Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


АВТОНОМНЫЕ СИСТЕМЫ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ



ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ В ЗДАНИЯХ. МИРОВОЙ ОПЫТ.

Энергосбережение в жилищном секторе Европейского Союза.

В Европейском Союзе потребление энергии зданиями составляет около 40% от всей выработанной энергии. Снижение энергопотребления в строительном комплексе – одна из основных задач на повестке дня для Европейского Союза. Эта задача тесно связана не только с конкурентоспособностью экономики, но и с воздействием человека на окружающую среду и изменением климата. В конце 2006 года Евросоюз взял на себя обязательства по снижению энергопотребления на 20  % к 2020 году. При этом две трети энергии, потребляемой зданием, необходимо для работы систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Высокий потенциал энергосбережения в зданиях давно признан правительствами большинства стран ЕС. По расчетам Еврокомиссии, объем потребления энергии зданиями и сооружениями может быть сокращен на 30  % при использовании экономически эффективных мер. Первые регулирующие документы стали разрабатываться ещё в 1980-х и 90-х годах, однако именно в последнее время для снижения потребления энергии зданиями были приняты соответствующие меры в сфере строительства и рынка недвижимости и выпущен целый ряд законодательных актов [2]:

1) Директива по энергопотреблению зданий (Energy Performance of Buildings Directive, 2002).

Директива устанавливает требования к энергетической эффективности зданий. Основная цель документа – обеспечить создание на национальном уровне базы для улучшения энергетической эффективности жилых и общественных зданий через установление необходимых к соблюдению количественных показателей энергопотребления и энергоэффективности:

- для вновь возводимых зданий;

- для существующих зданий;

- для инженерных систем зданий;

- для строительных материалов и конструкций.

Директива предписывает необходимость получения энергетического паспорта здания (energy performance certificates). В случае общественных зданий информация об энергетическом паспорте должна быть общедоступна.

2) Директива по экологическим требованиям к энергопотребляющей продукции (Directive on Ecodesign of Energy Using Products, 2005).

Первая редакция директивы относилась только к продукции и товарам, непосредственно потребляющим энергию. Новый документ под названием Директива по экологическим требованиям к продукции, влияющей на потребление энергии (Ecodesign Requirements for Energy-Related Products Directive) включил в себя требования ко всей продукции, которая потребляет энергию или оказывает влияние на потребление энергии.

3) Директива по маркировке продукции классом энергетической эффективности (Energy Labelling Directive, 2010).

Директива включает требования к продукции, влияющей на энергопотребление зданий, включая элементы системы отопления, приводы, насосы, вентиляторы, лампы освещения и прочее оборудование инженерных систем.

4) Директива поувеличению доли использования возобновляемых источников энергии (Directive for the Promotion of the Use of Energy from Renewable Sources, 2009).

Увеличение доли энергии, получаемой из возобновляемых источников (ВИЭ), является важнейшей частью энергетической политики ЕС.  Европейский союз поставил перед собой цель получать 20  % первичной энергии из возобновляемых источников к 2020 году. Данная директива содержит соответствующие требования к странам – членам ЕС.

5) Директива по энергетической эффективности (Energy Efficiency Directive, 2012).

Директива имеет более общий характер, но вводит несколько административных процедур, влияющих на энергопотребление зданий для стран – членов ЕС.  Документ предписывает проведение аудита энергопотребления и реконструкцию существующих зданий. Отдельно рассматривается вопрос, касающийся увеличения эффективности систем комбинированного производства электрической и тепловой энергии.

 

Рисунок 2.1 – Национальные сертификаты здания, определяемые по годовому удельному потреблению домом энергии на отопление (кВт·ч/м2).

а – Energieausweis, Германия; б – сертификат BER, Ирландия

В дополнение к законодательным и административным действиям ЕС предлагает и программы для финансирования проектов в области повышения энергоэффективности. Кроме того, во многих странах-членах ЕС существуют национальные стандарты по строительству и энергосбережению (DIN 18599: Оценка энергоэффективности здания – Германия, Сертификат энергетической характеристики здания – Англия и т.д.). Согласно директиве ЕС, с 2020 года все возводимые здания должны проектироваться согласно принципам пассивного дома (то есть согласно максимальным требованиям энергоэффективности). По английской («BREEAM») и немецкой («DGNB») методикам экологической и энергетической оценки ежедневно сертифицируются тысячи зданий.

Таким образом, в Европе энергоэффективное или «зелёное» строительство давно стало стандартом, требования которого в будущем будут только повышаться. В развитии энергосбережения европейские государства участвуют не только нормативными актами и регулированием, но зачастую субсидиями и особыми условиями для экологичных проектов в энергетике и строительстве.

СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Спорткомплекс подключён к трансформаторной подстанции ТП-108 через силовой кабель типа АСБ 3х95, по которому передаётся ток напряжением 0, 4 кВ. Кабель подключается к силовому щиту, расположенному на фасаде здания. Далее кабель заведён в силовую распределительную коробку, находящуюся в техническом подвале спорткомплекса, откуда электроэнергия распределяется по потребителям через клеммы и переключатели (см. рисунок 4.1).

Рисунок 4.1 – Схема электроснабжения спорткомплекса СГАУ

Отдельного счётчика электроэнергии в спорткомплексе не установлено, поэтому общий расход складывался из суммы расходов всех электроустановок, рассчитанных по фактическому использованию.

Основным потребителем электроэнергии в спорткомплексе СГАУ являются электродвигатели системы вентиляции и водоподготовки, система освещения. Также в спорткомплексе установлена электрокотельная ЭК-50 для нагрева воды в бассейне мощностью 50 кВт, однако она работает только около 1 месяца в году после отключения подачи горячей воды в спорткомплекс (обычно – с начала мая до июня). Электронагреватель сауны мощностью 6 кВт используется не более 1 часа в день и в общем балансе электропотребления не играет значительной роли. Количество потребляемой электрической энергии определяется установленной мощностью электродвигателей для привода вентиляторов и насосов, а также продолжительностью их работы (за год). Система освещения более подробно рассмотрена в главе 5.

Таблица 4.1 – Потребители электрической энергии.

Потребитель Мощность (кВт) Годовое потребление (кВт·ч) Годовое потребление (руб.)
1. Эл/дв. АИР160S8 7, 5
2. Эл/дв. АИР132М8 5, 5
3. Эл/дв. АИР71В6 0, 55 3049, 2
4. Эл/дв. АИР90L4 2, 2 12198, 8
5. Эл/дв. АИР63А4 х 2 0, 25 х 2 = 0, 5
6. Эл/дв. АИР71А4 0, 55 х 2 = 1, 1 6098, 4
7. Эл/дв. АИР160S4
8. Эл/дв. АИР90L4 х 3 2, 2 х 3 = 6, 6 36590, 4
9. Насос КАР-550 х 2 4, 71 х 2 = 9, 42 52224, 48
10. Насос Vortex HZ601 0, 058 321, 55
11. Элетрокотельная
12. Нагреватель сауны
13. Освещение 44076, 20
14. Спорткомплекс

Таким образом, годовое потребление электроэнергии спорткомплексом составляет 348561, 03 кВт·ч или 1042782 рубля в реальном выражении. Максимальная потребляемая мощность при работе всего электрооборудования может составить 105 кВт.


СИСТЕМА ОСВЕЩЕНИЯ

Задачи энергообследования системы освещения:

- Определить тип, количество и мощность установленных на объекте световых приборов.

- Исследовать уровни освещённости на предмет соответствия нормам.

- Определить режим работы освещения и состояние ламп и светильников.

- Рассчитать годовое потребление электроэнергии.

- Выявить потенциал энергосбережения в системе освещения и предложить меры по его реализации.

СИСТЕМА ВОДООТВЕДЕНИЯ

По проекту сброс условно чистых стоков в ливневую канализацию составляет 103 м3 в сутки, с максимальным часовым расходом в момент промывки фильтра – 22 м3. Суточный сброс фекальных стоков в канализацию составляет 190 м3, с максимальным часовым сбросом 19, 5 м3. Также по проекту предусмотрено опорожнение ванны раз в месяц для чистки и дезинфекции (в настоящий момент – раз в год), хотя при привязке проекта допускается изменение этого срока.

В настоящий момент абсолютно все стоки сбрасываются в канализационную сеть по тарифу 8 рублей 6 копеек за 1 кубический метр. Пренебрегая потерями на испарение в бассейне примем сброс сточных вод равным объёму поставленной холодной воды (9490 м3), а также рассчитанному в главе 8 расходу горячей воды (5327 м3). Тогда годовой объём сточных вод за 2013 год будет равен 14817 м3, что при стоимости 1 м3 в 8, 06 рублей составит 119425 рублей.


 

 
 

8 СИСТЕМА ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

D = 100 мм
Горячее водоснабжение (ГВС) осуществляется от тепловых сетей кампуса СГАУ, которые, в свою очередь, получает горячую воду от ОАО «Волжская ТГК». Границей балансовой принадлежности тепловых сетей и эксплуатационной ответственности сторон являются фланцы задвижек, установленных в тк-12 (см. рисунок 8.1). Учёт потреблённого всей тепловой сетью СГАУ тепла производится счётчиком КМ-5. Согласно договору теплоснабжения №14410 ОАО «Волжская ТГК» поставляет в среднем университету 3, 072 Гкал/час при допустимом максимуме в 29, 667 Гкал/час. Стоимость 1 Гкал тепловой энергии составляет 933 рубля.

В здание спортивного комплекса горячая вода подводится и отводится через стальные трубопроводы диаметром 100 мм к тепловому узлу, в котором она разбирается на нужды отопления и бытового пользования. Индивидуальный счётчик тепла в спорткомплексе не установлен. Температура подачи теплоносителя регулируется поставщиком по температурному графику в зависимости от температуры наружного воздуха. По этому же графику персонал спорткомплекса регулирует температуру горячей воды в обратном трубопроводе (которая согласно договору не должна превышать предельного значения из графика). Попытка измерить текущий расход теплоносителя ультразвуковым расходомером Portaflow 330 в подающем трубопроводе оказалась неудачной. Несмотря на снятый внешний слой покрытия трубы при измерении, счётчик не смог установить сигнал – по-видимому, трубы изнутри покрыты шлаком и ржавчиной, что делает измерение расхода ультразвуковым методом невозможным.

Рисунок 8.2 – Схема теплового узла системы теплоснабжения спорткомплекса СГАУ.

Стоит отметить, что имеющаяся разводка горячей воды по спорткомплексу существенно отличается от проекта и даже от последней документированной схемы (1986 г.). В частности, фильтр-грязевик стоит уже после забора воды на калориферы и горячее водоснабжение (в души и уборные), что приводит к повышенному содержанию механических примесей в данных системах.

В настоящее время при определении пиковых значений потребления тепловой энергии при заключении договора теплоснабжения сотрудниками СГАУ используется приближённый расход тепловой энергии на отопление и горячее водоснабжении по данным компьютерной программы «Расчёт потребности в тепле и топливе». В этой программе приведены и годовые расходы тепловой энергии. Также максимальные значения тепловых нагрузок приведены в проектных данных спорткомплекса. Значения из этих двух источников отражены в таблице 8.1.

 

Таблица 8.1 – Параметры системы отопления по проектным и расчётным данным

Параметр Размерность Проект Программа
Максимальный расход тепла на отопление МВт 0, 366 0, 272
Максимальный расход тепла на вентиляцию МВт 0, 488 0, 437
Максимальный расход тепла на горячее водоснабжение МВт 1, 06 0, 215
Максимальный расход тепловой энергии на спорткомплекс МВт 1, 919 0, 924
Удельная тепловая характеристика для отопления 0, 3489 0, 279
Удельная тепловая характеристика для вентиляции 0, 4652 0, 437
Гидравлическое сопротивление системы кг/м2 -
Расход воды в системе теплоснабжения м3 27, 5 -
Годовой расход энергии на отопление МВт·ч / Гкал 4185, 048/ 3853, 961 639, 65/
Годовой расход энергии на ГВС МВт·ч / Гкал 5164, 32/ 4185, 048 402, 398/
Годовой расход тепловой энергии МВт·ч / Гкал 9349, 368 / 8039, 009 (максимальный) 1042, 048 /
Годовые денежные затраты на теплоснабжение руб

Существенные различия в годовом расходе тепла на горячее водоснабжение обуславливается тем, что в проектных данных указаны максимальные (пиковые) значения потребления тепловой энергии, которые не могут применяться при определении годовых затрат (однако в таблице они отражены).

Для определения наиболее приближённого к реальным условиям значения потребления тепловой энергии воспользуемся проектными данными (удельная отопительная характеристика и объём здания) и рассчитаем годовое потребление тепловой энергии.

Годовые затраты тепловой энергии на нагрев приточного воздуха в системе вентиляции составят:

где Qвент – годовой потребление тепловой энергии на вентиляцию, Гкал;

0, 8598 – коэффициент перевода из МВт·ч в Гкал;

10-6 – коэффициент перевода из Вт в МВт;

Vот – вентилируемый объём здания, м3;

qот – удельная характеристика на отопление, ;

tв.ср, tн.ср – средние (расчётные) температуры воздуха внутри и снаружи здания соответственно, °С.

nот – количество часов работы системы отопления в сутки, ч;

zот – количество суток в отопительном периоде.

Годовые затраты тепловой энергии на вентиляцию составят:

где Qвент – годовой потребление тепловой энергии на вентиляцию, Гкал;

0, 8598 – коэффициент перевода из МВт·ч в Гкал;

10-6 – коэффициент перевода из Вт в МВт;

Vвент – вентилируемый объём здания, м3;

qвент – удельная характеристика на вентиляция, ;

tв.ср, tн.ср – средние (расчётные) температуры воздуха внутри и снаружи здания соответственно, °С.

nвент – количество часов работы системы вентиляции в сутки, ч;

zот – количество суток в отопительном периоде.

Затраты на горячее водоснабжение определяются по формуле:

где Qгвс – годовой потребление тепловой энергии на ГВС, Гкал;

a – норма расхода горячей воды на 1 спортсмена в сутки, л/чел;

N – количество суток в отопительном периоде;

Св – теплоёмкость воды, ;

tг, tх – температура воды в системе горячего и холодного водоснабжения соответственно, °С;

10-6 – коэффициент перевода из ккал в Гкал.

К затратам на тепловую энергию прибавится также расход тепла на подогрев воды в бассейне, который по проекту равен Qбасс=377, 792 Гкал в год.

Таким образом, годовое потребление тепловой энергии составит:

Тогда среднечасовая мощность по тепловой энергии составит 459870 ккал/ч или 0, 535 МВт.

Среднечасовые и пиковые мощности отдельных систем теплоснабжения из расчёта работы 24 часа в сутки за отопительный период (203 дня) представлены в таблице 8.2.

Таблица 8.2 – Среднечасовое потребление тепловой энергии различными системами спорткомплекса

Система Максимальная (пиковая) мощность Среднечасовая мощность, кВт
Отопление 272 кВт / 0, 234 Гкал/ч 193, 6 кВт / 0, 167 Гкал/ч
Вентиляция 437 кВт / 0, 376 Гкал/ч 166, 3 кВт / 0, 143 Гкал/ч
Горячее водоснабжение 215 кВт / 0, 185 Гкал/ч 84, 9 кВт / 0, 073 Гкал/ч
Подогрев воды бассейна 90, 7 кВт / 0, 078 Гкал/ч 90, 7 кВт / 0, 078 Гкал/ч
Общее потребление 1014, 7 кВт / 0, 873 535, 5 кВт / 0, 461 Гкал/ч

Также в ходе обследования тепловых сетей спорткомплекса была проведена тепловизионная съёмка ограждающих конструкций и отопительных приборов (приложение Б).


 

СИСТЕМА ВЕНТИЛЯЦИИ

Проектные данные

В спорткомплексе запроектирована приточно-вытяжная вентиляция с механическим побуждением.

По проекту вентиляция бассейна рассчитана из условия борьбы с влагой. По проекту производительность приточной установки П-1 определена из условия поддержания в зале бассейна влажности воздуха 70% в наиболее неблагоприятный переходный период и составляет 13 000 м3/ч. Расчёт калориферов произведён на расчётную отопительную температуру наружного воздуха (-30 °С). Подача приточного воздуха с температурой +24 °С осуществляется в верхней зоне. Вытяжка осуществляется в рабочей зоне, под балконом для зрителей. В летнее время естественный приток воздуха в зал бассейна предусматривается через витраж бассейна.

Приточная вентиляционная установка гимнастического зала П-2 осуществляет воздушное отопление зала при температуре внешнего воздуха от +5 °С, обеспечиваемой радиаторами дежурного отопления, до +15 °С. Калориферные установки рассчитаны на обеспечение нагрева наружного воздуха от расчётной отопительной температуры до температуры притока = +22°С. Сосредоточенная подача приточного воздуха осуществляется через воздухораспределяющий насадок в верхнюю зону со скоростью 4, 5 м/сек. Вытяжка осуществляется в противоположной стороне зала в верхней зоне (40%) и рабочей зоне (60%) – под балконом для зрителей. Производительность установок определена из условия обеспечения санитарной нормы подачи воздуха для 50 спортсменов и 250 зрителей (наиболее неблагоприятный вариант).

Приточные установки зала бассейна и гимнастического зала оборудованы пластинчатыми глушителями и самоочищающимися масляными фильтрами КД-2006. Калориферы имеют самостоятельную подводку от узла управления.

Рисунок 9.1 – Схема механической вентиляции спорткомплекса СГАУ

Калориферы приточных установок П-3 и П-4, обслуживающих раздевальные и вестибюль, рассчитаны на нагрев приточного воздуха от расчётной вентиляционной температуры наружного воздуха (-30 °С). Проектом предусматривается 10-кратная вытяжка из помещений хлораторной и аммиачной. Забор удаляемого воздуха осуществлён в нижней и верхней зонах помещений.

Расход тепла на вентиляцию 0, 420 , удельная тепловая характеристика для вентиляции .

Защитное заземление

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (индуктивное влияние, вынос

потенциала) и т.д.

Замыкание на корпус или точнее электрическое замыкание на корпус – это случайное электрическое соединение токоведущей части с металлическими нетоковедущими частями электроустановки. Замыкание на корпус может стать результатом, например: случайного касания токоведущей части корпуса машины, поврежденная изоляция, падение провода, находящегося под напряжением, на указанные металлические нетоковедущие части и т.п.

Задача защитного заземления - устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу и другим нетоковедущим металлическим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением.

Область применения защитного заземления – трехфазные сети до 1000 В с

изолированной нейтралью и выше 1000 В любым режимом нейтрали. Защитное заземление следует отличать от так называемого рабочего заземления – преднамеренного электрического соединения с землей отдельных точек электрической сети (например, нейтральной точки, фазного провода и т.п.), необходимого для надлежащей работы установки в нормальных или аварийных условиях. Рабочее заземление осуществляется непосредственно или через специальные аппараты – пробивные предохранители, разрядники, резисторы и т.п.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной дипломной работе были рассмотрены особенности энергоснабжения административного здания на примере спорткомплекса СГАУ. Было проведено энергообследование, при котором составлены схемы инженерных сетей здания, определено годовое потребления энергии объектом, а также рассчитан потенциал энергосбережения.

Для количественной оценки годовой потребности спорткомплекса в энергоносителях был произведен расчет необходимого количества тепловой и электрической энергии для работы оборудования, освещения, систем, отопления, вентиляции, горячего и холодного водоснабжения. По полученным результатам были предложены два проекта внедрения автономного энергоснабжения.

Каждый из проектов был рассмотрен с экономической и технической точки зрения. В результате их технико-экономического анализа, а также оценки конкурентоспособности, в здании спорткомплекса СГАУ предпочтительнее внедрить проект автономного энергоснабжения на основе ГПУ-ТЭЦ.

ПРИЛОЖЕНИЕ Б – Тепловизионная съёмка спорткомплекса

Рисунок Б.1 – Тепловизионная съёмка крыши зала бассейна

Рисунок Б.2 – Тепловизионная съёмка игрового зала

 

Рисунок Б.3 – Тепловизионная съёмка решётки вытяжной вентиляции бассейна

Рисунок Б.4 – Тепловизионная съёмка решётки вытяжной вентиляции бассейна

Рисунок Б.5 – Тепловизионная съёмка фундамента здания спорткомплекса

Рисунок Б.6 – Тепловизионная съёмка остекления зала бассейна


 

ПРИЛОЖЕНИЕ В – Схемы первого и второго проекта автономного энергоснабжения

Рисунок В.1 – Схема первого проекта автономного энергоснабжения СГАУ

Рисунок В.2 – Схема второго проекта автономного энергоснабжения СГАУ

АВТОНОМНЫЕ СИСТЕМЫ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ

1.1 Автономное энергоснабжение жилых, общественных и промышленных объектов.

Автономное энергоснабжение – это процесс бесперебойного обеспечения объекта необходимой энергией из источников, независимых от существующих централизованных сетей распределения энергии.

Изначально развитие систем автономного энергоснабжения было развито с необходимостью снабжать энергией объекты, которые располагались вдали от электро- и теплосетей. Такими объектами могли быть и промышленные предприятия с большим энергопотреблением (нефтяные вышки, строящиеся объекты). Однако в последнее время автономные системы получили распространение благодаря и двум другим факторам.

Во-первых, преобразование энергии и её транспортировка до конечного потребителя больше всего влияет на удорожание энергии. Поэтому для собственников жилья и предприятий стоимость тепла и электроэнергии от собственных источников зачастую оказывается более низкой, чем при покупке у традиционных поставщиков. Во-вторых, подключение к сетям зачастую может стоить в разы больше, чем годовое потребление объекта, что обуславливается включением в оплату за подключение стоимости строительства питающих линий и подстанций. В российских условиях на стремление предприятий обзавестись собственными источниками энергии влияет также ненадежность централизованных энергетических сооружений и непрекращающийся и планомерный рост тарифных ставок энергоснабжающих организаций [42].

Система автономного энергоснабжения (САЭ) – это совокупность устройств, обеспечивающих производство, преобразование и распределение энергии, работа которых не зависит от внешних сетей распределения энергии. Системы автономного энергоснабжения могут быть основными или аварийными, покрывающими потребность в энергии объекта полностью или частично, а также полностью (только на основе возобновляемых источников энергии) или частично независимыми от внешних источников энергии.

Рисунок 1.1 – Принципиальная схема вспомогательной САЭ

Автономные системы основного энергоснабжения объекта – это САЭ, полностью (или в большей степени) обеспечивающие потребность объекта в энергоресурсах.

Автономные системы вспомогательного энергоснабжения объекта – это САЭ, обеспечивающие только часть потребности объекта в энергии или снабжающие энергией лишь отдельные системы или установки объекта.

Аварийные (резервные) системы энергоснабжения объекта – это САЭ, обеспечивающие энергоснабжения основных (жизненно важных) систем объекта при полном или частичном отключении энергоснабжения объекта от централизованных сетей на минимальный период времени, необходимый для восстановления нормального энергообеспечения объекта.

1.2 Проектирование систем автономного энергоснабжения

Первоочередным этапом в проектировании САЭ является определение потребления объектом энергии. При этом следует определить тип необходимой системы (основная или резервная), а также разделить потребную мощность по видам и системам энергоснабжения (электроснабжение, отопление, холодная вода, пар и т.д.). После определения пиковой и среднечасовой потребной мощности следует приступать к выбору конкретных типов установок и решений, исходя из технико-экономического обоснования. В жилых коттеджах и зданиях, как правило, для электроснабжения используется электрогенератор на дизельном или газовом топливе. Для теплоснабжения используется теплота утилизируемых газов электрогенераторных установок или отдельная котельная. На промышленных предприятиях и в крупных административных зданиях (которые отличаются гораздо большим энергопотреблением) широко применяется три вида оборудования для производства энергии: газотурбинные установки, энергоблоки на базе двигателей внутреннего сгорания, а также сочетание паровых котлов и турбин.

В большинстве случаев выгодным с точки зрения использования энергии является применение при проектировании САЭ когенерации – одновременной выработки тепловой и электрической энергии (как правило, за счёт утилизации теплоты уходящих газов или пара).

Также при проектировании САЭ рассчитывается возможный экономический эффект при переходе на автономную систему энергоснабжения. Для этого сравниваются различные варианты покрытия потребности предприятия в тепловой и электрической энергии. В каждом случае учитываются затраты на энергоносители и материалы (электричество, газ, тепло, моторное масло и т.д.), на проектирование, приобретение, монтаж, наладку оборудования, прокладку инженерных коммуникаций, эксплуатационные издержки.

Для всех вариантов определяется конечная себестоимость тепла и электричества, производится расчет годовой экономии и срока окупаемости капитальных вложений. Рассматриваются также вопросы надежности энергоснабжения. Особого внимания заслуживает тема общего ресурса оборудования и интервала между капремонтами [41].

1.3 Использование теплоэлектроцентралей малой мощности в системах автономного энергоснабжения.

Мини-ТЭЦ – электростанция с комбинированным производством электроэнергии и тепла, расположенная в непосредственной близости от конечного потребителя.

В качестве источника энергии в мини-ТЭЦ, как сказано выше, используются газопоршневые установки (далее – ГПУ) с дизельными или газовыми двигателями внутреннего сгорания (далее – ДВС) и газотурбинные установки (далее – ГТУ). Сравнение цикла газотурбинных и газопоршневых двигателей представлено на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 – Рабочий цикл газотурбинных и поршневых двигателей

Мини-ТЭЦ могут применяться в качестве основного или резервного источника электроэнергии для коммунального хозяйства и очистных сооружений, организаций промышленности и сельского хозяйства, в административных и медицинских учреждениях, жилых комплексах, как в автономном режиме, так и совместно с централизованными системами электроснабжения и тепла.

Достоинствами мини-ТЭЦ являются:

- низкая стоимость вырабатываемой электроэнергии и тепла;

- КПД мини-ТЭЦ достигает 88–92%, что вдвое больше того же показателя традиционных ТЭЦ на паровых турбоагрегатах;

- многотопливность (возможность использования в качестве топлива отходов, попутных газов при нефтедобыче, отходов древесины при проведении санитарных вырубок);

- гибкость в конструкции, исполнении и использовании, широкий выбор технологических схем для получения электроэнергии, тепла в виде пара/горячей воды или холода (вода с температурой 6–12°С) для систем кондиционирования;

- возможность максимально приблизить производство энергии к потребителям, а следовательно, сократить протяженность сетей, снизить затраты на их строительство и содержание;

- быстрая окупаемость;

- низкий расход топлива, большой моторесурс и долговечность;

- экологическая безопасность.

Капитальные затраты при применении мини-ТЭЦ могут компенсироваться за счет низкой себестоимости энергии в целом и отсутствием затрат на подключение к централизованным сетям. Более того, при подключении новых мощностей отпадает необходимость в строительстве ЛЭП, ТП, протяженной кабельной сети. По имеющимся оценкам, передача газа по газопроводам в 10–12 раз экономичнее передачи электрической энергии по высоковольтным линиям электропередачи.

Затраты на тепло- и электроснабжение, по различным оценкам, могут снизиться в 3, 5–4 раза, а срок окупаемости при этом составит от 3 до 5 лет. Современные технологии позволяют использовать в качестве топлива для силовых установок мини-ТЭЦ попутные газы нефтедобычи, нефтепереработки, отходы санитарной вырубки леса, органический мусор.

1.3.1 ТЭЦ на основе газопоршневых установок

Наибольшей эффективностью, надежностью и универсальностью отличаются установки на основе газопоршневых двигателей внутреннего сгорания [41]. Диапазон применяемых единичных мощностей от 20 кВт до 3 МВт, тип и количество устанавливаемых агрегатов обеспечивают оптимальную конфигурацию для получения необходимой мощности мини-ТЭЦ в зависимости от режимов ее использования. Ряд независимо работающих установок в сочетании с высоким КПД в условиях неполной нагрузки обеспечивают надежность и гибкость энергоснабжения, позволяя наилучшим образом удовлетворять быстро меняющиеся потребности. Время запуска подобных систем из холодного состояния невелико по сравнению с аналогичной характеристикой парогазовых или паровых электростанций на угольном, нефтяном или газовом топливе. Запущенная система на основе ДВС способна оперативно реагировать на изменения нагрузки, при необходимости обеспечивая быструю стабилизацию параметров сети.

Рисунок 1.3 – Газопоршневая когенерационная установка компании MWM GmbH

Тепловая энергия может поставляться конечному потребителю, в зависимости от его потребностей, в форме пара (вплоть до перегретого пара с давлением до 20 бар), горячей воды или горячего масла. Тепло может также использоваться в абсорбционном процессе охлаждения для производства охлажденной воды.

Возможно также использование абсорбционных тепловых насосов для повышения температуры охлаждающей воды низкотемпературного контура до более высокого уровня, позволяющего использовать эту воду в системах централизованного теплоснабжения с высокой температурой возврата. Для компенсации краткосрочных рассогласований между графиком потребностей в электроэнергии и тепле/холоде могут использоваться аккумуляторы горячей и холодной воды.

Типичный КПД (по отношению к энергии топлива) при использовании двигателей внутреннего сгорания для производства электроэнергии находится в диапазоне 40–48%; в схемах когенерации с эффективной утилизацией тепла КПД может достигать 75–85%. В схемах тригенерации необходимая гибкость может быть достигнута за счет поддержания запасов горячей и охлажденной воды, а также резервных (пиковых) мощностей – компрессорных холодильных установок и работающих за счет непосредственного сжигания топлива резервных водогрейных котлов.

1.3.2 Автономные установки на основе дизельных генераторов

В качестве первичного двигателя в дизель генераторах используются двигатели внутреннего сгорания с воспламенением топлива от сжатия воздуха – дизели. Энергия, выделившаяся при сгорании топлива, в дизеле производит механическую работу и теплоту. Механическая работа на валу двигателя используется для выработки электроэнергии генератором электрического тока.

Газодизель (двутопливный двигатель) работает при воспламенении газовоздушной смеси от самовоспламенения запальной дозы жидкого топлива (5–12% от цикловой порции при работе на жидком топливе). Газ – попутный нефтяной, шахтный, природный без предварительной очистки.

Области использования дизель-генераторов: в качестве резервного, вспомогательного или основного источника электроэнергии на предприятиях, в строительстве, аэропортах, гостиницах; узлах связи, системах жизнеобеспечения и т.п. в автономном режиме или совместно с централизованными системами электроснабжения. КПД таких установок достигает 40-45% без утилизации теплоты и 70-80% с утилизацией. Единичные мощности дизелей составляют величину от 0, 1 до 5 МВт.

Дизельные моторы, которые традиционно применяются в районах, где отсутствует централизованное энергоснабжение, могут оснащаться теплообменным оборудованием. В этом случае они представляют собой мини-ТЭЦ. При этом находит применение бросовое тепло выхлопных газов (их температура обычно составляет 450-500°С), а в моделях с глубокой утилизацией - также тепло систем охлаждения и смазки двигателя, как показано на рисунке 1.4.

Кроме дизелей в качестве базы для мини-ТЭЦ используют газовые и газодизельные двигатели внутреннего сгорания. В так называемом газовом режиме газодизели обычно действуют на смеси газа и небольшого количества (от 1 до 10%) дизельного топлива.


Поделиться:



Последнее изменение этой страницы: 2017-04-12; Просмотров: 756; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.115 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь