Перспективы внедрения когенерации

Особенности энергетических установок

Когенерация или теплофикация (отечественная терминология) как совместное производство электрической и тепловой энергии сегодня получило широкое распространение как в отечественной, так и в зарубежной энергетике, в первую очередь, благодаря более низкому расходу топлива по сравнению с раздельной выработкой.

О когенерационных установках, предназначенных для оснащения действующих и вновь сооружаемых котельных, рассказывает начальник отдела перспективного развития ЗАО «Лентеплоснаб» Антон Моисеев.

– В настоящее время можно выделить несколько перспективных направлений когенерации электрической и тепловой энергии. К ним относятся:
- паротурбинные установки с теплофикационным использованием тепла отработавшего пара;
- газотурбинные установки с теплофикационными теплообменниками или котлами-утилизаторами;
- поршневые двигатели внутреннего сгорания с утилизаторами теплоты, в том числе газопоршневые установки;
- турбодетандерные агрегаты.
Кратко рассмотрим преимущества, недостатки и область применения перечисленных установок.

Паротурбинные установки

Здесь в первую очередь рассматриваются паротурбинные установки (ПТУ) с турбинами, работающими либо с противодавлением, либо с ухудшенным вакуумом и утилизацией всего пара, отработавшего в турбине, на цели теплофикации. Удельный расход топлива на производство электрической энергии для такой установки будет ниже, чем для конденсационных турбин и турбин с теплофикационными отборами (широко используемыми на современных ТЭС), за счет отсутствия потерь тепла в конденсаторе. Данное обстоятельство определяет хорошую конкурентоспособность такого производства электроэнергии.
Наиболее перспективными для установки ПТУ являются существующие котельные средней и большой производительности, оснащенные паровыми котлами (или пароводогрейные котельные), с нагрузками отопления и ГВС. Внедрение когенерации на такой котельной не потребует увеличения количества котлов или их реконструкции.

В результате установка электрогенерирующих мощностей на базе ПТУ имеет минимальные удельные кап. затраты (руб/кВт), по сравнению с другими вариантами. Производство электроэнергии будет связано с незначительными затратами топлива и возможно на любом из его видов.
Основным недостатком ПТУ является меньшая удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении (кВт х час/Гкал), однако производимой энергии в большинстве случаев достаточно для полного покрытия собственных нужд котельной и некоторого экспорта электроэнергии.

Газотурбинные установки

Внедрение газотурбинных установок на котельных требует, как правило, их более глубокой реконструкции.
По своему эксплуатационному ресурсу ГТУ так же уступают ПТУ. Работа ГТУ с утилизатором теплоты на переменных режимах теплопотребления, в частности в режиме с неполной нагрузкой, приводит к увеличению потерь тепла в окружающую среду, поэтому целесообразна работа таких установок в базовом режиме, где регулирование теплоотпуска осуществляется прочим оборудованием.
Преимуществом ГТУ является более значительная удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении по сравнению с ПТУ, при этом образуется излишек электроэнергии, который может значительно превышать собственные нужды котельной.
Таким образом, использование ГТУ для когенерации электроэнергии в котельных наиболее предпочтительно для строящихся и расширяющихся водогрейных котельных.

Поршневые двигатели внутреннего сгорания

Особенностью данных агрегатов является возможность эффективного использования установок сравнительно малой мощности 100-500 кВт (максимальная мощность агрегатов на уровне 1500-2000 кВт), что позволяет использовать их для котельных малой и средней производительности. Этот тип установок отличается наиболее высокой удельной выработкой электроэнергии на базе теплового потребления на фоне высокого КПД, однако по удельным капитальным затратам ДВС уступают ПТУ, в том числе по причине их производства за рубежом.
Диапазон регулирования этих агрегатов без значительного снижения КПД так же невелик, поэтому целесообразно их использование для покрытия базовых теплофикационных нагрузок. ДВС с когенерацией могут быть эффективно использованы при расширении котельных малой и средней мощности, для покрытия возросших потребностей в тепловой энергии и собственных нужд котельной в электроэнергии, а также выработки электроэнергии во внешнюю электросеть.

Турбодетандерные агрегаты

Турбодетандеры не являются тепловыми двигателями, и их работа не связана с дополнительным расходом топлива на котельных. Область наиболее эффективного применения турбодетандеров - объекты со значительным потреблением газа и высоким давлением газа на вводе. Учитывая, что для таких производств характерно значительное потребление электроэнергии, турбодетандерные установки могут быть использованы как вспомогательные источники электроэнергии.

Санкт-Петербург, как крупный научно-индустриальный центр, имеет все необходимые предпосылки для занятия лидирующего места по внедрению подобных когенерационных технологий: это и развитая сеть крупных пароводогрейных котельных, и собственное производство паровых турбин и генераторов («Киров-Энергомаш», ОАО «Пролетарский завод» и др.), и наличие мощных специализированных проектных и монтажных организаций.
Наиболее перспективными объектами для внедрения когенерации, и в частности на базе паротурбогенераторов, в системе теплоснабжения Санкт-Петербурга являются крупные котельные со значительными объемами нагрузки по горячему водоснабжению.

Оснащение муниципальных котельных Санкт-Петербурга паровыми турбинами обеспечит:
- модернизацию наиболее рентабельных котельных и снижение (на 10-15 %) себестоимости производства на них тепловой энергии;
- обеспечение ряда предприятий топливно-энергетического комплекса города дешевой электрической энергией;
- загрузку предприятий и организаций города заказами, связанными с реализацией подобных проектов.
На сегодняшний день в Северо-Западном регионе существует несколько примеров когенерации на промышленных предприятиях и отопительных котельных. В 2001 году впервые на Северо-Западе на муниципальной отопительной котельной в Пушкине был введен в работу параллельно с внешней электрической сетью паротурбогенератор мощностью 1,5 МВт. Производитель турбины – «Пролетарский завод». Сейчас на другой крупной котельной ЗАО «Лентеплоснаб» ведется установка более крупной турбины мощностью 3,5 МВт. Когенерационные установки на базе импортных газовых турбин в настоящее время внедряются на пивоваренных заводах «Балтика» и «Бочкарев». На заводе «Звезда» введен в строй газопоршневой когенератор американской фирмы «Вакеша». Ведутся работы по установке паровой турбины на котельной № 9 в Гатчине. Работы в области освоения и внедрения когенерационных установок выводят петербургский регион в лидеры среди других регионов России.