ТЭЦ и Мини-ТЭЦ. Проектирование и основные отличия

ТЭЦ (теплоэлектроцентраль) — предприятие, основная функция которого заключается в выпуске электричества и тепловой энергии, а также снабжении ими населения и прилегающих объектов промышленности.

Специфической особенностью теплоэлектростанции является теплофикация — использование тепла двигателей электрогенераторов.

Оборудование ТЭЦ составляют теплофикационные турбины, предназначенных для единовременного получения тепловой и электрической энергии. Теплофикационные турбины, используемые на ТЭЦ, бывают нескольких типов:

• Типа Т, теплофикационные с отопительным отбором пара;
• Типа Р, с противодавлением, без регулируемого отбора пара;
• Типа ПТ, теплофикационные с производственным и отопительным отборами пара.

Более современное смешанное производство минимизирует потери топлива при производстве энергии. Это выгодно отличает ТЭЦ от предприятий, в которых выработка электричества происходит раздельно, например ГРЭС, а также и от котельных установок, применяющих только тепловую энергию.

На ранних этапах строительства ТЭЦ топливом для выработки энергии служил уголь. Реконструкции ТЭЦ, проведенные впоследствии, позволили использовать природный газ, в качестве наиболее экологического вида топлива.

В ходе эксплуатации ТЭЦ проявляется ярко выраженная сезонность. Период подачи отопления станции используется по тепловому графику. Их основная задача – удерживать температуру воды при любых погодных условиях. В период, когда отборы для теплофикации отключены, например, в теплое время года, ТЭЦ эксплуатируются для выработки электроэнергии.

Строительство любого предприятия, в том числе и теплоэлектростанции должно быть финансово обосновано. В крупных населенных пунктах, в которых проживает не менее ста тысяч человек или в моногородах, основанных на базе крупного промышленного предприятия, возведение ТЭЦ имеет смысл.

Проектирование ТЭЦ

Проектирование любой ТЭЦ осуществляется в соответствии с утвержденными нормами технологического проектирования тепловых электрических станций.

Особое значение при создании проекта имеет разработка компонентов главного корпуса теплоэлектростанции.

Проект строительства ТЭЦ включает в себя следующие этапы:

1. Всесторонний анализ объекта, требований заказчика и разработка наиболее оптимального технико-экономического решения;
2. Разработка монтажных и пусконаладочных работ;
3. Разработка охранных систем (сигнализация и автоматическое пожаротушение);
4. Организация сдачи объектов в эксплуатацию;
5. Согласование документации с надзорными органами;
6. Подбор технологического оборудования в соответствии с техзаданием;
7. Разработка систем автоматизации;
8. Реконструкция или модернизация уже существующих ТЭЦ.

Отдельно стоит отметить проектирование канала охлаждения ТЭЦ. Система охлаждения может работать с помощью естественных или искусственных водоемов.

При использовании природных резервуаров процесс охлаждения воды происходит в озере или системе озер естественного происхождения. При выводе огромного количества тепла к уже существующему водоему пристраивается несколько рукотворных, соединяющихся каналами и водосливами, для последовательного прохождения воды.

Иногда для создания канала охлаждения сооружаются специальные бассейны или запруды. Их используют, когда требуется вывод тепла в небольшом количестве. Искусственные бассейны представляют собой резервуары состоящие из железобетона прямоугольной или круглой формы. При проектировании каналов охлаждения всегда учитывается необходимость разместить резервуары в углублении. При строительстве бассейнов большое внимание уделяется их стойкости, безопасности и абсолютной водонепроницаемости.

Искусственные водоемы нечасто используются при проектировании каналов охлаждения из-за их значительной стоимости и большой площади размещения.

Комбинированные каналы охлаждения, состоящие из искусственных водохранилищ на реках, совмещают в себе функции регулятора стока и охладителя.

Принципы реконструкции и модернизации ТЭЦ

Реконструкция ТЭЦ необходима для усовершенствования цикла термодинамики и снижения расхода топливных ресурсов. Она всегда ориентирована на улучшение производительности, повышение мощности и на разработку максимально эффективных способов эксплуатации оборудования. Для этого необходим анализ рентабельности вложений в покупку нового, более современного оборудования. Приобретенное и установленное в ходе реконструкции оборудование должно быть не менее экономичным, чем существующие современные энергоблоки.

Необходима тщательная оценка рынка потребления электро- и тепловой энергии для правильного подбора технологии реконструкции на основе всех существующих новейших разработок.

Наилучший вариант как модернизации, так и реконструкции всегда определяется с учетом реалий существующего предприятия с обязательным обоснованием финансовой эффективности вложенных инвестиций.

Мини-ТЭЦ

Проблема энергоснабжения давно уже стала основной не только в России, но и во всем мире. В настоящее время принята концепция разработки и возведения Мини-ТЭЦ. Мини-ТЭЦ выполняют те же функции выработки энергии, что и ТЭЦ к которым мы уже давно привыкли.

К неоспоримым достоинствам Мини-ТЭЦ можно отнести:

1. Возможность расположения Мини-ТЭЦ в непосредственной близости от энергопотребителей, а значит уменьшение потерь и сокращение расходов на доставку энергии;
2. Создание альтернативы электроснабжающим организациям;
3. Возможность обеспечить электроэнергией удаленные предприятия;
4. Выше проектный срок службы и интервалы техобслуживания;
5. Капитальные затраты на возведение и срок окупаемости Мини-ТЭЦ значительно ниже обычной ТЭЦ.

Таким образом, проектирование небольших станций дает возможность подключить объекты к энергосети в обход энергетических монополий, а также в том случае когда электросети в месте установки отсутствуют.

Также нужно учесть тот факт, что цена полученной электроэнергии для конечного потребителя не будет зависеть от непрерывного повышения тарифов энергогигантов.

При сравнении Мини-ТЭЦ с котельными можно отметить, что станции обладают на порядок большей продуктивностью, а также наличием дополнительных функций. Автоматизация Мини-ТЭЦ превосходит даже современные котельные, построенные с учетом всех новейших конструкторских разработок.

Модификации Мини-ТЭЦ

• Отличия в видах Мини-ТЭЦ заключается в используемом для выработки энергии топливе.
• Станции, сконструированные на основе дизельных двигателей внутреннего сгорания;
• Производительные станции, оснащенные газопоршневым или газотурбинным оборудованием;
• Станции, использующие в качестве топлива древесные отходы;
• Многочисленные разновидности станций, работающих на биотопливе.

Отдельно можно отметить новейшую разработку в сфере конструирования теплоэлектростанций на основе двигателя Стирлинга — Микро ТЭЦ. Такие ТЭЦ служат для потребителей, не нуждающихся в большом количестве энергии. Топливом для Микро ТЭЦ служат пеллеты — гранулы, состоящие из древесных отходов, торфа или лузги подсолнечника.

Проектирование Мини-ТЭЦ

На начальном этапе разработки и конструирования Мини-ТЭЦ определяются цели строительства и исследуются существующие ограничения для их достижения. На основе целей производится выбор электрогенерирующего оборудования.

В проектной документации к Мини-ТЭЦ подробно описывается разработка всех необходимых систем, таких как:

• Системы автоматизации централизованного оперативного контроля и мониторинга за функционированием Мини-ТЭЦ;
• Системы программных и аппаратных средства для контроля инженерного оборудования;
• Интегрированные охранные системы и системы пожарной безопасности.

В технической документации к типовому проекту станции устанавливаются правила организации подключения к электросетям. Подготавливается установка резервных источников бесперебойного питания.

Большое внимание уделяется разработке раздела по охране окружающей среды. Планируются возможные совместные мероприятия с комитетом по гражданской обороне и чрезвычайным ситуациям.

В настоящий момент ведется разработка проектов Мини-ТЭЦ, использующих для выпуска энергии бытовые отходы. Ведутся исследования по возможности использования в качестве топлива отходов жизнедеятельности.

Как мы видим, Мини-ТЭЦ имеют множество преимуществ. Они выгодны с инвестиционной точки зрения, так как вложения в разработку и строительство окупаются в течение нескольких лет. Они расширяют возможности производства энергии вблизи небольших городов и промышленных объектов.

Нельзя не отметить, что использование альтернативных источников топлива значительно экономит топливно-энергетические ресурсы и снижает экологическую нагрузку.

Таким образом, появление Мини-ТЭЦ не заменяет, но гармонично дополняет и расширяет возможности применения теплоэлектростанций.

Обзор ТЭЦ Екатеринбурга и Свердловской области

Тепло Екатеринбургу обеспечивают три ТЭЦ: Свердловская ТЭЦ, Ново-Свердловская ТЭЦ и недавно построенная Академическая ТЭЦ.

1. Академическая ТЭЦ

Академическая ТЭЦ в Екатеринбурге является проектом КЭС – Холдинга и одним из самых значимых инвестиционных проектов в энергетике Екатеринбурга. Первый камень при строительстве ТЭЦ был заложен в феврале 2014 года. Расчетный период ввода в эксплуатацию был намечен на конец 2017 года, но состоялся в 2016 году.

По проекту мощность тепловой энергии – 393 гигакаллорий в час, мощность по электроэнергии – 230 МВт.

Благодаря значительным инвестициям (12 миллиардов рублей) были применены новейшие парогазовые технологии в производстве электроэнергии. Это позволит обеспечить максимальную эффективность при незначительном воздействии на экологию прилегающих районов города.

Проект строительства можно назвать социальным, так как причиной постройки ТЭЦ явилось значительное расширение районов города, в частности при строительстве района «Академический». ТЭЦ способна обеспечить энергией несколько районов Екатеринбурга, в том числе более двухсот школ и трех сотен детских садов.

2. Свердловская ТЭЦ

Старейшей теплоэлектростанцией в Свердловской области по праву считается Свердловская ТЭЦ. Ее возведение в 1930 году позволило обеспечить Уралмаш необходимой энергией. От скорости строительства ТЭЦ напрямую зависела скорость возведения Уралмаша. Сборка оборудования была абсолютно невозможна без тепла и света.

Свердловская ТЭЦ по сей день располагается в пределах территории завода и является самой крупной по вырабатываемой тепловой мощности в Свердловском филиале. Территория ТЭЦ занимает 28 гектар, на которых вырабатывается 1430 гигакаллорий в час, а также 36 МВт электроэнергии.

Весь центр Екатеринбурга, в том числе и районы Заречный, Сортировка, обеспечиваются теплом от Свердловской ТЭЦ.

3. Новосвердловская ТЭЦ

Новосвердловская ТЭЦ, также называемая ТЭЦ-2, находится в 12 километрах от города Екатеринбург. До постройки Академической ТЭЦ она была мощнейшей и, в то же время, самой молодой станцией в области. Запуск и введение в эксплуатацию в 1982 году и дальнейшая реконструкция в 2001 и 2005 годах позволила добиться мощности в 560 МВт и 886 Гкал/час.

Подача электричества и тепловой энергии, вырабатываемой на основе природного газа, осуществляется как в Екатеринбург, так и в находящийся рядом город Березовский.

В районе промзоны Новосвердловской ТЭЦ находится оздоровительный комплекс «Чистые пруды». Это турбаза, расположенная неподалеку от нескольких озер, пользуется популярностью у жителей Екатеринбурга.

На территории Свердловской области введено в эксплуатацию и действует и поныне несколько ТЭЦ. Это новая Синарская ТЭЦ, расположенная в Каменск-Уральске, а также старейшие Красногорская, Первоуральская и Богословская теплоэлектростанции, запущенные на волне подъема промышленности в предвоенные годы.

1. Красногорская ТЭЦ

Грандиозная индустриализация, проходящая в СССР в 30-х годах привела к появлению многих промышленных предприятий, в том числе и Красногорской ТЭЦ. К концу Великой Отечественной войны она стала самой мощной ТЭЦ в стране и во многом поспособствовала победе над гитлеровской Германией. ТЭЦ была спроектирована для работы с углем, но реконструкция, проведенная в 1966 году, позволила перевести станцию на использование природного газа.

На данный момент Красногорская ТЭЦ обслуживает население в 100 тысяч человек, а также промышленные предприятия города Каменск-Уральский. Название произошло от деревни, находящейся вблизи начинающегося строительства.

Показатели мощности Красногорской ТЭЦ: электрическая мощность – 121 МВт, тепловая мощность — 1006 гигакаллорий в час.

2. Первоуральская ТЭЦ

В проекте станция возникла в пятидесятых годах прошлого века. Изначально Первоуральская ТЭЦ планировалась к использованию в качестве котельной для Новотрубного завода. В настоящий период она выделилась в самостоятельную единицу, и гарантирует подачу отопления и горячей воды в жилые дома города Первоуральска, а также поселков Талица и Магнитка.

Первоуральская ТЭЦ всегда была в числе предприятий, внедряющих передовые достижения науки. В ходе модернизации оборудования в 1967 году было произведено переоборудование котлов для использования природного газа. В девяностые годы станция вновь стала лидером инновации в энергетической сфере и впервые в стране внедрила противоточное умягчения воды, работающее полностью автономно. Это позволило освободить работников от трудозатратных видов работ и значительно улучшило состав воды.

3. Богословская ТЭЦ

Богословская ТЭЦ занимает важную нишу в энергетике Свердловской области. Она обеспечивает энергией и теплом город Краснотурьинск, а также Богословский алюминиевый завод, являющийся одним из крупнейших в данной отрасли.

ТЭЦ бесперебойно снабжает энергией город и население с 1951 года. В двухтысячных годах была проведена значительная модернизация оборудования и реконструкция здания ТЭЦ.

Жизнь, как и электроэнергетика не стоит на месте. Зарождаются новые проекты современных, высокотехнологичных ТЭЦ. Лучшим примером для этого может быть Северо-Западная ТЭЦ, построенная в Санкт-Петербурге. Станция первая в стране использует оборудование нового поколения с парогазовым бинарным циклом. Такая технология отличается высокой экономичностью и низкими экологическими издержками.

Модернизируются и возводятся новые энергоблоки на уже запущенных станциях. Два новых энергоблока вскоре будут запущены на Казанской ТЭЦ-1. Тендер на строительство выиграл екатеринбургский «Уралэнергострой». Строительство и пусконаладочные работы по объекту должны быть завершены к концу 2017 года.