Основы и преимущества малой энергетики и когенерации

Техническая реализация мини-ТЭЦ

1. Техническая реализация мини-ТЭЦ

2. Поршневой двигатель

3. Паровая турбина

4. Газовая турбина

5. Двигатель Стирлинга

6. Микротурбины

7. Топливные элементы

8. Парогазовые установки

9. Сравнение газопоршневых и газотурбинных установок

10. Сравнение газопоршневого двигателя и паровой турбины

11. Сравнение газопоршневых и дизельных установок

12. Тепловые насосы

4. Газовая турбина

Благодаря повсеместному переходу в 90-е годы на использование природного газа в качестве основного топлива для электроэнергетики, газовые турбины заняли существенный сегмент рынка. Несмотря на то, что максимальная эффективность оборудования достигается на мощностях от 5 МВт и выше (до 300 МВт), некоторые производители выпускают модели в диапазоне 1-5 МВт.

Принцип работы газовых турбин состоит в следующем: газ, нагнетаемый в камеру сгорания компрессором, смешивается с воздухом, формируя топливную смесь, и поджигается. Образующиеся продукты горения с высокой температурой (900°С-1200°С), проходя через несколько рядов лопаток, установленных на валу турбины, приводят к вращению турбины. Механическая энергия вала передается через (понижающий) редуктор электрическому генератору. Тепловая энергия выходящих из турбины газов поступает в теплоутилизатор. Вместо производства электричества, механическая энергия турбины может использоваться для работы насосов, компрессоров и т.п. Наиболее традиционным видом топлива для газовых турбин является природный газ, хотя это не исключает возможности использования других видов газообразного топлива. При этом газовые турбины предъявляют повышенные требования к качеству его подготовки (механические включения, влажность).

Температура исходящих из турбины газов составляет 450°С - 550°С. Количественное соотношение тепловой энергии к электрической у газовых турбин составляет от 1.5:1 до 2.5:1, что позволяет строить когенерационные системы, различающиеся по типу теплоносителя:

Непосредственное (прямое) использование отходящих горячих газов;
Производство пара низкого или среднего давления (8-18 кг/см²) во внешнем котле;
Производство горячей воды (лучше, когда требуемая температура превышает 140°С);
Производство пара высокого давления.

КПД газовой турбины составляет 25% — 35%, в зависимости от параметров работы конкретной модели турбины и характеристик топлива. В составе когенерационных систем эффективность возрастает до 90% в расчете на условную единицу израсходованного топлива (по теплотворной способности). Газовые турбины обладают хорошими экологическими параметрами (эмиссия NO_x на уровне 25 ppm).

Работа турбины сопровождается высоким уровнем шума, поэтому для их установки используются индустриального типа здания (в том числе контейнерного типа), которые также обеспечивают влагозащищенность оборудования.

Таблица №1: Преимущества и недостатки газовой турбины

Мощность единичной машины	0.25 — 300 МВт*э
Общий КПД	65-87%

Преимущества	Недостатки
Отсутствие водяной системы охлаждения. Гибкость в выборе топлива. Низкая эмиссия вредных веществ. Работа установки на нескольких видах топлива. Солидный ресурс. Достаточно большая возможная единичная мощность.	Нижний порог эффективного применения (от 5 МВт электроэнергии). Производительность ниже, чем у поршневых двигателей. Высокий уровень шума. Требуется подготовка топлива (очистка, осушка, компрессия). Низкая эффективность при неполной загрузке. Длительный период запуска (0.5 -2 часа). Сложный и дорогой капитальный ремонт.