В XXI век с собственной энергией

Рациональное энергоснабжение крупного транспортного терминального комплекса в Прилесье

Входящая в СЭЗ "Минск" территориальная единица "Прилесье" расположена на пересечении трех важнейших автодорожных магистралей: №1 Брест-Москва, №4 Минск-Могилев и №5 Минск-Гомель с общим потоком 4-6 тыс. автомашин в сутки.

Это обстоятельство определило целесообразность создания в Прилесье крупного транспортного терминального комплекса (ТТК) международного значения для обслуживания 200-300 автомашин в сутки с суточным грузопотоком 3500-4000 тонн.

По международным стандартам названный ТТК должен обеспечить механизированную переработку грузов, иметь достаточную емкость складских помещений, общих и специальных для скоропортящихся продуктов, осуществлять техобслуживание и ремонт подвижного состава, мойку машин, создавать высококачественный бытовой сервис для собственного персонала и клиентов. К созданию ТТК необходимо будет привлечь зарубежных инвесторов и резидентов. Для этого должны быть созданы благоприятные условия инженерного обеспечения для всех размещаемых объектов и в первую очередь в сфере энергоснабжения.

В предварительных расчетах энергетические нагрузки ТТК определены в 3 тыс. кВт по электроэнергии и 11 Гкал/час по теплу в виде нагрузки отопления, вентиляции, технического и бытового горячего водоснабжения.

Основным источником внешнего электроснабжения ТТК определена предложенная в генеральном плане СЭЗ "Минск" 10-мегаваттная турбодетандерная установка на ГРС "Восточная", входящая в энергокомплекс СЭЗ и расположенная в ареале ТТК, использующая избыточную механическую энергию сжатого природного газа и вырабатывающая электроэнергию и промышленный холод. В то же время в составе ТТК предлагается создать и собственные электрогенерирующие и теплогенерирующие источники. Рациональные технические решения по ним являются главным условием их конкурентоспособности и возможности осуществления. Ниже дается краткое описание предложенных энергоисточников.

Дизельная мини-ТЭЦ

Предусматривается, что такая ТЭЦ будет работать на природном газе, в пиковом режиме, с утилизацией тепла отходящих продуктов сгорания. Электрическая мощность ТЭЦ с одним дизельным двигателем внутреннего сгорания определена в 11,5 МВт. В целях обеспечения высокой экономической эффективности и конкурентоспособности предусматривается ее использовать в пиковом режиме, в течение не более 4 часов в сутки, когда электроэнергия в энергосистеме наиболее дорогая. В отопительный период ТЭЦ будет работать с утилизацией теплоты продуктов сгорания в сочетании с аккумуляцией тепла в баках-аккумуляторах горячей воды для покрытия тепловой нагрузки во внепиковые часы суток. В неотопительный период, в целях повышения экономичности работы двигателя, последний переводится в режим работы с наддувом воздуха, в результате чего КПД двигателя повышается на 35%.

В целях использования избыточной механической энергии природного газа, поступающего в ДВС, устанавливается двухступенчатый винтовой детандер мощностью 76 МВт, у которого первая ступень работает как привод электрогенератора, а вторая как привод компрессора наддува воздуха в ДВС. При расширении природного газа в винтовом детандере газ охлаждается. Холод отбирается хладоагентом и направляется потребителю (склады скоропортящейся продукции).

КПД мини-ТЭЦ в отопительный период 71,3%, в неотопительный - 48%. Ориентировочные капвложения в мини ТЭЦ 3,1 млн долларов США, удельные капвложения на 1 кВт установленной электрической мощности 270 долларов/кВт, стоимость производимой энергии (удельные приведенные затраты) электрической 2,2 цент/кВтч, тепловой 7,7 долларов/Гкал. Это соответственно в 1,8 и 2 раза ниже существующих средних отпускных тарифов на электроэнергию и теплоту в Белоруской энергосистеме.

Газовые горелки инфракрасного излучения (ГГИИ)

В последние годы ГГИИ стали широко применяться в зарубежных странах для отопления производственных и складских помещений.

Расширяется их применение и в Беларуси. На ТТК их рекомендуется использовать для отопления производственных мастерских, складов и как местные обогреватели на открытых площадках обслуживания автотранспорта. Они представляют собой работающие практически без пламени газовые излучатели с перфорированными керамическими плитами. На поверхность мелкопористой керамической плиты через инжектор подается смесь воздуха с природным газом, которая зажигается электричеством и сгорает без остатка.

Температура плиты поддерживается на уровне 800-900°С (ярко-красное каление). Отвод отработавших продуктов сгорания осуществляется либо вытяжными трубами, либо путем смешения с воздухом с последующим удалением через воздушную вентиляцию.

Основные преимущества ГГИИ - отсутствие теплоносителей, теплоисточников и теплотрасс, отсутствие потерь тепла при теплопередаче, сокращение обслуживающего персонала, экономия энергоресурсов.

Для отопления промышленных помещений немецкая фирма "Abacus" предлагает газовые горелки инфракрасного излучения номинальной теплопроизводительностью от 10,5 до 35 кВт с охватом отапливаемой производственной площади от 100 до 350 м 2 и стоимостью от 2 до 3,2 тыс. долларов США за единицу. В Беларуси такие горелки в настоящее время устанавливаются на Минском тракторном заводе, в ОАО "Керамика" в Витебске, намечается их установка и на других крупных предприятиях республики.

Солнечные водонагреватели (СВН)

Они относятся к числу наиболее эффективных энергосберегающих устройств и состоят из приемника солнечного излучения, обычно размещаемого на крыше или боковой стене здания, бака горячей или холодной воды, насоса с электроприводом и теплообменника, отдающего тепло потребителю. Нагретая в СВН вода может быть использована для отопления помещений и горячего водоснабжения.

Для этой цели наибольшее распространение получили плоские приемники солнечного излучения, позволяющие нагревать циркулирующий в них теплоноситель до 100-150°С. Так, в условиях Беларуси при нагреве воды до 60-70°С типовой приемник солнечного излучения размером 1,2 м 2 заменяет электронагреватель с годовым расходом электроэнергии 1200-1500 кВтч и обеспечивает экономию первичного энергоресурса в размере 300-450 кг условного топлива в год.

Имеются резервы для повышения эффективности таких приемников за счет применения специального стекла, селективных покрытий, улучшенной теплоизоляции, многослойного остекления.

Полноценную систему теплоснабжения с использованием СВН можно создать лишь в сочетании их с электроводонагревателями или с другими высокопотенциальными источниками тепла для нагрева воды до необходимой температуры. Расчеты показали, что в условиях ТТК от такой системы можно покрыть примерно четверть всей расчетной тепловой нагрузки, то есть около 2,5 Гкал/час, при этом мощность электроводонагревателей должна будет составить порядка 800 кВт, или 27% мощности системы, а единовременные капвложения превысят 33 тыс. долларов США.

Можно предложить и другое более рациональное использование солнечных водонагревателей в ТТК для обогрева ими теплиц, расположенных на просторных крышах складских построек. В этом случае на ТТК появится относительно дешевая овощная и цветочная продукция, от реализации которой может быть получена дополнительная прибыль, повышающая рентабельность комплекса в целом.

Малая гидроаккумуляционная электростанция (МГАЭС) в системе городского водоснабжения

Такую электростанцию можно создать там, где есть необходимый перепад давлений в трубопроводе городского водоснабжения за счет разности отметок на рельефе местности.

Для этой цели используются обратимые гидроагрегаты, способные работать как в режиме генерирования электроэнергии, так и в насосном режиме с потреблением электроэнергии.

Экономическая выгода от применения МГАЭС обуславливается различием стоимости производства электроэнергии в энергосистеме по периодам суток и возможна лишь при наличии дифференцированных тарифов на электроэнергию.

Например, в часы пика электрической нагрузки, когда электроэнергия наиболее дорогая, МГАЭС работает в режиме генерирования и отдает электроэнергию в энергосистему, а в часы ночного провала графика электрической нагрузки, когда тариф на электроэнергию в энергосистеме самый низкий, МГАЭС работает в насосном режиме с аккумуляцией запаса воды.

Неотъемлемым элементом МГАЭС являются аккумуляционные емкости для запаса воды, на верхней и нижней отметках рельефа местности на участке трассы трубопровода.

Чтобы МГАЭС оказалась сравнительно дешевой и компактной, предлагается в качестве обратимых гидроагрегатов использовать простые по конструкции и надежные в работе винтовые детандеры, которые при работе на воде, как более плотной среде по сравнению с газом, будут иметь и более высокий КПД, достигающий 80%.

В ареале ТТК, вблизи площадки Прилесье, предлагается соорудить МГАЭС, используя систему городского водоснабжения в этой зоне с перепадом геодезических отметок в 25 м. В этом случае, как показывают расчеты, удельная электрическая мощность МГАЭС на 1 м 3/час расхода воды составит 0,0545 кВт/м 3/час. Если принять типовую емкость бака-аккумулятора воды в размере 50 тыс. м 3 и срабатывать ее в течение 4 часов пиковой нагрузки в энергосистеме, то расчетная пиковая мощность МГАЭС составит около 680 кВт. Стоимость строительства такой гидроаккумуляционной электростанции не превысит 200 тыс. долларов США при удельных капвложениях 300 долларов/кВт.

Кроме того, баки-аккумуляторы воды могут выполнять роль резервных и противопожарных резервуаров.

Таким образом, исходя из описанных выше энергоисточников, на ТТК в Прилесье может быть создана эффективная система энергоснабжения, входящая в энергокомплекс СЭЗ "Минск" и связанная с энергосистемой на взаимовыгодной основе. При наборе энергоисточников для реального их осуществления можно идти двумя путями: либо руководствуясь целью получения наибольшей электрической мощности, либо достижением наименьшего расхода природного газа.

В первом случае состав энергоисточников будет следующим: турбодетандерная установка на ГРС "Восточная", МТЭЦ с двигателем внутреннего сгорания, работающая в пиковом режиме, винтовые детандеры для сработки избыточного давления природного газа, солнечные водонагреватели, пиковые электроводонагреватели, малая гидроаккумуляционная электростанция.

Суммарная установленная электрическая мощность в этом случае составит около 21,8 МВт, а потребные капвложения, по ориентировочной оценке, 4,9 млн долларов США.

При этом 12,8 МВт электрической мощности будет передаваться в энергосистему в качестве пиковой. Экономия топлива (природного газа) составит около 20,9 тыс. тонн условного топлива в год.

Во втором случае можно отказаться от сооружения малой ТЭЦ с ДВС, а для покрытия отопительной нагрузки производственных помещений применить газовые горелки инфракрасного излучения. В этом случае электрическая мощность источников составит 10,2 МВт, потребные капвложения снизятся до 2,5 млн долларов США, в энергосистему будет выдаваться 2,4 МВт электрической мощности, расход топлива на энергоисточниках сократится с 7 до 1,7 тыс. тонн условного топлива в год, а суммарная годовая экономия топлива (природного газа) уменьшится незначительно и составит 19,5 тыс. тонн условного топлива.