Блочные теплоэлектростанции компании Buderus

Одним из таких решений являются мини-ТЭЦ или блочные теплоэлектростанции (БТЭС), которые позволяют заказчику автономно вырабатывать для своих нужд тепловую и электрическую энергию. Именно о таких блок-ТЭС серии Loganova производства Buderus и пойдет речь в этом обзоре.

Опыт эксплуатации мини-ТЭЦ в России исчисляется сроком чуть более 10 лет, но интерес к этой технологии в нашей стране очень высок, что обусловлено постоянным ростом цен на электроэнергию и услуги теплосетей, а также сложностью и непрозрачностью процедуры подключения к последним. По этой причине многие заказчики находят очень привлекательной технологию производства электроэнергии и тепла для своих потребностей самостоятельно.

Блок-ТЭС серии Buderus Loganova представляет собой полностью укомплектованный, готовый к подключению узел, имеющий синхронный генератор с воздушным охлаждением, для производства трехфазного тока напряжением 400 В, частотой 50 Гц и горячей воды с температурным графиком 90/70 °C при стандартной разнице температур между подающей и обратной линиями 20 K. БТЭС может работать в зависимости от тепловой или электрической нагрузок в диапазоне электрической мощности 50%–100% (что соответствует 60–100% тепловой мощности).

Компания «BUDERUS» предлагает на российском рынке широкую линейку газопоршневых установок от 50 до 400 кВт электрической мощности. Согласно расчетов, из 1 м3 газа в мини-ТЭЦ вырабатывается порядка 3,85 кВт*час электричества и 4,67 кВт*час тепловой энергии. К достоинствам мини-ТЭЦ BUDERUS можно отнести низкий уровень шума, высокий КПД, а так же модульную конструкцию, которая дает возможность подключать несколько модулей для увеличения мощности. Кроме того, полная автоматизация работы мини-ТЭЦ позволяет свести к минимуму количество обслуживающего персонала.

Электрическая полезная энергия возникает в результате сжигания природного газа в двигателе внутреннего сгорания и дальнейшего преобразования в синхронном генераторе механической энергии в электрическую. Тепловая энергия образуется также в результате сгорания топлива в газовом двигателе. Тепло, содержащееся в выхлопных газах, коллекторе, блоке двигателя, в моторном смазочном масле, служит для нагрева воды, например, в системе отопления. Блок-ТЭС можно подключать к электросетям общего пользования как для сброса излишков вырабатываемой электроэнергии, так и для покрытия пиковых потребностей в последней (более характерно для европейских стран).

Модуль блок-ТЭС состоит из следующих узлов и систем:

Газовый двигатель. Представляет собой двигатель внутреннего сгорания (двигатель со свободным впуском) без турбонаддува (некоторые модели с турбонаддувом) с коэффициентом соотношения воздуха лямбда равным 1. Охлаждение поршней обеспечивается потоком масла под давлением. Выхлопные газы отводятся через водоохлаждаемый сборный коллектор.

Система смазки двигателя. Двигатель имеет циркуляционную систему смазки под давлением. Масло подается из масляной ванны насосом с шестеренчатым приводом сначала в маслоохладитель, выполненный как масляно-водяной охладитель с ребристыми трубами. Очистка смазочного масла происходит в масляном фильтре с бумажной вставкой. Фильтр расположен на главной магистрали маслопровода. Из главной магистрали очищенное масло распределяется по различным масляным каналам.

Система охлаждения двигателя. Двигатель имеет замкнутую систему охлаждения. Насос подает охлаждающую жидкость сначала к картеру двигателя через маслоохладитель. По внутренним каналам картера охлаждающая жидкость поступает к гильзам и головкам цилиндров.

Стартер. Стартер обеспечивает запуск газового двигателя. Пусковое реле служит как для перемещения шестерни в зацепление с зубчатым венцом двигателя, так и для замыкания контактного моста для включения главного тока стартера.

Воздушный фильтр. Воздушный фильтр очищает воздух, поступающий в газовый двигатель для сгорания.

Газопровод и смесительная камера. Подача газа на модуль БТЭС осуществляется по участку газопровода с предохранительной арматурой в модульном исполнении. Газовоздушная смесительная камера с прифланцованным дроссель-клапаном работает по принципу Вентури. В ней газ смешивается с воздухом, идущим на горение. Соотношение топливо – воздух коррктируется лямбда-регулятором по остаточному кислороду в выхлопных газах.

Система зажигания. Система зажигания поддерживает запуск газового двигателя. От датчика кулачкового вала поступает импульс так, что зажигание происходит только на такте впуска. Смещение зажигания для отдельных цилиндров осуществляется через отверстия в диске кулачкового вала.

Муфта. Муфта (фланцевая) соединяет газовый двигатель с трехфазным синхронным генератором.

Трехфазный синхронный генератор. Производит электрический ток при вращении ротора в статоре. Трехфазный синхронный генератор приводится в действие через муфту от газового двигателя. С газовым двигателем он имеет жесткое фланцевое соединение через промежуточный корпус.

Опорная рама. Является несущей конструкцией для всех узлов БТЭС (газового двигателя, трехфазного синхронного генератора, насоса системы охлаждения, расширительного бака охлаждающей жидкости, теплообменников, шумоглушителя выхлопных газов, системы очистки выхлопных газов, системы маслоснабжения, электрораспределительного оборудования и звукоизолирующих элементов). В верхней части и сбоку в нижней части несущие балки сделаны разборными для того, чтобы во время проведения инспекционных работ не возникло затруднений при подъеме крупных узлов установки с помощью талей, потолочных кранов и др. оборудования.

Трубопроводы. Смонтированы на заводе и соединяют основные элементы модуля блок-ТЭС между собой (теплообменник охлаждающей жидкости, теплообменник выхлопных газов и двигатель). Полностью осуществлена обвязка трубопроводами и необходимая изоляция систем охлаждения, отопления и выхлопных газов.

Система теплообменников. В эту систему входят два теплообменника: выхлопных газов и охлаждающей жидкости. Эти теплообменники используют - за счет теплопередачи - тепло, выделяющееся при работе двигателя, и тепло, содержащееся в выхлопных газах. В теплообменнике выхлопных газов тепло, выделяющееся с выхлопными газами при работе двигателя, передается в водяной контур. Теплообменник выхлопных газов связан при этом с контуром охлаждения двигателя ("внутренний контур охлаждения"). Таким образом, он защищен от тепловых напряжений вследствие низкого качества воды в системе отопления. В паяном пластинчатом теплообменнике охлаждающей жидкости происходит передача тепла, выделяющегося при работе газового двигателя, и тепла, содержащего в выхлопных газах, в водяной контур. Каждая вторая пластина повернута в плоскости на 180°, за счет чего образуются два независимых друг от друга пространства, в которых циркулируют противотоком среды (охлаждающая жидкость двигателя, вода системы отопления). Штамповка пластин обеспечивает высокую турбулентность потока и эффективную теплопередачу уже при малых объемных расходах.

Система очистки и шумоглушитель выхлопных газов. Выхлопные газы, пройдя очистку, поступают в теплообменник, а затем проходят через расположенный горизонтально на раме шумоглушитель из высококачественной стали. Регулируемый трехкомпонентный катализатор (снижение NOx и окисление CO и CnHm) снижает выбросы вредных веществ, содержащихся в выхлопных газах.

Срок службы двигателя блочной теплоэлектростанции составляет не менее 60 000 часов до первого капремонта, а с учетом двух капремонтов до 150 000 часов
Техническое обслуживание проводится с интервалом 1800-2000 рабочих часов в зависимости от модели.
Особое внимание при принятии решения об использования БТЭС необходимо уделять проектированию и планированию энергетических потребностей будущего объекта. В общем случае этот процесс можно разбить на 3 этапа:

1. Предварительное исследование (или текущее состояние для существующего объекта).
2. Создание концепции энергоснабжения и расчет возможных вариантов.
3. Детальное проектирование.

На каждом из этих этапов необходимо ответить на множество вопросов, которые повлияют на будущее решение и концепцию энергоснабжения объекта. Например, вопросы могут быть следующими:
Будет ли объект строиться сначала, расширяться или будет заменяться существующая энергетическая установка?
Как будут покрываться пиковые нагрузки и утилизироваться излишки тепла и электроэнергии?
Как выглядит график потребления электроэнергии за последние несколько лет?
Кто будет монтировать и обслуживать энергетическую установку?
и т.д.

Процесс проектирования энергетических установок с использованием БТЭС настолько многогранен, что его невозможно описать в одной статье. Много трудностей также возникает в связи с отсутствием опыта у российских проектировщиков в проектировании подобных систем, которые не испытывают никаких трудностей при проектировании, к примеру, традиционных систем отопления или электроснабжения.

Как показывает существующий российский и зарубежный опыт, создание грамотного решения энергетической установки с использованием модуля блок-ТЭС от идеи до запуска и эксплуатации практически невозможно при отсутствии тесного диалога и взаимодействия между всеми заинтересованными сторонами: заказчиком, проектировщиком, производителем оборудования, монтажником и эксплуатационником.

Подробную информацию о блочных теплоэлектростанциях можете найти на сайте российского представительства компании Buderus по адресу http://www.buderus.ru/sistemy_otoplenija_doma/bhkw/modul_bhkw_loganova.html