Тригенерация на микротурбинах

Микротурбина это небольшая газовая турбина мощностью от 30 кВт до 1 МВт. Для тригенерации её выхлоп (около 260–315 °C) отправляют в абсорбционную машину, и получается холод для здания или серверной. Электрический КПД у микротурбин невысокий, 22–28 %, полный КПД с утилизацией тепла 63–70 % (данные каталога EPA, 2017). Зато пуск около минуты, готовность 98–99 %, ресурс 40 000–80 000 моточасов до капремонта и приемлемая работа на неполной нагрузке.

Общая картина по двигателям на странице «Виды тригенерации», а для турбин побольше есть страница про газовые турбины.

Как устроена схема с микротурбинами?

Несколько микротурбин дают электричество, выхлоп каждой собирается в общий коллектор и идёт в машину Thermax на выхлопных газах. Схема применяется в зданиях и центрах обработки данных. Мощность наращивают числом модулей: в каталоге EPA модули 30–250 кВт, а пакеты до 1000 кВт.

Выхлоп микротурбины холоднее, чем у ГПУ и турбин: 260–315 °C. Стандартный вход машины на выхлопе у Thermax 350–600 °C, в специальном исполнении 270 °C, поэтому исполнение для микротурбин уточняют у производителя на этапе подбора. Альтернатива: снять тепло выхлопа теплообменником и подать горячую воду в машину на горячей воде. Так сделано, например, в одном из офисов в Лос-Анджелесе (четыре микротурбины по 250 кВт, горячая вода 90,5 → 73,2 °C, одна машина около 800 кВт холода, экономия около 550 000 кВт·ч в год).

Наш объект: Центральное таможенное управление, Москва

В историческом здании на Комсомольской площади работает мини-ТЭС из пяти микротурбин Capstone C200 по 200 кВт, то есть 1 МВт электричества. На тепле установки и собственной котельной работают две машины Thermax LT-14 C по 500 кВт холода. Запуск около 2015 года.

В историческом центре не хватает электрической мощности, а зданию нужен холод, поэтому его сделали из тепла. Часть этого холода идёт на серверные. Машины шли в подвал с узкими проходами: их привезли частями и собрали на месте.

Письмо генерального подрядчика энергоцентра подтверждает поставку в срок двух машин LT-14 C в разобранном виде, такелаж, шеф-монтаж и пусконаладку. Карточка объекта: Центральное таможенное управление.

Какие мировые примеры есть?

Сиракьюс: центр обработки данных можно запускать автономно, снижение энергопотребления примерно на 50 % относительно обычного ЦОД заявлено авторами проекта, независимого замера нет. Мощность машин в разных документах называется по-разному (300 или 320 тонн), поэтому цифру не приводим.

На схеме бостонского центра видно, как машина работает по сезонам. Тёплое время года: охлаждённая вода 17,5/14,4 °C идёт на серверы, градирня отводит тепло при 29,4/35,06 °C. Холодное: горячая вода 60/48,9 °C тоже идёт в центр. Выхлоп уходит в дымоход при 187 °C, а на случай нехватки тепла стоит горелка на природном газе.

Чем микротурбины хуже?

По данным EPA, микротурбины дороже ГПУ в пересчёте на кВт электричества, и у них ниже электрический КПД. Малые абсорбционные машины также дороже на кВт холода: по DOE установленная стоимость машины на 50 тонн в 3,3 раза выше, чем на 1320 тонн (типовые значения). Порог абсорбционной машины от 300 кВт холода, и на меньших нагрузках чаще выигрывает электрический чиллер. В США микротурбины дают всего около 0,1 % мощности когенерации (355 объектов).

Ошибки на стыке микротурбины и холода те же, что и везде: ошибка в противодавлении выхлопа, остановка машины без байпаса, градирня «как для чиллера». Разбор на странице «Почему тригенерация не окупается». Машины на выхлопе описаны на странице АБХМ Thermax. За холодовой контур и стык отвечает «Энергия холода», данные выхлопа берём из паспорта микротурбины.

Хотите проверить, подойдут ли микротурбины вашему зданию? 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
• DOE, Absorption Chillers for CHP Systems, DOE/EE-1608, май 2017: https://www.energy.gov/sites/prod/files/2017/06/f35/CHP-Absorption%20Chiller-compliant.pdf
• Campus Technology, 03.12.2009, Syracuse U Constructs Green Data Center: https://campustechnology.com/Articles/2009/12/03/Syracuse-U-Constructs-Green-Data-Center.aspx
• ICF для ORNL, Opportunities for CHP in Data Centers, март 2009: https://www.energy.gov/sites/prod/files/2013/11/f4/chp_data_centers.pdf
• Материалы Thermax по проектам тригенерации (Бостон, Лос-Анджелес).