FAQ про проектирование, строительство и запуск энергоцентров в России


    Когенерационная газопоршневая установка цехового исполнения номинальной электрической мощностью — 1 МВт. Нижегородская область, г. Бор


    Внешний вид энергоцентра, Нижегородская область, г. Бор. Номинальная электрическая мощность энергоцентра -3,6 Мвт, тепловая мощность – 14 МВт

    В позапрошлом году я писал про энергоцентры. За это время мы сдали еще несколько объектов, в частности, сейчас на разной стадии проработки находится 3 объекта. Где-то это полностью целые проекты, где-то – отдельные узлы. Спрос на энергоцентры сейчас в самом разгаре, и нашу команду просто засыпали вопросами. Поэтому вот FAQ ниже.

    — В двух словах, что это за энергоцентры?
    Автономная мини-электростанция, работающая на газе или другом топливе. Как и любой генератор, она выделяет некоторое количество тепла, которое используется для отопления объекта и других задач. Летом тепло можно не выбрасывать в атмосферу, а утилизировать через абсорбционную холодильную машину, что даёт ресурс для систем охлаждения ЦОДов и кондиционирования тех же торговых центров. Энергоцентр способен производить электроэнергию, тепло и холод.

    — Есть пример объекта?
    Да, пожалуйста. Например, сейчас работаем над энергоцентром для ЦОДа и нескольких административных зданий во Владикавказе. Всё это нуждается в электричестве, тепле и холоде. Они находятся на окраине города и довести туда электрические и тепловые сети недешево и долго, а газ уже проведён. Было принято решение построить собственный энергоцентр. Он небольшой по мощности — 3 Мегаватт электрической мощности и 1,6 Мегаватт тепла и холода. Холод необходим для центрального кондиционирования помещения и для подачи в машзал ЦОДа, а тепло для ГВС и отопления, это достаточно распространенная ситуация.

    — А напомните, что такое когенерация?
    Когенераторная установка вырабатывает одновременно электрическую и тепловую энергию. Эффективность использования топливных ресурсов в когенераторных установках на 30—40% выше, чем при раздельном производстве электроэнергии и тепла.

    — А тригенерация?
    Тригенерация – это ещё и производство холода. Когенераторные установки оснащаются системами теплообменников, утилизирующих тепло, выделяющееся при работе двигателя. Это тепло может быть использовано в технологических целях (в том числе и для производства пара), для отопления и горячего водоснабжения. Излишки тепла могут быть абсорбированы с целью получения охлажденной воды. В общем случае – захоложенной до 5 градусов Цельсия воды, идеально подходящей для систем кондиционирования тех же торговых центров, офисных и общественных зданий, ЦОДов.

    — Всегда ли используется тригенерация?
    Нет, не всегда. Энергоцентр может производить несколько типов энергоресурсов: электричество, тепло, холод, пар и СО. В зависимости от задач на конкретном объекте. Иногда нужно только электропитание, иногда – всё сразу. Использование нескольких энергоресурсов повышает общую эффективность энергоцентра. Например, в Нижегородской области есть коммерческий энергоцентр в поле на берегу Волги. Он производит электричество и тепло. Электричество поставляется как прямым потребителям (по прямому договору), так и в сеть по защищенному тарифу. Тепло поставляется в ближайший поселок по собственной теплотрассе.

    — Есть пример объекта, где делается только часть энергоцентра?
    К примеру, мы сейчас делаем для одного торгового центра просто котельную и инфраструктуру подачи газа. Это наиболее простой пример. Иногда делаем только транспортную инфраструктуру для топлива и так далее – разной работы много.

    Вот карточка одного из объектов:
    • Тип строительства – новое строительство.
    • Место расположения строительной площадки – город Бор, Нижегородская область.
    • Стадийность строительства — 3 очереди (КРОК участвовал в реализации только второй очереди).
    • Предназначение – продажа электроэнергии во внешнюю сеть, и теплоснабжение объектов муниципальной сферы поселка Октябрьский, Борского района.
    • Причина – создание коммерческого Энергоцентра для продажи энергоресурсов на розничных рынка энергоснабжения внешним потребителям.
    • Номинальные мощности второй очереди – электрическая мощность 1,6 МВт тепловая мощность — 1,8 МВт.
    • Исполнение ТЭЦ – цеховое.
    • Оборудование второй очереди– КГУ – MTU (Германия).
    • Срок окупаемости проекта – 3 года

    — Кому в России нужны такие энергоцентры?
    • ЦОДам, для них собственный энергоцентр – это и экономия, и возможность получить ещё один вектор питания/охлаждения.
    • Промышленным предприятиям, чаще всего – либо новым, либо реконструируемым. Здесь просто вопрос экономии.
    • Фермерским и жилищным хозяйствам, а также разным логистическим объектам, потребляющим от 1 до 50 МВт электрической мощности — здесь на первое место выходит автономность.
    • Торговым центрам: как и ЦОДы, они являются идеальным «клиентом» для энергоцентра, поскольку используют и энергию, и тепло и холод.

    — А как работает АбХМ для производства холода?
    Это такой здоровый чугунный аппарат размером в полквартиры. Там сложные химические процессы на основе литий-бромового раствора, постоянного испарения, конденсирования, в три цикла. В итоге, на вход даешь горячую воду, а на выходе получаешь охлажденную. Вот здесь в Википедии есть детали.

    — Чем отличаются турбинные энергоцентры от газопоршневых?
    Типом двигателя, вращающим генератор. Поршневой – это как ДВС в автомобиле, турбинный – как в самолёте. Мощности до 50 Мегаватт удобнее закрывать поршневыми двигателями. Те, которые 50 Мегаватт и больше, это уже разряд большой энергетики, вот там турбина. Но выбор не только по мощности, но и по режиму отбора.


    Элемент поршневого энергоцентра. В верхней части – воздушный коллектор с фильтром, в нижней части система блоков цилиндров.

    — Что такое режим отбора мощности?
    Турбина довольно долго «разгоняется», чтобы выйти на режим. К примеру, в Москве на ТЭЦ 21 и 24 стоят почти такие же турбины Siemens на 300 МВатт, как на Боингах (только больше и с некоторыми конструктивными отличиями). Для полноценного выхода на режим нужно от 20 до 25 минут. Если мощность прыгает постоянно, может возникнуть две ситуации: когда одна из турбин не включена (а её ресурс очень нужен) и когда турбин включено больше, чем нужно (в этом случае мы будем греть атмосферу). У газопоршневых машин время выхода на режим куда меньше — 5-7 минут. На практике объекты более 50 Мегаватт в нашем сегменте ЦОДов и торговых центров почти отсутствуют, поэтому мы используем преимущественно газопоршневые агрегаты.


    Внешний вид газопоршневой установки MTU


    Система сухих градирен ГПУ

    — А что бывает при скачках потребления?
    У первых энергоцентров, построенных чуть ли не в момент электрификации страны, была сложная балансировка. Современные делают всё onboard, как и те же ДВС автомобиля. Когда вы включаете музыку в машине, фары моргать не начинают — так и здесь, внутренняя система регулировки генератора мгновенно реагирует на изменения потребляемого тока, регулирует мощность отбора таким образом, чтобы все потребители питались без каких-либо отклонений в качестве и частоте. На сегодняшний день эта технология отлично отработана. Обычно в энергоцентры ставят большое количество контроллеров: на самом газовом агрегате, на КГУ, грубо говоря, на двигателе с присоединенным генератором. Нагрузка все время меняется в зависимости от внешних потребителей. Контроллер управляет мощностью, частотой вращения коленвала, подачей топлива и всеми режимами двигателя таким образом, чтобы стабилизировать выходные параметры.

    Так, один из параметров — шаг наброса и сброса электрической мощности – вопрос проектного решения в зависимости от потребностей заказчика. Для одних потребителей, например, для питания электричеством дата-центров, очень важен резкий наброс мощностей, для других, например, для промышленных предприятий, приемлем наброс в 10%-15% от номинальной мощности установки в минуту. К примеру, для типового потребления ТЦ 2-4 МВт можно использовать ГПУ, но важно, чтобы наброс мощности был не более 20% от номинальной мощности в минуту. Для иллюстрации — в среднем стандартный шаг наброса мощности на ГПУ – 15-20%, а ГТУ – ниже. Но даже если шаг наброса мощности на установке недостаточен для потребителя, это можно исправить, например, подпоркой внешней сети (на начальном этапе мощность будет браться дополнительно еще и из сети), либо комбинацией с источниками бесперебойного электроснабжения, либо установкой системы плавного пуска на стороне потребителя, либо настройкой контроллера таким-то образом. Все эти варианты проработки переходных процессов индивидуальны под объект и могут быть учтены на этапе проектирования.


    Принципиальная схема управления выдачей электрической мощности

    — Как отводится тепло от двигателя?
    Двигатель обвешивается теплообменниками, есть много разных схем. Тепло отводится от рубашки, от интеркулера, от выхлопа и так далее. В общем, всё то, что в противном случае уходило бы в атмосферу, уходит потребителям тепла.


    Внешний узел утилизации тепла

    — А что с выхлопными газами?
    Они образуются так же, как при работе обычного ДВС в автомобиле. Мы используем оборудование американского или европейского производства.Природный газ – относительно чистое топливо. Содержание вредных примесей в выхлопе соответствует половине или даже одной четверти немецкого стандарта TA-luft, который в свою очередь гораздо жёстче российских норм. Часто в городской среде существующий высокий фон не позволяет сделать замеры нашего выхлопа.

    — А что вообще с экологией генераторов энергии?
    Экологические последствия есть в любой генерации. Гидроэнерегетика вляет на природу через изменения уровня и направления рек. Атомная известна выбросами и необходимостью захоронения\переработки отработанного топлива. Чистая солнечная и геотермальная энергетика, но ее применение ограничено. Газовая генерация, которую мы используем, значительно чище ТЭЦ на угле и мазуте.

    — Какова обычная себестоимость производства ресурсов в своём энергоцентре?
    Зависит от деталей по конкретному объекту. В общем случае — в 1,5-2 раза ниже тарифов местных энергосбытовых компаний. По нашей практике, ежегодная экономия от внедрения локального энергоцентра составляет 25—30% (в сравнении с использованием ресурсов энергосбытовой компании).

    — Можно ли вводить мощности в эксплуатацию поэтапно?
    Да, и это очень удобно, когда нужно распределить инвестиции на 1-2 года: ввод мощностей делается поэтапно по мере роста потребности в них. Но, понятно, в хороших руках, в тех руках, которые умеют организовывать процесс эксплуатации, любой энергоцентр, даже плохо спроектированный, будет работать хорошо, и затраты будут постоянно невысокими на эксплуатацию. И, наоборот, можно хорошо сделать энергоцентр, но отдать это в кривые руки, то из-за человеческого фактора затраты будут постоянно расти, и в конечном итоге могут вообще, убить весь бизнес. Это человеческий фактор, это фактор организации процесса эксплуатации. Последний полостью наш проект, (упомянутый во Владикавказе) сделан достаточно аккуратно и удобно для эксплуатации. Поддержанием нормальной работы пригодности этого комплекса и проведением штатных регламентных работ занимается минимальное количество людей. Сейчас там объекте постоянно всего один человек присутствует – диспетчер.

    — Когда делается ТО?
    На стандартных агрегатах — каждые 2000 моточасов. На практике это осмотр 1-2 инженерами 4 раза в год. Иногда это делаем мы, но чаще – эксплуатационные команды заказчиков.

    — Какое можно использовать топливо?
    Природный газ, биогаз из отходов деревообработки и животноводческих хозяйств, биогаз очистных сооружений и мусороперерабатывающих заводов, уголь, топливные пеллеты. В моей практике 98% энергоцентров работает на природном газе.

    — Цена на газ ведь не фиксированная: если тарифы на электроэнергию растут, она же тоже может расти?
    Темпы роста тарифов на электроэнергию и на газ могут различаться, но вилка между ними всегда будет примерно одинаковой, поскольку электроэнергия есть продукт от газа. Конечный продукт всегда дороже сырья.

    — Что чаще всего спрашивают до заказа?
    Примерно в 20% случаев мне звонят инженеры-технологи и задают конкретные технические вопросы. В остальных 80% случаев вопросы касаются финансовых и временных показателей: как получить внутреннюю норму рентабельность 30% (легко), сколько примерно стоит такой-то энергоцентр в таком-то районе с такой-то мощности, какая нужна площадь под застройку, сколько времени строится, сколько будет стоить по нашей практике внешняя газовая труба и так далее. Соответственно, поскольку таких звонков очень много, мы сделали специальный калькулятор. Он примерный, но зато даёт отличное представление о том, сколько что будет стоить для ЦОДа или ТЦ. Если вы разбираетесь в финансах и уже прочитали FAQ выше, то сможете легко увидеть параметры своего энергоцентра — а именно, прикинуть, стоит ли вообще строить или нет, понять порядок затрат. Дальше я могу помочь с опытом и расчётами.

    UPD: не хабражители присылают мне вопросы в почту, некоторые, думаю, будут интересны всем. Они ниже.

    — Какой приблизительно КПД обеспечивается поршневой установкой при работе на газе и генерации тепла и электроэнергии?
    До 43% электрический, до 50% тепловой. В сумме до 93%.

    — Вы пишете что мощности до 50 МВт удобнее закрывать описываемыми установками, в действительности существует огромное количество ГТЭС мощностью от 10 до 50 МВт. Почему удобнее? Имеется ввиду, что ГПУ удобнее, чем ГТУ.
    Дешевле и стоимость оборудования, и эксплуатация.

    — Сколько персонала требуется для обслуживания и контроля установки мощностью ~25 МВт?
    Необходимо разделить персонал оперативный и осуществляющий техническое обслуживание. Круглосуточно на станции обычно находится не менее 2 человек, в то же время в дневную смену могут работать до 6-7 человек. Техническое обслуживание осуществляют подрядные организации, количество персонала примерно от 1 до 3 человек в зависимости от сложности выполняемых работ

    — Сколько длятся по времени РР2000?
    От 6 до 8 часов с учетом времени остывания оборудования

    — Вы пишите, что время полноценного выхода на номинальный режим ГТУ занимает время 20 — 25 минут. По факту из состояния горячего резерва (схема собрана, ротор не вращается) время порядка 12 минут — это полный цикл со всеми прогревами и выходом на номинал, в экстренной ситуации время ~4 минут. Если же ГТУ работает не на номинале то скорость наброса нагрузки сильно зависит от типа двигателя, если двигатель авиационный то с 10% нагрузки на номинал ~ 5сек, судовые естественно дольше.
    ГТУ рассматриваем энергетические. Их инерционность гораздо выше ГПУ.

    — И еще вопрос, на чем реализована АСУиР установки?
    Принципиально АСУиР построено на контроллерах, которые определяет поставщик оборудования, наиболее часто используют контроллеры Siemens и ComAp.

    Калькулятор вот здесь.
    Прошлый пост с карточкой строительства одного из объектов в 2012 году и фотографиями.

    C удовольствием отвечу на ваши вопросы здесь в комментариях или по почте dmarkin@croc.ru.
    КРОК
    138.55
    №1 по ИТ-услугам в России
    Share post

    Comments 23

      +1
      Вот интересно, не очень давно искал решения по небольшим генераторам, способным давать электричество преобразованием энергии текущей воды. То есть, такие персональные мини-гидроэлектростанции. Был удивлён отсутствием предложений.
        +4
        Не думаю, что большой спрос. Свои ручьи, которые можно запрудить встречаются не так уж и часто )
          0
          Проблема в том, что с маленького ручейка даже 100Ватт не снять, а если это какая-никакая но речушка с потоком в 1м/с, то у неё, наверняка, совсем другой хозяин и с ним нужно будет договариваться отдельно.

          Но вообще по запросу «мини-ГЭС» в любом поисковике можно найти прилично материала.
          • UFO just landed and posted this here
        • UFO just landed and posted this here
          0
          А вы не рассматривали возможность использования высокотемпературных топливных элементов в своих проектах? У них выше электрический КПД и вроде бы они требуют меньше усилий по техническому обслуживанию, чем комбинация поршневого двигателя и генератора. Насколько я понимаю, они уже коммерчески доступны и используются практически в той же самой нише небольших когенерационных установок.
            0
            Данные решения производителями пока в России не поддерживаются, себестоимость кВт*ч выше, чем на ГПУ, стоимость установок более 3000Евро\1кВт. Плюс невысокие единичные мощности, экстремально высокие рабочие температуры.
            В будущем, возможно, эта технология будет применяться активней, особенно учитывая её экологические достоинства.
            0
            А как решается вопрос с экологией, при установке в городском секторе?
            Относительно небольшой дизель генератор согласовать развлечение ещё то.
              0
              Решается легко. И по содержанию примесей в выхлопе, и по шуму. Газовые двигатели гораздо «чище» дизельных.
              +1
              "… в 1,5-2 раза ниже тарифов местных энергосбытовых компаний"
              Вообще это конечно удивительно, что своя электро-теплостанция дешевле. Мне казалось, что должно быть наоборот.
                0
                У нас, при оптовой цене 1 руб за квт*ч розничная цена в районе 3.5 рубля.
                  0
                  Ну собственно в большинстве случаев и есть наоборот, потому вы и не видите сотен тысяч энергоцентров по всем городам и весям. Но иногда (и довольно часто, но, разумеется, не повсеместно) обстоятельства складываются иначе.

                  Сами подумайте. Предположим, что у вас где-то стоит электростанция. Мощная, дешёвая, всё классно. Но потребители-то не возле неё прямо живут! Нужно от неё разводить энергию, оплачивать ремонт ЛЭП, и т.д. и т.п. Чем дальше — тем дороже. На каком-то расстоянии уже дешевле поставить свою электростанцию. Но это расстояние-то зависит от числа потребителей! Чем больше нужно энергии — тем у неё меньше удельная себестоимость.

                  Так и получается, что какому-нибудь мелкому потребителю всё ещё выгодно платить «втридорога» за дотянутую до него бог-весть-откуда электроэнергию, а для достаточно большого датацентра — выгоднее своя энергостанция.
                    0
                    Есть ощущение, что даже в квартире со счётчиком воды пользоваться холодной трубой и бойлером выгоднее, чем двумя трубами. Не учитывал стоимость замены бойлера при выработке ресурса, но ежемесячный платёж при использовании бойлера ощутимо меньше.
                      0
                      Самое удивительное, что это может и не быть желанием «содрать с вас три шкуры». Дело в том, что трубы с горячей водой «гниют» гораздо быстрее, а их ремонт влетает в копеечку. И вполне может оказаться, что в каких-то случаях реально выгоднее было бы не заморачиваться со всем этим, а просто поставить бойлер в каждую квартиру. Только, конечно, ресурс бойлера тоже стоит учесть, да. Он тоже со временем портится и его нужно сначала ремонтировать, а в конечном итоге — и менять.
                        0
                        Кроме труб есть ещё здание котельной и сотрудники котельной. И я понимаюпонимаю, что бойлера нужно ТО, а потом и замена. Ремонт вряд ли. Что-то мне подсказывает, что у бытовых недорогих бойлеров ремонтопригодность никакая. И что работу 24*7*365 не факт что выдержат. Поэтому и пишу про «ощущение», а не " я тут чётко посчитал и удивился".
                        • UFO just landed and posted this here
                    • UFO just landed and posted this here
                      0
                      надеялся при помощи калькулятора узнать примерную стоимость за киловатт установленной мощности, но не тут-то было :)
                        0
                        Очень интересная тема. Есть несколько вопросов:

                        1. Работали с жилыми комплексами или только с промышленными? Сильно отличается периодизация и отношение объемов потребления тепла и электричества?
                        2. Управление газогенератором идет по потреблению электричества? Что делаете с излишками/недостатками тепла/холода? На сколько эффективно и в каком количестве можно запасать тепло/холод?
                        3. В наших широтах зимой нужно много тепла на отопление, а летом в разы меньше (только на ГВС). При правильной организации отопления расход электричества зимой и летом практически одинаковый. Как боретесь с пиками потребления тепла зимой? Газовые котлы?
                        4. Не пробовали добавлять в систему тепловые насосы для компенсации пиков потребления тепла/холода?
                        5. Слышал, что в некоторых странах излишки электричества при генерации можно продавать в городскую энергосеть по тарифам близким к тарифам этой сети. Есть ли такое в России? Не знаете как происходит процесс передачи в городскую сеть?
                        6. Обычно энергоцентр покрывает все потребности по эл-ву и теплу или работает в паре с городской сетью? Как происходит управление нагрузкой при совместном использовании. Средствами САУ генератора или вы разрабатываете управление как отдельный модуль системы?
                        • UFO just landed and posted this here
                            0
                            1. С жилыми комплексами работали по теплоснабжению. ТЭС для ЖКХ тоже может быть рентабельной.

                            2. Управление да, по потреблению. Излишки — байпасс\пиковый котел. Запасаем под суточные колебания в водяном конденсаторе (большая изолированная емкость с водой).

                            3. Хотя по статистике потребление электричества зимой тоже возрастает, но да, используем газовые котлы.

                            4. Тепловые насосы — хотели бы, но цена вопроса пока не позволяет.

                            5. Излишки в энергосеть — описанный в данном посте проект уже несколько лет успешно реализует эту схему. Излишки электричества, непроданного по прямым договорам с потребителями, поставляются в сеть по защищенному тарифу, включающему и операционные затраты и инвестиционную составляющую. Опыт положительный, обращайтесь.

                            6. Может работать как в паре с сетью, так и закрывать все потребности. Управление — отдельный модуль.
                          • UFO just landed and posted this here
                              0
                              Мне как-то было интересно бывает ли что-то такое для часного дома, примерно как газовый котел но с выводом электричества. Вроде чего-то такого экономически обоснованного не нашел.

                              Only users with full accounts can post comments. Log in, please.