Мини-ТЭЦ с котельной без иллюзий

В состав энергоцентра помимо ГПУ или микротурбин обязательно должны быть включены пиковые водогрейные котлы, поскольку в зимнее время утилизируемого при выработке электроэнергии тепла не хватит для отопления жилых домов. Даже в Крыму и Сочи.

Единого термина, которым можно обозначить такой энергообъект, не существует. Я встречал следующие варианты:

• когенерационная котельная;
• когенерационная мини-ТЭЦ;
• газовая тепловая электростанция;
• автономный энергоцентр.
  

Однозначного термина нет потому, что отсутствует соответствующий ГОСТ. Лично я предпочитаю использовать термин «мини-ТЭЦ» понимая под ним электростанцию и котельную, работающие совместно под одной крышей.

Поскольку для мини-ТЭЦ отсутствуют специализированные ГОСТы и своды правил, то при их проектировании, строительстве и эксплуатации обычно применяются нормы, относящиеся как к электростанциям (прежде всего дизельным), так и к котельным.

Что касается специфики использования автономных энергоцентров, предназначенных для энергоснабжения именно жилья, то принципиально они ничем не отличаются от промышленных мини-ТЭЦ. Небольшое отличие есть только в типе используемых котлов. Для закрытия технологических потребностей на промпредприятиях могут устанавливаться паровые котлы, а для жилых комплексов применяют исключительно водогрейные котлы.

Если речь идёт о жилье эконом-класса, то тригенерация будет слишком дорогим решением, поскольку подразумевает не только использование абсорбционных чиллеров, но и разводку холода по квартирам с установкой фэнкойлов, а так же систему централизованного кондиционирования здания. А это дополнительные затраты, которые значительно удорожат себестоимость квадратного метра жилья. Поэтому ни о каких АБХМ в составе энергоцентра в этом случае речи идти не может.

Если мини-ТЭЦ предназначена для энергоснабжения жилья элитного и бизнес-класса, то использование абсорбционных машин вполне оправдано как экономически, так и технически. В этом случае необходимо развести холод по потребителям с применением фэнкойлов, а так же предусмотреть охлаждение воздуха, подаваемого в квартиры через общедомовую систему центрального кондиционирования. 

Однако, скорее всего, тепла, выделяющегося при работе электроагрегатов, для работы АБХМ не хватит. Поэтому для получения в необходимом объёме воды с температурой +95 градусов потребуется использовать ещё и водогрейные котлы.

Максимальную электрическую мощность электрогенерирующего оборудования мини-ТЭЦ, полученную расчётным методом, необходимо разделить на несколько электроагрегатов. При этом желательно, чтобы все электроагрегаты имели одинаковую единичную мощность и были одной модели. Это значительно упрощает их эксплуатацию.

Кроме того, желательно предусмотреть резервный электроагрегат, который будет задействован в период проведения техобслуживания.

На самом деле автоматика управления газопоршневыми установками настраивается таким образом, что все они поочерёдно выступают в качестве резервной машины. Тем самым достигается примерно равная наработка всех ГПУ, и ко всем видам техобслуживания (включая капремонт) они подходят почти одновременно.

Единичную мощность газопоршневых установок для использования в составе мини-ТЭЦ жилого комплекса следует подбирать таким образом, чтобы она превышала расчётную минимальную электрическую нагрузку жилья («летняя ночь») не более чем в два раза. Это требование вытекает из рекомендации не эксплуатировать ГПУ с нагрузкой менее чем 40-50% от номинала.

Возможен и такой вариант, когда в состав мини-ТЭЦ включается один-два электроагрегата, соответствующих по мощности минимальной нагрузке, а так же несколько более мощных машин для работы в периоды пиковых нагрузок.

Капстоунов это не касается. У них всего два номинала – 65 и 200 кВт (30 кВт – это не для многоквартирных домов, это «дачный» вариант). И работать микротурбины могут с нагрузкой близкой к нулевой.

И всё же на первом этапе эксплуатации энергоцентра могут быть проблемы с минимальной электрической нагрузкой. Как правило, они вызваны тем, что сразу после ввода объекта в эксплуатацию в жилом комплексе пока ещё заселено мало квартир. Из-за отсутствия жильцов нет и нагрузки хотя бы на уровне 30-40% от номинальной мощности ГПУ.

Чтобы обеспечить стабильную работу газопоршневых установок в этом случае может быть использовано нагрузочное устройство резисторного типа. По сути дела, оно представляет собой знакомый всем по школьным урокам физики реостат. Использование нагрузочного устройства позволяет дозагрузить ГПУ до приемлемого уровня в 40-50%.

Безусловно, в этой ситуации нагрузочное устройство греет воздух. Себестоимость реально потреблённой электроэнергии увеличивается. Но такое инженерное решение позволяет  задействовать ГПУ для энергоснабжения жилья. Без искусственной нагрузки газопоршневые установки в этом случае вообще работать не смогут. К тому же это решение является временным. От нагрузочного устройства можно будет отказаться после того, как будет заселено достаточное количество квартир и минимальная нагрузка возрастёт.

С микротурбинами Capstone таких проблем нет. Они работают с минимальной нагрузкой даже в несколько кВт. Но стоят они в разы дороже, чем газопоршневые установки, и газа потребляют намного больше (хорошо хоть масло не жрут :-)

Правильный подход к проектированию и строительству любых энергоцентров предполагает обязательное наличие в их составе резервной дизельной электростанции. Даже если в мини-ТЭЦ есть ввод от внешней сети.

Цель дизельной электростанции – обеспечить собственные потребности энергоцентра в аварийной ситуации. А именно: запуск оборудования, его корректную остановку и поддержание работы систем жизнеобеспечения мини-ТЭЦ в случае остановки основных электроагрегатов.

Кроме того, в состав энергоцентра могут быть включены дизели, обеспечивающие электроэнергией потребителей первой и второй категории непосредственно в жилом комплексе.

Какие потребители электроэнергии в многоквартирном доме должны быть отнесены к первой и второй категории – это отдельная тема. Она подробно раскрыта в СП 31-110-2003 «Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий».

При этом обязательно надо учитывать СП 6.13130.2013 «Системы противопожарной защиты. Электрооборудование. Требования пожарной безопасности».

Есть ещё один спорный вопрос, связанный с резервными дизельными электростанциями. Могут ли ДЭС в составе энергоцентра рассматриваться как отдельный независимый источник электроэнергии?

При ответственном подходе, скорее всего, ответ должен быть отрицательным. В случае пожара на самой мини-ТЭЦ эти дизели не смогут обеспечить электроэнергией потребителей первой и второй категории ни в самом энергоцентре, ни в жилом комплексе.

Электрогенерирующее оборудование вносит наибольший вклад в стоимость строительства любого автономного энергоцентра. Однако при строительстве жилых комплексов нет никакой необходимости закупать и устанавливать сразу все электроагрегаты. Всё равно жилые дома будут сдаваться в эксплуатацию и заселяться не одномоментно, а в течение нескольких лет. Поэтому и строительство мини-ТЭЦ есть смысл разбить на несколько этапов. В принципе, это касается не только ГПУ и микротурбин, но и водогрейных котлов.

Вначале устанавливаются один или два электроагрегата, а остальные закупаются и монтируются по мере роста потребности жилого микрорайона в электроэнергии. При этом само здание энергоцентра и все коммуникации должно быть сразу спроектированы и полностью построены исходя из последующей установки всего необходимого оборудования.