наиболее эффективному обеспечению этих нагрузок от вновь сооружаемой ТЭЦ.

Главная цель данной статьи — дать предварительные представления о технической возможности, компоновке основного оборудования и стоимости строительства электростанции электрической мощностью 100 МВт.

Согласно данных, основная тепловая нагрузка вновь сооружаемой ТЭЦ — в горячей воде. Максимальная присоединенная тепловая нагрузка составляет 70 Гкал/ч, в том числе 50 Гкал/ч — круглосуточная, круглогодичная технологическая и 20 Гкал/ч — отопительная нагрузка.

Электрическая нагрузка электростанции — порядка 100 МВт.

В качестве основного и резервного топлива для электростанции предусмотрен природный газ.

Энергосберегающее получение электроэнергии посредством сжигания органического топлива возможно только при совместной выработке теплоты и электрической энергии. Поэтому базовый уровень потребления тепловой энергии является определяющим при выборе основного оборудования ТЭЦ.

Для получения приемлемых технико-экономических показателей необходимо, чтобы устанавливаемое электрогенерирующее оборудование было загружено на номинальную нагрузку в течение всего года, вырабатывая электроэнергию на тепловом потреблении.

Для совместной выработки электрической и тепловой энергии могут применяться как газопоршневые (ГПУ), так и газотурбинные установки (ГТУ). Однако соотношение вырабатываемой этими энергоустановками электрической энергии и тепловой энергии, утилизируемой в водогрейных котлах-утилизаторах (в физических единицах одной размерности — МВт (э) и МВт (т)) составляет:

• · Для ГПУ — при выработке 1 МВт (э) утилизируется 1−1,1 МВт (т) или 0,9−1,0 Гкал/ч тепловой энергии;
• · Для ГТУ — при выработке 1 МВт (э) в котле-утилизаторе вырабатывается до 2−2,2 МВт (т) или 1,7−1,9 Гкал/ч тепловой энергии.

В этой связи, для совместного энергосберегающего производства на вновь сооружаемой ТЭЦ 100 МВт электрической и 70 Гкал/ч тепловой энергии в качестве основного оборудования электростанции предлагается использовать современные, экологически чистые газопоршневые установки единичной мощностью 6−7 МВт.

В качестве основного оборудования ТЭЦ могут быть предложены:

• · Вариант 1 — 16 газопоршневых установок производства МАK-Caterpillar (Германия) типа G16CM34 единичной электрической мощностью 5,92 МВт, с водогрейными котлами-утилизаторами теплопроизводительностью ~3,9 Гкал/ч. Общая электрическая мощность ТЭЦ — 94,72 МВт, тепловая — 62,4 Гкал/ч.
• · Вариант 2 — 14 газопоршневых установок производства Rolls-Royce Marine AS (Норвегия) типа B35:40 V16AG единичной электрической мощностью 6,84 МВт, с водогрейными котлами-утилизаторами теплопроизводительностью ~ 4,3 Гкал/ч. Общая электрическая мощность ТЭЦ — 95,76 МВт, тепловая — 60,2 Гкал/ч.
• · Вариант 3 — 12 газопоршневых установок производства Rolls-Royce Marine AS (Норвегия) типа B35:40 V20AG единичной электрической мощностью 8,5 МВт, с водогрейными котлами-утилизаторами теплопроизводительностью ~5,5 Гкал/ч. Общая электрическая мощность ТЭЦ — 102 МВт, тепловая — 66 Гкал/ч

Эти современные газопоршневые установки обладают высокой тепловой эффективностью и имеют вне зависимости от сезона работы при номинальной мощности электрический КПД ~43,5−46,6%, коэффициент использования теплоты топлива ~75−80%.

Компоновка оборудования.

Здание главного корпуса ГПУ-ТЭЦ предлагается выполнить в металлическом каркасе с использованием ограждающих конструкций, изготовленных из панелей типа «Сэндвич». Главный корпус предполагается выполнить на двух уровнях:

На отм 0,000 м, в машзале в рядах «А-В» устанавливаются:

• · газопоршневые агрегаты;
• · утилизаторы рубашки охлаждения двигателей;
• · оборудование топливоснабжения;
• · маслоохладительные установки;
• · сетевые и подпиточные насосы;
• · водоподготовительная установка;

На отм. 4,000 м в рядах «А-Б» устанавливаются:

• · водогрейные котлы-утилизаторы;
• · воздушные компрессоры пускового воздуха;
• · ресиверы пускового воздуха;
• · доливочные баки масла и охлаждающей жидкости;
• · расширительные сосуды.

В пристройке к зданию ТЭЦ в рядах «В-Д» расположен блок электротехнические и вспомогательных помещений. В этом блоке предполагается разместить следующие помещения:

• · щит управления ТЭЦ;
• · главное распределительное устройство-10 кВ;
• · распределительное устройство собственных нужд-0,4 кВ;
• · помещение персонала;
• · ремонтная мастерская;
• · маслохозяйство с баками свежего и отработанного масла и охлаждающей жидкости;
• · бытовые помещения.

Для прокладки кабелей в машзале предусмотрены каналы, которые объединяются в проходное кабельное помещение, расположенное под электротехническими помещениями.

Радиаторы штатного и аварийного охлаждения газопоршневых установок размещаются в торце здания со стороны ряда «А». Там же размещается и оборудование для забора и очистки воздуха на горение.

Высота дымовой трубы определится после выполнения расчетов рассеивания вредных выбросов с учетом существующего фона на площадке размещения ТЭЦ.

Для мелких ремонтов установленного оборудования предусмотрена ремонтная мастерская и ремонтная площадка.

Для хранения запаса расходных материалов и запасных частей в здании ТЭЦ предусмотрен склад.

Электростанция оборудована системой трубопроводов для заправки свежего и слива отработанного масла из картеров двигателей.

тепловой энергетический газопоршневый радиатор

Состав сооружений ТЭЦ.

Настоящим предложением на площадке ГПУ-ТЭЦ предусмотрены следующие оборудование, здания и сооружения:

• · Главный корпус;
• · Четыре многоствольные дымовые трубы с тремя-четырьмя газоотводящими стволами. Количество дымовых стволов зависит от варианта ТЭЦ (количества энергоустановок);
• · Открытый газорегулирующий пункт (ГРП) с фильтрами и газовой аппаратурой;
• · Два резервуара противопожарного запаса воды с насосной внешнего пожаротушения;
• · Локальные очистные сооружения (при необходимости);
• · Подземный резервуар аварийного слива масла ГПУ;
• · Проходная;
• · Технологические эстакады;
• · Внутриплощадочные дороги и проезды;
• · Ограждение площадки ТЭЦ.

Оценка стоимости строительства.

Ориентировочные затраты в строительство ГПУ-ТЭЦ определялись по укрупненным показателям и на основе проектов-аналогов. Стоимость зарубежных газопоршневых установок принята по имеющимся у предварительным предложениям от заводов-изготовителей с учетом таможенных сборов в размере 15% от стоимости энергоустановки. Остальное технологическое оборудование принято отечественного производства.

В общую стоимость строительства включены затраты на:

• · основное оборудование — ГПУ и водогрейный КУ;
• · электротехническое оборудование и кабельную продукцию (без учета затрат в строительство ОРУ или ЗРУ);
• · общестанционную АСУ ТП электростанции;
• · тепломеханическое оборудование, ВПУ, дымовые трубы, трубопроводы и арматуру;
• · строительно-монтажные работы;
• · прочие расходы, в том числе проектирование.

Ориентировочная стоимость строительства ГПУ-ТЭЦ электрической мощностью 102 МВт и тепловой 66 Гкал/ч составит порядка 2 800 000−3 400 000 тыс. руб.