Микротурбинные установки Capstone для элиты

Классический пример автономного энергоцентра для эксклюзивного объекта – собственная электростанция 16-ти этажного элитного жилого комплекса «Морской дворец» в центре Сочи на Морском переулке. Расстояние до Чёрного моря – 550 м. Перед Олимпиадой-2014 мной был реализован проект по поставке на этот объект четырёх микротурбин Capstone C65 ICHP с теплоутилизаторами и дожимными компрессорами.

Специфика данного энергоцентра

Мини-ТЭЦ находится в стилобатной части здания. Кроме того в стилобате расположены прочие инженерные системы здания и автомобильная стоянка. Дымовые трубы от микротурбин и газовых котлов проложены внутри здания в отдельном коробе вдоль шахты лифта.

С улицы ничего не видно. Если не знаешь (а не знает, пожалуй, почти никто из жителей и гостей города-курорта Сочи), то никогда в жизни не догадаешься, что это здание обеспечено электроэнергией от собственной электростанции.

Установленная мощность четырёх микротурбинных установок Capstone C65 ICHP составляет 260 кВт. В реальности по 2 – 2,5 кВт потребляет на собственные нужды каждый дожимной компрессор.

Кроме того, в летнее время мощность микротурбин весьма значительно снижается из-за высокой температуры воздуха. Сколько не вентилируй помещение, но если на улице +30, то внутри энергоцентра температура ниже +30 не станет. Поэтому, я думаю, что в сильную жару от этих четырёх микротурбин реально получить не более 200 - 220 кВт электрической мощности.

Помимо Кэпстоунов в состав энергоцентра включены пиковые газовые котлы Viessmann (правильный выбор для такого объекта). Сама мини-ТЭЦ вынесена за контуры многоэтажной части здания и проектировалась в соответствии с нормами для пристроенной котельной.

Особенность энергоснабжения элитного жилья в Сочи

По всей видимости, для энергоснабжения ЖК "Морской Дворец" вполне достаточно даже 220 кВт. В здании около 60 квартир. Самые маленькие – однокомнатные площадью 56 кв.м.

Но весь фокус в том, что большинство владельцев этих квартир в них постоянно не живут. Квартиры-то в этом доме покупали, в основном, не сочинцы, а богатые люди из других регионов России. Если они не переехали в Сочи для постоянного проживания (например, на пенсию), то живут владельцы в своих эксклюзивных квартир не более двух-трёх месяцев в году.

Это вообще очень характерно для Сочи. Перед Олимпиадой в центре города были построены порядка десяти многоэтажных жилых башен, позиционирующихся как жильё бизнес-класса и класса «люкс». Но эта элитная недвижимость отнюдь не для коренных сочинцев, которые, как правило, отнюдь не богатые люди. Поэтому, если приехать в город-курорт вне сезона, то по вечерам удивляет отсутствие света в большинстве окон таких многоэтажных жилых комплексах.

Хозяева в этих квартирах живут не постоянно, а наездами, по несколько месяцев в течение года. По большому счёту, им в Сочи дольше делать и нечего (месяц – полтора на море в купальный сезон и месяц – полтора на Красной Поляне зимой). В остальное время квартиры пустуют. Соответственно, электрическая нагрузка в таком доме почти всегда очень небольшая.

Таким образом, для энергоснабжения всего жилого комплекса «Морской дворец» вполне достаточно четырёх микротурбин по 65 кВт даже с учётом падения мощности при высоких температурах воздуха. Кроме того, необходимо учесть, что в энергоцентре есть ещё ввод от внешней сети (100 кВт), на которую при необходимости может быть переключена часть электрической нагрузки здания.

Пример низких электрических нагрузок

Этот элитный комплекс расположен практически на берегу моря (около 400 м от Морского Дворца). 22 этажа, 98 квартир.

Сдан в эксплуатацию во 2-ом квартале 2007 года. А летом 2017 года на продажу было выставлено не менее 20 квартир, в том числе и без отделки. То есть хозяева в них постоянно не живут и жить не собираются.

Стоимость квартир - от 40 до 250 млн. руб. Трёхуровневый пентхаус площадью 793,4 кв.м - 0,5 млн. руб. за кв.м. Очевидно, что эти квартиры будут покупать не сочинцы. И жить в них круглогодично почти никто не станет. Много жильцов будет только в летний сезон.

Оба снимка сделаны 21 октября 2010 года. Бархатный сезон в Сочи закончился. На вечернем снимке кроме подсветки светятся окна только в одной квартире, остальное - декоративная подстветка. Т.е. реальная электрическая нагрузка здания гораздо меньше расчётных максимальных значений.

Необходимость автономного энергоснабжения для ЖК "Морской Дворец"

Особенность центра Сочи заключается в том, что электрические подстанции там сильно перегружены. Поэтому нельзя полностью исключить периодические локальные перебои в энергоснабжении. И в период олимпийского строительства эта проблема для Центрального района Сочи принципиально решена не была.

Например, для Российского международного олимпийского университета (300 м от Морского Дворца по Морскому переулку вниз в сторону моря) кабель пришлось тащить несколько километров через весь центр города от подстанции, на которой были свободные мощности.

Я сам однажды попал на отключение электроэнергии в центре Сочи во время командировки в 2012 году. Приезжаю из аэропорта – весь центр города в темноте. Причём ничего не предвещало такой проблемы – в Адлере и в Хосте электроэнергия на тот момент была.

Хозяева многих магазинчиков, в том числе и напротив строящегося Морского дворца, проблему решали очень просто – вынесли на улицу небольшие дизельные генераторы рамной конструкции мощностью по 3 – 5 кВт, запускали их и обеспечивали свои объекты электроэнергией. Иначе все холодильники в жарком климате быстро разморозятся и продукты испортятся.

Аналогично проблема была решена и в гостинице «Магнолия» (7 мин. ходьбы от Морского Дворца), в которой я остановился. Но там, по всей видимости, использовался уже серьёзный дизель. Все прочие объекты центра Сочи, не позаботившиеся о резервном энергоснабжении, до утра сидели в темноте.

Поскольку девелопер жилого комплекса «Морской дворец» сам долгие годы жил в Сочи, то проблемы перебоев в подаче электроэнергии были ему хорошо знакомы. Таким образом, вопрос с автономным энергоснабжением для Морского Дворца должен был быть решён «по любому». Так как это действительно элитная недвижимость, то электроэнергией такой жилой комплекс должен быть обеспечена всегда, независимо от состояния городских электросетей.

Резервный дизель в данном случае – не вариант

И тут встаёт вопрос – а надо ли на таком объекте заморачиваться с резервным дизелем? Ведь от него в данной конкретной ситуации может оказаться гораздо больше проблем, чем пользы.

В принципе, места для размещения самого электроагрегата даже мощностью 500 кВт в стилобатной части здания вполне достаточно. Но возникает вопрос топливохранилища. Бака ёмкостью на 2 – 3 часа работы недостаточно. По уму такой объект надо обеспечить топливом, как минимум, на 24 часа непрерывной работы. Для ДГУ мощностью 200 кВт потребуется 1200 л дизтоплива. А это уже весьма серьёзный топливный бак с особыми требованиями пожарной безопасности. И размещать его надо внутри здания, так как рядом свободного места нет вообще – всё-таки это центр города-курорта.

Но топливный бак – это ещё не все проблемы. Необходимо организовать подъезд топливозаправщика. Кроме того, невыработанное дизтопливо необходимо периодически менять (желательно – не реже, чем раз в год). И хотя бы раз в полгода (а лучше – каждый месяц) необходимо проводить пробные пуски дизеля для проверки его работоспособности.

В общем, все эти вопросы хорошо известны тем, кто имел в дело с эксплуатацией резервных ДГУ. На большинстве объектов все эти мероприятия не представляют никакой проблемы. В принципе, и на Морском Дворце все вопросы можно было бы при желании решить, например, за счёт уменьшения мощности дизеля и сокращения времени резервирования.

Но это ведь не обычный объект. Это жилой комплекс класса «люкс». И это не то место, где кому-нибудь хотелось бы хотя бы раз в год заниматься сливом-заливом топлива и пробными пусками дизеля. Всё-таки эти виды работ следует отнести к «грязным». К тому же запашок от дизтоплива при этом будет стоять далеко не элитный.

Если бы речь шла об отдельно стоящей котельной с резервным дизелем или о ДГУ в контейнерном исполнении, установленной в хоззоне жилого комплекса, то никаких вопросов не было бы. Но резервный дизель-генератор и бак на несколько сот литров дизтоплива фактически внутри жилого здания класса «люкс» - по всей видимости, это уже перебор.

Почему именно микротурбинные установки Capstone С65

Первоначально планировались газопоршневые установки

Ещё одной ключевой особенностью ЖК «Морской Дворец» было то, что строился он, что называется, "по уму". Девелопер реально вкладывал в этот проект всю душу и серьёзные деньги для того, чтобы получилась не просто очередная «свечка» в центре Сочи, а по-настоящему эксклюзивный объект.

Девелопер очень тщательно подошёл к реализации проекта, лично отбирая подрядчиков и поставщиков, отделочные материалы и инженерные системы. Были учтены ошибки, допущенные при строительстве соседних многоэтажных жилых домов Александрийский Маяк и Премьер (в народе – «Титаник»).

Вполне естественно, что вопросу энергоснабжения Морского Дворца так же было уделено серьёзное внимание. Особенно с учётом возможных перебоев с электроэнергией в Центральном районе Сочи. Вариант с резервным дизелем по указанным выше причинам был признан не самым оптимальным.

Поэтому девелопер в качестве рабочего варианта энергоснабжения объекта принял собственную мини-ТЭЦ с тремя ГПУ Tedom Cento T180. Именно в таком виде жилой комплекс проходил госэкспертизу. Техусловия на газ так же были поучены на три ГПУ.

В результате были выбраны микротурбины

Однако когда дело дошло до закупки оборудования для энергоцентра, выяснилось, что газопоршневые установки на данном объекте тоже не лучший вариант.

1. Прежде всего, из-за того, что девелоперу стало очевидно – реальные нагрузки на объекте будут гораздо меньше расчётных, и суммарная мощность трёх ГПУ (555 кВт) никогда не будет востребована.
2. Кроме того, ГПУ с единичной мощностью 185 кВт не смогут устойчиво работать при снижении электрической нагрузки до 20 – 30 кВт, что на данном объекте вполне вероятно.
3. Ну и, конечно же, девелоперу совсем не были нужны и сложности, сопровождающие эксплуатацию ГПУ фактически на первом этаже жилого дома (замена масла, проведение ремонтов и т.п.).
   

Поэтому девелопер решил включить в состав мини-ТЭЦ вместо ГПУ Tedom Cento T180 микротурбинные установки меньшей мощности. Дело было в 2010 году, уже после того как Capstone Turbine Corporation купила права на Calnetix TA-100 (ранее Elliott), и фактически закрыла производство этой модели по причине её откровенно слабой конструкции.

Таким образом, выбор микротурбин для Морского Дворца был невелик – или американские Capstone С65, или итальянские Turbec T-100 (сейчас это Ansaldo Energia AE-T100). Но и Турбики практически сразу отвалились: девелопер выяснил, что опыт их эксплуатации в России равен нулю. Брать кота в мешке никто не захотел. И для автономного энергоцентра были выбраны Капстоуны.

Новые дожимные компрессоры для Capstone C65

Необходимость использования дожимных компрессоров

Особенностью всех микротурбинных установок Capstone является то, что они работают на газе высокого давления. Конкретно в топливную систему модели C65 необходимо подавать газ с давлением не менее 0,552 МПа. Если в газопроводе давление газа меньше, то необходимо использовать дожимной компрессор. В отличие от модели C30, которая выпускается в варианте для газа низкого давления (C30 LPNG с встроенным компрессором), в модель C65 дожимник не встраивается. При необходимости он навешивается на заднюю часть корпуса электроагрегата. Это так называемый дожимной компрессор ранцевого типа (весит на электроагрегате как ранец на спине у школьника). Хотя на некоторых объектах используется отдельностоящий напольный дожимной компрессор, рассчитанный сразу на несколько установок С65.

Неудобство парных дожимных компрессоров

По сути дела никакой принципиальной проблемы в использовании дожимного компрессора нет. Если бы не одно «но». Изначально американцы пошли на очень странное техническое решение и сделали дожимной компрессор парным. То есть дожимник навешивается «на спину» одной микротурбинную установку Capstone C65, но обеспечивает газом не только этот агрегат, но и соседний. При этом электропитание компрессора осуществляется именно от той турбины, на которой он смонтирован. Казалось бы, в чём проблема? А проблем целых две.

1. Снижение надёжности системы энергоснабжения объекта

Если происходит поломка той C65, на которой подвешен компрессор, то он обесточивается, в результате чего прекращает работу и вторая турбина. То же самое происходит в случае поломки самого компрессора. И даже в случае остановки С65 с дожимником на обычное техобслуживание вторая микротурбина тоже перестаёт работать. Если в составе энергоцентра всего две микротурбины, то весь объект оказывается обесточенным.

То есть надёжность системы с парным компрессором вполовину ниже, чем если бы на каждой микротурбинной установке Capstone C65 был индивидуальный дожимной компрессор.

2. Невозможность управлять количеством турбин в работе

С парным дожимником теряет смысл использование системы управления APS-145. Это компьютер, который выключает и включает микротурбины в зависимости от электрической нагрузки.

Например, если в энергоцентре две С65 и нагрузка упала до 40 кВт, то нет никакого смысла оставлять в работе обе турбины и делить нагрузку по 20 кВт на каждую. Поэтому APS-145 отключает одну С65, а вторая продолжает работать и выдаёт требуемые 40 кВт. В результате экономится топливо, т.к. при нагрузке в 40 кВт электрический КПД выше, чем при 20 кВт, и экономится моторесурс, т.к. один агрегат остановлен. Использование APS-145 для C65 очень выгодно.

Всё бы хорошо, но если на одну из C65 установлен парный компрессор, то APS-145 не может отключать эту C65, т.к. остановится и вторая, «бескомпрессорная» микротурбина. Таким образом, «родные» капстоуновские дожимники, предназначенные для двух микротурбинных установок Capstone C65, делают бессмысленным применение вместе с ними системы управления APS-145.

Конечно, при реализации проектов из данной ситуации пришлось выкручиваться. Парные компрессоры стали использоваться как индивидуальные и устанавливаться на каждую микротурбину С65 в составе мини-ТЭЦ. Но это увеличило затраты, поскольку довольно мощный и недешёвый компрессор, производительности которого достаточно для двух агрегатов С65, использовался для подачи топлива только на одну турбину. Логично было бы сделать для С65 индивидуальный дожимник с меньшей производительностью, но и с меньшей ценой.

Не очень понятно, почему американцы вообще пошли на использование парных компрессоров. Очевидно, что с инженерной и финансовой точек зрения это весьма спорное решение.

Большой напольный дожимник

Сомнительным решением является и применение одного большого напольного дожимника для подачи газа высокого давления на микротурбины С65. Безусловно, он будет дешевле, чем несколько парных дожимников. Но в случае его поломки весь объект так же остаётся без электроэнергии. Чтобы этого не случилось, необходимо предусмотреть резервный напольный дожимник. Однако в этом случае разница в стоимости двух больших компрессоров и нескольких парных ранцевых дожимников становится минимальной.

В результате большие дожимные компрессоры для нескольких микротурбинных установок Capstone C65 не получили большого распространения. В подавляющем большинстве проектов используются обычные ранцевые модели дожимников.

Индивидуальные дожимные компрессоры тутаевской сборки

Что касается мини-ТЭЦ жилого комплекса Морской дворец, то вначале четыре микротурбинные установки Capstone C65 планировалось укомплектовать двумя парными дожимниками. Однако в конце 2010 – начале 2011 года компания БПЦ Инжиниринг на своём заводе в Тутаеве (Ярославская область) начала производство индивидуальных дожимников для C65 с использованием итальянских комплектующих.

Комплектацию поставки по согласованию с заказчиком оперативно поменяли. Поэтому энергоцентр ЖК «Морской Дворец» стал первым объектом, на котором для микротурбин C65 использовались индивидуальные дожимные компрессоры тутаевской сборки. Соответственно, на этом объекте стало возможным полноценное использование системы  управления микротурбинами APS-145.

Конечно, о тутаевском происхождении этих дожимных компрессоров можно говорить весьма условно. На самом деле это были компрессоры итальянской компании Adicomp. Даже деревянные ящики, использованные для упаковки, были родными итальянскими (между прочим, каждый стоил 150 EUR без учёта доставки и растаможки)

На заводе компании БПЦ в Тутаеве провели только доработку итальянских дожимников: изготовили корпус (кожух), подрамник, укомплектовали компрессоры присоединительной арматурой и новым шильдиком (типа «Маде ин Тутаефф»). Фактически эти компрессоры просто адаптировали для использования с микротурбинными установками Capstone C65. Все мероприятия по доведению каждого дожимника до ума заняли около двух человеко-дней и стоили чуть менее 10 тыс. руб. на каждый.

Кстати, к работе итальянских дожимников на Морском Дворце было много претензий. По результатам эксплуатации Адикомпов на данном объекте сервисные инженеры всё-таки рекомендуют использовать для микротурбин Capstone C65 родные компрессоры Gas Pack c установкой их на каждый электроагрегат. Это более надёжный вариант.

Как строили мини-ТЭЦ для элитного ЖК "Морской Дворец"

Результат: этот энергоцентр не стыдно показывать покупателям квартир класса "люкс"