Промышленная резка бетона: rezkabetona.su
На главную  Энергопотребление 

Электрогенерация на месте потреб

Ну и что, если цены на природный газ стремятся вверх? стоимость одного сорта газа остаётся постоянной. На самом деле даже нулевой. Этот газ -- метан, вырабатываемый при брожении на большинстве из имеющихся в США 16000 общественных систем переработки отходов (publicly owned treatment works -- POTWs).

 

10 октября 2001 опубликован очередной анализ применений одного из самых доступных в течение всей истории человечества источников энергии. Правда, его использование сейчас несколько усовершенствовано по сравнению с классическим сжиганием кизяка.

 

Некоторые муниципальные установки переработки сточных вод уже десятилетиями покрывают часть своих энергетических потребностей, улавливая метан. Дополнительную значимость идея свободного топлива обрела в свете нынешнего сокращения электрических мощностей и роста цен на электричество и природный газ.

 

Исторически фактически вся генерация на бродильном газе обеспечивалась двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Но на данный момент легко доступный объём этого газа больше, а стимулы к его использованию сильнее. Это сделало микротурбины (умеющие использовать даже такие бедные смеси, как 7% газа в газе) и даже большие газовые турбины жизнеспособными в качестве силовых установок на бродильном газе. Сейчас все три технологии играют важные роли, зависящие от индивидуальных особенностей конкретных мест.

 

Бродильный газ образуется при брожении -- анаэробном питании -- биологических клеток, растущих на твёрдых осадках, выделяемых при обработке сточных вод. Отходы попадают в герметичные цистерны (анаэробные бродильники), где содержатся 2--3 недели при повышенных температурах -- 35--38°C. Бродильники обеспечивают среду, где анаэробные бактерии могут процветать и разлагать органическую часть осадков на стабильные компоненты.

 

Анаэробное брожение сокращает объём осадков, устраняет их запах и патогенные компоненты, позволяя быстро обезвоживать их. Одновременно вырабатывается метан. Его можно затем использовать для мусоросжигательных печей, продувки воздухом аэрационных бассейнов, электрогенерации.

 

Энерго бродильного газа вследствие значительной концентрации примесей примерно вдвое меньше, чем природного. Поэтому его зачастую просто сжигают. Это не только разбазаривает заключённую в газе энергию, но и создаёт нежелательные выбросы.

 

Уже многие годы немало POTW используют бродильный газ в ДВС для привода воздухонагнетателей, всасывающих и откачивающих насосов. Газом отапливаются и нагреватели бродильников. Но многие POTW вовсе не подвергают свои осадки анаэробному брожению. Значительная часть установок на восточном побережье просто стабилизирует биоосадки добавлением извести и пропускают этап брожения.

 

Улавливание выработанного из отходов метана сокращает или вовсе снимает потребность в покупке энергии благодаря выработке электричества с помощью бесплатного, в сущности, топлива. Оно также сокращает или исключает потребность в размещении отходов, которые, как многие верят, создают опасность для окружающей среды, а заодно и даёт тепло, необходимое для переработки биоосадков. Оно обеспечивает кредиты на «зелёную энергию». Более того, муниципалитеты могут получить доход, продавая избыточное электричество энергосетям.

 

Помощник главного инженера санитарного отдела округа Лос-Анджелес (Los Angeles County Sanitation District -- LACSD) Грегори Адамс (Gregory Adams) говорит: «Мы уже больше 50 лет покрываем бродильным газом потребности разнообразных схем выработки энергии. У нас есть крупнейшая в мире -- 30 МВт -- установка комбинированного цикла, турбина которой питается бродильным газом».
Лос-Анджелесская станция вырабатывает в минуту около 170 кубометров (при нормальных условиях) бродильного газа на своих шести установках с восходящими потоками. Этого достаточно для трёх установленных на станции газовых турбин Solar MARS 9013000, каждая из которых приводит в действие 9.9МВт электрогенератор и вырабатывает выхлопными газами парогенератор вспомогательной турбины.

 

На меньших установках установлены также ДВС, а в Палмдэйле (Palmdale) -- 30КВт микротурбина.

 

Типичные количества бродильного газа, доступные большинству POTW, и низкие капиталовложения в ДВС -- примерно $0.3 за 1ВТ, т.е. втрое меньше среднеотраслевого доллара за ватт -- исторически сделали именно ДВС самой жизнеспособной возможностью для огромного большинства POTW. Усовершенствованную станцию обработки сточных вод Howard Curren города Тампа (Tampa), штат Флорида, снабжает резервной энергией пара двигателей Waukesha Enginator на бродильном газе. Заодно они помогают сушить биоосадки и дают избыточную энергию для Tampa Electric. Дополнительные генерирующие мощности стали доступны этим летом, как раз вовремя для пикового сезона. Правда, сейчас двигатели используют природный газ, но могут потреблять любую смесь природного и бродильного газа.

 

По словам менеджера проекта Tampa Electric Джона Келли (John Kelly) установка имела смысл по многим причинам. «Выхлопное тепло из двигателей улавливается и используется для сушки. Это значит, что при каждом подорожании природного газа проект обретает больший экономический смысл». Размещение мотор-генераторов прямо на станции обработки сточных вод означает снижение потерь в ЛЭП при доставке энергии к потребителю -- это тоже экономически выгодно. Наконец, станция получила дополнительный аварийный ист. энергии, поскольку мотор-генераторы могут работать, когда внешняя электросеть обесточена.

 

В Тампе впервые в США применены 16-цилиндровые установки Waukesha 16VATGL, дающие при 900 оборотах в минуту 2.9МВт.

 

Начальные вложения в проект — $6 млн — планируется окупить 15-летним контрактом с городской энергосистемой на когенерацию. Когда Tampa Electric будет использовать установки для подачи электричества в свою сеть, выходящее из них тепло -- 370°C -- заменит тепло, вырабатываемое сжиганием природного газа, для сушки осадка. Это снизит расходы по сравнению с использованием только природного газа.

 

Отопление природным газом порождает меньше окиси углерода, двуокиси серы и окислов азота, чем сущ- щее на станции нефтяное отопление. Поскольку двигатели вырабатывают и электричество, и необходимое в технологическом цикле тепло, новые установки заодно сократят и загрязнение воздуха.

 

Выбор микротурбин, ДВС или их комбинации зависит от сложного комплекса факторов и потребностей, специфичных для каждой установки. Типичная микротурбина стоит около доллара за ватт. Микротурбины и большинство нынешних ДВС требуют также сжатия подаваемого в них топлива, что может привести к дополнительным расходам. В зависимости от состава и чистоты газа оба типа двигателей могут также потребовать осушения и дополнительной очистки топлива.

 

В целом капиталовложения на микротурбину со вспомогательным оборудованием выше, чем на ДВС сравнимой генерирующей мощности. Но для правильного сравнения надо учесть и другие факторы. Микротурбины проектируются в расчёте на круглосуточную работу с единственным обслуживанием в год, а ДВС приходится обслуживать куда чаще. В комбинированных приложениях, требующих и электричества, и тепла, эффективнее микротурбины, а когда нужно только электричество -- ДВС. Микротурбины вырабатывают меньше окислов азота.

 

Другое важное обстоятельство — потребности станции в тепле и горячей воде. Температура выхлопных газов микротурбины -- около 250°C. Установки, оборудованные системами теплоиспользования, могут использовать этот выхлоп для нагрева воды, прогревающей осадки при подаче в бродильник. Это может поднять общий КПД микротурбинной системы до 70--80%.

 

Если место пригодно для микротурбин, капиталовложения могут окупиться, по утверждениям производителей, за три года. Некоторые штаты ввели стимулы, делающие такую когенерацию ещё выгоднее. Например, Калифорния поощряет снижение потребителями спроса на электричество путём установки собственных генерирующих мощностей. Потребители, вырабатывающие до 1МВт, могут получить возмещение до 30% проектных затрат.

 

Например, 30% стоимости трёх микротурбин Capstone Model 330, установленных на станции восстановления воды Сан-Элихо (San Elijo) в Кардифф-бай-де-Си (Cardiff-by-the-Sea -- Кардифф у моря), штат Калифорния, покрыты грантом на сокращение пикового спроса от калифорнийской энергетической комиссии. Выхлоп микротурбин проходит через теплообменник, нагревая воду, циркуляция которой поддерживает заданную температуру в бродильниках. Чем стабильнее эта температура, тем больше вырабатывается газа для микротурбин.

 

Новое оборудование должно сократить энергопотребление Сан-Элихо примерно на 20%. Официальные лица станции предвидят, что если цены энергии в Калифорнии сохранятся на нынешнем высоком уровне, микротурбины окупятся за 3 года. Кроме того, микротурбины порождают значительно меньше окиси углерода и окислов азота, чем практиковавшееся на станции ранее простое сжигание бродильного газа.

 

В Лос-Анджелесе находится далеко не единственная в США POTW, где бродильного газа хватает для турбины. В Форте-Уорт (Fort Worth), штат Техас, находится крупнейшая в округе Таррэнт (Tarrant) станция очистки сточных вод Виллэдж-Крик (Village Creek -- деревенский ручей), обслуживающая Форт-Уорт и около двух дюжин быстрорастущих пригородов. 14 бродильников станции вырабатывают в час примерно 60ГДж в виде бродильного газа, готового для использования.

 

С 1958 года Виллэдж-Крик покрывает значительную долю собственного энергопотребления. Свыше 30 лет назад на станции установлены ДВС мощностью 1620 и 1760 л.с. Для обеспечения энергоснабжения при отключениях местной электросети двигатели спроектированы в расчёте на использование трёх топлив -- бродильного газа, природного газа и дизельного топлива.

 

Станция совершенствовалась в течение нескольких десятилетий, в три этапа. Помощник директора отдела контроля загрязнений управления водного хозяйства Форта-Уорт Роберт МакМиллон (McMillon) объяснил, что эти усовершенствования вместе с растущим объёмом перерабатываемых Виллэдж-Крик отходов предоставили его сотрудникам принцип. возможность пройти намного дальше, чем возможно на более обычных станциях. Благодаря осуществлённому в августе 2001 проекту (расходы в $9 млн на него покрыты низкопроцентным займом от техасского совета развития водного хозяйства) станция стала практически самодостаточной. Будет даже электроэнергия для продажи в местную сеть.

 

Власти Форта-Уорт обратились к Multatech Engineering для определения возможности замены стареющих ДВС газовыми турбинами для более эффективного использования всего доступного теперь бродильного газа. Конечно, есть ДВС достаточно большие для использования всего газа. Но меньшие расходы на управление и обслуживание, выбросы окислов азота и занимаемая площадь указали на предпочтительность турбин. Поскольку каждая новая турбина стоит свыше $2 млн, власти хотели удостовериться, что за такие деньги получит что-то самое современное.

 

Две газовые турбины Solar Taurus 60 мощностью 5.2МВт каждая установлены летом 200 Их общей мощности более чем достаточно для покрытия повседневных нужд станции. Правда, сейчас её 14 бродильников вырабатывают метан в количестве, достаточном всего для одной турбины. Работа второй требует альтернативного топлива -- например, природного газа. Но сокращение закупок энергии у местной электросети позволит покрыть все расходы на обе турбины за 9 лет. А в перспективе ожидается организация сбора биогаза для второй турбины с близлежащей свалки Арлингтон (Arlington). Сейчас исследуется осуществимость и целесообразность создания системы такого сбора.

 

Турбины по контракту, заключённому на 20 лет с ежегодным обновлением, обслуживает местная энергосистема TXU. Она же поставляет природный газ и организует продажу на конкурентном рынке выработанного станцией избыточного электричества.

 

Конфигурация когенерации в Виллэдж-Крик в своём роде уникальна. Вместо обычных парогенераторов на отходящих газах или паровых турбин, вырабатывающих дополнительную энергию, выхлопные газы направляются в два масляных теплообменника. Обменники, произведенные Tulsa Heaters, нагревают циркулирующее масло, а оно уже передаёт тепло существующей системе водяного подогрева бродильников. Эта вода также отапливает некоторые помещения станции. Газ из турбин может также направляться в обход нагревателей, что позволяет поддерживать стабильную температуру в системе. Весь этот комплекс можно при необходимости дополнить вспомогательными газовыми горелками, если понадобится увеличить тепловую мощность системы.

 

В отличие от трёхтопливных ДВС, иногда использовавших дизельное топливо, турбины работают только на бродильном и природном газе. Поэтому они выбрасывают заметно меньше окислов азота. Причём бродильный газ содержит значительную долю двуокиси углерода. Это снижает температуру пламени и тем самым ещё сокращает выброс окислов азота. В результате не понадобилась установка на турбины дополнительного оборудования для снижения этого выброса.

 

Другое достоинство проекта -- соответствие Виллэдж-Крик техасским условиям по производству энергии из возобновляемых источников. По техасскому закону, розничные поставщики электричества, муниципальные энергосистемы или электрические кооперативы должны владеть мощностями, использующими технологии возобновляемых энергоресурсов, или купить достаточно кредитов на возобновляемую энергию (renewable energy credits -- RECs). К 2009 году эта программа должна обеспечить в общей сложности фактически 3ГВт.

 

Источник: http://raoreform.elektra.ru

 



Инвестиции в обмен на выбросы. Газ из отходов. Надо что. Энергетический паспорт здания.

На главную  Энергопотребление 





0.0108
 
Яндекс.Метрика