Тригенерация на газопоршневой установке (ГПУ)

Тригенерация на газопоршневой установке (ГПУ) работает так: двигатель на газе вырабатывает электричество, а его тепло забирает абсорбционная бромистолитиевая холодильная машина (АБХМ) и превращает в холодную воду. С 1 МВт газа получается около 400 кВт электричества и около 450 кВт тепла, суммарно 80–85 %. ГПУ без утилизации тепла использует топливо на 35–40 %.

Сравнение с другими двигателями на странице «Виды тригенерации», устройство машины в статье о принципе работы.

Сколько тепла даёт газопоршневая установка?

Тепло приходит двумя потоками с разной температурой. Цифры из каталога технологий американского агентства EPA (2017).

Вместе они дают около 80 % энергии топлива. На низкотемпературный контур, из которого пар не получить, приходится 45–55 % тепла двигателя.

Отсюда следствие. Горячая вода годится для одноступенчатой машины с коэффициентом преобразования (COP, сколько кВт холода получается из 1 кВт тепла) 0,65–0,80. Выхлоп годится для двухступенчатой с COP 1,40–1,45, и с той же порции тепла она даёт почти вдвое больше холода.

Какие схемы тригенерации на ГПУ бывают?

Выбирают по тому, что нужно объекту: только холод или ещё и тепло, насколько жёстко двигатель ограничен по противодавлению.

Классика: ГПУ и АБХМ на горячей воде

Рубашка двигателя и утилизатор выхлопа греют воду примерно до 90 °C. Через теплообменник она идёт в машину Thermax, а та отдаёт потребителю воду 12/7 °C и сбрасывает тепло в градирню NCT. Избыток снимают аварийные радиаторы. Для двигателя это самая спокойная схема.

Плата за простоту: на 1 МВт холода нужно около 1,4 МВт тепла, а градирня сбрасывает 2,45 кВт на каждый кВт холода, вдвое больше, чем у чиллера с COP 5.

Выхлоп прямо в машину

Выхлоп через перекидную заслонку подаётся в двухступенчатую машину серии 2D. Если холод не нужен, заслонка уводит газ в байпас, и двигатель работает как обычно. Рубашка при этом идёт на отопление. Можно заказать ГПУ без модуля утилизации горячей воды и подать в машину выхлоп около 400 °C, но здесь нужен опыт: бывает, что газов много, а холода нужно мало, и лишнее приходится пускать в байпас.

Trigenie: выхлоп и рубашка в одной машине

Машина Thermax Trigenie берёт выхлоп с COP около 1,4 и горячую воду рубашки с COP около 0,8. Отдельный генератор под горячую воду даёт лучшую утилизацию при неполной нагрузке двигателя. Одна машина может работать на выхлопе трёх двигателей без смешения газов. По данным производителя она утилизирует на 12–15 % больше тепла выхлопа, чем обычное теплообменное оборудование.

Газовый тракт: где считают противодавление

Сопротивление машины по газу 200–250 мм вод. ст. прибавляют к газоходам, заслонке и глушителю. Сумма не должна превышать допустимое противодавление двигателя из его паспорта: приоритет у двигателя. При остановке машины или пропадании питания заслонка уходит в байпас.

Что с контуром рубашки?

Температуру возврата в двигатель держит трёхходовой клапан, а контур двигателя отделён от контура машины теплообменником. Если машина не забирает тепло, клапан направляет его на аварийные радиаторы, и двигатель продолжает работать.

Режимы по горячей воде в проектах разные: 90/79, 88/80 или 90/75 °C. Регулирующий клапан ставят на входе в машину: клапан на выходе нарушает инструкцию производителя и приводит к спору по гарантии.

Где такая схема работает?

Примеры из наших проектов, среди многих других в разделе «Проекты».

Тепличное. Остров без сети: подстанция далеко, электрический чиллер не проходил по мощности, а зоне фасовки нужна вода до 3,5 °C. Поставили машины LT 12 C на бросовой воде ГПУ и котельной. Энергоэффективность комплекса до 92 %, окупаемость 5 лет. Подробнее: тепличный комбинат.

«Микран». Главной сложностью было согласовать работу станции и машин в переходный период и при низкой загрузке. Трубы в генераторе у этих машин нержавеющие. Карточка объекта.

Тепло для машины не обязательно берут прямо с двигателя. В Смоленской академии на площадке есть ГПУ MTU, а горячую воду для двух машин 5G 4L C даёт котельная академии.

Как пример, без нашего участия. Дом Правительства Московской области: три машины Thermax LT 42 T на тепле четырёх Jenbacher JMS 620 на 12 МВт, запуск в 2006 году. Объект выполнен без «Энергии холода», мы показываем его только как пример работы машин. Карточка объекта.

Когда ГПУ с холодом не окупается?

1. Холода меньше 300 кВт: машина на таком уровне дорога на каждый кВт.

2. Холод и тепло нужны меньше 2000 часов в год. Норма 3000–4000 часов и больше.

3. Мощность двигателя подобрана по электричеству, а не по теплу. В опросе владельцев газовых установок в Великобритании (DECC, 2014) старые схемы показали слабые финансы как раз из-за этого.

4. Градирня и насосы посчитаны «как для чиллера»: в первое жаркое лето машина не держит мощность.

Все стыки генерации и холода разобраны на странице «Почему тригенерация не окупается». Если двигатель и холод делят разные подрядчики, эти стыки остаются ничьими. «Энергия холода» поставляет газопоршневые установки: ГПУ, холодовой контур с машинами Thermax, чиллерами, градирнями и драйкулерами NCT и стык между ними можно заказать в одной компании. Оборудование NCT в целом: colden.ru.

Что даст ГПУ с холодом на вашем объекте, покажет расчёт ТЭО, прикинуть можно в калькуляторе.

Источники

• EPA, Catalog of CHP Technologies, сентябрь 2017: https://www.epa.gov/sites/default/files/2015-07/documents/catalog_of_chp_technologies.pdf
• 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
• Каталог АБХМ Thermax, материалы Thermax по Trigenie (данные производителя).

Частые вопросы