Вы здесь

Что такое газопоршневая электростанция или как получить собственную электроэнергию в два раза дешевле?

Газопоршневая электростанция (аббревиатура ГПЭС) представляет собой автономный и эффективный генерирующий комплекс для одновременной выработки электрической и тепловой энергий. ГПЭС работает на базе поршневых двигателей внутреннего сгорания и генераторов переменного тока – газопоршневых установок (аббревиатура ГПУ).

Топливом для двигателя является природный газ или другой горючий газ, например попутный нефтяной (аббревиатура ПНГ). Технология работы газопоршневой электростанции, при которой вырабатывается одновременно два ресурса – электроэнергия и тепло – называется когенерацией. Газопоршневая электростанция позволяет также получать из тепловой энергии дополнительный ресурс – холод. Такая технология называется тригенерацией.

Устройство газопоршневой электростанции на примере MWM (Германия)

Главным узлом газопоршневой электростанции является газовый двигатель MWM, соединенный и установленный на одной раме с генератором переменного тока. Установка оснащается управляющим оборудованием, необходимым для функционирования всего энергокомплекса. В процессе конструирования газопоршневых установок MWM используются последние научные разработки и знания, накопленные за десятилетия успешной работы немецкого предприятия.

Общий вид газопоршневых установок MWM:

Газопоршневая установка в комплекте, согласно требованиям заказчика, устанавливается внутри специального контейнера или стационарно (в здании). Для обеспечения должных условий эксплуатации ГПУ, а также требований нормативно-технической документации, электростанция оснащается необходимыми системами и вспомогательным оборудованием.

Основные системы инженерного обеспечения и безопасности:

  • система топливоснабжения;
  • система дымоудаления;
  • система маслоснабжения;
  • система вентиляции;
  • система тепломеханики (в том числе система утилизации тепла);
  • система электромеханики;
  • система автоматики;
  • система связи;
  • система охранно-пожарной сигнализации и пожаротушения;
  • и другие.

Принцип работы газопоршневой электростанции

Горючий газ заданных параметров поступает в газопоршневой двигатель. В процессе сжигания топлива образуется механическая энергия, которая передается через вал на генератор и преобразуется там в электрическую энергию стандартных параметров качества.

Вырабатываемая электроэнергия через кабельные линии передается на распределительное устройство необходимого уровня напряжения (генераторная ячейка) с последующей передачей до приёмного узла электросети предприятия заказчика.

Во время работы установки образуется значительное количество тепловой энергии (система охлаждения двигателя, отработавшие дымовые газы, нагретое масло), которая снимается с помощью теплообменников и котлов-утилизаторов (система утилизации тепла). Вырабатываемая тепловая энергия подается в существующую тепловую сеть предприятия. При неполном использовании попутного тепла от электростанции осуществляется его утилизация посредством градирни.

Точки подключения газопоршневой установки в действующую систему энергоснабжения предприятия определяются на стадии выполнения проектных работ и зависят от существующей схем электро-, тепло- и газоснабжения.

Режим работы электростанции

В зависимости от условий работы потребителя, газопоршневая электростанция может работать в двух режимах по отношению к внешней энергосистеме:

  • Автономный режим — внешние сети отсутствуют или будут отключены, электроснабжение осуществляется от ГПЭС.
  • Параллельный режим — электростанция работает параллельно с внешней сетью, электроснабжение осуществляется от двух источников. Это наиболее надежный и часто встречающийся режим работы. Электростанция при запуске синхронизируется с эталонными показателями сети. Но при этом необходим контроль и исключение обратного перетока выработанной электроэнергии во внешнюю сеть, что является требованием сетевых компаний при подключении ГПЭС.

Топливо

Газопоршневые установки работают на различных видах горючего газообразного топлива. Наиболее распространенным и эффективным видом топлива является природный газ.

Другие возможные виды газообразного топлива:

  • биогаз;
  • попутный газ;
  • шахтный газ;
  • очистной газ;
  • рудничный газ;
  • коксовый газ;
  • сжиженный газ (пропан, СПГ) и др.

При использовании альтернативных видов газообразного топлива необходим предварительный анализ газа, проверка состава и параметров газа на соответствие требованиям завода-изготовителя.

Система утилизации тепла

Система позволяет получить тепловую энергию необходимых параметров:

  • Горячая вода — стандартный температурный график 90/70°С, используются водогрейные теплообменники и котлы-утилизаторы. При необходимости параметры можно поддержать с помощью дополнительны-пиковых котлов.
  • Насыщенный пар — для стандартных параметров используются паровые котлы-утилизаторы. Перегретый пар можно получать с помощью опционального оборудования.

Исполнение газопоршневых электростанций

Под исполнением электростанции понимается вид и характер ее установки на площадке предприятия заказчика. В зависимости от требований заказчика и условий размещения автономной электростанции на предприятии выделяют два основных вида исполнения газопоршневых установок:

  1. Контейнерное исполнение — ГПУ со всем вспомогательным оборудованием и системами устанавливается внутри специального контейнера.
  2. Стационарное исполнение — ГПУ со всем вспомогательным оборудованием и системами устанавливается на капитальном фундаменте быстровозводимого здания.

Контейнерное исполнение значительно сокращает сроки запуска объекта в эксплуатацию и стоимость его реализации, а также не имеет жестких ограничений по размерам. Контейнер может быть смонтирован и запущен в работу в течение нескольких недель.

Пример контейнерной блочно-модульной электростанции производства технического холдинга «Электросистемы», Санкт-Петербург:

Пример стационарной электростанции производства технического холдинга «Электросистемы», Санкт-Петербург:

Преимущества контейнерного исполнения ГПЭС

Контейнерное или блочно-модульное исполнение газопоршневых электростанций обладает рядом преимуществ по сравнению с другими видами исполнений:

  • Быстрота запуска — мини-ТЭС мощностью 4 МВт может быть смонтирована и запущена за 45 дней.
  • Оптимальность затрат — блочная сборка и заранее подготовленные контейнеры позволяют значительно удешевить проект.
  • Мобильность — возможность оперативного перемещения мини-ТЭС на новое место установки.
  • Простота наращивания мощности — контейнерное исполнение позволяет оперативно увеличить мощность электростанции за счет установки дополнительных модулей.
  • Простота ремонта — контейнерное исполнение позволяет оперативно демонтировать двигатель для ремонта или выполнить ремонт на месте.
  • Простота транспортировки — контейнеры для электростанций изготавливаются в габаритах, обеспечивающих быстрое и недорогое транспортирование любыми видами транспорта.

Строительство газопоршневых электростанций под ключ

При строительстве газопоршневых электростанций основное внимание уделяется качеству и комплексу оказываемых услуг, поэтому, как правило, такие проекты реализуют инжиниринговые компании, выполняющие весь комплекс работ «под ключ» – от проектных работ до запуска нового объекта генерации в эксплуатацию и его обслуживания.

Этапы выполнения работ по строительству газопоршневой электростанции «под ключ»:

  • согласование,
  • проектирование,
  • производство и комплектация,
  • монтаж и строительство, пуско-наладочные работы,
  • сервисное обслуживание и поставка расходных материалов.

Каждый этап этой технологической цепочки важен, невозможен без других и требует достаточной компетенции исполнителя. Если все работы выполняются одной компанией «под ключ», то итоговая стоимость такого объекта будет ниже, чем если бы каждый этап выполняли разные подрядчики. Также единый исполнитель проконтролирует качество работ на каждом этапе, чего нельзя сказать о нескольких подрядчиках, где каждый отвечает только за свой конкретный объем, а не за проект в целом.

Проектирование

Выполнение проектных работ является одним из наиболее ответственных этапов строительства газопоршневой электростанции. Именно на данном этапе формируются основные технические решения, выпускается и согласовывается проектная документация, создаётся визуализация целого объекта и отдельных его узлов.

Например, технический холдинг «Электросистемы», как одно из передовых инжиниринговых предприятий России, предоставляет качественные услуги в сфере проектирования объектов генерации разной степени сложности на основе двадцатилетнего опыта работ в данной отрасли и большого количества успешно реализованных проектов в России и странах СНГ.

Поставка оборудования

В зависимости от потребностей заказчика и условий реализации проекта согласовывается спецификация объема поставки основного генерирующего оборудования – газопоршневой установки. ГПУ марки MWM обладают отменными техническими характеристиками, позволяющими покрывать практически любые потребности в электрической энергии.

Технический холдинг «Электросистемы» является официальным дилером и сервис-партнером MWM – одним из ведущих брендов в сфере производства когенерационных газопоршневых установок автономного энергоснабжения.

Производство

После заказа основного оборудования необходимо выполнить его пакетировку – увязать оборудование и все необходимые для работы системы внутри блок-модуля, произвести необходимые опорные и ограждающие конструкции (в том числе сами блок-модули), изготовить дополнительное оборудование. На площадку заказчика оборудование должно поступить в максимальной заводской готовности.

Одно из конкурентных преимуществ технического холдинга «Электросистемы» – наличие собственных производственных мощностей по изготовлению и комплектации контейнеров - модулей газопоршневых установок различной мощности.

Строительно-монтажные работы

Выполнение строительно-монтажных работ на площадке заказчика включает следующие основные виды работ: земляные работы, устройство фундаментов, строительство зданий и сооружений, монтаж технологического оборудования, монтаж блок-модулей и контейнеров, строительство линейных и сетевых объектов, организация ограждений и подъездных путей, благоустройство и др.

Технический холдинг «Электросистемы» имеет допуски на выполнение строительных работ широкого спектра и предлагает заказчику комплексные и эффективные решения.

Пусконаладочные работы (ПНР)

Наладка является завершающим этапом строительства газопоршневой электростанции. На этом этапе под авторским надзором инженеров от завода-изготовителя ГПУ проводятся комплексные работы, включающие в себя испытания, запуски оборудования, осуществляются необходимые проверки вспомогательного оборудования. Главной задачей пусконаладочных работы является контроль всех режимов работы ГПУ на холостом ходу и под нагрузкой, обеспечение выхода оборудования на номинальные параметры работы.

Технический холдинг «Электросистемы» предоставляет полный комплекс ПНР на объектах любой степени сложности.

Удалённый мониторинг работы электростанции

По желанию заказчика инжиниринговая организация может осуществлять удаленную диспетчеризацию и мониторинг за работой генерирующего оборудования в режиме реального времени из единого диспетчерского пункта. Данный вид сервиса позволяет повышать надежность работы ГПЭС и оперативно реагировать на любые изменения в работе оборудования.

Технический холдинг «Электросистемы» предлагает услуги по удаленной диспетчеризации и мониторингу новых или уже действующих газопоршневых электростанций.

Сервисное обслуживание

Эксплуатация газопоршневой электростанции – непростое дело и требует от владельца высоких компетенций и технического уровня сотрудников. Поэтому в большинстве случаев собственники мини-ТЭС заключают долгосрочные договоры на сервисное техническое обслуживание и эксплуатацию генерирующего оборудования. Дополнительным преимуществом является, если обслуживающая организация является официальным дилером или сервис-партнером завода-изготовителя. Это позволяет получить наиболее оптимальные цены на запасные части, сократить сроки их поставки, а также повысить качество оказываемых услуг.

Технический холдинг «Электросистемы» осуществляет сервисное обслуживание введенного в эксплуатацию энергокомплекса в различных регионах России, а также за рубежом.

Преимущества газопоршневых электростанций

Гарантии надёжной и долговременной работы газопоршневых электростанций можно получить лишь при комплексе оказываемых услуг: поставка оригинального генерирующего оборудования с завода-изготовителя и выполнение всех работ по строительству объекта автономной генерации «под ключ».

Крупнейшими производителями газопоршневых установок в мире являются MWM, Caterpillar, Jenbacher, Cummins, Man и др.

Немецкие газопоршневые установки MWM имеют ряд преимуществ по сравнению с другими генерирующими установками или ГПУ других марок:

  • максимальный электрический КПД среди установок своего класса (до 48%);
  • возможность получения относительно бесплатных попутных продуктов (когенерация и тригенерация);
  • низкий уровень себестоимости производства электроэнергии;
  • оптимальная стоимость установок;
  • широкая линейка номинальных мощностей установок;
  • длительные межсервисные интервалы и максимальная наработка до капитального ремонта среди установок своего класса;
  • компактность, возможность блочно-модульного исполнения;
  • экологичность и безопасность, отвечающие европейским нормам;
  • оптимальные расходы на сервисное обслуживание и эксплуатацию;
  • быстрая окупаемость проектов.

Эффективность экономики газопоршневых электростанций

Один из основных критериев установки ГПЭС – снижение затрат на энергоснабжение. Экономический эффект от использования газопоршневой электростанции связан с размещением генерирующего объекта в непосредственной близости от потребителя – энергоснабжение производится по себестоимости выработанной электроэнергии, что в большинстве случаев гораздо ниже розничной цены с монопольного рынка.

В итоге, потребитель имеет возможность получать электроэнергию значительно дешевле, чем от гарантирующего поставщика.

Себестоимость выработанного киловатта на газопоршневой электростанции в ценах 2020 года не превышает 2 рублей. При равномерных электрических нагрузках, с использованием потенциала тепловой энергии, эта цифра может только уменьшаться.

В связи с этим, строительство и владение газопоршневой электростанцией сегодня имеет весьма привлекательный срок окупаемости для предприятия-потребителя – до 5 лет. При этом, сроки строительства укладываются, как правило, в один календарный год. Для сравнения, технологическое присоединение нового мощного производства к внешним электрическим сетям может занимать больший период времени, особенно если требуется строительство новых электрических линий и трансформаторных подстанций.

Крупные распределительные сети, к которым подключается новый объект, довольно статичны и медлительны в вопросах изменения или строительства своих сетей. Зачастую крупные потребители вынуждены платить немаленькие деньги для такого подключения, чтобы компенсировать электросетям их затраты. В этом аспекте реализация проекта строительства собственной ГПЭС становится не только доступным, но и очевидно выгодным и логичным шагом.

Стоимость газопоршневых электростанций

Преимущества газопоршневых электростанций для потребителя очевидны, но каждый владелец бизнеса умеет считать деньги, особенно свои, поэтому вопрос стоимости газопоршневых ТЭС всегда остается одним из основных.

По средним оценкам инжиниринговых компаний, организующих реализацию проектов мини-ТЭС, ориентировочная удельная стоимость строительства такого объекта «под ключ» составляет около 600-650 евро за 1 кВт установленной мощности. Данные расценки являются абсолютно конкурентными в разрезе получения упомянутых выше преимуществ, и грамотные бизнесмены это понимают.

Безопасность и экологичность

Основное генерирующее оборудование ГПЭС является источником загрязняющих веществ. При работе на природном газе выбросы загрязняющих веществ (NOx) в атмосферу для установок MWM составляет менее 500 мг/Нм3.

Уровень рассеивания загрязняющих веществ определяется расчетным способом исходя из конкретных фактических условий и основного нормативного требования – срез дымовой трубы ГПЭС должен быть выше на 3 м, чем подпор ближайшего здания.

Шумовое воздействие

Основное шумопроизводящее оборудование ГПЭС — это ДВС ГПУ, вентиляторы системы вентиляции и вентиляторы сухих градирен. Наибольшим источником шума является ДВС ГПУ. При блочно-модульном исполнении двигатель располагается внутри блок-модуля, собранного из сэндвич-панелей, имеющих шумопоглащающие характеристики (по паспорту) около 31-32 дБа. Таким образом, шум ДВС ГПУ за блок-модулем значительно снижается. В зависимости от расстояния от места установки ГПЭС до ближайшего строения вне предприятия заказчика достигается нелинейное снижение уровня шума. Расчеты уровня шума и звукового давления производятся по ГОСТ 31295.2-2005 / ИСО 9613-2:1996. Дополнительно (при необходимости), могут использоваться иные средства защиты от физического воздействия газопоршневой электростанции. 

Технический холдинг «Электросистемы» – ведущее инжиниринговое предприятие России, основным направлением деятельности которого является строительство объектов малой энергетики – газопоршневых электростанций «под ключ». За 20 лет введено в эксплуатацию порядка ста газопоршневых установок в различных регионах РФ.

Технический холдинг «Электросистемы» - официальный российский дилер и сервис-партнер MWM.

Получить квалифицированную консультацию можно по многоканальному телефону: +7 (495) 649-81-79