en
Эл. почта: mail@1-engineer.ru
Центральный офис: Московская область, г. Химки ул. Ленинградская, стр. 25
Главная Статьи Что такое мини ТЭЦ? Сравнение, типы, возможности

Что такое мини ТЭЦ на биомассе? Сравнение, типы, возможности

Среди отходов сельскохозяйственного и деревообрабатывающего производства значительную долю составляет так называемая биомасса – возобновляемый источник энергии.

К таким отходам относятся:

  • В деревообрабатывающей отрасли: кора, щепа, опилки, фанерные отходы, торф, обработанные древесные отходы AI-AIV, древесные гранулы.
  • В агропереработке: подсолнечная лузга, рисовая шелуха, куриный помет.

Энергетическая утилизация таких отходов — решение, позволяющее предприятиям обеспечить существенную экономию.

В большинстве случаев энергоисточник на отходах становится частью замкнутой энергосистемы отдельного предприятия, и инвестором выступает непосредственный потребитель энергии. Возврат инвестиций в строительство ТЭЦ, мини ТЭЦ или котельной на биомассе осуществляется за счет сокращения объема электрической и тепловой энергии, приобретаемой у внешних поставщиков, а также снижения суммы платежей за негативное воздействие на окружающую среду. О том, как найти правильный баланс между энергетическими потребностями предприятия и количеством отходов, и на что ориентироваться при выборе технического решения по энергетической утилизации отходов производства, мы расскажем сегодня.

Продолжение статьи «Выбросить нельзя сжечь. Как превратить отходы в энергию», опубликованной в предыдущем выпуске.

По типу вырабатываемой энергии объекты энергетической утилизации отходов можно разделить на 2 основные группы:

  • Производство тепла (котельные на биомассе);
  • Когенерация (ТЭЦ и мини ТЭЦ на биомассе).

Производство тепла: котельная на биомассе

Паровой котел для ТЭЦ с горизонтальной компоновкой для загрязненного топлива

Рисунок 1. Паровой котел для ТЭЦ с горизонтальной компоновкой для загрязненного топлива

Когенерация
ТЭЦ и мини ТЭЦ с паровыми турбинами Тепловая единичная мощность:  5-105 МВт
Паропроизводительность: до 150 т/ч
Давление пара: до 110 бар
Температура: 510 °C
Обеспечение до 100% потребности предприятия в электроэнергии и 100% тепловой энергии
ТЭЦ и мини ТЭЦ на термомасляных установках Тепловая единичная мощность: 5-50 МВт
Температура: 325 °C
Обеспечение до 100% (определяется наличием топлива) потребности предприятия в электроэнергии. Тепло для систем теплоснабжения предприятия и технологических процессов в полном объеме, возможно параллельно с электрогенерацией.
Производство тепла
Водогрейная котельная Тепловая единичная мощность: 5-50 МВт
Для горячей и перегретой воды: до 200 °C
Тепловой мощностью 5-50 МВт, для горячей и перегретой воды до 200 °C
Паровая котельная Тепловая единичная мощность: 5-100 МВт Тепло для систем теплоснабжения предприятия и технологических процессов
Термомасляная установка Тепловая единичная мощность: 5-50 МВт
Температура: до 325 °C
Источник тепла для технологических процессов, возможно параллельно и для отопления

Таблица 1. Типы энергоисточников

Прямое сжигание твердого биотоплива для теплогенерации — наиболее простое с технической точки зрения, а потому доступное и распространенное решение, особенно актуальное для тех регионов, где не до конца решен вопрос с газификацией.

Строительство котельной, работающей на необработанном топливе, с естественным уровнем влажности, имеющим практически нулевую стоимость для владельца, позволяет решить задачи теплоснабжения самого предприятия, населения и социальной сферы, особенно в тех регионах с длительным отопительным сезоном и нерешенным до конца вопросом газификации. Выбор теплоносителя (пара, воды или термомасла) определяется технологией, применяемой на производстве, и потребностями конкретного предприятия.

Плюсы котельной на биотопливе очевидны:

  • стабильное теплоснабжение производства и сопутствующих объектов,
  • минимальные потери тепла за счет размещения в непосредственной близости к потребителям,
  • снижение затрат на приобретение тепловой энергии.

ТМУ с топкой для влажных отходов (более 65%)

Рисунок 2. ТМУ с топкой для влажных отходов (более 65%)

Однако собственная котельная хоть и снижает затраты предприятия, решает задачу утилизации отходов лишь частично, поскольку часто отходов образуется значительно больше, чем требуется для обеспечения потребностей в тепле. Кроме того, предприятие продолжает платить за ежегодно растущую в цене электроэнергию.

Идеальное решение для тех, кто хочет добиться радикального сокращения затрат — собственная ТЭЦ или мини ТЭЦ на отходах.

Возможности когенерации: зачем нужна и кому выгодна собственная мини ТЭЦ

Комбинированная выработка тепловой и электрической энергии позволяет обеспечить значительную экономию первичных энергоресурсов и снижение загрязнения окружающей среды вредными ингредиентами по сравнению с раздельной выработкой.

Строительство ТЭЦ или мини ТЭЦ на биотопливе целесообразно и выгодно для предприятий при соблюдении ряда условий:

  • наличие собственных древесных или сельскохозяйственных отходов в достаточном количестве;
  • высокая стоимость энергии в регионе (от 3.7 рублей за киловатт-час);
  • необходимость обеспечения тепловой энергией потребителей предприятия, которое можно организовать с турбины, достаточного для более выгодного режима когенерации.

Таблица 2. ТЭЦ на паровых турбинах. Упрощенная схема процесса

Довольно распространённый и весомый аргумент в пользу строительства собственной ТЭЦ — недостаток электрической мощности на подстанции, снабжающей предприятие. При этом важно корректно определить требуемую мощность ТЭЦ. Оптимальным вариантом будет рассчитывать ее таким образом, чтобы при работе в параллель с энергосистемой закрыть собственные потребности.

Помимо снижения затрат на покупку энергии, собственная мини ТЭЦ на отходах позволяет предприятию решить такие задачи, как:

  • обеспечение должного качества электроэнергии в критичных регионах,
  • защита объекта от перебоев в энергоснабжении,
  • повышение категорийности электроснабжения.

Мини ТЭЦ – возможные варианты

Предприятию, планирующему организовать собственную выработку электроэнергии из отходов производства, стоит рассмотреть следующие варианты ТЭЦ или мини ТЭЦ:

ТЭЦ или мини ТЭЦ с паровыми турбинами — распространенное решение, позволяющее полностью обеспечить потребности предприятия в электрической и тепловой энергии, и достичь таким образом полной независимости от внешних поставщиков. Широкий диапазон мощностей представленных на рынке производителей турбинного оборудования дает возможность построить ТЭЦ предприятиям с различным уровнем потребляемой мощности. Однако капитальные затраты при реализации проектов по строительству ТЭЦ с паровыми турбинами весьма значительны, поэтому экономически целесообразны такие проекты при условии, что предприятие может обеспечить электрогенерацию по принципу когенерации от 1 МВт.

При выборе мощности будущей мини ТЭЦ важно и то, насколько энергоемким является само производство. Если в планы предприятия не входит выход на розничный или оптовый рынок электроэнергии (сопряженный, к сожалению, на сегодня с рядом сложностей), то собственное потребление должно быть достаточным для потребления указанной выше мощности.

Оптимально, чтобы собственных отходов должно быть достаточно для обеспечения требуемой выработки на предприятии, однако при их недостатке возможно найти решение – например утилизировать отходы с других предприятий, заинтересованных в этом.

 

Таблица 3. Упрощенная схема процесса (ORC) — органического цикла Ренкина

ТЭЦ или мини ТЭЦ на термомасляных установках для производства электроэнергии используют турбины ORC цикла.

Рисунок 3. Био-ТЭЦ с ORC

Процесс–ORC подобен термодинамическому циклу обычной паровой турбины, но в качестве рабочего тела для привода турбины используется органическое вещество с высокой молекулярной массой. Для ТЭЦ, работающей на биомассе, в качестве рабочего тела обычно используется силиконовое масло.

С одной стороны, это повышает общий КПД теплового цикла на малых мощностях и при низкой температуре источника тепла по сравнению с классическим паровым циклом, так как температура кипения органического вещества меньше, чем у воды, а с другой стороны — ограничивает их использование на средних и больших мощностях.

В целом мини ТЭЦ с использованием ORC-технологии отличаются от паротурбинных более широким диапазоном регулирования, большей гибкостью в эксплуатации и отличной работой при частичной загрузке.

Выбор между ТЭЦ на паровых турбинах и ТЭЦ на термомасляных установках определяется следующими основными критериями:

  • использование в технологии предприятия пара или термомасла;
  • параметры тепла низкопотенциальных потребителей;
  • требуемая мощность электрогенерации, необходимая для этого режима с вакуумом;
  • предпочтения предприятия.

Мини ТЭЦ: как найти оптимальное решение

Несмотря на действительную многовариантность решения задачи выбора типа энергоисточника на биомассе, как у всякой задачи, наиболее оптимальным каждого предприятия будет, как правило, одно решение.

Чтобы выбрать наиболее подходящий тип источника и оптимальную мощность, нужно принять во внимание:

  • данные о фактическом энергопотреблении на предприятии,
  • данные о количестве отходов,
  • тарифы на электроэнергию и тепло у действующих поставщиков,
  • прогнозные значения потребности в тепловой и электрической энергии в средне- и долгосрочной перспективе,
  • производственный план предприятия и соответственно прогноз изменения объема отходов,
  • прогнозные значения тарифов на электрическую и тепловую энергию от внешних поставщиков,
  • данные о стоимости оборудования и строительства,
  • себестоимость электроэнергии и тепла, производимых собственной мини ТЭЦ,
  • эксплуатационные затраты по собственной мини ТЭЦ или котельной.

При отсутствии утвержденных планов развития возможно решать проблему этапами (например, построить котельную, а через несколько лет после наращивания объемов производства основной продукции провести ее апгрейд до полноценной мини ТЭЦ). В этом случае необходимо на стадии проектирования учитывать стратегическое видение инвестора и разрабатывать проектные решения таким образом, чтобы дальнейшая реконструкция объекта был возможна и не требовала кардинальных изменений построенных на первом этапе объектов.

Найти такие решения сможет ответственный и опытный исполнитель проекта.

Как ЕРС-контактор, «Первый инженер» всегда начинает работу с клиентом именно с изучения исходных данных, обсуждения планов развития и составления технико-экономического обоснования строительства энергоисточника.

Котельная, ТЭЦ или мини ТЭЦ: хотите понять, какой энергоисточник отвечает целям и потребностям вашего предприятия, и оценить объем инвестиций в проект? Обращайтесь за консультацией к нашим специалистам.

Наталья Баклыгина
Директор по маркетингу компании «Первый инженер»