Дизель-генераторы мощностью:

Crede experto Доверяй опытным

ЭТС: производство и продажа дизельных электростанций

 

Большие возможности малой энергетики

 

Весьма перспективным при организации системы энерго- и теплоснабжения в высотных зданиях является использование возможностей малой энергетики. Архитектурное и инженерное проектирование здания с учетом направленного действия наружного климата позволяет без дополнительных затрат повысить энергетическую эффективность здания, качество микроклимата и решить задачу сохранения природной окружающей среды.

Для снижения стоимости энергии, а также уменьшения вредного воздействия на окружающую среду в высотных зданиях используются автономные источники тепло- и энергоснабжения. «Традиционные» автономные источники тепло- и энергоснабжения, такие как дизель-электрические или газопоршневые установки, отличаются более высоким КПД и уменьшенными выделениями вредных выбросов. Тем не менее, в высотных зданиях целесообразно применение и «нетрадиционных» (возобновляемых) источников тепло- и энергоснабжения, таких как топливные элементы, фотоэлектрические панели (солнечные батареи) и системы использования низкопотенциального тепла земли.

Высотные здания с количеством этажей более 22 требуют наличия системы электроснабжения «1 категория специальная», в соответствии с которой обязательно наличие резервной электростанции.

Неотъемлемым элементом любого высотного здания являются пассажирские и грузовые лифты, а также системы автоматического пожаротушения, которые требуют постоянного электропитания. Отсутствие электропитания этих систем могут привести к потере контроля за возникновением и распространением возгораний, а в случае обесточивания лифтов, к травмам и даже гибели людей. Все перечисленные конструкции требуют наличия в здании не менее двух независимых источников электроснабжения. Источником № 1 практически всегда является система централизованного электроснабжения городской электросети (питающий фидер системы). Источником номер два (резервным) может являться как второй фидер системы централизованного электроснабжения, так и дизель-электрическая или газопоршневая электростанция. Использование автономных электростанций более целесообразно, так как они находятся в собственности владельца здания и могут быть использованы в случаях конфликтов владельцев с генерирующей компанией и полного отключения системы централизованного электроснабжения. Кроме того, в цепочке электроснабжения необходимо наличие источников бесперебойного электропитания, которые позволят обеспечить ключевые системы здания на время переключения фидеров или автоматического запуска резервной электростанции. Однако необходимо отметить, что современные электронные системы «АВР» автоматического ввода резервного электроснабжения, позволяют осуществить включение резервного фидера или электростанции за период менее 30 сек. Таким образом, источник бесперебойного питания является в этом случае своего рода «страховым полисом».

Возможности малой энергетики

Существует несколько эффективных способов энергосбережения при проектировании и эксплуатации высотных зданий:

1. Собственная электростанция – «традиционная» или «на топливных элементах» для электроснабжения, побочный продукт которой (горячая вода) используется для теплоснабжения и горячего водоснабжения (рис. 1).

Рисунок 1.

2. Использование фотоэлектричества для электроснабжения.

3. Абсорбционные чиллеры/нагреватели с прямым использованием природного газа (direct-fired absorption chiller/heaters).

4. Использование естественного освещения в здании.

5. Окна с повышенными тепло- и солнцезащитными характеристиками.

6. Ограждающие конструкции с сопротивлением теплопередаче 3,52 м2•°С/Вт.

7. Автоматическое управление освещением с датчиками, регистрирующими наличие людей в подсобных помещениях и на лестничных клетках.

8. Осветительные приборы с малым энергопотреблением и световые указатели на светодиодах.

9. Насосы и вентиляторы с регулируемым электроприводом.

Кроме энергосбережения, большое внимание необходимо уделить повышению качества микроклимата за счет увеличения воздухообмена и применения нетоксичных материалов.

Сегодня проектировщиками используется системный подход, позволяющий рассматривать здание как единую систему.

Для выбора оптимальных характеристик наружных ограждающих конструкций и параметров системы климатизации использовалось математическое моделирование при помощи программного пакета. Программный пакет позволяет моделировать почасовое потребление энергии зданием с учетом условий наружного климата, и сравнивать различные способы достижения энергоэффективности.

Рисунок 2.

Схема топливного элемента

Получение электрической энергии, тепла и воды в топливных элементах

Топливный элемент (электрохимический генератор) – устройство, вырабатывающее электроэнергию из водорода и кислорода в результате электрохимической реакции (без процесса горения). В отличие от обычных батарей топливные элементы не аккумулируют электрическую энергию, а преобразуют в электрическую энергию часть энергии топлива, поступающего от внешнего источника (рис. 2). В процессе работы химический состав топливного элемента не изменяется, т. е. топливный элемент не нуждается в перезарядке.

Для производства электрической энергии может использоваться не только чистый водород, но и другое водородосодержащее сырье, например природный газ, аммиак, метанол или бензин. В качестве источника кислорода используется обычный воздух.

При использовании чистого водорода в качестве топлива продуктами реакции, помимо электрической энергии, являются тепло и вода (или водяной пар), т. е. в атмосферу не выбрасываются газы, вызывающие загрязнение воздушной среды или парниковый эффект. Если в качестве топлива используется водородосодержащее сырье, например природный газ, побочным продуктом реакции будут и другие газы, например оксиды углерода и азота, однако их количество значительно ниже, чем при сжигании такого же количества природного газа. Процесс химического преобразования топлива с целью получения водорода называется реформингом, а соответствующее устройство – реформером.

Топливные элементы энергетически более эффективны, чем двигатели внутреннего сгорания. Коэффициент полезного действия топливных элементов составляет 50 %, в то время как КПД двигателей внутреннего сгорания составляет 12–15 %, а КПД паротурбинных энергетических установок не превышает 40 %. При использовании тепла и воды эффективность топливных элементов еще более увеличивается. Топливные элементы можно размещать непосредственно в здании, при этом снижаются потери при транспортировке энергии, а тепло, образующееся в результате реакции, можно использовать для теплоснабжения или горячего водоснабжения здания. Достоинствами топливных элементов являются также доступность топлива, надежность (в топливном элементе отсутствуют движущиеся части) и долговечность.

Когенерация тепла и мини-ТЭЦ

Одним из решений по резервированию также может быть устройство автономных систем тепло- и электроснабжения высотных зданий на базе газотурбинной или газопоршневой установок, одновременно вырабатывающих обе эти энергии. Современные средства защиты от шума и вибрации позволяют размещать их непосредственно в здании, в том числе и на верхних этажах. Как правило, мощность этих установок не превышает 30–40 % максимальной потребной мощности объекта, и в штатном режиме эти установки работают, дополняя централизованные системы энергоснабжения. При большой мощности когенерационных установок возникают проблемы передачи избытков того или иного энергоносителя в сеть.

Однако реализация таких масштабных инвестиционных проектов во многих регионах сдерживается отсутствием свободных мощностей единой энергосистемы страны. Перспективные планы ввода в эксплуатацию новых крупных энергоисточников из-за длительных сроков не удовлетворяют потребности строительства. Период избытка мощности энергоисточников над уровнем энергопотребления заканчивается раньше, чем того ожидали энергетики.

Недавняя политика стимулирования роста энергопотребления (если есть резервы производства товара – надо их реализовать и продать) имеет и свою оборотную сторону. Резко увеличилось нерациональное использование электроэнергии для прямой трансформации в тепловую – электрокотлы, воздушные завесы, электрокалориферы систем вентиляции. Вернуться в русло энергосбережения весьма непросто.

Одним из вариантов решения проблемы энергоснабжения высотных зданий является проектирование и строительство мини-ТЭЦ на базе поршневых мотор-генераторов.

Мини-ТЭЦ, обеспечивающие энергоресурсами высотные здания, могут стать разумным дополнением единой энергосистемы при работе в параллельном режиме.

При оптимальной годовой загрузке установки, учитывая ее автономность и минимальную протяженность энергокоммуникаций, себестоимость производства электрической и тепловой энергий и холода по расчету оказывается в 1,5–2 раза ниже действующих тарифов центральной энергосистемы.

Для обеспечения максимальной загрузки машин можно было бы излишнюю электрическую энергию направить на компенсацию недостающего тепла для нагрева воды в системе горячего водоснабжения, установив тэны в баках-аккумуляторах. В этом случае автоматически сократилась бы подача тепла на нагрев горячей воды в той мере, в какой поступит электрическая энергия на эти же цели, вплоть до полного отключения тепла на нужды горячего водоснабжения. Подбор мощности устанавливаемых газопоршневых машин выполняется исходя только из нагрузки на отопление, но не максимально часовой, а средней за двое самых холодных суток из обычно выбираемой расчетной пятидневки. В летнее время избыток тепловой энергии, вырабатываемой попутно с производством электрической энергии, может быть использован в тепловых абсорбционных холодильных машинах для получения холода, необходимого в системах кондиционирования воздуха.

Сложность организации такой системы состоит в том, что на самой ранней стадии проектирования необходимо все основные характеристики мини-ТЭЦ гармонизировать с режимами работы систем энергопотребления.

К сожалению, в России отсутствует нормативно-методическая база проектирования мини-ТЭЦ, а практического опыта небольшого числа организаций, проектирующих автономные энергоцентры, явно недостаточно. В итоге из-за неквалифицированного подхода к проблеме наметилась тенденция дискредитации прогрессивного направления малой энергетики.

к. т. н. Вадим Дворкин

08.01.2011