Микротурбины - микротурбинные установкиРазработки микротурбин начались в конце 80-ых годов прошлого столетия, когда понадобились автономные источники электро- и теплоснабжения малой мощности (до 500 кВт) с низким уровнем эмиссий и небольшими затратами на эксплуатацию и обслуживание. В наше время наиболее широко представлен модельный ряд микротурбин в диапазоне от 30 до 250 кВт единичной электрической мощности. Возможность кластеризации (установки нескольких агрегатов) позволяет вырабатывать электроэнергию до нескольких МВт. При комплектации устройством, утилизирующим теплоту выхлопных газов (котлом-утилизатором), микротурбина способна вырабатывать тепло. Такие энергетические системы совместной выработки электричества и тепла называют micro-CHP (от англ. Combined Heat and Power). Применение установок micro-CHP резко повышает общий КПД (до 80% и выше) и решает задачи теплоснабжения для отопления и получения горячей воды. Тригенерация дает возможность преобразовывать утилизируемое тепло, потребность которого в летнее время снижается, в холод, производимый абсорбционными холодильными машинами. Микротурбины могут работать параллельно с сетью, автономно, автономно с возможностью перехода на параллельную работу с сетью, параллельно с несколькими однотипными агрегатами.
Микротурбины используют в качестве топлива:
* природный газ высокого или низкого давления
* биогаз (мусорный газ, газ, получающийся при очистке сточных вод, анаэробный газ)
* газ с высоким содержанием серы
* факельный газ с концентрацией метана 30%
* дизельное топливо
* пропан
* керосин
Уровень эмиссий по NOx настолько мал (15 ppm), что устанавливает новые экологические стандарты для малых электростанций.
Микротурбинные установки идеально приспособлены для работы с циклическими нагрузками. При снижении электрической нагрузки в 10 и более раз (например ночью), микротурбины способны в течение длительного времени работать при минимальных нагрузках без снижения моторесурса. Данное преимущество позволило сделать микротурбинные установки практически незаменимыми в автономном энергоснабжении жилых домов, развлекательных и торговых центров, офисов, бань, бассейнов, больниц, предприятий быстрого питания. Кроме того отличительной способностью микротурбинных установок является способность допускать 100-процентные набросы - сбросы нагрузки.
Существуют варианты применения микротурбин совместно с котельными агрегатами. Отработанный горячий газ с содержанием кислорода до 18% направляется в горелку в качестве воздуха для сжигания, таким образом, повышая эффективность использования топлива до 100%. Для этого необходимо модифицировать горелку котла.
Очищенный атмосферный воздух попадает в воздухозаборник, откуда подается на вход в компрессор, где воздух сжимается и нагревается. После компрессора воздух направляется в газо-воздушный теплообменник, где дополнительно нагревается за счет тепла выхлопных газов турбины. Данное решение позволяет в два раза повысить электрическую эффективность установки и поднять КПД по выработки электроэнергии до 30%. При этом соотношение электрической энергии и тепловой составляет 1:1,7;2. В некоторых схемах, где требуется большая тепловая производительность установок, микротурбины используются без газовоздушного теплообменника (рекуператора). При этом КПД производства электроэнергии составляет от 15 до 19%. Нагретый и сжатый воздух смешивается с газом и подается в камеру сгорания. Предварительное смешение позволяет снижать уровень эмиссий в выхлопе до 25 ppm при 100-процентной нагрузке и практически до 0 при нагрузке меньше 50%. После камеры сгорания горячие выхлопные газы, проходя через лопасти моноколеса турбины и расширяясь, совершают работу, приводя в движение расположенные на одном валу с турбиной, компрессор и высокоскоростной генератор. В качестве подшипников ротора микротурбинной установки используются гидродинамические (с подачей масла под давлением). За счет выноса подшипника из горячей зоны производители микротурбин решили проблему выгорания масла, снизив его расход до 0,003 г/кВтч, и увеличили интервал замены до 24000 часов. Вырабатываемое генератором высокочастотное напряжение (частота вращения ротора около 70000 об/мин) подвергается двойному преобразованию: из переменного в постоянное, а затем в переменное напряжением 230 или 400 В с частотой 50 или 60 Гц.
После турбины выхлопные газы попадают в рекуператор, где нагревают воздух на выходе из компрессора. Далее выхлопные газы поступают в котел-утилизатор (газоводяной теплообменник), нагревая сетевую воду до требуемой температуры.
Для управления установкой используется цифровая система, в которую входят контроллеры управления газовой турбиной (обеспечивает контроль всех параметров, диагностику состояния, защиту и блокировку), контроллер системы утилизации тепла (обеспечивает заданные параметры теплоносителя, защиту, блокировку), контроллеры силовой электроники, система подзарядки аккумуляторов, блок контроля загазованности. Управление работой установки не требует наличие постоянного присутствия персонала, а контроль может осуществляться с помощью удаленного доступа через телефонную, модемную или спутниковую связь.
Конструкция микротурбинных установок отличается высокой надежностью за счет отсутствия множества движущихся деталей. Применимое воздушное охлаждение генератора позволяет отказаться от системы жидкостного охлаждения, что упрощает агрегат. Работа без вибраций, низкий уровень шума даже без применения шумопоглащающих кожухов, компактное размещение всех узлов и деталей, исполнение в специальных кожухах позволяет использовать установки в жилых районах и на морских газодобывающих платформах.
Преимущества использования установок с микротурбинами:
*
автоматическая синхронизация с сетью
*
встроенная защита генератора
*
отсутствие дрейфа частоты
*
возможность работы в течение длительного времени при очень низких нагрузках
*
простое исполнение системы утилизации тепла (один котел утилизатор)
*
низкий уровень вибраций, шума, эмиссий с выхлопными газами
*
интервал замены масла раз в год при полной нагрузке
*
небольшая номенклатура ЗИП, низкая стоимость эксплуатационных расходов
*
ресурс до капитального ремонта 60 000 часов и более
*
низкая трудоемкость технического обслуживания (максимум 1 день)
*
способность принимать 100% набросов нагрузки
*
большой срок службы воздушных фильтров
*
возможность работы на низкокалорийных топливах, высокосернистых и бедных газах с метановым содержанием 30%
*
высокая надежность
*
возможность использования для системы бесперебойного питания
Применение данного оборудование позволяет стать собственником источника электро- и теплоснабжения, избежать потерь и дополнительных инвестиций, связанных с передачей и распределением энергии по центральным сетям.
ЭКОБУС - городской транспорт будущего на основе микротурбины
