Мини-ТЭЦ с котельной без иллюзий

Технические рекомендации

по автономному энергоснабжению жилья с использованием газопоршневых установок, микротурбин и котлов

Мини-ТЭЦ для жилья разного класса

Жилые комплексы эконом-класса

Элитное жильё и бизнес-класс

 
 
  1. Автономная электрогенерация и строительство мини-ТЭЦ вместо обычной котельной не имеет экономического смысла.
  2. Строительство собственной электростанции не принесёт вам никаких выгод: снижение затрат на электроэнергию будет небольшим, а срок окупаемости - длительным.
  3. При возможности подключить новый жилой микрорайон к централизованным электросетям – подключайтесь и даже не задумывайтесь ни о каком автономном энергоцентре.
 
  1. Совмещение «в одном флаконе» мини-ТЭЦ и котельной экономически нецелесообразно (долгий срок окупаемости).
  2. Однако при покупке жилья элитного и бизнес-класса во внимание принимается не его экономическая эффективность, а, в первую очередь, комфортность, удобство и престижность.
  3. Поэтому автономная электрогенерация и собственная мини-ТЭЦ для постоянного энергоснабжения могут повысить ценность такого жилья в глазах потенциальных покупателей.
 

Подробно о проблематике автономного энергоснабжение жилья эконом-класса вы можете прочитать здесь:

Подробный материал о строительстве мини-ТЭЦ для жилья бизнес-класса или элитной недвижимости размещён здесь:

Для жилья любого класса совмещение функций мини-ТЭЦ и котельной целесообразно в следующих случаях:
1. Отсутствуют централизованные электросети
2. Сети есть, но в них нет свободной электрической мощности
3. Затраты на подключение к электросетям будут больше, чем на энергоцентр

Технические рекомендации

Если не удалось подключить строящееся жильё к централизованным электрическим сетям, и вам потребовалась собственная электрогенерация, то необходимо придерживаться изложенных ниже рекомендаций. Они одинаковы как для газопоршневых установок, так и для микротурбин Capstone. Если по Капстоунам есть какие-либо особенности, то я отмечу их отдельно.

1. Электростанция и котельная как единый энергообъект

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.

Газопоршневая установка и газовый водогрейный котёл в одном машинном зале ­
Газопоршневая установка и газовый водогрейный котёл в одном машинном зале ­

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.

2. Тригенерация и применение АБХМ

Абсорбционная машина Broad (Китай) ­
Абсорбционная машина Broad (Китай) ­

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.

3. Деление мощности на несколько электроагрегатов

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.

4. Единичная мощность электроагрегатов

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.

"Маленькая" и "большая" ГПУ в составе одного автономного энергоцентра (Тамбов) ­
"Маленькая" и "большая" ГПУ в составе одного автономного энергоцентра (Тамбов) ­

5. Нагрузочное устройство

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 :-)

Микротурбины Capstone C65 очень недешёвые ­
Микротурбины Capstone C65 очень недешёвые ­

6. Резервная дизельная электростанция

Резервный дизель Cummins и ГПУ Petra в одном машзале (идёт обвязка оборудования) ­
Резервный дизель Cummins и ГПУ Petra в одном машзале (идёт обвязка оборудования) ­

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».

СП 31-110-2003.pdf

Размер файла: 817.42 кб

Электроустановки

Скачать

СП 6.13130.2013.pdf

Размер файла: 180.13 кб

Пож.безопасность

Скачать

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.

7. Использование частотных приводов

Чтобы исключить влияние пусковых токов на работу оборудования мини-ТЭЦ, все асинхронные двигатели в составе как самого энергоцентра, так и жилого комплекса, должны быть изначально оснащены частотными преобразователями. Сделать это будет несложно, так как проектирование мини-ТЭЦ для жилого комплекса, как правило, ведётся параллельно с проектированием жилых и общественных зданий, вспомогательных инженерных сооружений. Для устранения проблемы пусковых токов достаточно в технических заданиях на проектирование всех запланированных к строительству объектов прописать требование об обязательном использовании частотников. Сделать это сразу будет гораздо проще и дешевле, чем потом переделывать.

8. Этапность строительства мини-ТЭЦ для жилья

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.

Пример использования мини-ТЭЦ для энергоснабжения жилья бизнес-класса

Автономный энергоцентр в посёлке «Заречье» на западе Москвы был выведен на установленную мощность 4 МВт в два этапа. При проектировании он был рассчитан на шесть ГПУ Jenbacher JMS320 мощностью по 1 МВт. Вначале поставили две машины. Через несколько лет, когда максимальные нагрузки стали близки к 2000 кВт, были закуплены и смонтированы ещё две аналогичные газопоршневые установки. В результате установленная мощность мини-ТЭЦ «Заречье» в 2014 году была доведена до требуемых к этому моменту 4 МВт.

Естественно, что в составе автономного энергоцентра «Заречье» помимо четырёх ГПУ имеются ещё и водогрейные котлы, а так же резервный дизель. Тем самым этот энергоцентр совмещает в себе газопоршневую мини-ТЭЦ и газовую водогрейную котельную. Ещё одной особенностью этого объекта является размещение газопоршневых установок на втором этаже здания. Это крайне редко встречающийся вариант в российской практике.

Если вам интересно, то я могу организовать для вас посещение этого объекта. Это совершенно бесплатно. Заполняйте заявку.

© МетеоЭнергетик, 2020
Валерий Мартынов. Частный консультант по ГПУ, микротурбинам и мини-ТЭЦ.
Моб.: +7 (903) 747-77-71 E-mail: meteoenergetic@yandex.ru