|
|
Главная страница -> Технология утилизации
Автономное энергоснабжение на пр. Вывоз мусора. Переработка мусора. Вывоз отходов.Ю. Дураков Известно, что централизованная энергосистема страдает довольно неудобным во всех отношениях недостатком – неравномерностью распределения электрической нагрузки в течение суток. Точнее: днем нагрузка максимальная, ночью – минимальная. А поскольку в централизованной энергосистеме используются генерирующие установки большой единичной мощности, то регулировать их производительность, а тем более выключать или включать их на несколько часов экономически невыгодно из-за снижения КПД на нерасчетных режимах и повышенного износа оборудования на тех же режимах. Поэтому энергетики всевозможными способами стараются привлечь потребителей электроэнергии к работе в ночное время. Одним из основных стимулов работы в ночное время является снижение в несколько раз стоимости электроэнергии (разумеется, при наличии у потребителя двух- или многотарифного счетчика). Именно на этом свойстве отечественной энергосистемы можно заработать или сэкономить приличные деньги с помощью тепловых аккумуляторов. В настоящее время для тепловых аккумуляторов подобраны вещества с большой удельной тепловой емкостью и относительно небольшой ценой, что позволяет создавать дешевые и компактные накопители тепловой энергии. Электротепловой аккумулятор работает следующим образом. В 22 часа (время начала льготного режима электроснабжения; зависит от региона) электропарогенератор подключают к электросети через розетку с заземляющим проводником. Он вырабатывает пар, который, в свою очередь, заполняет паровую рубашку и греет емкость с теплоаккумулирующим материалом. По мере прогрева теплоаккумулирующего материала давление пара в рубашке начинает возрастать и преодолевать усилие пружины сильфонного расширителя, сильфон сжимается, и часть воды из парогенератора переходит в расширитель. Уровень воды в парогенераторе понижается, уменьшается активная площадь электрода, мощность парогенератора падает, уменьшается выработка пара, давление стабилизируется. При полной зарядке аккумулятора вся вода из парогенератора перемещается в расширитель, электрод полностью оголяется, и мощность парогенератора становится равной нулю. В 7.00 (по завершении льготного электроснабжения) электротепловой аккумулятор можно выключить. Разрядка аккумулятора производится в дневное время за счет нагрева проходящей через теплообменник холодной воды без потребления электроэнергии из электросети. В качестве предохранительного устройства установлен датчик-реле давления ДЕМ-108, который посредством контактов отключает парогенератор от электросети в случае достижения давления пара предельного значения в рубашке. Данная схема может использоваться и потребителями, у которых в доме или в квартире смонтировано электроотопление – но не традиционное, а с индивидуальными теплоаккумулирующими радиаторами: ночью они отапливают помещение и накапливают тепловую энергию, а днем отдают эту энергию, будучи отключенными от сети. При этом количество электроэнергии, потребленной из сети, остается неизменным – а вот стоимость ее уменьшается в 4 раза. Такие же варианты использования электротепловых аккумуляторов можно предложить и для промышленных предприятий, причем не только для нужд горячего водоснабжения и отопления, но и для различного вида теплового технологического оборудования. В гальванических цехах это ванны-аккумуляторы для поддержания заданной температуры электролита, в химической промышленности – реакторы-аккумуляторы для среднетемпературных (60-120 °С) химических процессов. Использовать накопление тепловой энергии можно и в разнообразных сушильных камерах, в том числе – для полимеризационных процессов в технологии низкотемпературной порошковой окраски. При эксплуатации выгодней и проще применять в этих процессах электрические электродные парогенераторы с КПД, близким к единице, вместо прямого нагрева теплоаккумулирующего материала электрическими ТЭНами. Таким образом, использование электротепловых аккумуляторов выгодно и для потребителя (экономия средств), и для производителя электроэнергии (более равномерная загрузка генерирующих мощностей позволит эксплуатировать их с более высоким КПД за счет экономии топлива, а часть их можно и вовсе вывести в резерв). И еще несколько примеров применения тепловых аккумуляторов. В отличие от городов с централизованным теплоснабжением, в российской глубинке еще достаточно приличная часть населения использует для отопления жилищ индивидуальные печные системы отопления с достаточно низким КПД при высокой стоимости твердого топлива. На рисунке показана принципиальная схема использования теплового аккумулятора на «хвосте» печного котла. В зависимости от финансовой состоятельности потребителя можно рассчитать и установить у него такой аккумулятор, что процесс топки этого агрегата будет занимать несколько часов в неделю, остальное время отапливать жилище будет тепловой аккумулятор. Установка аккумулятора позволит значительно повысить КПД связки «печной котел-аккумулятор», что приведет к экономии 20-50% топлива. Вариант электроотопления с теплоаккумулирующими радиаторами, конечно, более эффективен, но ветхость и маломощность электросетей (особенно в европейской части России) не позволяют это сделать физически. Новая система отопления и горячего водоснабжения может быть рекомендована для применения в Западной и Восточной Сибири, а также в других районах с дешевой гидроэлектроэнергией. Применение тепловых аккумуляторов на автомобильном транспорте (особенно в северных широтах) также опробовано – и в достаточной степени. Однако по непонятным причинам их массового внедрения почему-то до сих пор нет. Кстати, при обследовании товарного рынка России автором было обнаружено, что ниша производителей подобного оборудования пока практически пуста. Остается предложить российским предпринимателям ее заполнить.
При всем многообразии способов производства электрической и тепловой энергии все более широкое использование индивидуальных установок показывает рост тенденции ухода от традиционной централизованной системы энергоснабжения. Причин тут несколько: рост цен на энергоносители от централизованных источников; значительная часть основных фондов энергетики дорабатывает проектный ресурс; отсутствие необходимых инвестиций в строительство новых крупных электростанций; необходимость снижения техногенной нагрузки на окружающую среду и др. Таким образом, в ближайшие годы ожидается существенная переориентация на децентрализованную модель энергоснабжения на основе использования автономных энергоустановок, таких как газопоршневые мини-теплоэлектростанции (мини-ТЭЦ). Такие установки окупают себя в течение 3-5 лет. А автономность мини-ТЭЦ, производящих электроэнергию и тепло на месте потребления, даёт гарантию от перебоев или аварийных отключений, которые неизбежны из-за изношенности электрических и тепловых сетей. Срок службы самих двигателей - до 200 000 моточасов, или 25 лет, при эксплуатации по 8 000 часов в год делает мини-ТЭЦ надежнейшим источником бесперебойного энергообеспечения. Почему газопоршневые мини-ТЭЦ, а не газотурбинные? Во-первых, высокий электрический КПД. Наивысший электрический КПД - до 30 % у газовой турбины, и около 40 % у газопоршневого двигателя достигается при работе под 100%-ной нагрузкой (Рис. 2.1). При снижении нагрузки до 50%, электрический КПД газовой турбины снижается почти в 3 раза. Для газопоршневого двигателя такое же изменение режима нагрузки практически не влияет как на общий, так и на электрический КПД. Pиc. 2.1. Графики зависимости КПД от нагрузки: газопоршневой двигатель газовая турбина Графики наглядно показывают - газовые двигатели имеют высокий электрический КПД, который практически не изменяется в диапазоне нагрузки 50 - 100 %. Во-вторых, условия размещения. Номинальный выход мощности, как газопоршневого двигателя, так и газовой турбины зависит от высоты площадки над уровнем моря и температуры окружающего воздуха. На графике (рис.2.2) видно, что при повышении температуры от - 30°С до +30°С электрический КПД у газовой турбины падает на 15-20 %. При температурах выше +30°С, КПД газовой турбины - еще ниже. В отличие от газовой турбины газопоршневой двигатель имеет более высокий и постоянный электрический КПД во всем интервале температур и постоянный КПД, вплоть до +25°С. Рис. 2.2. График зависимости электрического КПД газовой турбины от температуры окружающего воздуха В-третьих, условия работы. Количество пусков: газопоршневой двигатель может запускаться и останавливаться неограниченное число раз, что не влияет на общий моторесурс двигателя. 100 пусков газовой турбины уменьшают её ресурс на 500 часов. Время запуска: время до принятия нагрузки после старта составляет у газовой турбины 15-17 минут, у газопоршневого двигателя 2-3 минуты. В-четвертых, проектный срок службы, интервалы техобслуживания. Ресурс до капитального ремонта составляет у газовой турбины 20 000 - 30 000 рабочих часов, у газопоршневого двигателя Jenbacher этот показатель равен 60000 рабочих часов (табл. 2.1). Стоимость капитального ремонта газовой турбины с учётом затрат на запчасти и материалы значительно выше. Таблица 2.1. Интервалы техобслуживания Ремонтные работы, интервал (часы) Газопоршневой двигатель Турбины, авиационные и малые промышленные Турбины, промышленные Ремонт камеры сгорания - 5 000 10 000 Средний ремонт Ремонт головок цилиндров Ремонт турбины и камера сгорания 30 000 10 000 15 000 Полный капитальный ремонт 60 000 20 000 30 000 В-пятых, относительно низкие капиталовложения. Как показывают расчёты, удельное капиталовложение (USD/кВт) в производство электрической и тепловой энергии газопоршневыми двигателями ниже. Это преимущество газопоршневых двигателей неоспоримо для мощностей до 30 МВт. ТЭЦ мощностью 10 МВт на основе газопоршневых двигателей требует вложений около 7,5 миллионов $, при использовании газовой турбины затраты возрастают до 9,5 миллионов $ (рис. 2.3) Рис.2.3. Объемы капитальных вложений в ТЭЦ с разными силовыми агрегатами. В чем экономия? В России в настоящее время 80 % электроэнергии производится на паровых турбинах (без учёта гидроэлектростанций). Уровень КПД при использовании энергоносителя на таких ТЭЦ достигает лишь 50…65%. Поэтому для получения одного и того же количества полезной энергии на ТЭЦ с паровыми турбинами необходимо затратить почти в 2 раза больше энергоносителя, чем при получении того же количества энергии на газопоршневых ТЭЦ, КПД которых достигает 90% (рис. 2.4). Рис. 2.4. Расход газа различными установками при производстве одного и того же количества энергии (электрической и тепловой). Преимущества перед дизельными двигателями. Основное преимущество газопоршневых двигателей перед дизельными - более дешёвое топливо. Значительная разница в цене отражена в диаграмме на рис. 2.5. Даже при использовании в качестве резервного топлива газовой смеси пропан-бутан, стоимость единицы электрической энергии, произведённой на газопоршневой установке, в 1,3 раза меньше, чем на дизельной (рис. 2.6). Другое важное преимущество перед дизельными установками - экологическая безопасность, например, уровень выбросов NOx в 3 раза меньше (рис. 2.7). Мини-ТЭЦ Jenbacher Jenbacher AG является ведущим мировым производителем когенераторных энергоустановок (мини-ТЭЦ). Более четырех десятилетий фирма разрабатывает и производит энергоустановки на базе газовых двигателей. За этот период времени более 40000 мини-ТЭЦ были установлены по всему миру. Только в одной Европе Jenbacher AG установила самое большое количество энергоустановок. В России уже действует более 20 энергоустановок. Мини-ТЭЦ предназначены для производства собственной электрической и тепловой энергии. В программе производства Jenbacher мини-ТЭЦ электрической мощностью от 299 до 2734 кВт и тепловой мощностью от 206 до 2859 кВт. Топливом для мини-ТЭЦ служит как природный газ, так и газы с низкой теплотворной способностью, малым содержанием метана и низкой степенью детонации (пиролизный, древесный, коксовый газ, газ сточных вод, биогаз и т.д.) или газы с высокой теплотворной способностью - факельный, пропан, бутан. Мини-ТЭЦ состоит из моноблока двигатель - генератор с теплообменниками, в которых утилизируется тепловая энергия (рис. 3.1). Напряжение генератора 400, 6300 или 10500 вольт выбирает заказчик, исходя из требований к Мини-ТЭЦ. Для утилизации тепла предусмотрено четыре контура: теплообменник охладителя смеси, масляный теплообменник, теплообменник водяной рубашки двигателя и теплообменник выхлопных газов. Тепловая энергия, получаемая при охлаждении газопоршневого двигателя, может быть непосредственно использована для нужд отопления или горячего водоснабжения. В программе производства фирмы Jenbacher AG имеются и контейнерные варианты исполнения мини-ТЭЦ для двигателей 200 и 300 серии. В этом случае заказчику поставляется стандартный 40 футовый контейнер, для которого не требуется строительство специального здания, а время пуска в эксплуатацию равно времени его подключения к соответствующим магистралям. Все оборудование Jenbacher имеет Сертификаты ГОСТ-Р и разрешено Госгортехнадзором к применению на территории Российской Федерации, а также Сертификат соответствия Украины и Разрешение Госнадзорохрантруда Украины. Область применения Мини-ТЭЦ Jenbacher очень обширная. Везде, где необходима электрическая или электрическая и тепловая энергии, и имеется газ, пригодный для использования в двигателях Jenbacher, Мини-ТЭЦ могут работать и производить электрическую и тепловую энергию. В зависимости от конкретного проекта, Мини-ТЭЦ Jenbacher обеспечивают конечного потребителя в островном режиме или вместе с централизованными системами энергоснабжения и отопления, т.е. мини-ТЭЦ могут служить в качестве, основного, дополнительного или резервного источника тепла и электроэнергии. Широкий спектр используемого газа (природный, пропан, факельный, сточных вод, биогаз, мусорных свалок, коксовый, попутный, пиролизный, древесный, химической промышленности) делает актуальным применение мини-ТЭЦ: в нефте-, газо-, угледобывающих компаниях; на нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах; в металлургической промышленности; на животноводческих комплексах; на мусорных свалках; на водоочистных сооружениях и т.д. Бесперебойное энергоснабжение является обязательным условием работы ответственных потребителей: узлов связи, больниц, административных зданий, диспетчерских пунктов, банков, страховых компаний, таможенных терминалов, систем жизнеобеспечения и др. Оптимальной схемой эксплуатации Мини-ТЭЦ Jenbacher можно назвать такую, где наряду с электроэнергией потребитель использует, т.е. утилизирует и тепловую энергию, повышая тем самым общий КПД установки. Экономически целесообразным, в этой связи, является применение мини-ТЭЦ на предприятиях, имеющих технологическую потребность в тепловой энергии круглый год, например, на предприятиях легкой, пищевой промышленности или бытового обслуживания, где тепло может быть использовано как для подогрева питательной воды для паровых котлов, так и непосредственно в технологическом процессе. Возможны и другие способы утилизации тепла: при работе абсорбционных холодильных машин, производящих холод для кондиционирования и технологических нужд; для нагрева осадка (биомассы) сточных вод, отходов животноводческих ферм и птицефабрик, что ускоряет производство биогаза; при этом сам биогаз может являться топливом для самих энергоустановок; для подогрева природного газа на газовых редуцирующих станциях - ГРС (после резкого понижения давления газ сильно охлаждается); в процессах технологической сушки или тепловой обработки (например, керамики, древесины и т.п.). При этом теплоносителем являются выхлопные газы с температурой около 500 °C. Для отопления зданий и сооружений широко распространенной в мире является схема, когда 50%-70% ежегодных тепловых нужд потребителя обеспечивает мини-ТЭЦ, а остальные 30%-50% дают пиковые водогрейные котлы (рис. 3.2). Рис.3.2 Схема мини-ТЭЦ с использованием 2-х модулей Jenbacher Около 6% своего годового оборота, что значительно выше среднеотраслевых показателей, Jenbacher AG инвестирует в научно-технические исследования и разработки. Собственные запатентованные технологии ноу-хау обеспечивают значительный отрыв от конкурентов и позволяют фирме Jenbacher AG быть мировым лидером на рынке газопоршневых двигателей. В первую очередь, в использовании в качестве топлива газов мусорных свалок, газов сточных вод, биогазов, попутных нефтяных газов, газов химической индустрии и др. Специалисты фирмы Jenbacher разработали и запатентовали систему LEANOX, позволяющую существенно уменьшить выбросы СО, NOх и SO2. Благодаря этой системе, декларированный уровень выбросов установок Jenbacher AG обеспечивается не только на номинальном режиме, как у большинства аналогов, но и при снижении их мощности до 50%. Фирма Jenbacher AG поставляет не просто газовые моторы, а полностью укомплектованную теплоэлектростанцию с очень высоким уровнем автоматизации, практически не требующую контроля дежурного персонала. Система управления энергоустановками Dia-ne и программное обеспечение - также собственный продукт фирмы. Она обеспечивает координацию важнейших параметров работы Мини-ТЭЦ, таких как: число оборотов, мощность, состав топливной смеси, контроль процесса сгорания, ведёт непрерывный мониторинг состояния всех систем энергоустановки и проводит анализ их изменений. Например, на основании анализа данных о производимой и потребляемой электрической мощности, система управления запускает или останавливает двигатель, управляет силовыми выключателями генераторов, а также процессом синхронизации генераторов. Кроме того, система управления модулями связана через модем с заводом-изготовителем. Это даёт возможность, среди прочего, быстро реагировать на изменение технических параметров в процессе эксплуатации и исключать нештатные ситуации. Применение нескольких модулей гарантирует бесперебойное обеспечение электроэнергией, а система Мастер-контроль , ноу-хау фирмы Jenbacher AG, автоматически поддерживает согласованную работу до 5 модулей. Она следит за одинаковой наработкой моточасов, интервалами технического обслуживания, реагируют на изменение силовой нагрузки ведущего модуля - запуская следующий модуль, который уже через 3 минуты способен вырабатывать 100 % мощности. При этом каждая отдельная энергоустановка может гибко работать в широком диапазоне (15 - 100%) своей мощности. Мини-ТЭЦ Jenbacher изготавливаются под заказ и оснащаются высокотехнологичным оборудованием и системами собственного производства. Причём, в каждом конкретном случае - это особое техническое решение. В процессе эксплуатации высокое качество оборудования поддерживается соответствующим сервисным обслуживанием и плановым ремонтом. В технической документации, предоставляемой заказчику на русском языке, подробно описан порядок и регламент всех видов работ. Необходимые запасные части и приборы поставляет фирма Jenbacher. Моторное масло, рекомендованное заводом-изготовителем, производят ряд известных фирм, представленных на российском рынке. Для обучения обслуживающего персонала предлагается учебный семинар на фирме Jenbacher или непосредственно у заказчика. В настоящее время формируется сервисная служба Jenbacher и организуется склад запасных частей для оперативного обслуживания действующих в России энергоустановок. Суммарная стоимость расходов на ремонт и сервисное обслуживание за 10 лет эксплуатации энергоустановки составляет около 70% первоначальной стоимости (ex works) установки. Для сравнения, эта же стоимость для газотурбинных установок уже после первого года эксплуатации составляет около 60 % первоначальной стоимости. Таким образом, можно сделать следующие выводы. Мини-ТЭЦ на основе газопоршневых двигателей представляют собой современное высокотехнологичное и энергосберегающее оборудование, наиболее приемлемое, с позиций эффективность-стоимость , решение энергообеспечения любого объекта с электропотреблением в диапазоне мощностей до 30 МВт. Такие мини-ТЭЦ способны обеспечить бесперебойное энергоснабжение объектов как за счёт наличия резервных видов топлив (пропан-бутан, сжиженный природный газ и пр.), так и за счёт возможности работы совместно с общими электрическими сетями. Подтверждением высокого качества мини-ТЭЦ Jenbacher тому служат высокие показатели надёжности, ресурса, автоматизации, экологичности и экономичности. Это обеспечивается широким внедрением в производственный процесс и конструкцию двигателей передовых европейских технологий, большим объёмом собственных научно-технических разработок и подтверждается наличием сертификатов качества ISO 9001. Вывоз мусора затрат и утилизация отходов Доклад директора гуп. Предстоит создание отрасли. Цена низкого качества электроэнергии. Программное обеспечение. Глоток свежего воздуха. Главная страница -> Технология утилизации Экологически чистая мебель: |
