FAQ про проектирование, строительство и запуск энергоцентров в России
Когенеационная газопоршневая установка цехового исполнения номинальной электрической мощностью — 1 МВт. Нижегородская область, г. Бор
Внешний вид энрегоцентра, 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 такойто 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.
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.
