Портал по тригенерации, когенерации и мини-ТЭЦ

Комбинированная выработка тепловой и электрической энергии в котельных

с.н.с. B. C. Дубинин; с.н.с. К.М.Лаврухин, МАИ

(Окончание, начало в журнал "Новости теплоснабжения" № 4-5, 2002 г.).

Что касается блок-ТЭЦ с ДВС, то они достаточно распространены в Европе: так, на конец 1998 года только в Германии находилось в эксплуатации 5755 штук общей мощностью 6661 МВт. Для сравнения, суммарная электрическая мощность Мосэнерго составляет 14,8 ГВт или 14800 МВт. На Москву приходится 53% потребления вырабатываемой Мосэнерго электроэнергии, т.е. ориентировочная мощность, работающая на Москву, – 14800 ´ 0,53 = 7844 МВт. Таким образом, в Германии электрическая мощность мини ТЭЦ почти равна используемой Мосэнерго для питания г. Москвы.

В Великобритании суммарная мощность ТЭЦ может достигать в будущем 10-15 ГВт или 10000-15000 МВт, что может превышать всю установленную мощность Мосэнерго.

Отметим, что даже очень маленькие микро ТЭЦ на базе ДВС имеют приличные параметры. Так, в германском городе Гера организуется производство мотор-генераторов электрической мощностью до 5 кВт и тепловой – до 13,5 кВт. Коэффициент использования теплоты сгорания топлива – 93%. Себестоимость генерируемой электроэнергии – 6-8 пфенинг/кВт час. И это при европейских ценах на газ, в 15 раз превышавших внутрироссийские в 1999 году. Только в первый год планируется выпустить 1000 таких установок.

Как уже указывалось выше, г. Москва – наименее пригодный для внедрения поршневой техники регион России, так как паротурбинные ТЭЦ уже осуществляют комбинированную выработку тепловой и электрической энергии. Однако районные тепловые станции (РТС) имеют мощность 10 тыс. Гкал/час, что равно 11,6 ГВт. При применении газотурбинных надстроек РТС на круглогодичном тепловом потреблении (горячее водоснабжение) можно получить 1 ГВт электрической мощности. С учетом более высокого КПД двигатель-генератора и возможности их внедрения в небольшие РТС при использовании надстроек в РТС поршневого типа можно иметь величину электрической мощности большую, чем 1 ГВт. Однако вследствие более высокого КПД ДВС (до 50%) по сравнению с любыми паротурбинными установками, работающими по конденсационному циклу, ДВС можно использовать и летом с выбросом тепла выхлопных газов в атмосферу. При КПД 40% это означает возможность получения (по условиям пропускной способности газопроводов РТС 11,6 ´ 0,4 = 4,64 ГВт) электрической мощности круглогодично. Как показано выше, электрическая мощность Мосэнерго, обеспечивающая всю Москву, – 7,84 ГВт. То есть использование РТС как электростанций обеспечивает больше половины мощности, нужной г. Москве! Это означает, что все коммунальное хозяйство г. Москвы реально сделать автономным от Мосэнерго по электроэнергии (электроснабжение жилого фонда, бюджетных организаций, насосных станций водоканала, троллейбусов, трамваев и даже метро, которое относится к МПС вместе с пригородными электричками).

Газа такая система мощностью 4,5 ГВт будет жечь меньше, чем те же 4,5 ГВт от Мосэнерго, в связи с существенно большим КПД летом, по сравнению с работой ТЭЦ Мосэнерго по конденсационному циклу и круглогодичной комбинированной выработкой на тепловом потреблении по крайней мере 1 ГВт электрической мощности. При создании этой системы станут невозможными такие события, как отключение от отопления зимой 2001-2002 года 193 домов в г. Москве. Это означает, что в столице, как в условиях Приморья, живут примерно 115 тыс. человек. Что касается Московской области, то ее электрическая мощность не более (100 – 53)% от 14,8 ГВт всего Мосэнерго, т.к. Мосэнерго снабжает электроэнергией и другие области. То есть электрическая мощность Московской области не более 14,8 ´ (1 – 0,53) = 6,956 ГВт.

Тепловая мощность Московской области около 29 ГВт. Это означает (при КПД ДВС 40%) возможность получения до 29 ´ 0,4 = 11,6 ГВт электроэнергии, т.е. почти в 2 раза больше, чем необходимо Московской области. Суммарно возможная муниципальная электрическая мощность г. Москвы и Московской области больше, чем все Мосэнерго! Может быть, мэру и губернатору легче договориться друг с другом, чем с Мосэнерго. Тогда не исключено, что можно объединить электросети г. Москвы и близлежащих к ней городов. Может быть, этого хватит, чтобы обеспечить всю Москву муниципальной электроэнергией.

Что касается самой Московской области, то, вероятно, соотношение круглогодичной тепловой нагрузки и пиковой такое же, как в Москве.

Это означает возможность получения по аналогии с Москвой не менее 2,5 ГВт электрической мощности на круглогодичном тепловом потреблении или почти половину потребной электрической мощности (6,956 ГВт, как показано выше). То есть все коммунальные потребности Московской области в электроэнергии можно покрыть муниципальной электроэнергией, вырабатываемой на тепловом потреблении круглогодично с более чем в 2 раза меньшей затратой газа. То же самое, что можно сделать в Московской области, можно сделать и во всей России, где концентрация промышленных предприятий, потребляющих львиную долю электроэнергии, меньше. Это означает, что в большинстве городов России дешевым муниципальным электричеством на тепловом потреблении можно обеспечить не только коммунальные нужды, но и всю промышленность, и иметь доходы в городской бюджет от продажи электроэнергии предприятиям.

Посмотрим обеспеченность производственными возможностями этого предложения. Из всех 14 заводов России, производящих поршневые двигатели, выберем ЗАО «Волжский дизель имени Маминых», а из всей его номенклатуры – только один двигатель-генератор на природном газе мощностью 500 кВт. По словам заместителя генерального директора по производству дизель-генераторов, завод способен выпускать до 600 таких двигателей в месяц на существующих площадях и оборудовании. Это означает получение эжегодно электрической мощности:

500 ´ 600 ´ 12 = 3600000 кВт = 3,6 ГВт.

То есть всего один этот завод всего одним из своих трех двигателей способен за 4 года обеспечить оборудованием перевод Москвы и Московской области на муниципальное электричество!

Что касается всей России, то из-за выхода за парковый ресурс оборудования для удержания производства электроэнергии хотя бы на сегодняшнем уровне необходимо ежегодно вводить 7 ГВт электрогенерирующих мощностей. Газовые электростанции разных типов дают менее половины всей электроэнергии, вырабатываемой в России. Это означает, что один из 14 заводов всего одним из своих трех двигателей генераторов способен компенсировать всю ту часть энергетики России, выходящей за парковый ресурс, которая работает на газе.

Что касается восточных районов России, где вся энергетика работает на угле и тех регионов России, где достаточно древесных отходов, а также предприятий целлюлозно-бумажной промышленности с их отходами, то там надо применять паровые машины, но это тема другой статьи.

В данной статье предпринята попытка доказать экономическую целесообразность децентрализованной выработки электроэнергии по сравнению с централизованной для предприятий и населенных пунктов. Но дело в том, что глобальное потепление климата может привести к технической невозможности дальнейшей централизованной выработки электроэнергии. То, что г. Сочи, г. Туапсе и все побережье Черного моря в предновогоднюю неделю 2001 года осталось без электричества, – это, похоже, только начало. Очень жаль, что руководители этих городов пока не поняли, что происходит.

Мэр Сочи в своем выступлении по телевидению досадовал, что хваленые импортные провода подвели. Он не понял, что авария 2001 года носила качественно иной характер: именно потому, что провода были прочнее российских и не порвались вовремя под тяжестью налипшего на них снега, произошло падение 22 высоковольтных опор, чего никогда не было. Только в Сочинском и Новороссийском энергорайонах были повреждены 22 линии электропередач (ЛЭП). По Туапсинскому району число разрушенных опор ЛЭП превысило 2500; из них в Тенгинском сельском округе более 400 (видимо, здесь речь идет об относительно низковольтных ЛЭП на напряжение 10000 и менее вольт). Все началось еще 18 декабря 2001 года, а 18 января сообщалось, что к концу января 2002 года получат электроэнергию 9000 человек, оставшихся без света.

В этой ситуации по телевидению руководители Кубаньэнерго говорят о строительстве Сочинской ТЭС и строительстве еще одной линии электропередачи. Можно предположить, что, как всегда, все это строительство будет оплачиваться из возросшего тарифа на электроэнергию, а в очередную зиму побережье будет опять без электроэнергии – следовательно, без воды и отопления (насосы водозаборов и котельных приводятся электродвигателями). Надо не этим заниматься, а превратить каждую газовую котельную в мини ТЭЦ и строить не ЛЭП, а газопроводы. Они не боятся дождя при минусе 3 ° С, когда ледяная муфта на проводе ЛЭП достигает 15 сантиметров в диаметре. Климат меняется на глазах: в телевизионных интервью жители Черноморского побережья говорят, что за 10 последних лет зимние аварии в электроснабжении стали привычными. Изменения заметны и в средней полосе России: летом 2001 и 1998 годов ураганы в Московской области нарушили электроснабжение. Старожилы не помнят, чтобы в Московской области такое случалось раньше. Уже зима 2001-2002 года с ее морозами, еще далеко не достигшими расчетной для Москвы и Московской области температуры (–26 ° С), показала, чем это грозит. Из-за аварий теплотрасс в г. Волхове Ленинградской области без отопления остались 128 домов, где проживают 11 тыс. человек; в Москве на Солнечногорской улице без отопления осталось 38 домов. Тут надо напомнить, что в тридцатые годы в г. Москве расчетная температура была –30 ° С. До аварии в г. Москве 1978/79 годов расчетная температура была –25 ° С, а затем –26 ° С. Поэтому в районах послевоенной застройки при –30 ° С (даже при исправном оборудовании коммунального хозяйства) возможны аварии по сценарию 1978/79 годов в тогдашнем Брежневском районе Москвы. Мощности отопления не хватало, в помещениях было холодно, население включало электроотопительные приборы. Перегрузка энергосистемы, выход из строя оборудования, останов котельных с электроприводным вспомогательным оборудованием, обеспечивающих теплом более 1,5 миллиона человек, десятки тысяч людей заболели, 2000 летальных исходов на почве переохлаждения.

Еще не поздно каждую котельную превратить в мини ТЭЦ и избежать таких последствий.

Тут надо отметить, что опасна не сама по себе низкая температура окружающего воздуха, а сочетание с длительностью ее стояния. Например, в Москве зимой 2001/2002 года был момент, когда температура упала до –30 ° С за 12 часов, потом снова пошла вверх. Это не вызвало серьезных последствий из-за большой тепловой инерции зданий.

Член-корреспондент РАН Л.С.Попырин предупреждает: «Из приведенных исследований следует однозначный вывод о возможности крупных аварий в системе теплоснабжения Москвы. Масштабы возможных последствий велики, т.к. мощность частей системы теплоснабжения, в которых ТЭЦ не обеспечивают приемлемого значения температуры воздуха в отапливаемых жилых помещениях, достигает 50% общей мощности системы».

Допуск СРО генеральное проектирование в Екатеринбурге. Межрегиональная Проектная Группа.