Тригенерация на основе газопоршневых двигателей Jenbacher

Вольфганг Дуллер – GE Energy Jenbacher gas engines

В настоящее время все более широко применяется искусственное охлаждение: в системах кондиционирования воздуха в офисах, торговых комплексах, гостиницах, государственных учреждениях и т. д. для создания комфортного микроклимата в помещениях. Кроме того, холод необходим для технологических процессов в некоторых отраслях промышленности – в основном, это пищевая и химическая, фармацевтическая, текстильная отрасль, а также производство средств вычислительной техники.

Область применения двигателей Jenbacher

Компания GE Energy Jenbacher gas engines более 50 лет производит газопоршневые двигатели с применением новейших технологий. За это время по всему миру поставлено более 6000 систем, из них 350 двигателей работают в составе станций для комплексной выработки электроэнергии, тепла и холода.
Важнейшим фактором при создании оборудования Jenbacher является адаптация его под требования конкретного заказчика. С учетом широкого диапазона параметров систем тригенерации на основе двигателей Jenbacher компанией GE была создана оптимальная конструкция – сейчас продолжается ее дальнейшее совершенствование с целью повышения эффективности и надежности в эксплуатации.
Наглядным положительным результатом такой работы является электростанция собственных нужд Делового центра ООО «Мострансгаз» (проект был подробно представлен в журнале «Турбины и дизели». 2005 г., сентябрь-октябрь). Энергоблок работает по технологии тригенерации (производство электрической, тепловой, а также охлаждающей энергии для кондиционирования) путем введения абсорбционной охладительной машины в общую технологическую систему и использования рекуперированной тепловой энергии энергетических модулей. Станция обеспечивает энергией комплекс общей площадью 105000 м2. Коэффициент использования теплотворной способности топливного газа превышает 86% (когенерация).
В состав энергоблока входят 4 газопоршневые установки JMS 616 GS-NL электрической мощностью по 1,4 МВт, тепловой – 1,7 МВт; 3 газовых котла фирмы DanStoken (Дания) тепловой мощностью по 9 МВт; 3 абсорбционные холодильные машины фирмы Carrier (США) по 0,67 МВт. Модули, в зависимости от нужд потребителя, могут работать в двух режимах: автономная работа в «островном» режиме (синхронизация между генераторами); автономная работа в параллель с городской сетью (генераторы синхронизированы с сетью).
Подобная электростанция введена в эксплуатацию в 1998 г. в аэропорту имени К. Аденауэра (Кельн/Бонн, Германия). Оригинальная система отопления аэропорта была преобразована в тригенерационную систему с учетом запланированного расширения площади аэропорта.
Станция создана на базе четырех установок JMS 616 GS-N.LC, работающих на природном газе. В энергоблоке применены двигатели J 616 GS. Суммарная мощность вырабатываемой энергии тепла и холода составляет более 2 МВт с каждого энергоблока. Электростанция обеспечивает инфраструктуру аэропорта электроэнергией и теплом в зимнее время – в летний период тепло подается в абсорбционные охладители. В результате коэффициент использования топлива составляет более 80%.
Другой пример – это торговый центр и кинотеатр компании TUS в Селье (Словения, близ г. Марибора). Два модуля JMS 212 GS-N.LC для комбинированной выработки тепловой и электрической энергии, созданные на базе двигателя J 212 GS, введены в эксплуатацию в феврале 2003 года. За счет применения абсорбционного чиллера модули вырабатывают холод для расположенного вблизи склада-холодильника.
Летом холод используется также для кондиционирования торгового центра и кинотеатра. Зимой комплекс отапливается за счет тепла выхлопных газов двигателей. Установка работает параллельно с общей сетью местной энергетической компании, но может работать и в автономном режиме, обеспечивая комплекс электроэнергией в случае перебоев в сети.
С июня 2004 года в Германии, в Техническом университете г. Ахен, эксплуатируется установка JMS 616 GS-N.LC, работающая на природном газе. Она создана на базе двигателя J 616 GS и используется для одновременной выработки электроэнергии, тепла и холода. Вырабатываемое тепло с помощью абсорбционного чиллера трансформируется в холод для кондиционирования различных объектов, в частности учебных корпусов. Энергоблоки, расположенные непосредственно в котельной, обеспечивают теплом в зимний период здания университета, близлежащей больницы и пожарной станции. Производимая электроэнергия используется для удовлетворения потребностей университета.
В рамках указанных проектов компания GE Energy, согласно техническим условиям заказчика, осуществляла поставку газопоршневых двигателей Jenbacher оригинальной конструкции для комплексной выработки электроэнергии, тепла и охлаждения – системы тригенерации (СНСР – combined heat, cooling and power).

Технология тригенерации

Система СНСР представляет собой комплекс установок для комбинированной выработки тепловой и электрической энергии и абсорбционных чиллеров, которые используются для эффективного кондиционирования воздуха и/или подачи холода наряду с выработкой электроэнергии и тепла.
Технология охлаждения, основанная на абсорбционном цикле, начала применяться еще в 19-м веке. В течение продолжительного времени она была объектом исследований и, постоянно совершенствуясь, получила широкое распространение (по сравнению с традиционным охлаждением, где применяются компрессорные установки).
Сочетание установки для комбинированной выработки тепловой и электрической энергии с абсорбционной системой охлаждения позволяет использовать избыток тепла для охлаждения. Горячая вода, полученная в цикле охлаждения установки, является движущей энергией для абсорбционного чиллера. При этом выхлопные газы двигателя может использоваться для производства пара, который затем применяется в качестве источника энергии высокопроизводительного пароохладителя двойного действия. В результате, до 80% тепловой мощности (теплопроизводительности) станции используется для охлаждения воды.
Таким образом, среднегодовой коэффициент использования производственных мощностей и общий КПД станции могут быть значительно увеличены. При применении технологии тригенерации возможно увеличение общего КПД (электроэнергия и кондиционирование воздуха и/или охлаждение) до 75%. Вырабатываемая электроэнергия может использоваться либо для собственных нужд, либо подаваться в общую сеть. В холодное время года тепло может также использоваться для отопления.
Абсорбционные чиллеры, которые входят в состав СНСР, производят охлажденную воду путем нагревания двух веществ (например, воды и солевого раствора бромида лития), находящихся в состоянии термического равновесия, а затем разделения их посредством отвода тепла. Подача и отвод тепла, осуществляемые в вакууме при переменных режимах давления (около 0,8 и 7 кПа), приводят вещества в состояние дисбаланса, подвергая их десорбции или абсорбции.
Вода (хладагент) и соль бромида лития (абсорбент) обычно используются для производства охлажденной воды в диапазоне температур +6...12 °С, аммиак (хладагент) и вода (абсорбент) – для охлаждения до низких температур (до –60 °С).
Устройства охлаждения абсорбционного типа очень хорошо проявляют себя в режимах неполной нагрузки и могут работать в диапазоне нагрузок от 10 до 100% (при отсутствии сколько-нибудь значимой потери производительности). При разработке абсорбционной станции охлаждения достаточно важными параметрами являются температура горячей воды и тепла, отводимого в цикле охлаждения. Чем выше температура горячей воды и ниже температура цикла охлаждения, тем выше производительность и эксплуатационные свойства системы абсорбции.

Преимущества абсорбционной холодильной установки

Технология охлаждения абсорбционного типа предлагает широко известное, получившее признание экономичное решение для подачи холода. Оно является «экологической альтернативой» традиционному охлаждению с использованием тепла. Применение высокоэффективного оборудования для производства электроэнергии (с низким уровнем эмиссии) обеспечивает максимальный КПД. Более того, исключение хладагентов фреона и гидрофреона (HCFC/CFC) и использование воды в качестве хладагента снижает общий объем вредных выбросов в атмосферу. Турбины и Дизели

Газопоршневые двигатели компании GE Energy Jenbacher gas engines

Предприятие по производству газопоршневых двигателей компании GE Energy Jenbacher gas engines является одним из ведущих мировых производителей двигателей для поршневых компрессорных установок, комплектных генераторных установок и систем для комбинированной выработки тепловой и электрической энергии, а также двигателей для механических приводов. Это одна из немногих компаний в мире, которая сосредоточена исключительно на технологии газопоршневых двигателей.
Двигатели Jenbacher, представленные в диапазоне мощностей от 0,25 до 3 МВт, работают на природном газе, биогазе, газе сточных вод, шахтном метане, на горючих газах, получаемых из промышленных отходов и др.
Оборудование компании используется в качестве автономных источников для выработки электроэнергии, тепла и холода промышленными предприятиями, муниципальными коммунальными хозяйствами, торговыми комплексами и т.д.
Запатентованные системы сжигания топлива (Leanox и др.), системы управления двигателем, мониторинга позволяют соответствовать жестким стандартам по уровню вредных выбросов, обеспечивая при этом высокую производительность и надежность установок.