А.В. Банокин – ЗАО «Элтеко Интер»
Ю.И. Марченко – ЗАО «Норский керамический завод»

Обеспечение предприятия электрической и тепловой энергией позволяет значительно снизить себестоимость энергоемкого производства и повысить надежность энергообеспечения объекта.

Норский керамический завод (Ярославская обл.) – один из крупнейших производителей кирпича в России. Предприятие выпускает широкий спектр строительных материалов для кладки внутренних и наружных стен зданий, фундамента. За последние годы в связи с расширением номенклатуры продукции энергопотребление предприятия увеличилось.
Электроснабжение керамического завода осуществляется от сетей ОАО «Ярэнерго», тепловой энергией обеспечивает собственная котельная, работающая на природном газе. Котельная оборудована четырьмя паровыми котлами ДКВР 10/13 (изготовление Бийского котельного завода) производительностью 10 тонн в час.
Для того чтобы повысить энергоэффективность использования природного газа в качестве топлива, в 2005 году было принято решение о строительстве собственной мини-ТЭЦ на базе газопоршневой электростанции когенерационного цикла.
Проект реализован с применением схемы «Проектное финансирование», которая значительно отличается от существующих схем кредитования и лизинга. Это привлечение «длинных» (до 7 лет) денежных средств от ведущих европейских банков, гибкая процентная ставка, снижение авансового платежа и др. Финансирование строительства осуществлялось ярославским филиалом АКБ «Промсвязьбанк». Расчетный срок окупаемости проекта – 3-3,5 года.
Первоначальный взнос предприятия составил 15% от стоимости поставляемого оборудования. Оставшуюся часть нужно будет погасить в течение 4-5 лет за счет разницы в стоимости вырабатываемой ТЭЦ энергии и тарифов на электроэнергию и тепло.
Поставщиком когенерационных газопоршневых установок (КГУ) была определена компания Elteco a.s. (Словакия), предложившая заказчику комплексный подход к реализации проекта. На территории России Elteco a.s. представлена дочерними компаниями – ЗАО «Элтеко Интер» (реализация проектов в РФ) и ООО «Элтеко Энерго» (монтажные и пусконаладочные работы, гарантийное обслуживание и т. д.).
Реализация проекта началась в 2005 году. Фирма «Элтеко Интер» провела предварительный энергоаудит предприятия, оценку и подбор основного и вспомогательного оборудования. Совместно со специалистами заказчика были согласованы технические условия и требования к проекту, выбран участок строительства.
Основная особенность данного проекта заключалась в том, что нужно было обеспечить полностью автоматический режим работы КГУ при параллельной работе с двумя взаимно не синхронизированными электросетями подстанции (35/10,5) «Керамик» на стороне 10,5 кВ. При этом нужно было учитывать, что к подстанции подключены также и сторонние потребители. Кроме того, необходимо было согласовать работу тепловых водогрейных модулей КГУ с существующей паровой котельной, не нарушая тепловых режимов.
Выполнение проекта было поручено ПКБ «Газнадзор» Северного газотехнического центра (г. Ярославль) – все решения согласовывались с Ростехнадзором и инженерными службами ОАО «Ярэнерго».
Проект выполнен для четырех когенерационных установок Petral250 IXB с таким алгоритмом работы: установки работают попарно (синхронизированы с взаимным делением мощности), каждая на свою секцию. Мини-ТЭЦ оборудована трансформатором (10,5/0,4) собственных нужд, чтобы обеспечить работу в автономном режиме при отсутствии напряжения на входе подстанции «Керамик». Совместно со специалистами компаний Elteco a.s. и «Элтеко Интер» разработана и внедрена система защиты ТЭЦ и подстанции. Многоуровневая система защиты включает дифференциальную защиту генераторов, максимальную токовую защиту выключателей и блок сетевой защиты на основе контроллеров IntelyProtect.
В январе 2007 года введена в эксплуатацию первая очередь мини-ТЭЦ. Она включает две когенерационные газопоршневые установки Petral250 IXB единичной электрической мощностью 1003 кВт и тепловой – 1200 кВт. Утилизируемое тепло установок поступает в тепловую сеть предприятия.
Мини-ТЭЦ размещена в капитальном здании, построенном рядом с существующей заводской котельной. Энергоблоки и модули утилизации тепловой энергии имеют открытое цеховое исполнение. Это позволяет организовать, с одной стороны, компактное размещение основных блоков, с другой – обеспечить свободный доступ ко всем узлам и деталям энергоблока и теплового модуля для их обслуживания.
Транспортировочный модуль (пространственная рама) является универсальной конструкцией – при необходимости дополнительного шумоглушения облицовывается панелями, подводится система вентиляции.
Основные составляющие когенерационной газопоршневой установки Petral250 IXB: электрические распределительные устройства высокого и низкого напряжения, силовой модуль с двигателем внутреннего сгорания и генератором высокого напряжения, тепловой модуль, системы промежуточного охлаждения двигателя и системы принудительного охлаждения. Электроэнергия вырабатывается синхронным четырехполюсным генератором DIG120h/4 фирмы AVK.
В энергоблоке применен поршневой двигатель Perkins 4016-E61TRS. Это четырехтактный 16-цилиндровый V-образный двигатель, рабочий объем которого составляет 61,12 л. Частота вращения коленчатого вала – 1500 об/мин. Диаметр цилиндров 160 мм, ход поршня 190 мм, степень сжатия – 12.
Топливом для электростанции является природный газ с теплотворной способностью 8007 ккал/м³ и метановым числом не ниже 75. Давление газа перед двигателем после регулятора давления составляет 12 кПа. Расход газа при номинальной нагрузке – 274 м³/ч.
Система пуска – электростартерная. В комплект поставки входит блок аккумуляторных батарей с выходным напряжением 24 В и статическое зарядное устройство (питание от сети 220 В, 50 Гц). Система зажигания имеет индивидуальные катушки на каждый цилиндр, управление осуществляется модулем ЕСМ.
Выхлопная система состоит из унифицированной секции глушения звука уходящих газов с системой искрогашения и выхлопных трубопроводов, на которых установлены компенсаторы для устранения температурных напряжений. Компенсатор состоит из двух фланцев, кожуха и сильфона, представляющего собой стальной гофрированный цилиндр.
Управление двигателем осуществляется с помощью электронного регулятора. Система управления соответствует стандарту ISO 8528, включает защиту двигателя по температуре масла и охлаждающей жидкости, а также систему антидетонации.
Система утилизации тепла представляет собой специальный модуль, в котором теплота отработавших газов и тепло контура системы охлаждения двигателя используются для нагрева циркулирующей воды. Избыточное количество тепла (при снижении или отсутствии потребления), а также тепло низкотемпературного контура охлаждения турбонаддува двигателя сбрасываются в окружающую среду с помощью 4 радиаторов, расположенных у здания мини-ТЭЦ. Электродвигатели вентиляторов управляются устройствами частотного регулирования скорости вращения. При этом достигается оптимальный режим теплообмена и энергосбережения.
Теплообменник выхлопных газов оснащен поворотной шиберной заслонкой. При отсутствии теплового отбора или выходе параметров теплового модуля за допустимые температурные пределы заслонка переключает подачу газовыхлопа на байпасную систему. В результате достигается максимальная утилизация тепла с обеспечением температурного режима двигателя. Температурный режим системы утилизации тепла – 90...70 °С.
Энергоблоки Petra 1250 IXB имеют 4-й уровень автоматизации, они укомплектованы системой управления производства Elteco a.s., контроллерами IntelySys. Система управления реализована на специализированном контроллере ComAp и программируемых контроллерах, установленных на каждом объекте управления (энергомодуль, распределительная подстанция, мини-ТЭЦ). Контроллеры, соединенные между собой промышленным интерфейсом связи, выполняют сбор данных от датчиков и управляют отдельными узлами и механизмами.
Генераторы подключены через выключатели попарно к двум секциям шин РП 10,5 кВ мини-ТЭЦ. Каждая секция шин соединена кабелем с соответствующей секцией на ПС «Керамик». Ввод кабелей производится через выключатели. Такое решение позволило реализовать параллельную работу агрегатов между собой (попарно для каждой сети) и внешней сетью в штатном и нештатных (при отсутствии напряжения во внешних сетях, при остановке КГУ на техобслуживание) режимах.
Контроллеры КГУ обеспечивают управление мощностью генераторов в двух режимах – задание фиксированного значения генерируемой мощности или задание фиксированного значения мощности, отбираемой от сети. При этом, во втором случае генерируемая мощность равна мощности, потребляемой предприятием (и на собственные нужды ТЭЦ), минус фиксированное значение мощности, отбираемой от сети.
Контроль отбора мощности по каждому фидеру, а также генерируемой мощности выполняется в реальном времени системой АСКУЭ с учетом существующей на заводе типовой двухсекционной схемы распределения.
Контроль за работой оборудования станции и основными ее показателями осуществляется дистанционно из помещения диспетчерской. Компанией Elteco a.s. разработана оригинальная операционная система для мониторинга и управления КГУ с персонального компьютера заказчика через порт RS 232/RS 485 или через модем по телефонной линии.
Таким образом, при вводе мини-ТЭЦ в эксплуатацию все самые ответственные технологические процессы предприятия имеют энергоснабжение от двух независимых источников – централизованной сети Ярэнерго и собственной электростанции, что соответствует первой особой категории энергоснабжения. Теплоэлектростанция на 80% покрывает потребности Норского керамического завода в электроэнергии.
После ввода в эксплуатацию второй очереди собственная ТЭЦ на 100% обеспечит растущие потребности предприятия в электроэнергии и на 40% – в тепловой.