Малая энергетика

5. Дизельные электростанции

     Наряду  с централизованным способом электроснабжения потребителей от сетей энергосистем в ряде случаев необходимо предусматривать  местные источники электроснабжения. К ним относятся дизельные  электростанции, которые широко используются также в качестве резервных установок, обеспечивающих электрической энергией потребителей при отключении питания в случае аварий на линиях энергосистемы. Для потребителей с повышенными требованиями к бесперебойности электроснабжения установка резервных источников электроснабжения обязательна.

     Сегодня в малой электроэнергетике преобладающими являются дизельные электростанции (ДЭС). Широкое применение ДЭС определяется рядом их важных их преимуществ перед  другими типами электростанций:

1. высокий КПД (до 0,35–0,4) и, следовательно, малый удельный расход топлива (240–260 г/кВт·ч);
2. быстрота пуска (единицы-десятки секунд), полная автоматизация всех технологических процессов, возможность длительной работы без технического обслуживания (до 250 часов и более);
3. малый удельный расход воды (или воздуха) для охлаждения двигателей;
4. компактность, простота вспомогательных систем и технологического процесса, позволяющие обходиться минимальным количеством обслуживающего персонала;
5. малая потребность в строительных объемах (1,5–2 м3/кВт), быстрота строительства зданий станции и монтажа оборудования (степень заводской готовности 0,8–0,85);
6. возможность блочно-модульного исполнения электростанций, сводящая к минимуму строительные работы на месте применения.

     Главными  недостатками ДЭС являются высокая стоимость топлива и ограниченный по сравнению с электростанциями централизованных систем срок службы (ресурс).

     По  назначению дизельные электростанции и электроагрегаты подразделяют на стационарные и передвижные, а  по исполнению— сооружаемые во временных и постоянных помещениях. В зависимости от объемов автоматизации станции и электроагрегаты могут быть 1,2 и 3-й степени автоматизации. Они могут быть выполнены с воздушной, водовоздушной или радиаторной, а также водоводяной — двухконтурной системами охлаждения.

     На  дизельных электростанциях применяют  генераторы типов СГД (синхронный генератор, дизельный), ЕСС (единой серии с самовозбуждением), ЕС (единой серии), МСД открытого  и МСА защищенного исполнения с самовентилированием и др.

     Передвижные дизельные электростанции выполнены как комплектные электроустановки, смонтированные на каком-либо транспортном средстве и защищенные от атмосферных воздействий. Дизельные электроагрегаты также выполняют как комплектные установки в виде отдельных блоков, чаще всего смонтированными на общей раме.

     Стационарные  дизельные электроустановки предназначены  для нормальной работы и выработки  электроэнергии необходимого качества при температуре окружающего  воздуха от +8 до +40°С, высоте над уровнем  моря не выше 1000 м и относительной влажности воздуха до 98% при +25° С.

     Основным  элементом дизельной-электроустановки (станции или агрегата) является дизель-генератор, состоящий из дизельного двигателя, электрического генератора, трехфазного переменного тока, систем охлаждения, смазочной, топливоподачи и пультов управления. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

6. Газодизельные (двухтопливные) и газопоршневые электростанции

     В последнее время всё большее  внимание во всем мире, уделяется газодизельным (ГДЭС) и газопоршневым (ГПЭС) электростанциям, использующим в качестве топлива природный газ. При современных отпускных ценах на дизельное топливо и природный газ топливная составляющая стоимости электроэнергии для газодизельных электростанций в несколько раз меньше, чем у обычных ДЭС. Наряду с высокой экономичностью ГДЭС и ГПЭС обладают хорошими экологическими характеристиками, поскольку состав выхлопных газов у них отвечает самым строгим мировым экологическим стандартам. При использовании газа значительно увеличивается и ресурс собственно дизельного агрегата.

     Наиболее  эффективным применением двухтопливных (газодизельных) генераторов является их использование в качестве источника  электроэнергии для питания буровых  установок с электроприводом - бурение  первых скважин идет на дизельном  топливе, а затем, при освоении скважин, для замещения дизельного топлива используется попутный газ. Двухтопливная система позволяет значительно сократить стоимость эксплуатации и снизить вредные выбросы промышленных дизельных двигателей. Это достигается путем замещения части дизельного топлива на более дешевый и экологически чистый природный или попутный газ. 
     Кроме того, одним из основных достоинств двухтопливной системы является ее способность переключать топливные режимы без остановки двигателя. Двухтопливная система обеспечивает безопасную работу дизельных двигателей на топливной смеси с содержанием газа от 50% до 80%.

     Применение  ГДЭС и ГПЭС целесообразно в зонах, имеющих систему газоснабжения. В этих условиях по стоимости электроэнергии они могут конкурировать с  системами централизованного электроснабжения, использующими мощные традиционные электростанции, а по срокам окупаемости капиталовложений существенно опережать их. В зонах без систем газоснабжения возможно применение ГДЭС и ГПЭС, использующих привозной сжиженный природный газ. Однако экономическая сторона этого варианта их применения требует дополнительного анализа. 
 
 
 
 
 

7. Мини-ТЭЦ

     Мини-ТЭЦ (малая теплоэлектроцентраль) - теплосиловые установки, служащие для совместного  производства электрической и тепловой энергии в агрегатах единичной мощностью до 25 МВт.

     Основная  концепция мини-ТЭЦ - непосредственная близость энергетического источника  к конечному потребителю. Строительство мини-ТЭЦ является комплексным решением проблем энергообеспечения производства либо жилого сектора, энергосбережения и уменьшения энергозатрат в единице готовой продукции.

     Эффективность мини-ТЭЦ достаточно высока. Так, для  мини-ТЭЦ с электрической мощностью 100 кВт и тепловой мощностью 120 кВт  себестоимость электрической энергии  составляет 6 руб./кВт·ч, а полной энергии (электрической и тепловой)– 0,08 у. е./кВт·ч. Срок окупаемости мини-ТЭЦ составляет 2,2 года. Для сравнения: мини-ТЭЦ на базе газопоршневого двигателя фирмы «Deutz» TCG2016V12 при номинальной электрической мощности 580 кВт и тепловой 556 кВт имеет удельный расход газа с теплотворностью 33520 кДж/нм3 – 0,26 нм3/кВт•ч, коэффициент использования топлива 0,8 и ресурс до капитального ремонта 64000 ч. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

8. Газотурбинные электроустановки

     Газотурбинная установка (ГТУ) состоит из двух основных частей - это силовая турбина и  генератор, которые размещаются  в одном корпусе. Поток газа высокой  температуры воздействует на лопатки  силовой турбины (создает крутящий момент). Утилизация тепла посредством теплообменника или котла-утилизатора обеспечивает увеличение общего КПД установки.

     ГТУ может работать как на жидком, так  и на газообразном топливе. В обычном  рабочем режиме - на газе, а в резервном (аварийном) - автоматически переключается  на дизельное топливо. Оптимальным режимом работы газотурбинной установки является комбинированная выработка тепловой и электрической энергии. ГТУ может работать как в базовом режиме, так и для покрытия пиковых нагрузок.

     Пока  еще газотурбинные электроустановки находят относительно скромное применение в малой энергетике. Они обладают исключительно высокими массогабаритными показателями даже по сравнению с ДЭУ кратковременного использования. Их удельная массовая мощность составляет 0,11–0,14 кВт/кг, в то время как для ДЭУ этот показатель лежит в пределах 0,03–0,05 кВт/кг. Однако эти установки имеют по сравнению с ДЭУ меньший КПД (порядка 0,25–0,29), увеличенный расход топлива, требуют большого количества воздуха для охлаждения, обладают высокой шумностью. Поэтому ГТУ используются главным образом на передвижных резервных и автономных электростанциях. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

9. Ветроэнергетика России

       В начале XX века в России работало почти 250 тысяч ветряных мельниц, перерабатывающих половину урожая зерна. Мельницы были выполнены из дерева и диаметр колеса достигал 12 м. В 30-е годы во Всесоюзном институте механизации сельского хозяйства (ВИЭСХ) была разработана деревометаллическая ветряная мельница «ВИМ» с колесом 16 м и мощностью 20,0 л.с. Но все эти мельницы не смогли конкурировать с более мощными электромеханическими мукомольными установками и эпоха ветряных мельниц к середине века закончилась.

       Современная теория и инженерные  расчеты ВЭУ в России были  заложены основателем аэрогидродинамического  института (ЦАГИ) Н.Е. Жуковским. В 1931 г. в Крыму по проекту ЦАГИ была сооружена крупнейшая в то время в мире отечественная ВЭУ «Д-30» мощностью 100 кВт с диаметром колеса 30 м, которая проработала до 1941 г. и была разрушена немцами. В послевоенное время на промышленной основе по разработкам ВЕТРОЭН и ВИЭСХ выпускались до 20 типов ВЭУ мощностью до 25 кВт, однако массового освоения они не получили из-за отсутствия технического обслуживания и неконкурентности с дешевым в то время жидким топливом («бензин дешевле газированной воды»).

       В 70-80 гг. в институте Гидропроект были осуществлены значительные по своему объему теоретические и инженерные разработки ВЭУ, в том числе и с ортогональным ротором, однако практических результатов достичь не удалось. Некоторые успехи в разработке ортогональных ветроагрегатов с вертикальной осью вращения достигнуты в НИСе Гидропроекта (впоследствии ОАО «НИИЭС»).

       В частности, была разработана  и опробована удачная система  аэродинамического торможения ротора  при ураганных ветрах и в  других аварийных ситуациях. Есть основание полагать, что благодаря этой системе будут решены проблемы надежности ортогональных ветроагрегатов с вертикальной осью вращения и они получат не менее широкое распространение, чем преобладающие в настоящее время ветроагрегаты осевого типа (пропеллерные и поворотнолопастные) с горизонтальной осью вращения.

       Предпосылками к этому служит  ряд преимуществ ортогональных  машин по сравнению с осевыми,  позволяющих добиться дальнейшего  улучшения экономических и экологических  показателей ветроагрегатов.

       В конце ХХ – начале ХХI века усилиями МКБ «Радуга» (Тушинский машиностроительный завод), ВНИИЭ, НПО «НЕТРАЭЛ», НПО «Южное» (Украина) были разработаны ВЭУ мощностью 1ё30 и 100ё1000 кВт.

       Построены Калмыцкая (22 МВт) и  Заполярная (2,5 МВт) ветроэлектростанции (ВЭС); проектируется еще более десятка ВЭС общей мощностью 150 МВт. Около Ростова-на-Дону работает ВЭс мощностью 300 кВт, в Калининграде эксплуатируется датская ВЭУ мощностью 600 кВт. К сожалению, из-за отсутствия государственной финансовой поддержки, разумной кооперации с зарубежными партнерами и общегосударственной программы развития, отечественная ветроэнергетика фактически находится в зачаточном состоянии. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

10. Белорусский опыт развития малой  энергетики

     Надежное  и безопасное энергообеспечение является основополагающим условием жизнедеятельности и развития общества. Вместе с тем в последнее время мировое потребление энергии стало соизмеримым с запасами горючих ископаемых - базой современной энергетики, что грозит их скорым исчерпанием. Это заставляет обратиться к необходимости глубокого освоения и широкого использования альтернативных и, в первую очередь, возобновляемых источников энергии.

     Анализ  мирового опыта свидетельствует, что, хотя суммарный теоретический потенциал  возобновляемых источников энергии (ВИЭ) на несколько порядков превышает современный уровень мирового потребления первичных топливно-энергетических ресурсов (ТЭР), однако при существующем уровне технологического развития и сложившейся в настоящий момент конъюнктуре на мировых энергетических рынках лишь весьма незначительная часть теоретического потенциала ВИЭ может быть эффективно использована. Такие очевидные преимущества установок, работающих на ВИЭ, как неисчерпаемость, отсутствие затрат на топливо и экологическая безопасность, пока не могут безоговорочно перевесить хорошо технически отработанные и более дешевые методы получения энергии на базе органического топлива.

     Вместе  с тем для РБ как государства, экономика которого базируется преимущественно  на импорте энергоресурсов, эффективность использования или замены последних является одним из определяющих факторов производства конкурентоспособной продукции и, в конечном итоге, благосостояния общества.