Автономные источники электросабжения на основе паровых и газовых турбин малой мощности

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание

    Аннотация _________________________________________________стр.5 

    Введение___________________________________________________стр.6

1 Общая часть________________________________________________стр.7

2 Мини-ТЭЦ__________________________________________________стр.7

3 Микротурбинные установки_________________________________стр.10

        3.1 Общие сведения _____________________________________стр.10 

          

           3.2 Конструкция турбогенератора ________________________стр.11 

          3.3 Принцип работы МТУ________________________________стр.13

          3.4 Режимы работы установки____________________________стр.15 

4 Паровые турбогенераторы___________________________________стр.18

         4.1 Общие сведения _____________________________________стр.18

      4.2 Паровые винтовые машины___________________________стр.19  

Заключение__________________________________________________стр.23

Библиографический список___________________________________стр.24 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Аннотация 

  В представленной работе была произведена  оценка автономных источников электроснабжения на основе паровых и газовых турбин малой мощности, определены их преимущества и недостатки. Исследованы принципы их работы. Кроме того в работе были разобраны следующие моменты: 

  - Функциональные схемы с применением турбин малой мощности в мини-ТЭЦ 

  - Конструктивные особенности турбин  

  - Технические новшества  

  - Производители и модельные ряды 

  - Технические характеристики 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение  

В России централизованные электрические  системы основываются на крупных  ГРЭС с мощными паровыми турбинами, энергия от которых распределяется по сложной системе сетей, что  имеет определенные преимущества, так  как при строительстве крупных  станций снижается стоимость  киловатта установленной мощности. Однако оборудование этих станций сильно изношено, отчего надежность и качество снабжения как электрической, так  и тепловой энергией снижается до критического уровня. Растут себестоимость  и тарифы на производимую энергию. К  тому же одним из условий вступления России в ВТО является приведение цен на энергоносители к общемировому уровню.

Выход из сложившейся ситуации заключается  в ускоренном развитии распределенной электрической системы, состоящей  из множества преимущественно мелких источников, находящихся непосредственно  у потребителей. Такая система  обеспечивает дополнение и резервирование централизованных систем. При этом потребитель, например промышленное предприятие, обладающий собственным источником энергии, во-первых, получает ее по себестоимости, которая в разы ниже тарифов; во-вторых, повышает надежность энергоснабжения; в-третьих, может получать дополнительные выгоды от продажи электроэнергии соседям; в-четвертых, снижает пиковые нагрузки, что приведет к увеличению срока  службы оборудования; в-пятых, может  максимально использовать дешевое  местное топливо, что особенно выгодно  при замещении дизельных электростанций. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 Общая часть 

До сих  пор энергоснабжение большинства  российских промышленных предприятий  было организовано по элементарной схеме: электроэнергия отбиралась от сети, а  основные тепловые нужды покрывались  за счет собственных котельных. Эти  же котельные часто обеспечивают коммунальные потребности близлежащих  населенных пунктов. При этом энергетический потенциал топлива, преимущественно природного газа, сжигаемого для производства тепла, используется лишь на 30%.

Подобное  неэффективное использование энергоресурсов приводит к высокой энергоемкости  промышленного производства и отрицательно отображается на себестоимости конечной продукции предприятий.

Общемировые тенденции роста цен на энергоносители вынуждают потребителей обращаться к современным энергоэффективным  и экономичным технологиям автономной генерации. На данный момент широкое  распространение получили автономные системы на основе паровых и газовых  турбин малой мощности. 

    2 Мини-ТЭЦ

Мини-ТЭЦ (малая теплоэлектроцентраль) — теплосиловые установки, служащие для совместного производства электрической и тепловой энергии в агрегатах единичной мощностью до 25 МВт, независимо от вида оборудования. В настоящее время нашли широкое применение в зарубежной и отечественной теплоэнергетике следующие установки: противодавленческие паровые турбины, конденсационные паровые турбины с отбором пара, газотурбинные установки с водяной или паровой утилизацией тепловой энергии, газопоршневые, газодизельные и дизельные агрегаты с утилизацией тепловой энергии различных систем этих агрегатов. Термин когенерационные установки используется в качестве синонима терминов мини-ТЭЦ и ТЭЦ, однако он является более широким по значению, так как предполагает соместное производство (co — совместное, generation — производство) различных продуктов, которыми могут быть, как электрическая и тепловая энергия, так и другие продукты, например, тепловая энергия и углекислый газ, электрическая энергия и холод и т. д.

Фактически  термин тригенерация, предполагающий производство электроэнергии, тепловой энергии и холода также является частным случаем когенерации. Отличительной  особенностью мини-ТЭЦ является более  экономичное использование топлива для произведенных видов энергии в сравнении с общепринятыми раздельными способами их производства. Это связано с тем, что электроэнергия в масштабах страны производится в основном в конденсационных циклах ТЭС и АЭС, имеющих электрический КПД на уровне 30-35 % при отсутствии теплового потребителя. Фактически такое положение дел определяется сложившимся соотношением электрических и тепловых нагрузок населенных пунктов, их различным характером изменения в течение года, а также невозможностью передавать тепловую энергию на большие расстояния в отличие от электрической энергии.

Модуль  мини-ТЭЦ включает газопоршневой, газотурбинный  или дизельный двигатель, генератор  электроэнергии, теплообменник для  утилизации тепла от воды при охлаждении двигателя, масла и выхлопных  газов. К мини-ТЭЦ обычно добавляют  водогрейный котел для компенсации  тепловой нагрузки в пиковые моменты.

    

Рис. 2.1 Мини-ТЭЦ 

Практика эксплуатации мини-ТЭЦ показала, что они хорошо работают  как в  автономном, так и в аварийном режимах и используются для покрытия длительных или пиковых нагрузок. Мини-ТЭЦ устанавливаются на нефте-, газоперерабатывающих и химических заводах, предприятиях стекольной, бумажной, машиностроительной, текстильной и пищевой промышленности, в крупных административных и торговых центрах и больницах. 

Назначение мини-ТЭЦ

Основное  предназначение мини-ТЭЦ является выработка электрической и тепловой энергии из различных видов топлива. 
Концепция строительства мини-ТЭЦ в непосредственной близости к потребителю имеет ряд преимуществ (в сравнении с большими ТЭЦ):

• позволяет избежать затрат на строительство дорогостоящих и опасных высоковольтных линий электропередач (ЛЭП);
• исключаются потери при передаче энергии;
• отпадает необходимость финансовых затрат на выполнение технических условий на подключение к сетям централизованного электроснабжения;
• бесперебойное снабжение электроэнергией потребителя;
• электроснабжение качественной электроэнергией, соблюдение заданных значений напряжения и частоты;
• возможно, получение прибыли.

В современном  мире строительство мини-ТЭЦ набирает обороты, преимущества очевидны.

Преимущества

Основное  преимущество мини-ТЭЦ — близость к потребителям тепловой энергии. Снижаются или отпадают проблемы с теплосетями (трубопроводы, обеспечивающие подачу тепловой энергии от ТЭЦ к потребителям). В случае аварии, разрыва в теплосети возникают большие проблемы: разрытие грунта, временное отчуждение территории для ремонта теплосети, как правило перекрывается движение автотранспорта. По советским нормативам теплосети подлежали замене через 20-30 лет. На основе двигателей внутреннего сгорания существует оборудование «мини-ТЭЦ», позволяющее обеспечивать электро- и теплоснабжение отдельных домов, в том числе и индивидуальных домов (коттеджей).

Использование тепла мини-ТЭЦ

Значимую  часть энергии сгорания топлива  при выработке электроэнергии составляет тепловая энергия. 
Существует варианты использования тепла:

непосредственное  использование тепловой энергии  конечными потребителями (когенерация);

горячее водоснабжение (ГВС), отопление, технологические нужды (пар);

частичное преобразование тепловой энергии в  энергию холода (тригенерация);

холод вырабатывается абсорбционной холодильной  машиной, потребляющей не электрическую, а тепловую энергию, что дает возможность  достаточно эффективно использовать тепло  летом для кондиционирования  помещений или для технологических  нужд;

Топливо для мини-ТЭЦ

Виды  используемого топлива

газ: природный газ магистральный, природный газ сжиженный и другие горючие газы;

жидкое  топливо: нефть, мазут, дизельное топливо, биодизель и другие горючие жидкости;

твердое топливо: уголь, древесина, торф и прочие разновидности биотоплива.

Наиболее  эффективным и недорогим топливом в России является магистральный  природный газ, а также попутный газ. 

3 Микротурбинные установки 

    3.1 Общие сведения  

    В течение достаточно продолжительного периода времени (1960-1990 гг.) масштабное построение энергетических систем генерации  электрической энергии сдерживалось отсутствием адекватной технологической  базы. Применявшиеся в большой  энергетике паровые и газовые  турбины были неэффективны при работе в малых диапазонах мощностей (менее 10 МВт), дизельные и газопоршневые  генераторы не удовлетворяли экологическим  требованиям и вызывали нарекания  по эксплуатационным характеристикам, топливные ячейки находятся в  стадии совершенствования технологий и пока слишком дороги для большинства  практических применений.