4.4.2. Стационарные малые электростанции

Стационарные малые электростанции

Стационарные МЭС на дизельных и бензиновых двигателях-генераторах широко применялись для электроснабжения малых населенных пунктов СССР в довоенные и первые послевоенные годы.

В последующие годы стационарные МЭС на жидком топливе применялись в качестве аварийно-резервных источников электроснабжения ответственных объектов (атомные электростанции, объекты гражданской обороны, Министерства обороны и др.), а также в качестве автономных источников электропитания отдельных объектов, удаленных от сетей централизованного электроснабжения.

Автоматизированные аварийно-резервные электростанции

В последние годы в связи с широким распространением компьютерной техники, электронных систем охранной сигнализации, робототехники, предъявляющих повышенные требования к надежности электроснабжения, востребованность МЭС как аварийнорезервных источников электроснабжения существенно возросла. Сегодня малые электростанции широко применяют в составе источников бесперебойного электропитания банков, торговых предприятий, офисов, административных и гражданских зданий.

Рис. 4.34. Газотурбинный энергопоезд мощностью 4 МВт на базе газовых турбин ГП НПКГ «Зоря»–«Машпроект»

Такие электростанции автоматически включаются в работу при потере напряжения внешней сети, осуществляют автономное электроснабжение объектов в течение определенного расчетного периода времени, автоматически отключаются при возобновлении внешнего электроснабжения.

Автоматизированные блочно-модульные аварийно-резервные электростанции мощностью от 315 до 630 кВт на базе быстроходных дизелей с 1958 года выпускает ОАО «Звезда», Санкт-Петербург (рис. 4.35). Основные технические характеристики типичной автоматизированной дизель-электростанции ОАО «Звезда» типа АС-500АМС-18: номинальная мощность 500 кВт, удельный расход топлива (по ISO 3046/I-99) – 212+10г/кВт·ч, время пуска с приемом 100%-ной нагрузки – 5 с. Электростанция размещается в стандартном контейнере.

Рис. 4.35. Автоматизированные дизель-электростанции ОАО «Звезда»

Рис.4.36. Паровинтовая редукционная установка ООО «Ютронь»

К наиболее известным мировым производителям газопоршневых электростанций на жидком и газообразном топливе мощностью 7 кВт–10 МВт, предназначенных для работы в режимах постоянного и аварийно-резервного электроснабжения, относятся такие фирмы, как SDMO (Франция), «Jenbacher» (Австрия), «Wilson» (Велокобритания), «Buderus», «DEUTZ» , «Viessmann», «Bosch Thermotechnik», MAN B&W (Германия), «Вяртсила» (Финляндия), CAT, «Waukesha Engine Division» (США) и др.

Малые электростанции постоянного действия

Большое распространение в мире нашли теплофикационные паротурбогенераторные установки электрической мощностью 4–12 МВт на давление пара 3,5 МПа, широко применяемые на промышленных и коммунальных ТЭЦ с 50-х годов прошлого столетия.

В последние годы во всем мире устойчиво расширяется также сфера применения теплофикационных электростанций малой мощности на базе редукционных паротурбинных установок, теплофикационных установок на основе газотурбинных, парогазовых и газопоршневых установок.

Редукционные паротурбинные установки

Номинальное рабочее давление пара промышленных котлов, многие из которых предназначены для отпуска пара давлением 0,12–0,5 МПа, составляет от 1,3 до 4 МПа, исходя из соображений обеспечения минимальной металлоемкости. Для уменьшения рабочего давления пара до давления отпуска потребителям традиционно применяют редукционно-охладительные установки (РОУ), работа которых сопряжена с существенными термодинамическими потерями.

В последние годы многими предприятиями СНГ освоен выпуск теплофикационных паротурбинных агрегатов на давление пара 1,3–2,4 МПа единичной мощностью 0,15–4 МВт, позволяющих частично устранить термодинамические потери дросселирования и получить электрическую энергию, достаточную для покрытия собственных нужд котельных.

ООО «Ютронь» (г. Смоленск, Россия) налажен выпуск паровинтовых блочно-модульных электростанций единичной мощностью 0,15–1 МВт, рассчитанных на установку в паровых котельных давлением 1,3 МПа (рис. 4.36). Турбины могут изготавливаться как с промежуточным отбором пара, так и без него и использоваться при начальном давлении до 2,4 МПа и температуре 300°С с увеличением мощности на 25%.

Серийно выпускают блочно-модульные паротурбинные редукционные установки для промышленных котельных единичной мощностью 0,5–4 МВт на базе конденсационных паровых турбин и турбин с противодавлением с теплофикационным отбором пара ОАО «Калужский турбинный завод», г. Калуга, Россия (рис.4.37), ОАО «Турбоатом», г. Харьков, Украина, ОАО «Пролетарский завод», г. СанктПетербург, Россия (рис. 4.38).

Блочно-модульный турбогенератор включает в себя паровую турбину, редуктор, электрогенератор, систему регулирования и автоматики, масляную систему, силовую раму. Сравнительно малые габариты позволяют устанавливать его на небольших площадках и низком фундаменте, при этом легко могут быть использованы свободные площади в котельной. Наиболее подходящими типами котлов для таких электростанций являются котлы типов ДКВР и ДЕ производительностью от 5 до 30 т/ч. Мощность, вырабатываемая на базе редуцируемого давления пара, тем больше, чем ниже давление пара после турбоагрегата.

Рис. 4.37. Блочный паротурбогенератор Калужского турбинного завода

Рис. 4.38. Блочный паротурбогенератор ПТГ-1,1 ОАО «Пролетарский завод»

Газотурбинные и парогазовые электростанции малой мощности

Стационарные газотурбинные электростанции малой мощности изготавливают многие предприятия СНГ. Разнообразные типоразмерные ряды газотурбинных электростанций различных типов разработаны, в частности, предприятием «Зоря»–«Машпроект». На базе стандартного ряда судовых газотурбинных двигателей здесь освоен выпуск когенерационных, газопаровых и парогазовых электростанций электрической мощностью от 2,75 до 45,8 МВт (см. подразделы 3.8, 4.3).

Рис. 4.39. Газопоршневая мини-ТЭЦ электрической мощностью 800 кВт ОАО «ВДМ»

Газотурбинные электростанции в России выпускают предприятия «Авиадвигатель» и ОАО «Пермский моторный завод», разработавших 4 типоразмерных ряда энергетических ГТУ 2,65–25 МВт с к.п.д. соответственно 21,8–39%. Типоразмерный ряд ГТУ мощностью 0,66–16 МВт с к.п.д. 27–32% разработан ОАО «Рыбинские моторы». Перспективные разработки ГТУ электростанций проводят НПО «Люлька-Сатурн» (г. Москва), «Самарское КБ машиностроения» и ОАО «Моторостроитель», ОАО «Пролетарский завод» (Санкт-Петербург), «Мотор» (г. Уфа) и др.

Малые электростанции на основе двигателей внутреннего сгорания

Стационарные дизель-генераторные установки, работающие на жидком топливе, выпускаются многочисленными предприятиями России и Украины, представляющими широкую номенклатуру дизельных электростанций, пригодных для использования в качестве автономного источника электрической и тепловой энергии в условиях отсутствия централизованного электроснабженния и газоснабжения. В последние годы многие из них перешли на выпуск газовых когенерационных электростанций.

Рис. 4.40. Газопоршневая мини-ТЭЦ электрической мощностью 500 кВт ОАО «Первомайскдизельмаш»

Таблица 4.4 Основные характеристики когенерационных электростанций на базе ДВС

Газопоршневые двигатели на природном газе с утилизацией тепла выхлопных газов, тепла охлаждения цилиндров, маслосистемы и турбонагнетателя выпускаются ОАО «Первомайскдизельмаш», (г. Первомайск, Украина), ОАО «Волжский дизель им. Маминых» (г.Балаково, Россия), ОАО «БМЗ» (г.Брянск, Россия). ОАО «Первомайскдизельмаш» освоил выпуск когенерационных блочно-модульных газопоршневых электростанций мощностью 500 и 630 кВт, а ОАО «Волжский дизель им. Маминых» (ОАО «ВДМ» ) выпускает газопоршневые мини-ТЭЦ мощностью 500, 630 и 800 кВт (рис. 4.39, 4.40).

По показателям эффективности, уровню автоматизации и эксплуатационным характеристикам отечественные установки несколько уступают изделиям ведущих мировых производителей (табл.4.4).

В последние годы моторостроительные заводы СНГ осушествляют лицензионный выпуск мини-ТЭЦ ведущих мировых производителей данной техники. В частности, ОАО «ВДМ» приступило к выпуску электростанций на базе двигателей «Jenbacher» (Австрия) и «Waukesha» (США), ОАО «БМЗ» – к выпуску мини-ТЭЦ на базе двигателей фирм MAN (Германия) и «Вяртсиля» (Финляндия), ОАО «Первомайскдизельмаш» – к производству мини-ТЭЦ мощностью 57 кВт–6 МВт фирмы MAN.

Рис. 4.41. Газовая электростанция фирмы «Jenbacher»

Наибольшее практическое применение в Украине нашли когенерационные электростанции фирмы «Jenbacher».

Газовые электростанции «Jenbacher» мощностью от 250 кВт до 3 МВт (рис. 4.41) характеризуются не только высоким электрическим к.п.д. (до 39%) и коэффициентом использования теплоты (85–90%), но и возможностью работы на широком спектре видов газообразного топлива (природный газ, пропан, факельный газ, метан сточных вод, биогаз, метан мусорных свалок, шахтный метан, коксовый газ, попутный газ, генераторные газы), что определяет их широкое применение в нефте-, газо-, угледобывающих компаниях, на нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах, в металлургической промышленности, на животноводческих комплексах и др. Среди наиболее известных реализованных проектов на базе таких установок следует отметить мини-ТЭЦ на шахтном метане, установленную на электростанции шахты им. Засядько (Украина) проектной электрической мощностью 36 МВт и тепловой – 35 Гкал/ч.