Тепло-, электростанции

В таблице 9 сведены различные варианты реализации систем, производящих одновременно и тепловую, и электрическую энергию, а также их основные характеристики. До последнего времени получение тепловой и электрической энергии осуществлялось исключительно на электростанциях (теплоэлектростанциях), на которых работало множество турбин. Как видно из названия, теплоэлектростанции проектируются таким образом, чтобы в дополнение к производству электроэнергии, являющемуся основным, вырабатывалась и тепловая энергия, которая направляется в местные сети теплоснабжения.

После двух энергетических кризисов в 1970 и 1980 годах монополия производителей электроэнергии была ослаблена, у владельцев зданий появилась возможность сооружать собственные электротепловые системы. Это так называемые объединенные теплоэлектростанции (ТЭС), режим работы которых должен обеспечить как производство энергии и ее распределение, так требуемые эксплуатационные характеристики (см. таблицу 9). Основной задачей таких систем было и есть - обеспечение сбалансированной технологии, связывающей производство энергии и ее распределение

Комплексные тепловые и электрические станции (ТЭС).

В принципе, комплексные теплоэлектростанции (ТЭС) представляют собой небольшие электростанции, на которых генераторы вырабатывают электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании топлива, а теплота, получаемая из системы водяного охлаждения турбин и отработанных газов, используется для теплоснабжения. Эффективность использования топлива на ТЭС достаточно высока. Коэффициенты полезного действия при производстве электрической и тепловой энергии составляют приблизительно 30- 40% и 55%, соответственно.

Таким образом, совокупный коэффициент полезного действия ТЭС составляет 85-95%. На рис. 59 показаны три модуля ТЭС теплового центра фармацевтического завода, каждый из которых имеет на выходе электрическую мощность 315 kW и пригодную для использования тепловую мощность 520 кВт. Остальная тепловая энергия, необходимая для производственных и лабораторных нужд завода, а также для его абсорбционных холодильных машин и отопления в целом, производится при помощи газовых и паровых котлов.

Для получения тепла используются отработанные газы, температура которых в ходе данного процесса снижается с 430 до 120 ^oС. Другими словами, извлекается три четверти тепловой энергии, содержащейся в отработанном газе.

	Рис.59 Центральная отопительная установка: комплексная теплоэлектростанция (ТЭС) Salutas Pharma GmbH (тепловая мощность около 3 х 520 кВт) (На изображении: m+w Zander)
	Рис 60 Агрегатная комплексной теплоэлектростанции (ТЭС) (тепловая мощность около 7 МВт)

Обслуживание модулей теплоэлектростанции является более сложным и стоит более дорого, чем обслуживание отопительных котлов. Рентабельность использования теплоэлектростанций (ТЭС) должна оцениваться в каждом конкретном случае. Несомненно, что такие установки способствуют более рациональному использованию энергии, а также снижают расходы на борьбу с загрязнением окружающей среды выделяемыми при производстве тепла вредными отходами.

Комплексные теплоэлектростанции (ТЭС) являются оптимальными для зданий и комплексов зданий с постоянным высоким потреблением электроэнергии (например, для центров обработки данных, работающих круглосуточно технических установок и т.д.), поскольку задача рационального использования теплоты, сопутствующей производству электрической энергии для таких объектов очень важна. На рис. 60 показана очень крупная теплоэлектростанция (ТЭС), состоящая из пяти модулей.

Как видно на фотографии, электрическая энергия производится с помощью работающих на газе агрегатов Выделяющаяся при этом тепловая энергия также используется. В зависимости от общей конструкции агрегата тепловая энергия может использоваться в летний период для охлаждения (посредством абсорбционных холодильных машин) или передаваться другим потребителям.

Таблица 9
Комплексное производство электрической и тепловой энергии (PHС)
1) Текущий параметр = производство электрической энергии/производство тепловой энергии
2) Хороший диапазон мощности при экономической рентабельности и потенциальных возможностях использования
3) Для улучшения отдаваемой мощности возможно объединение нескольких установок
4) Коэффициент полезного действия от 1.00 и выше (отнсительно низшего значения теплотворной способности топлива) теоретически возможен, если сделаны
соответствующие измерения (использование скрытой теплоты при конденсации отработанных газов).

Теплоэлектростанция (ТЭС) идеальна в тех случаях, когда введение ее в эксплуатацию заменяет дизельный агрегат аварийного энергоснабжения, позволяет прододавать тепловую энергию и, возможно, поставлять энергию в электросистему. Однако важно отметить то, что время окупаемости ТЭС сильно различается от региона к региону и зависит от условий, которые диктуют поставщики коммунальных услуг. Капитальные и эксплуатационные (включая дополнительные) расходы являются фиксированными и поэтому обусловлены длительностью работы установки в течение года. Основной задачей является обеспечение максимальной длительности работы станции, поскольку при сокращении рабочего периода затраты на производство энергии возрастают пропорционально.

На рис. 61 приведен график, связывающий ежегодную потребность в тепловой энергии для участка, застроенного муниципальными домами, в зависимости от температуры окружающего воздуха с необходимой длительностью работы теплоэлектростанции. Рабочий период отмеченных на графике модулей теплоэлектростанции (М1/2/3) составляет от 8.000 до 4.000 часов в год, что обеспечивает высокий уровень рентабельности. Модули теплоэлектростанции не должны работать менее 4.000 часов в год, поскольку, как видно из графика, в этом случае расходы на электроэнергию будут слишком высокими.