Ошибки тригенерации. Почему она не окупается

Тригенерация не окупается по двум группам причин. Первая: мощность и часы работы не совпали с реальной нагрузкой объекта. Вторая: на стыке двигателя и холодовой машины что-то не согласовали, и одна часть мешает другой. Двигатель и абсорбционная машина по отдельности давно отработаны. Ломается то место, где они соединены. Ниже шесть таких стыков, а после них причины провалов по мировым данным.

Где ломается тригенерация?

Шесть мест, где ошибаются чаще всего, лежат на границе генерации и холодового контура.

Где ломается тригенерация: шесть стыков

Выхлоп, рубашка, возврат воды, графики, питание, вода: у каждого стыка свой номер на схеме.

Стык 1. Противодавление выхлопа

Что случается. Выхлоп двигателя идёт через машину. Сопротивление самой машины по газу 200–250 мм вод. ст. складывается с сопротивлением газоходов, отводов, перекидной заслонки и глушителя. Если сумма выше допустимого противодавления двигателя, двигатель теряет мощность.

Как это видно. Электрическая мощность ГПУ ниже паспортной как раз тогда, когда машина работает на выхлопе.

Как делать правильно. Взять из паспорта двигателя расход и температуру выхлопа при 100, 75 и 50 % нагрузки и допустимое противодавление: с падением нагрузки выхлоп горячее. Газоходы проектировать вместе с Thermax по паспорту двигателя. Приоритет всегда у двигателя. Перекидная заслонка при остановке машины или пропадании питания уходит в обход, питание на неё заводят от двигателя.

Какой наш объект. На газотурбинной электростанции в Казахстане машина 2D 5M C на выхлопе, около 3,2 МВт, охлаждает воздух на входе в турбины. Схема газового тракта показывает, где считают противодавление.

Стык 2. Машина встала, а рубашке некуда отдать тепло

Что случается. Двигатель работает, а машина остановилась: авария, отключение, закрытый клапан. Тепло рубашки некуда деть. Если контур построен так, что двигатель зависит от машины, он перегревается.

Как это видно. Двигатель останавливается по температуре, и объект теряет электричество. В жару, когда машина нужнее всего, это бьёт больнее.

Как делать правильно. Контур двигателя отделить от контура машины теплообменником. Трёхходовой клапан направляет избыток на аварийные радиаторы, двигатель продолжает работать, даже если машина стоит.

Контур рубашки: двигатель прежде всего

Контур двигателя отделён от контура машины, избыток тепла уходит на аварийные радиаторы.

Какой наш объект. Фармацевтическое предприятие в Пушкине: тепло из рубашек охлаждения двух ГПУ Jenbacher J320 идёт в две машины Thermax TAC L5 E3 по 1430 кВт. Мы разработали рабочую документацию по разделам холодоснабжения, автоматики и электромеханики, поставили оборудование NCT, выполнили шеф-монтаж и пусконаладку.

Стык 3. Возврат горячей воды выше допустимого

Что случается. В двигатель возвращается вода горячее, чем разрешает его паспорт. Двигатель хуже охлаждается и ограничивает мощность.

Как это видно. По температуре возврата на щите и по тому, что двигатель ограничивает мощность или уходит в защиту, хотя тепловая нагрузка у машины в норме.

Как делать правильно. Температуру возврата держит трёхходовой клапан в контуре двигателя. Через рубашку обычно нужен постоянный расход, этого требует сам двигатель. На стороне машины клапан горячей воды ставят на входе и делают модулирующим. Трёхходовой клапан на выходе генератора машины считается ошибкой: регулирование идёт не по инструкции, и потом возникают споры о гарантии. Тип клапана и привода записывают в спецификацию словами. Примеры режимов горячей воды: 90/79, 88/80, 90/75 °C.

Какой наш объект. Тепличный комбинат в Свердловской области: две машины LT 12 C по 400 кВт на горячей воде от десяти ГПУ JMS 624 и четырёх JMC 320 и котельной, режим по проекту 90/80 °C, холод 8,5/3,5 °C. Комплекс работает в островном режиме на собственных ГПУ.

Стык 4. Двигатель и холод работают по разным графикам

Что случается. Двигатель выбрали по электрической нагрузке, а холод считали на расчётный пик. На частичной нагрузке температура выхлопа растёт, а тепла становится меньше, и расчёт на 100 % перестаёт работать. Потребность в холоде по месяцам тоже не совпадает с нагрузкой двигателя: тепло то лишнее, то его не хватает.

Как это видно. Часть выхлопа уходит в обход, аварийные радиаторы работают, а часов работы меньше проектных. В американском кампусе с турбиной 4,5 МВт до 45 % выхлопа сбрасывали в обход в жаркие дни и 22 % в обычный год.

Как делать правильно. Считать не среднюю, а почасовую нагрузку по счетам за 12 месяцев. Запросить данные двигателя на 100, 75 и 50 %. Подбирать машину по самой слабой расчётной точке, а остаток холода закрыть чиллером на пик. Минимальная нагрузка машины 10 % с плавной регулировкой, у Trigenie отдельный генератор для горячей воды рубашки лучше работает при неполной загрузке двигателя. Бак-аккумулятор держит потребителя, пока машина выходит на режим около 30 минут.

Какой наш объект. «Микран», Томск: ГПУ 1,7 МВт и две машины 5G 4L C по 1100 кВт. Главной сложностью проекта было согласовать работу газопоршневой станции и абсорбционных машин в переходный период и при низкой загрузке.

Стык 5. Пропало питание: кристаллизация раствора

Что случается. Без питания насосы встают, крепкий раствор бромистого лития остаётся неразбавленным и остывает. Раствор 65 % кристаллизуется уже при 42 °C. Провал питания до 3 минут машина переживает, а дольше нужен разбавительный цикл. К тому же ведёт слишком холодная вода от градирни в межсезонье: весенней ночью она бывает 5 °C, а даже двухступенчатая машина принимает воду от 10 °C.

Как это видно. После аварии или в холодную ночь машина не выходит на режим, холода нет.

Как делать правильно. Резервный ввод или ИБП на разбавительный цикл. У паровой машины клапан закрывается при сбое питания. На градирне ставят обход: трёхходовой клапан со сбросом в бассейн, ход не больше 120 секунд, вентилятор выключен, пока вода на входе машины не нагреется до 20 °C, отключение вентилятора при 25 °C. Контроллер Thermax держит запас не менее 10 °C между температурой раствора и температурой кристаллизации. Логику обхода и насосов делает автоматика станции, а не машина.

Как у нас. В проекте мы фиксируем резервное питание разбавительного цикла и логику обхода градирни в задании на электроснабжение и автоматику, это правило нашей методики проектирования.

Стык 6. Вода без подготовки: накипь и потеря холода

Что случается. Накипь 1 мм съедает около 14 % мощности машины и добавляет до 20 % к энергопотреблению. Вторая ошибка в том же месте: градирню и насосы считают как для электрического чиллера. Абсорбционная машина сбрасывает 1,72 кВт на 1 кВт холода у двухступенчатой и 2,45 у одноступенчатой, чиллер около 1,20.

Как это видно. Холодопроизводительность падает в первое жаркое лето, температура воды на выходе растёт, при осмотре виден налёт на трубках.

Как делать правильно. Анализ воды подпитки до подбора, водоподготовка по анализу, а не по шаблону, автоматическая продувка по проводимости, точки отбора проб на трёх контурах. Расчётную температуру брать по мокрому термометру площадки, а не региона. Закрытая градирня держит воду машины чистой, но даёт воду на 2–3 °C теплее и стоит дороже.

Какой наш объект. Завод «Сыры Кубани»: две градирни NCT VR4-4-ML3-T суммарно 8,14 МВт, воды 35/28 °C, и химическая водоподготовка NCT W2C к АБХМ Thermax на паре, 3500 кВт. Письмо завода подтверждает, что пусконаладка показала заявленные характеристики и выход воды до 2 °C. На фармацевтическом предприятии в Пушкине стоят две установки водоподготовки NCT W2C.

Какие ещё причины провала называют мировые исследования?

Кроме стыков есть причины, которые лежат в подборе и в экономике. Они взяты из опросов и руководств США и Великобритании.

Единого процента провалов тригенерации в открытых данных нет. Единственная оценка, 18 из 85, относится к газовым установкам в Великобритании и к небольшой выборке.

Есть и ошибки проектирования, которые выходят на монтаже. Конденсат в канализацию: при 3,5 т/ч это потеря 326 кВт и всей подготовленной воды. Фланцы по ГОСТ к патрубкам по ASME: не собираются. Давление у патрубков выше 8 кгс/см² в высоком здании: разрушение водяных камер. Расход газа «узнаем потом»: отказ в лимите уже после проекта. Машина в неотапливаемом помещении: замерзание, потому что она заправлена водой. Сравнение по цене машины, а не по полным затратам.

Что из этого следует и кто должен отвечать за стык?

Каждый из шести стыков лежит между двигателем и холодом: выхлоп и рубашка принадлежат двигателю, а вода, клапаны и градирня холодовому контуру. Если двигатель и холод делят разные подрядчики, у каждого свой паспорт и свой пункт договора. Противодавление, возврат воды, график и питание остаются «ничьими».

Поэтому надёжно сделать тригенерацию могут те, кто отвечает за стык генерации и холода и имеет оборудование для холодового контура. «Энергия холода» официальный представитель Thermax в России и странах СНГ, Thermax поставил в мире более 5000 машин. Машины Thermax в России и странах СНГ поставляет только «Энергия холода». Градирни, чиллеры и драйкулеры NCT, проект, шеф-монтаж, пусконаладка и сервис холодового контура у нас в одной компании. Поэтому у нас можно заказать ГПУ, холодовой контур и стык между ними в одной компании.

Мы показываем и обратное. Если холода меньше 300 кВт или он нужен меньше 2000 часов в год, абсорбционная машина не окупится, и мы скажем об этом сразу. Как считать, смотрите в разделе «ТЭО». Наши объекты собраны в разделе «Проекты», а общий принцип работы объяснён на странице «Тригенерация».

Хотите проверить свой проект на эти шесть стыков? Закажите расчёт ТЭО или прикиньте окупаемость в калькуляторе. Об оборудовании: АБХМ Thermax.

Источники

• DECC (Великобритания), Factors affecting the uptake of gas CHP, декабрь 2014: https://assets.publishing.service.gov.uk/media/5a7ef55240f0b62305b843e9/Factors_affecting_the_uptake_of_gas_CHP_Final_v6.pdf
• Stoddart (SenerTec), The importance of not over-sizing CHP, 2016: https://modbs.co.uk/news/fullstory.php/aid/16058/The_importance_of_not_over-sizing_CHP.html
• Sclafani, Beyene, Sizing CCHP Systems for Variable and Non-coincident Loads, 2008: https://journals.riverpublishers.com/index.php/DGAEJ/article/view/14191
• Merrick, Elsner (BYU-Idaho), From Cogen to Trigen, APPA 2019: https://rma.appa.org/wp-content/uploads/2019/09/RMA-2019_1-4-From-Cogen-to-Trigen.pdf
• ORNL / DOE CHP TAP, CHP Project Screening, 2022: https://bptraining.ornl.gov/wp-content/uploads/2022/12/Session-2-CHP-Project-Screening-2022-12-01-FINAL.pdf
• DOE, CHP Resource Guide for Hospital Applications, 2007: https://www.energy.gov/sites/prod/files/2013/11/f4/chp_hospital_guidebook_2007.pdf
• DOE, Absorption Chillers for CHP Systems, DOE/EE-1608, 2017: https://www.energy.gov/sites/prod/files/2017/06/f35/CHP-Absorption%20Chiller-compliant.pdf
• EPA, Using the EPA CHP Screening Tool, 2019: https://19january2021snapshot.epa.gov/sites/static/files/2019-05/documents/chp_screening_tool.pdf
• EPA, Catalog of CHP Technologies, сентябрь 2017: https://www.epa.gov/sites/default/files/2015-07/documents/catalog_of_chp_technologies.pdf

Частые вопросы