Тригенерация на газовой турбине (ГТУ)

Газовая турбина (ГТУ) подходит для тригенерации там, где нужны мегаватты электричества и ровная круглый год нагрузка. У турбины тепло берут из выхлопа, и он горячий: около 430–480 °C у малых промышленных машин и до 590 °C у больших. Его можно подать прямо в абсорбционную машину на выхлопных газах (COP около 1,4), пропустить через котёл-утилизатор и получить пар, а холод от абсорбционной машины можно отдать на вход самой турбины и вернуть ей мощность в жару.

Сравнение с другими двигателями на странице «Виды тригенерации», а для машин поменьше, до 10 МВт, чаще подходит ГПУ.

Чем газовая турбина отличается от ГПУ?

По данным каталога технологий EPA (2017):

Остальное: время пуска от 10 минут до часа (у ГПУ около 10 секунд), 25 000–50 000 моточасов до капремонта, готовность 93–96 %. Отношение электричества к теплу 0,6–1,1.

Для тригенерации это означает: турбину ставят там, где она работает на нагрузке, близкой к полной, и тепло нужно всегда. Если нагрузка скачет, КПД турбины падает быстрее, чем у поршневого двигателя, и холод получается нерегулярным.

Какие схемы на газовой турбине бывают?

Выхлоп прямо в машину

Выхлоп турбины через заслонку подаётся в двухступенчатую машину Thermax на выхлопных газах. При малом холоде газ уходит в байпас, и турбина работает как обычно. Машина отдаёт холодную воду потребителю, а тепло сбрасывает в градирню NCT. Сопротивление машины по газу 200–250 мм вод. ст. нужно сложить с газоходом и глушителем и сравнить с допустимым противодавлением турбины: приоритет у турбины.

Котёл-утилизатор: пар и горячая вода

После турбины ставят котёл-утилизатор. Он даёт пар для паровой машины Thermax и горячую воду в теплосеть. Один источник закрывает и тепло, и холод. Про такую схему подробнее на странице «Пар». Паровая двухступенчатая машина даёт COP 1,30–1,45, пар нужен сухой насыщенный, давление 1,4–9,9 бар.

Холод на вход турбины

В жару газовая турбина теряет мощность. Выхлоп питает абсорбционную машину, её холодная вода охлаждает воздух на входе в компрессор. Электрическая мощность летом растёт за счёт собственного сбросного тепла.

Наш объект: газотурбинная электростанция ЖГТЭС

На Жанажольской газотурбинной электростанции в Казахстане (Актобе) суммарная мощность 110 МВт, топливо попутный нефтяной газ. Мы поставили машину Thermax 2D 5M C на выхлопных газах холодопроизводительностью около 3,2 МВт, вода 15/8 °C. Она охлаждает воздух на входе газотурбинных установок: выработка растёт и перестаёт зависеть от температуры наружного воздуха. Объём наших работ: поставка, шеф-монтаж, ПНР. Цифру прироста мощности не называем, замеров у нас нет.

Видео «Внедрение АБХМ Thermax на газотурбинной электростанции в Казахстане» есть на Rutube. Карточка объекта: ЖГТЭС.

Какие примеры есть в мире?

Domain охлаждает около 1 млн кв. футов (примерно 93 тысячи кв. м). Для сравнения, средний КПД электростанции с передачей по сетям в том же отчёте 32 %. В кампусе Фуллертона тригенерация обошлась в 22 млн долларов, и кампус вырабатывает около половины своей электроэнергии. Мощность турбины и холода во Фуллертоне в разных документах указана с небольшим расхождением, поэтому цифры округлены.

BYU-Idaho записан в таблицу как урок: до 45 % выхлопа сбрасывается в жаркие дни и 22 % в обычный год. Именно летом нет достаточной тепловой нагрузки, и для излишков выбрали паротурбинный чиллер вместо абсорбционного, а смета выросла с 2,5 до более чем 3,3 млн долларов.

Что нужно знать перед проектом?

1. Срок поставки. По данным Wood Mackenzie за 2025 год, средний срок поставки газовой турбины почти 5 лет с момента заказа, ожидается снижение с 2027 года. Если турбина ещё не куплена, сроки определяются ею, а не холодом.

2. Противодавление. Сумма сопротивлений машины, газоходов, заслонки и глушителя не должна превышать то, что турбина допускает по паспорту. Данные по выхлопу берут из паспорта турбины на 100, 75 и 50 % нагрузки.

3. Байпас. Заслонка должна уйти в байпас при остановке машины и при пропадании питания: приоритет у турбины.

4. Резерв. Выход машины на режим около 30 минут, провал питания до 3 минут она переживает, дольше нужен разбавительный цикл. Если холод нужен без перерыва, закладывают чиллер NCT или бак-аккумулятор.

Все эти стыки описаны на странице «Почему тригенерация не окупается». За холодовой контур и стык с турбиной отвечает «Энергия холода», данные выхлопа берём из паспорта турбины. Машины на выхлопе описаны на странице АБХМ Thermax и Trigenie.

Хотите понять, что даст холод на входе турбины на вашей станции? Закажите расчёт ТЭО или посчитайте на калькуляторе.

Источники

• EPA, Catalog of CHP Technologies, сентябрь 2017: https://www.epa.gov/sites/default/files/2015-07/documents/catalog_of_chp_technologies.pdf
• ORNL, Berry и др., Advanced absorption chiller converts turbine exhaust to air conditioning, ISHPC 2005: https://webarchive.library.unt.edu/web/20080920092112id_/http://www.ornl.gov/sci/engineering_science_technology/cooling_heating_power/pdf/ISHPC-095-2005.pdf
• Merrick (BYU-Idaho), Elsner (RMH Group), From Cogen to Trigen, APPA RMA 2019: https://rma.appa.org/wp-content/uploads/2019/09/RMA-2019_1-4-From-Cogen-to-Trigen.pdf
• Manufacturing Dive, 24.02.2026 (Wood Mackenzie, Jefferies): https://www.manufacturingdive.com/news/natural-gas-equipment-generation-bottleneck-data-centers/813087/
• Материалы Thermax по проектам тригенерации (Фуллертон, 29 Palms).

Частые вопросы