Раздел 2. Гидроэнергетические ресурсы, их использование. Принципиальные схемы, параметры, режимы работы ГЭС и ГАЭС

Стаціонарні МЕС на дизельних і бензинових двигунах-генераторах широко застосовувалися для електропостачання малих населених пунктів СРСР у довоєнні та перші повоєнні роки.

У наступні роки стаціонарні МЕС на рідкому паливі застосовувалися як аварійнорезервні джерела електропостачання відповідальних об'єктів (атомні електростанції, об'єкти цивільної оборони, Міністерства оборони та ін.), а також як автономні джерела електроживлення окремих об'єктів, віддалених від мереж централізованого електропостачання.

Автоматизовані аварійно-резервні електростанції

В останні роки у зв'язку з широким розповсюдженням комп'ютерної техніки, електронних систем охоронної сигналізації, робототехніки, що висувають підвищені вимоги до надійності електропостачання, затребуваність МЕС як аварійно-резервних джерел електропостачання істотно зросла.

Мал. 4.34. Газотурбінний енергопоїзд потужністю 4 МВт на базі газових турбін ДП НВКГ «Зоря»–«Машпроект», м. Миколаїв, Україна

Сьогодні малі електростанції широко застосовують у складі джерел безперебійного електроживлення банків, торговельних підприємств, офісів, адміністративних та цивільних будинків.

Такі електростанції автоматично включаються в роботу при втраті напруги зовнішньої мережі, здійснюють автономне електропостачання об'єктів протягом певного розрахункового періоду часу, автоматично відключаються при поновленні зовнішнього електропостачання.

Мал. 4.35. Автоматизовані дизель-електростанції ВАТ «Звезда»

Випуск автоматизованих блоково-модульних аварійно-резервних електростанцій потужністю від 315 до 630 кВт на базі швидкохідних дизелів з 1958 року здійснює ВАТ «Звезда», м. Санкт-Петербург (мал. 4.35). Основні технічні характеристики типової автоматизованої дизель-електростанції ВАТ «Звезда» типу АС-500АМС-18: номінальна потужність 500 кВт; питома витрата палива (за ISO 3046/I-99) 212 + 10 г/кВт.год; час пуску з прийомом 100% навантаження – 5 с. Електростанція розміщується в стандартному контейнері.  

Мал. 4.36. Парогвинтова редукційна установка ТОВ «Ютронь»

До найбільш відомих світових виробників газопоршневих електростанцій на рідкому і газоподібному паливі потужністю 7 кВт – 10 МВт, призначених для роботи в режимах постійного та аварійно-резервного електропостачання, відносяться такі фірми, як SDMO (Франція), «Jenbacher» (Австрія), «Wilson» (Великобританія), «Buderus», «DEUTZ», «Viessmann», «Bosch Thermotechnik», MAN B & W (Німеччина), «Вяртсила» (Фінляндія), CAT, «Waukesha Engine Division» (США) та ін.

Малі електростанції постійної дії

Найбільшого поширення в світі знайшли теплофікаційні паротурбогенераторні установки електричною потужністю 4–12 МВт на тиск пари 3,5 МПа, які широко застосовуються на промислових і комунальних ТЕЦ з 50-х років минулого сторіччя.

В останні роки в усьому світі стійко розширюється також сфера застосування теплофікаційних електростанцій малої потужності на базі редукційних паротурбінних установок, теплофікаційних установок на основі газотурбінних, парогазових і газопоршневих установок.

Редукційні паротурбінні установки

Номінальний робочий тиск пари промислових котлів, багато з яких призначені для відпуску пари тиском 0,12–0,5 МПа, становить від 1,3 до 4 МПа з міркувань забезпечення мінімальної металоємності. Для зменшення робочого тиску пари до тиску відпуску споживачам традиційно застосовують редукційно-охолоджувальні установки (РОУ), робота яких пов'язана з істотними термодинамічними втратами.

В останні роки багатьма підприємствами СНД освоєний випуск теплофікаційних паротурбінних агрегатів на тиск пари 1,3–2,4 МПа одиничною потужністю 0,15–4 МВт, які дозволяють частково усунути термодинамічні втрати дроселювання та отримати електричну енергію, достатню для задоволення власних потреб котелень.

Мал. 4.37. Блоковий паротурбогенератор Калузького турбінного заводу ТОВ «Ютронь» (м. Смоленськ, Росія) налагоджений випуск парогвинтових блоково-модульних електростанцій одиничною потужністю 0,15–1 МВт з тиском 1,3 МПа, розрахованих на установку в парових котельнях (мал. 4.36). Турбіни можуть виготовлятися як з проміжним відбором пари, так і без нього і використовуватися при початковому тиску до 2,4 МПа і температурі 300°С зі збільшенням потужності на 25%.

Серійно випускають блоково-модульні паротурбінні редукційні установки для промислових котелень одиничною потужністю 0,5–4 МВт на базі конденсаційних і протитискових парових турбін з теплофікаційним відбором пари ВАТ «Калузький турбінний завод», м. Калуга, Росія (мал. 4.37), ВАТ «Турбоатом», м. Харків, Україна, ВАТ «Пролетарский завод», м. Санкт-Петербург, Росія (мал. 4.38).

Мал. 4.38. Блоковий паротурбогенератор ПТГ-1,1 ВАТ «Пролетарский завод» Блоково-модульний турбогенератор включає в себе парову турбіну, редуктор, електрогенератор, систему регулювання і автоматики, масляну систему, силову раму. Порівняно малі габарити дозволяють встановлювати його на невеликих майданчиках і низькому фундаменті, при цьому легко можуть бути використані вільні площі в котельні. Найбільш відповідними типами котлів для таких електростанцій є котли типів ДКВР і ДЕ продуктивністю від 5 до 30 т/год. Потужність, що виробляється на базі редукованого тиску пари, тим більше, чим нижчий тиск пари після турбоагрегату.

Газотурбінні та парогазові електростанції малої потужності

Стаціонарні газотурбінні електростанції малої потужності виготовляють багато підприємств СНД. Різноманітні типорозмірні ряди газотурбінних електростанцій різних типів розроблені, зокрема, підприємством «Зоря» – «Машпроект». На базі стандартного ряду суднових газотурбінних двигунів тут освоєно випуск когенераційних, газопарових і парогазових електростанцій електричною потужністю від 2,75 до 45,8 МВт (див. підрозділи 3.8, 4.3).

Мал. 4.39. Газопоршневі міні-ТЕЦ електричною потужністю 800 кВт «ВДМ»Газотурбінні електростанції в Росії випускають підприємства «Авиадвигатель» і ВАТ «Пермский моторный завод», що розробили 4 типорозмірні ряди енергетичних ГТУ потужністю 2,65–25 МВт з к.к.д.

21,8–39% відповідно. Типорозмірний ряд ГТУ потужністю 0,66–16 МВт з к.к.д. 27–32% розроблений ВАТ «Рыбинские моторы». Перспективні розробки ГТУ-електростанцій проводять НПО «Люлька-Сатурн» м. Москва, «Самарский КБ машиностроения» та ВАТ «Моторостроитель» і ВАТ «Пролетарский завод», м. Санкт-Петербург, «Мотор», м. Уфа та ін.

Малі електростанції на основі двигунів внутрішнього згоряння

Мал. 4.40. Газопоршневі міні-ТЕЦ електричною потужністю 500 кВт ВАТ «Первомайськдизельмаш»

Стаціонарні дизель-генераторні установки, які працюють на рідкому паливі, випускаються численними підприємствами Росії та України, що представляють широку номенклатуру дизельних електростанцій, придатних для використання в якості автономного джерела електричної та теплової енергії в умовах відсутності централізованого електропостачання та газопостачання. В останні роки багато з дизельних заводів СНД перейшли на випуск газових когенераційних електростанцій.

Таблиця 4.4. Основні характеристики когенераційних електростанцій на базі ДВЗ

Газопоршневі двигуни на природному газі з утилізацією тепла вихлопних газів, тепла охолодження циліндрів, маслосистеми і турбонагнітача випускаються ВАТ «Первомайськдизельмаш», (м. Первомайськ Миколаївської обл., Україна), ВАТ «Волжский дизель им. Маминых» (м. Балаково, Росія), ВАТ «Брянский машиностроительный завод» (м. Брянськ, Росія). ВАТ« Первомайськдизельмаш» освоїв випуск когенераційних блоковомодульних газопоршневих електростанцій потужністю 500 і 630 кВт. У ВАТ «Волжский дизель им. Маминых » (ВАТ «ВДМ») випускаються газопоршневі міні-ТЕЦ потужністю 500, 630 і 800 кВт (мал. 4.39, 4.40).

За показниками ефективності, рівнем автоматизації та експлуатаційними характеристиками вітчизняні установки дещо поступаються виробам провідних світових виробників (табл. 4.4).

В останні роки моторобудівні заводи СНД здійснюють ліцензійний випуск мініТЕЦ провідних світових виробників даної техніки. Зокрема, ВАТ «ВДМ» почало випуск електростанцій на базі двигунів «Jenbacher» (Австрія) і «Waukesha» (США), ВАТ «БМЗ» – випуск міні-ТЕЦ на базі двигунів фірм MAN (Німеччина) і «Вяртсила» (Фінляндія), ВАТ «Первомайськдизельмаш» – виробництво міні-ТЕЦ потужністю 57 кВт–6 МВт фірми MAN. Найбільше практичне застосування в Україні знайшли когенерційні електростанції фірми «Jenbacher».

Мал. 4.41. Газова електростанція фірми «Jenbacher» Газові електростанції «Jenbacher» потужністю від 250 кВт до 3 МВт (мал. 4.41) характеризуються не тільки високим електричним к.к.д. (до 39%) і коефіцієнтом використання теплоти (85–90%), але і можливістю роботи на широкому спектрі газоподібних палив (природний газ, пропан, факельний газ, метан стічних вод, біогаз, метан сміттєвих звалищ, шахтний метан, коксовий газ, супутній газ, генераторні гази), що визначає їх велике застосування у нафто-, газо-, вугледобувних компаніях; на нафтопереробних і нафтохімічних заводах; в металургійній промисловості; на тваринницьких комплексах та ін. Серед найбільш відомих реалізованих проектів на базі установок слід відзначити міні-ТЕЦ на шахтному метані, встановлену на електростанції шахти ім. Засядько (Україна) з проектною електричною потужністю 36 МВт і тепловою – 35 Гкал/год.