azg missionruende

Конкурентоспособные ТЭЦ: Образцовая Станция Лаусвард

Lausward Block Fortuna KWK GuD Kombikraftwerk SSS Clutch SSS Kupplung

Способны ли современные газотурбинные электростанции работать рентабельно или же они переживают кризис? Возможен ли экономичный и рентабельный пуск новых комбинированных парогазовых электростанций в эксплуатацию, в таких странах как Германия, переживающих энергетический переворот? Ответ на этот вопрос: ДА, если будущий оператор предусмотрит гибкую эксплуатацию, учитывающую постоянно меняющиеся потребности и условия энергетического рынка.

Блок «Фортуна» станции Лаусвард является идеальным примером такой парогазовой установки (ПГУ), отличающейся высокой эффективностью и рентабельностью, несмотря на потенциальные турбулентности на рынках.  Блок «Фортуна» ПГУ Лаусвард был введен в эксплуатацию в 2016г., вследствие станция была признана как самая энергоэффективная установка с комбинированным циклом в мире. Данная ПГУ разработана для эксплуатации в режиме объединенной выработки тепловой и электрической энергии и снабжает город Дюссельдорф как теплом, так и электричеством. Данная теплоэлектроцентраль является образцовым примером обеспечения исключительной конкурентоспособности в условиях непредсказуемого рынка энергоснабжения.

Компании AZG Consulting и SSS Gears содействовали в создании проекта Лаусвард с его начальной стадии – одним из центральных узлов, а также ключевым элементом гибкости и компактности данной когенерационной станции является Муфта SSS (SSS Clutch), автоматически соединяющая и отсоединяющая паровую турбину и генератор.

Что такое комбинированное производство электроэнергии и тепла или иными словами когенерация?
Этот процесс включает в себя одновременное производство тепла и электроэнергии и является наиболее эффективным методом преобразования топлива в энергию. Когенерация снижает потребление первичных энергоносителей и содействует снижению выбросов углекислого газа. Существует два вида парогазовых когенерационных установок:

Надстроечный цикл (Topping Cycle) - основная энергия используется для производства электричествa, а вторичное тепло для теплоснабжения.

Утилизационный цикл (Bottoming Cycle) - основная энергия используется для теплоснабжения, а избыточный пар для выработки электроэнергии.

 

 

Гибкие ПГУ эффективно, надежно и экологично производят электричество и стабилизируют электросеть:

Блок «Фортуна» имеет 595 МВт электрической мощности при электрическом КПД в 61,5% (в комбинированном цикле) и причисляется к самым современным и энергоэффективным электростанциям в мире. «Фортуна» - это один из блоков электростанции Лаусвард принадлежащий городским коммунальным службам г. Дюссельдорф. Блок «Фортуна» снабжается газом норвежской Statoil Company. Блоки «Антон» и «Эмиль» были введены в эксплуатацию на станции Лаусвард в 1998г. и 1977г. соответственно. Оба блока подключаются в периоды сверхвысокого энергопотребления, так как блок «Фортуна» способен самостоятельно снабжать весь г. Дюссельдорф теплом и электричеством.

ПГУ Лаусвард является не только мощной и энергоэффективной, но и экологичной станцией. Эксплуатация этой ПГУ снижает количество годовых выбросов углекислого газа на 600000 Тонн по сравнению со средним количеством выбросов немецких электростанций. Выброс углекислого газа установки Лаусвард составляет лишь 230 г/кВт.ч. Для сравнения, комбинированный средний выброс углекислого газа немецких электростанций (включая 30% возобновляемых источников энергии) составляет 600 г/кВт.ч. Ввод в эксплуатацию станции Лаусвард – это важный шаг в сторону цели Дюссельдорфa к 2050г. стать городом с нулевым углеродным следом.

 

ТЭЦ способные работать в режиме когенерации остаются даже в непредвиденных рыночных условиях рентабельными и отличаются коротким сроком окупаемости:

Рентабельность комбинированной электростанции зависит от порядка ранжирования (merit order). Добыча энергии из возобновляемых источников отличается на данный момент самой низкой стоимостью, в этом отношении за ней следуют атомная энергия и уголь. Электричество из газотурбинных электростанций сравнительно дороже. Учитывая постепенное выведение из эксплуатации атомных и угольных электростанций ситуация в будущем изменится. Газотурбинные электростанции будут работать в качестве поддерживающих возобновляемые ресурсы и будут обеспечивать стабильность электросети, а также тепловую и электрическую энергобезопасность. ПГУ способны быстро реагировать на перепады производства и гарантируют надежное снабжение энергией.

Инвестиционные затраты при постройке теплоэлектростанций амортизируются при эксплуатации/предоставлении электричества от 4000 часов в год. Вследствие порядка ранжирования (merit order) это на сегодняшний день затруднительно, соответственно станция должна обладать дополнительными функциональными возможностями, чтобы помимо комбинированного цикла были доступны иные эксплуатационные режимы. Таким образом, в Германии ПГУ с возможностью комбинированной выработки тепла и электроэнергии (в отличие от станций без когенерации) могут позволить себе находиться в эксплуатации лишь 40% времени. Это обстоятельство существенно сокращает срок окупаемости такой станции.

 

Каков смысл в нынешние времена вводить в эксплуатацию ПГУ? Могут ли ПГУ, способные вырабатывать тепло и электроэнергию в когенерационном режиме, открыть новые потоки поступления дохода и реагировать на изменения рыночных условий? Что делает когенерационную станцию Лаусвард столь конкурентоспособной?

На сегодняшний день возобновляемые источники энергии не способны стабильно и на 100% покрывать энергорасход потребителей. Для этого не хватает технологий накопления энергии, чтобы просто и достаточно эффективно сохранять избыточное электричество. При недостаточной мощности или потребности поддержки электросети возобновляемые источники нуждаются во вспомогательных энергоисточниках, которые способны быстро покрывать неожиданный спрос на энергию. Таким образом, наиболее быстро реагирующим, надежным, безопасным и экологичным решением являются ПГУ.

КПД простого цикла газовой турбины равен в среднем 40%, что является сравнительно низким показателем. В ПГУ избыточное тепло газовой турбины используется для генерации пара и соответственно последовательной генерации электроэнергии. На сегодня КПД у ПГУ с комбинированным циклом достигает 63%.

Если же ПГУ работает в когенерационном режиме, производя одновременно электричество и тепло (как для центрального отопления, так и для промышленных потребностей), то общий коэффициент использования топлива (КИТ) установки существенно возрастает.

Блок «Фортуна» станции Лаусвард обладает топливным КПД равным 85%, что устанавливает новую планку для ПГУ и когенерационных установок. Дополнительно к 603,8 МВ электрической энергии, ТЭЦ Лаусвард также способна вырабатывать до 300 МВ тепловой энергии. Пар для теплоснабжения может быть извлечен из паровой турбины на трех ступенях давления: два трубопровода отбора пара на ступени низкого давления и один на ступени среднего давления.

Особенностью ТЭЦ Лаусвард является система аккумулирования тепла, которая способна сохранять отводимое тепло в виде горячей воды. Бак-аккумулятор горячей воды обладает вместимостью 36000м³ воды при температуре 95°C, что соответствует примерно 1340 МВт тепловой энергии. Общая потребность теплоснабжения г. Дюссельдорф составляет 855 МВт тепловой энергии, соответственно бак-аккумулятор ТЭС Лаусвард способен снабжать теплом весь город на протяжении нескольких дней. Эта техническая особенность установки позволила «Фортуне» побить мировой рекорд по максимальному объему теплоподвода в систему центрального отопления.

Благодаря дополнительному баку-аккумулятору, как наглядно показывает ТЭЦ Лаусвард, возможно одновременное обеспечение высокой энергоэффективности и гибкости. В случае применения операторами станций данных концепций использования когенерации в ТЭЦ они смогут достичь практически 95% температурного КПД.

В случае аварийного отключения энергоснабжения станция Лаусвард способна независимо снабжать г. Дюссельдорф электричеством. Полная мощность генератора достигается при пуске из горячего состояния лишь за 40 минут и за 116 минут при пуске из холодного состояния.

 

Каковы основные узлы такой энергоэффективной когенерационной ТЭЦ?

CHP CCGT Plant Unit Fortuna in Lausward of SWD

(С любезного разрешения станции Лаусвард: www.swd-ag.de)

Основные узлы Блока «Фортуна» – это газовая турбина SGT-8000H, генератор SGen5-3000W, паровая турбина SST5-500, оснащенная Муфтой SSS модели 360T (SSS Clutch Size 360T) и парогенератор HRSG 3P-RH Benson.

Энергоэффективная работа и гибкость данной когенерационной ТЭС осуществляется благодаря использованию Системы Синхронного Самопереключения муфты SSS (Synchro-Self-Shifting). Муфта SSS позволяет быстрый запуск установки и независимую начальную выработку электроэнергии лишь газовой турбиной.

Паровая турбина запускается, как только необходимые параметры парогенератора достигают стабильных показателей. При достижении паровой турбиной заданных оборотов Муфта SSS автоматически замыкается и присоединяет паровую турбину к генератору, после чего станция работает при полной нагрузке. В установке Лаусвард Муфта SSS модели 360Т передает 200 МВ при 3000 об/мин. Аналогично обгонная Муфта SSS позволяет независимое автоматическое отключение паровой турбины. Муфта SSS повышает КПД простого цикла одновальной ПГУ на 10%, так как позволяет избежать возникающих в противном случае потерь на охлаждение не отсоединенной от генератора паровой турбины.

Собственный КПД муфты SSS составляет >99,9% и может быть сравнен с показателями вращающегося вала. Таким образом использование Муфты SSS не влечет за собой потерь эффективности, а наоборот повышает общий КПД станции и дает возможность эксплуатации в ранее недоступных (физически и экономически) режимах. Такая гибкость в применении рабочих режимов, это то что делает эту концепцию передовой. Гибкость – это основополагающий фактор для устойчивости к турбулентностям на энергорынках и в политике.

 

Чем еще могут удивить когенерационные ТЭЦ, использующие Муфту SSS?

Lausward District Heat Storage for bypass

Благодаря блоку «Фортуна» городские коммунальные службы г. Дюссельдорф повысили общий объем вырабатываемой энергии с целью покрытия потребностей тепла и электричества города. ТЭЦ расположена в порту г. Дюссельдорф и использует воду из р. Рейн для охлаждения. Вопреки повышению объема произведенной энергии, потребности в воде для охлаждения не повысились. Когенерационный режим работы станции в сочетании с использованием бака-аккумулятора позволяет держать объем воды для охлаждения на прежнем уровне, а то и снизить его. Беспрерывный мониторинг температуры р. Рейн подтвердил, что работа станции Лаусвард не влечет за собой повышения температуры воды реки.

Власти г. Дюссельдорф планируют привязать остальных поставщиков тепла к общей сети и использовать общий аккумулятор тепла. Таким образом Аэропорт Дюссельдорф (DUS) и химико-промышленный гигант Henkel получат возможность сохранять избыточно произведенное тепло в одном аккумуляторе. Городские службы г. Дюссельдорф, в свою очередь, могут сохранять невостребованное теплосетью избыточное тепло мусоросжигающего завода.

Блок «Фортуна» нуждается в регулярном техобслуживании. Применение Муфты SSS ускоряет работы по техническому обслуживанию, снижая тем самым косвенные расходы. Сама обгонная Муфта SSS не требует трудоемкого обслуживания и рассчитана служить дольше чем сама станция.  Муфта SSS прочна, надежна и сертифицирована на среднее время безотказной работы (MTBF), превышающее 270000 часов.

Подводя итог вышесказанному, данная образцовая станция служит идеальным примером сверхконкурентоспособной и энергоэффективной концепции по когенерации и должна быть принята во внимание операторами ПГУ и инвесторами для обеспечения долгосрочной рентабельности станций.

Контакт