Снабжение потребителей жилого сектора и коммунального хозяйства с помощью ГПА-ТЭЦ

Снабжение потребителей жилого сектора и коммунального хозяйства с помощью ГПА-ТЭЦ

Снабжение потребителей жилого сектора и коммунального хозяйства вновь сооружаемых микрорайонов (кварталов) предусмотрено от автономных источников электро-теплоснабжения, работающих на газовом топливе – коммунальных газовых ТЭЦ малой мощности.

Заказчиком установлены следующие исходные требования к мощности и режиму работы коммунальных ТЭЦ:

1. Электрическая мощность - в зависимости от места размещения должна обеспечиваться мощность 24, 30 и 36 МВт.

2. Тепловая мощность – максимально возможная при работе по электрическому графику.

3. По электрической мощности – по графику электрических нагрузок потребителя, изолированно от энергосистемы, на выделенную нагрузку по 1-ой категории электроснабжения, без перерыва в отпуске электрической энергии от энергоисточника.

4. По тепловой мощности – по графику электрических нагрузок:

· в зимний (отопительный) период - параллельно с близлежащими источниками теплоснабжения (районными котельными, станциями теплоснабжения и ТЭЦ) обеспечивающими резервирование коммунальных ТЭЦ по тепловой мощности и отпуск теплоты по тепловому графику потребителя;

· в летний (неотопительный) период – изолированно на выделенную тепловую нагрузку горячего водоснабжения потребителя с регулированием отпуска теплоты по совмещенному тепловому графику горячего водоснабжения и кондиционирования (при наличии чиллеров, использующих в качестве греющей среды горячую воду).

Предлагаемое основное оборудование газопоршневых ТЭЦ.

Исходя из исходных требований Заказчика, для энергоснабжения коммунально-бытовых потребителей и жилого сектора новых микрорайонов предлагается строительство коммунальных ТЭЦ на базе крупных газовых поршневых агрегатов (ГПА-ТЭЦ).

Предусмотрены два варианта основного оборудования:

1. Вариант 1 – газовые моторы с искровым зажиганием компании Caterpillar типа G16CM34 единичной электрической мощностью 5,974 МВт, с системой утилизации теплоты (СУТ) двигателя и газовыхлопа тепловой мощностью 6,77МВт (5,82 Гкал/ч);

2. Вариант 2 – двухтопливные газодизельные агрегаты компании Wartsila типа 18V32DF единичной электрической мощностью 6,080 МВт, использующие в качестве основного топлива природный газ и оснащенные системой утилизации сбросной теплоты тепловой мощностью 6,47 МВт (5,56 Гкал/ч).

Для выполнения требований Заказчика о бесперебойном электроснабжении потребителей на ГПА-ТЭЦ необходима установка одного резервного ГПА. Постоянный режим работы этого агрегата – нагруженный резерв. При этом все агрегаты электростанции работают на мощности ниже номинальной и при отказе одного из ГПА остальные энергоустановки практически мгновенно набирают требуемую электрическую мощность.

Пуск резервного агрегата из «холодного» состояния (резерва) более продолжителен, чем набор номинальной мощности работающих ГПА. Пуск резервного агрегата из «горячего» резерва (работа ГПА на холостом ходу) требует несколько меньшего времени, чем пуск из «холодного» состояния, но постоянная работа энергоустановки мощностью 6 МВт на холостом ходу, без выработки мощности, приводит к существенному перерасходу топлива.

Данные по установленной и располагаемой электрической мощности ГПА-ТЭЦ приведены в таблице 1.

Ввиду того, что газопоршневые агрегаты в условиях эксплуатации имеют высокий КПД на полной и частичной нагрузках, практически не изменяющийся в диапазоне мощности от 80 до 100 % номинальной, работа ГПА-ТЭЦ на частичной мощности, до 80 % от номинальной, не приведет к ухудшению технико-экономических показателей электростанции и не вызовет роста расхода топлива.

Отпуск электрической энергии от ГПА-ТЭЦ предусмотрен на напряжении 10,5кВ (уточняется на последующих стадиях проектирования) по кабельным линиям на РП потребителя.

Таблица 1

Электрическая мощность ГПА-ТЭЦ

Параметр	Размер-ность	Величина
*Вариант №1 – газовый мотор* *G16CM34*
Количество установленных ГПА	шт	5	6	7
Количество работающих ГПА	шт	5	6	7
Процент нагружения	%	80	83,7	86,0
Установленная электрическая мощность	МВт	29,87	35,84	41,82
Рабочая электрическая мощность	МВт	24,0	30,0	36,0
*Вариант №2 – газодизельный агрегат 18V32***DF
Количество установленных ГПА	шт	5	6	7
Количество работающих ГПА	шт	5	6	7
Процент нагружения	%	78,9	82,2	84,6
Установленная электрическая мощность	МВт	30,4	36,48	42,56
Рабочая электрическая мощность	МВт	24,0	30,0	36,0

Все энергоустановки оснащены системой глубокой утилизации теплоты (рубашки двигателя, турбонаддува, масла и выхлопных газов ГПА), позволяющей вырабатывать тепловую энергию для теплоснабжения жилого микрорайона без дополнительного расхода топлива. Отпуск тепловой энергии предусмотрен по температурному графику 115/70⁰С (уточняется на последующих стадиях проектирования) по теплопроводам подземной прокладки на ЦТП потребителей.

Данные по установленной и рабочей тепловой мощности коммунальной ТЭЦ приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Тепловая мощность ГПА-ТЭЦ

Параметр	Размер-ность	Величина
*Вариант №1 – газовый мотор* *G16CM34*
Количество установленных ГПА	шт	5	6	7
Количество работающих ГПА	шт	5	6	7
Установленная тепловая мощность	МВт Гкал/ч	33,85 29,1	40,62 34,92	47,39 40,74
Рабочая тепловая мощность	МВт Гкал/ч	26,72 23,0	33,19 28,8	40,14 34,51
*Вариант №2 – газодизельный агрегат 18V32***DF
Количество установленных ГПА	шт	5	6	7
Количество работающих ГПА	шт	5	6	7
Установленная тепловая мощность	МВт Гкал/ч	32,4 27,8	38,88 33,36	45,36 38,39
Рабочая тепловая мощность	МВт Гкал/ч	25,47 21,9	31,89 27,4	38,26 32,9

Согласно требований Заказчика ГПА-ТЭЦ будет работать на изолированного потребителя по электрическому графику, имеющему ярко выраженные пики нагрузок в утренние и вечерние часы (коммунальные потребители), в целях выравнивания суточного графика отпуска тепловой энергии, на площадке коммунальной ТЭЦ предусмотрена установка баков-аккумуляторов теплоты. Эти теплоаккумуляторы «заряжаются» горячей водой в период пиков нагрузки и выдают в теплосеть накопленную тепловую энергию при разгрузке агрегатов по электрическому графику, чем обеспечивают равномерный отпуск теплоты от газовой ТЭЦ в течение суток.

Компоновочные решения и состав сооружений ГПА-ТЭЦ

Настоящим предложением на площадке газовой ГПА-ТЭЦ предусмотрены следующие здания, сооружения и оборудование:

1. Главный корпус:

1.1. машинный зал с основным технологическим оборудованием в составе:

· газопоршневых агрегатов с глушителями выхлопа;

· системы утилизации с котлом-утилизатором теплоты выхлопных газов, байпасным газоходом, теплообменным оборудованием и блоком сетевых насосов;

1.2. электротехническое помещение с ЗРУ-10,5 для выдачи мощности ГПА-ТЭЦ и РУ-0,4 собственных нужд электростанции (КТПСН);

1.3. пультовая - центральный щит управления (ЦЩУ) со шкафами управления газовой ТЭЦ;

1.4. шкафы питания потребителей вспомогательного технологического оборудования;

1.5. аккумуляторная с батареями оперативного питания высоковольтного РУ и зарядным устройством;

1.6. механическая мастерская со складом ЗИП;

1.7. бытовые, лабораторные и вспомогательные помещения;

1.8. воздушная компрессорная с баллонами сжатого пускового воздуха и компрессором;

1.9. система внутреннего пожаротушения;

1.10. маслохозяйство с баками чистого и отработанного масла, насосами замены смазочного масла, складом машинного масла в бочках и емкостью антифриза;

1.11. водоподготовительная установка с баком запаса химочищенной воды и складом химреагентов;

1.12. выносные радиаторы охлаждения рубашки, топливно-воздушной смеси и масла двигателя (размещены на крыше корпуса);

1.13. венткамера и воздуховоды подачи воздуха к двигателям на горение;

1.14. системы приточной и вытяжной вентиляции.

2. Две многоствольные дымовые трубы высотой 50 м каждая с двумя-четырьмя газоотводящими стволами. Количество дымовых стволов зависит от количества ГПА на газовой ТЭЦ.

3. Газораспределительный пункт (ГРП) с фильтрами и газорегулирующей аппаратурой.

4. Два резервуара противопожарного запаса воды с насосной внешнего пожаротушения.

5. Локальные очистные сооружения.

6. Подземный резервуар аварийного слива масла с ГПА.

7. Проходная.

8. Внутриплощадочные дороги и проезды.

9. Ограждение площадки ТЭЦ.

Для ГПА-ТЭЦ с газодизельными агрегатами (Вариант 2) на площадке электростанции предусмотрено хозяйство жидкого (дизельного) топлива в составе:

1. Склада дизельного топлива с 2÷4 вертикальными баками запаса дизельного топлива (количество определяется на последующих стадиях проектирования).

2. Здания насосной дизельного топлива с расходным баком топлива и насосами.

3. Площадки слива дизтоплива из автоцистерн и перекачивающими насосами.

Главный корпус электростанции представляет собой одно – двух этажное многоуровневое здание с металлическим каркасом и ограждающими конструкциями типа «сэндвич». Здание противопожарной насосной и насосной дизтоплива – одноэтажное, аналогичного исполнения.

В помещении машзала каждый газопоршневой агрегат установлен в отдельном тепло-звукоизолированном помещении, оснащенном кран-балкой для обслуживания двигателя.

Размеры главного корпуса для 2-х рассматриваемых типов ГПА одинаковы и зависят только от количества агрегатов (рабочей мощности газовой ТЭЦ). Ориентировочные размеры главного корпуса (в плане) для ГПА-ТЭЦ разной мощности приведены ниже в таблице 3.

Таблица 3.

Ориентировочные размеры главного корпуса

Параметр	Размерность	Величина
Рабочая электрическая мощность	МВт	24,0	30,0	36,0
Размеры в плане (длина х ширина)	м	48х36	54х36	60х36

Ввиду наличия склада запаса дизельного топлива, обеспечивающего работу газодизельных агрегатов, площадка ГПА-ТЭЦ для Варианта 2 несколько превосходит по размерам площадку ТЭЦ с газомоторными агрегатами (Вариант 1). Ориентировочные размеры площадок для 2-х рассматриваемых вариантов газопоршневой ТЭЦ, с учетом требуемых разрывов между сооружениями, проездов и внутриплощадочных дорог (включая пожарный проезд по внутреннему периметру площадки ТЭЦ), приведены ниже в таблице 4.

Таблица 4.

Ориентировочные размеры площадки ГПА-ТЭЦ

Параметр	Размерность	Величина
*Вариант №1 – газовый мотор* *G16CM34*
Рабочая электрическая мощность	МВт	24,0	30,0	36,0
Размеры площадки (длина х ширина)	м	93х70	99х70	105х70
Площадь	Га	0,65	0,69	0,74
*Вариант №2 – газодизельный агрегат 18V32DF***
Рабочая электрическая мощность	МВт	24,0	30,0	36,0
Размеры площадки (длина х ширина)	м	118х70	124х70	130х70
Площадь	Га	0,83	0,87	0,91

Снабжение ГПА-ТЭЦ топливом

Для выполнения требований Заказчика о бесперебойном и надежном энергоснабжении потребителей в Варианте 1 – газомоторная электростанция – подачу природного газа на площадку электростанции необходимо предусмотреть по 2-м ниткам газопровода (основной и резервной), подключенным к 2-м разным ГРС. В пределах сложившейся городской застройки достаточно сложно осуществить прокладку 2-х подземных газопроводов, что при выборе площадки для строительства ГПА-ТЭЦ выводит вопрос о газоснабжении на первое место.

В Варианте 2 - газодизельная электростанция – в качестве резервного топлива используется имеющееся на площадке ГПА-ТЭЦ дизельное топливо и снабжение газом осуществляется по одному газопроводу от одной ГРС. В этом варианте также необходимо осуществить прокладку одного газопровода и разработать надежную транспортную схему подвоза дизтоплива на площадку электростанции.

Экологические показатели и санитарно-защитная зона

Предусмотренное к размещению на коммунальной ГПА-ТЭЦ основное оборудование – современные газопоршневые агрегаты зарубежного производства – полностью удовлетворяют общепринятым мировым экологическим требованиям.

Во всех рассматриваемых вариантах ГПА выбросы наиболее токсичного загрязняющего вещества – оксидов азота NO_x – составляют не более 250 мг/нм³, что в 2 раза ниже европейских норм TA-LUFT, согласно которым эмиссия оксидов азота нормируется на уровне 500 мг/нм³.

В соответствии с действующим в РФ нормативом – ГОСТ Р 51249-99 «Дизели судовые, тепловозные и промышленные. Выбросы вредных веществ с отработанными газами» предлагаемое основное оборудование является полностью экологически чистым. Согласно этому ГОСТу, норматив удельных средневзвешенных выбросов оксидов азота NO_x для промышленных дизелей выпуска после 1999г. должен составлять до 10 г/к Вт*ч. Предлагаемые к размещению в городской черте газопоршневые агрегаты имеют удельный выброс NO_x на уровне 1,3-1,5 г/кВт*ч, что практические в 6-8 раз ниже Российских экологических требований.

Данные газопоршневые установки оказывают минимальное шумовое воздействие на окружающую среду. Все агрегаты будут размещены в отдельных звукоизолирующих помещения (боксах) и оснащены эффективными глушителями выхлопа. На расстоянии 50 м от многоствольных дымовых труб ГПА-ТЭЦ уровень звука от газовыхлопа энергоустановок снизится до 40-45 дБА, что соответствует уровню шума на территории больниц, санаториев и в жилой зоне в ночное время.

Шумопоглощающие стены боксов ГПА и ограждающие конструкции здания главного корпуса существенно снизят уровень механических шумов от работающих среднеоборотных газопоршневых двигателей энергоустановок и на расстоянии 50 м от стен машзала шумы от работающей газовой коммунальной ТЭЦ не превысят требования санитарных норм к уровню звука в жилой зоне.

Согласно действующих в настоящее время санитарных норм – СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03, для энергообъектов рассматриваемого типа с высокими источниками выбросов (дымовыми трубами) границы санитарно-защитной зоны (СЗЗ) назначаются от источника выброса, т.е. от дымовых труб, расположенных в срединной части площадки электростанции. В этой связи фактическая граница СЗЗ будет практически совпадать с границей площадки ГПА-ТЭЦ или проходить на некотором расстоянии от ограждения площадки электростанции.

Основные технико-экономические показатели

Основные технико-экономические показатели предлагаемых вариантов строительства коммунальных газопоршневых ТЭЦ приведены ниже в таблицах 5 и 6.

Таблица 5

Вариант №1 – ГПА-ТЭЦ с газовыми моторами G16CM34

№	Параметр	Размер-ность	Значение
1.	Рабочая электрическая мощность	МВт	24,0	30,0	36,0
2.	Рабочая тепловая мощность	Гкал/ч	23,0	28,8	34,51
3.	КПД электрический	%	43,5	43,5	43,5
4.	КПД общий (использования теплоты топлива)	%	92,0	92,0	92,0
5.	Годовая выработка: - электрическая энергия (при работе на рабочей электрической мощности 5000 ч/год); - тепловая энергия (при работе на рабочей электрической мощности 5000 ч/год)	тыс. кВт*ч тыс.Гкал	120000 115	150000 144	179900 172
6.	Годовая потребность в топливе: - природный газ; - дизельное топливо	млн.нм³ тыс.т	27,20 -	33,91 -	40,78 -
7.	Ориентировочная площадь территории площадки в ограждении	Га	0,65	0,69	0,74
8.	Продолжительность проектирования и строительства	мес.	16 - 18
9.	Ориентировочные удельные капитальные вложения на кВт установленной мощности (с НДС)	USD/кВт	800* - 850
10.	Ориентировочная стоимость строительства «под ключ»	млн. USD	25*	30*	35*

* Стоимость дана с учетом установленной мощности, включая 1 резервный агрегат.

Таблица 6

Вариант №2 – ГПА-ТЭЦ с газодизельными агрегатами 18V32DF

№	Параметр	Размер-ность	Значение
1.	Рабочая электрическая мощность	МВт	24,0	30,0	36,0
2.	Рабочая тепловая мощность	Гкал/ч	23,0	28,8	34,5
3.	КПД электрический	%	44,6	44,6	44,6
4.	КПД общий (использования теплоты топлива)	%	92,0	92,0	92,0
5.	Годовая выработка: - электрическая энергия (при работе на рабочей электрической мощности 5000 ч/год); - тепловая энергия (при работе на рабочей электрической мощности 5000 ч/год)	тыс. кВт*ч тыс.Гкал	120000 109,5	150000 137,1	179900 164,5
6.	Годовая потребность в топливе: - природный газ; - дизельное топливо	млн.нм³ тыс.т	23,04 3,0	28,8 3,75	34,51 4,5
7.	Ориентировочная площадь территории площадки в ограждении	Га	0,83	0,87	0,91
8.	Продолжительность проектирования и строительства	мес.	16 - 18
9.	Ориентировочные удельные капитальные вложения на кВт установленной мощности (с НДС)	USD/кВт	920* - 970
10.	Ориентировочная стоимость строительства «под ключ»	млн.USD	29*	34*	39*

* Стоимость дана с учетом установленной мощности, включая 1 резервный агрегат.

Стоимостные показатели

Общий объем капитальных вложений на условиях «под ключ» по укрупненным показателям в ценах 1-го квартала 2007 года ориентировочно составит (таблица 5,6).

Указанные затраты будут уточнены после получения всех необходимых исходных данных и при наличии технического задания, утвержденного Заказчиком.

В указанную стоимость не включены:

§ подвод к заданию ТЭЦ природного газа давление не ниже 4 бар (изб.);

§ подвод к зданию ТЭЦ внешних коммуникаций (электрические и тепловые сети, пожарная вода, производственная и хозбытовая канализация и т.п.), а также автодороги.;

§ увеличение высоты дымовой трубы сверх 30 метров.