en
Эл. почта: mail@1-engineer.ru
Центральный офис: Московская область, г. Химки ул. Ленинградская, стр. 25
Главная Статьи ORC-генерация: использование вторичных энергоресурсов для обеспечения энергетических потребностей предприятия

ORC-генерация: использование вторичных энергоресурсов для обеспечения энергетических потребностей предприятия

Множество технологических процессов в промышленности сопровождается выделением значительного объема высокотемпературных отходящих газов. В большинстве случаев их тепло выбрасывается и рассеивается в атмосфере через дымовые трубы, либо утилизируется в градирнях. В условиях, когда цены на топливо и электроэнергию неуклонно растут, подобная практика обращения с ценным источником тепла выглядит очевидно расточительной. Тем более, что круг технологий, позволяющих использовать вторичные энергоресурсы, постоянно расширяется. Об одном из перспективных решений, которое широко и довольно давно применяется в зарубежной практике, основанном на технологии ORC*, говорим сегодня.

Начнём с теории

Принцип органического цикла Ренкина достаточно прост: контур с низкокипящим рабочим телом (далее НРТ – органическое или синтетическое вещество с низкой температурой кипения) нагревается от источника «бросового» тепла через теплообменник. В зависимости от температур сбросного тепла в качестве НРТ могут быть использованы термомасло, пропан, пентан, бутан, фреоны R-134а, R-245f, R-22 и т.д.

Тепло отходящих газов передается органической жидкости (НРТ). Переходя в газообразное состояние, она проходит по контуру и подобно водяному пару приводит в движение турбину, которая может быть соединена с электрогенератором или выступать механическим приводом для технологического оборудования.

Отработанный пар органической жидкости совершает обратный фазовый переход в контуре сетевой воды (конденсируется, превращаясь в жидкость), где после охлаждения готов к повторному использованию.

Органический цикл Ренкина весьма схож с циклом Ренкина, по которому строится процесс на большинстве паротурбинных установок (см. график), но вместо воды используется низкокипящая органическая жидкость, обеспечивающая за счет низкого молекулярного веса работу турбины на низких оборотах при меньшем давлении.

Термомасло (или другое НРТ), используемое в первичном контуре такой системы, устойчиво к высоким температурам, а потому нагревается не выше 280-310 ˚С при работе на различных источниках тепла. Благодаря этому ORC-технологии способны вырабатывать электроэнергию, используя вторичное тепло от множества промышленных процессов.

К тому же процесс Ренкина имеет особенности, позволяющие снизить эрозию и износ оборудования:

  • процесс срабатывания пара находится в области сухого пара;
  • конденсация НРТ происходит при давлении выше атмосферного.

Источниками тепла для собственной ORC-генерации могут стать пар, вода, уходящие газы ГТУ и котлов с температурой от 85 до 500 ˚С:

  • Отработавшие газы плавильных печей в металлургии, стекольной промышленности и производстве цемента.
  • Отходящие газы от установок утилизации отходов.
  • Выхлопные газы двигателей ГПУ и ДГУ.
  • Пар, вода или другие жидкости из охлаждающих контуров на промышленных производствах.

Разнообразие возможных источников тепла делает данную технологию доступной и экономически привлекательной для широкого круга отраслей, где строительство собственной мини-ТЭЦ с применением электрогенерирующих установок на базе ORC-цикла может стать отличной альтернативой или дополнением традиционному энергоснабжению.

НРТ vs пар: оцениваем преимущества

Рассмотрим, в чем преимущества выработки ORC-генерации с ее «традиционным конкурентом» — паротурбинной технологией.

Эффективность

ORC-модули имеют более высокий по сравнению с традиционными паровыми турбогенераторами электрический КПД, в том числе на переменных режимах работы, и высокий внутренний относительный КПД турбины (до 85 %); широкий диапазон регулирования: 10-100 % обеспечивает возможность гибкости в эксплуатации и отличную работу при частичной загрузке.

Оснащение системы и эксплуатация

Паротурбинная электростанция — сложная система с большим количеством вспомогательного оборудования: системами водоподготовки, охлаждения, многочисленными насосами и разветвленной сетью трубопроводов. Пуск и эксплуатация оборудования сопряжены с большим числом ручных операций, а, следовательно, и значительными затратами на обслуживающий персонал и высоким риском ошибок в управлении.

Схема ORC-установки значительно проще, поэтому ее запуск и останов не требуют специальной подготовки, а работа в автоматическом режиме исключает необходимость в присутствии оператора, обеспечивая большую надежность при меньших затратах на персонал (временные затраты на техническое обслуживание системы составляют 5-6 часов в неделю).

Срок службы

Срок службы ORC-установок – 25 лет и выше. Достигается он за счет:

  • Применения неагрессивных органических жидкостей, снижающих риск коррозии.
  • Конструктивных особенностей (небольшое механическое напряжение турбины вследствие низкой окружной скорости; отсутствие редуктора между турбиной и генератором).
  • Работы при более низких давлениях и температурах.

Стоимость и внедрение

Выбирая ORC-технологию, предприятие может существенно сократить бюджет и срок реализации проекта по сравнению с внедрением энергоцентра на базе паротурбинных технологий:

  • состав оборудования, протяженность трубопроводов и количество регулирующей и запорной арматуры на ORC-установке значительно меньше, чем на паротурбинной;
  • за счет размещения на открытом воздухе исключаются затраты на строительство здания;
  • большинство производителей реализует ORC-объекты из модулей высокой степени заводской готовности, что существенно сокращает время на СМР.

Принимаем решение

Упомянув про затраты, нельзя обойти вниманием экономику проектов в области ORC-генерации.

Бюджет их определяют сразу нескольких факторов:

  • установленная электрическая мощность;
  • комплектация системы (наличие градирни, рекуператора, АСУ ТП и т.д.);
  • используемая технология утилизации тепла и вид НРТ.

А экономическая целесообразность в основном зависит от:

  • подключенной тепловой и электрической нагрузки, графиков их потребления;
  • доступного вида топлива;
  • региональных тарифов на электроэнергию и тепло.

В мировой практике широкое распространение ORC-генерация получила на предприятиях стекольной промышленности, металлургических, цементных заводах, деревообрабатывающих предприятиях. Причем, что интересно, ORC-установки сегодня все чаще выбирают даже там, где основные тепловые процессы построены с использованием паросилового оборудования. В России случаи внедрения этой технологии пока единичны, но принимая во внимание мировую тенденцию и отраслевую структуру российской промышленности в недалекой перспективе можно прогнозировать, что в ближайшее время мы станет очевидцами активного развития ОRС-генерации, а первопроходцами станут энергоемкие металлургия и нефтепереработка.

Хотите опередить индустрию и первыми снизить свои затраты на энергоносители? Обращайтесь к нам, чтобы оценить целесообразность внедрения ORC-генерации на вашем предприятии на основании индивидуальных технико-экономических расчетов.

 

*Organic Rankine Cycle — органический цикл Ренкина

Сергей Волков
Директор по работе с корпоративными заказчиками компании «Первый инженер»