3.1.2. Автономные источники энергии

Протяженность трубопроводных систем централизованных источников энергии составляет более 250 000 км. При этом, по некоторым оценкам, около 80% сетей требуют замены или капитального ремонта и не менее 15% их находится в аварийном состоянии. На каждые 100 км тепловых сетей ежегодно регистрируется в среднем 70 повреждений. Потери тепла в сетях достигают 30%, а утечки горячей воды – более кубического километра в год. В качестве альтернативы централизованным системам активно внедряются автономные системы теплоснабжения (АСТ), выполняющиеся на средне– и маломощных котлах, парогазовых установках, газотурбинных двигателях.

Автономные системы теплоснабжения на органическом топливе функционируют по принципу ТЭС и ТЭЦ, но имеют котлы меньшей производительности [55]. Существует ряд выпускаемых отечественной и зарубежной промышленностью мини-ТЭС и мини-ТЭЦ с диапазоном выходной мощности от десятков киловатт до десятков мегаватт в зависимости от мощности используемого оборудования. Котлы для АСТ подразделяются на электрические, газовые, жидкотопливные, твердотопливные, комбинированные. Каждый тип обладает своими достоинствами и недостатками.

Оптимальным вариантом является котел, работающий на газе – самом экономичном топливе. В сравнении с другими видами топлива в природном газе содержится меньше сернистых соединений, его теплотворная способность выше теплотворной способности других органических топлив, поэтому при сжигании единицы массы газа получается больше полезной теплоты для нужд отопления и горячего водоснабжения. В продуктах сгорания содержится меньше загрязняющих атмосферу веществ. Котлы подвергаются коррозии не в такой степени, как при сжигании других видов топлива, меньше загрязняются сажей. Отечественные производители котельного оборудования средней и малой мощности – «МСЗ «ЗиО-Подольск», «Стройтрансгаз», «Дорогобужкотломаш», «Рэмэкс», «Гидронмаш», «Теплотекс» и др. Из зарубежных фирм-производителей котлоагрегатов наиболее известны: Giersch, Viessmann, Buderus, Loos, Unit, Rotrix, Matrix, Weishaupt, Elko Kluckner (Германия), Hansa, Intercal, Bentone (Швеция), Oilon (Финляндия), Beretta, Hermann, Dtretta, Riello (Италия) [54, 56].

Среди комбинированных систем оптимальной считается комбинация для сжигания жидкого и газообразного топлива, поскольку современные горелки имеют одинаковый КПД для обоих видов топлива. Хорошо зарекомендовали себя комбинированные горелки фирм Elko Kluckner мощностью от 100 кВт, Weishaupt GL1/1-E (Р = 60...335 кВт и GL3/1-E, RGL3/1-E (Р = 90...630 кВт).

Автономные источники электроэнергии создаются, как правило, на основе карбюраторных, дизельных и газотурбинных двигателей (бензиновые агрегаты, дизельные агрегаты и т.д.). Дизельные различаются по виду используемого топлива: нефтепродукты – керосин, бензин, дизельное топливо, мазут, а также природный газ, уголь, дрова, торф, горючие сланцы, вторичные энергетические источники. За рубежом и в России широко известен ряд фирм: Gesan, Cummins Power Generation, GE Digital Energy, VMtec Power Systems и др., выпускающих бензиновые генераторы однофазного и трехфазного тока мощностью 1…10 кВт, дизельные генератор – Р=5…1200 кВт. Аналогичные параметры имеют отечественные агрегаты.

Применение автономных газотурбинных установок (ГТУ) в энергетике – один из путей существенного снижения стоимости энергии. Удельная стоимость одного установленного киловатта мощности у ГТУ может быть почти на порядок ниже, чем у ГЭС и АЭС, и существенно меньше, чем у других типов энергоустановок. Ежегодно в мире вводится около 800 ГТУ для производства тепла, пара и электроэнергии. ГТУ выполняются на базе стационарных, судовых и авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) различной мощности. Ведущие производители ГТД для ГТУ: Pratt&Wyitney, Siemens, Solar Turbines, ММПП “Салют”» (г. Москва), «СНТК им. Н.Д. Кузнецова» (г. Самара), НПО «Сатурн» (г. Рыбинск), ОАО «Авиадвигатель» (г. Пермь) и др. Электрическая мощность ГТД-станций, работающих на природном газе, составляет 1…1000 МВт, тепловая – 4…100 Гкал/ч.

В качестве локальных источников тепла и электричества начинают получать распространение источники энергии на топливных элементах (ТЭ), реализующих принципы прямого преобразования тепловой энергии в электрическую. Топливом в ТЭ служат водород или богатые водородом газовые смеси. В энергоустановке из нескольких тысяч элементов мощность единичного элемента – около 20 Вт. Преимущества энергоустановок на ТЭ: высокий КПД (70-85%), практически не зависящий от установленной мощности и нагрузки; возможность использования разных видов топлива; минимальное выделение вредных компонентов и низкое потребление воды, бесшумность; быстрый монтаж топливных модулей и простота их обслуживания. Такие источники имеют электрическую мощность в 4…10 КВт и 30…60 кВт.

Большим спросом на малых предприятиях и в индивидуальном жилищном строительстве пользуются теплонасосы и газовые горелки. Применение в помещениях, имеющих большой объем и высокие потолки, газовых инфракрасных обогревателей вместо традиционных конвективных систем отопления дает 3-5-кратную экономию газа и 8-12-кратную экономию электроэнергии. К преимуществам современных теплонасосов относятся отсутствие подвижных частей, вибрации, бесшумность работы, минимальный контроль и уход. Автономная микротеплоэнергетическая муфта (microthermal power coupling – MTPC) позволяет получать одновременно электрическую и тепловую энергию при использовании природного газа. Например, MTPC фирмы EnAtEc представляет собой комбинацию двигателя Стирлинга и теплообменника. Машина Стирлинга приводится в действие с помощью газового пламени, вырабатывая электроток и тепло (через теплообменник) в пределах от 6 до 24 кВт.