Энергетики соглашаются с тем, что МИНИТЭЦ может стать разумным дополнением единой энергосистемы и работать в параллельном режиме, но реализовать это направление не спешат, предоставляя строительному комплексу самому решать проблему.

Сложность новой задачи состоит в том, что на самой ранней стадии проектирования необходимо все основные характеристики МИНИТЭЦ гармонизировать с режимами работы систем энергопотребления.

При присоединении к централизованным сетям энергоснабжения в этом не было необходимости, достаточно было, чтобы возможности энерговводов покрывали пиковые нагрузки объекта.

Специфика задачи состоит так же и в том, что необходим качественно новый подход к проектированию, предполагающий:

– анализ режимов работы всех инженерных систем в расчетные периоды, число которых может быть 8–24 и даже более;

– построение и анализ суточных, недельных, сезонных и годовых графиков изменения нагрузок;

– многовариантный анализ комбинации подвидов инженерных систем;

– выявление техникоэкономических критериев оптимизации комплекса энергоисточники – энергопотребители, которые в зависимости от исходных условий для разных объектов могут быть различными;

– функциональная координация большого числа разделов проекта в условиях многовариантного анализа.

Во множественных случаях проектирования и реализации МИНИТЭЦ допускаются принципиальные ошибки:

– проектирование ведется по заданным нагрузкам установочной мощности электроприемников и теплопотребителей, что приводит к завышению номинальной мощности МИНИТЭЦ на 20–50 %;

– заказчики, при наличии технической возможности параллельной работы МИНИТЭЦ и ЕЭС, отказываются от комбинированной схемы в пользу автономной;

– не рассматриваются возможности использования дополнительных мер по энергосбережению и выравниванию неравномерности энергопотребления на объектах;

– оценка экономической эфф. применения МИНИТЭЦ проводится либо по устаревшей модели «приведенных затрат», либо по «удельным рекламным» показателям фирм – поставщиков оборудования.

К сожалению, в России отсутствует нормативнометодическая база проектирования МИНИТЭЦ, а практический опыт небольшого числа организаций, проектирующих автономные энергоцентры, явно недостаточен.

В итоге наметилась тенденция изза неквалифицированного подхода к проблеме дискредитации прогрессивного направления малой энергетики. В аналитической статье излагается общий алгоритм расчета и подбора МИНИТЭЦ, который на последующих этапах работы будет доработан в виде методики.

Определение энергетических нагрузок объекта.
На этом этапе выполняется анализ характеристик всех отдельных энергопотребителей объекта, и определяются следующие электрические характеристики:

Nуст – установленная мощность всех отдельных потребителей;

Nра – расчетная активная мощность;

NPP – расчетная реактивная мощность;

Cos f, tg f – коэффициенты мощности;

Кс – k спроса;

Ко – k одновременности.

Тепловые характеристики:

qуст – установленная мощность всех теплопотребителей;

qот – установленная мощность систем отопления;

qвент – установленная мощность систем вентиляции;

qвз – установленная мощность воздушнотепловых завес;

qГВС – максимальная мощность горячего водоснабжения.

Рассчитываются и строятся графики суточного энергопотребления для рабочих и выходных (праздничных) дней для наружных расчетных условий холодного, теплого и переходного периодов года.
В случае необходимости, если объект имеет специальную технологическую нагрузку, цикличностью, отличающуюся от суток, рассчитываются и строятся графики технологического цикла. Важными характеристиками графиков являются:

– линия максимальных пиковых нагрузок;

– линия минимальных нагрузок;

– амплитуда колебания от средних значений.

На основании суточных (недельных) графиков по функциям изменения нагрузок в течение года строятся графики круглогодовых нагрузок и рассчитывается годовое потребление энергоресурсов по отдельным видам потребителей и суммарные – по электроэнергии и теплу:

Выбираются базовые расчетные режимы работы МИНИТЭЦ путем наложения круглогодовых графиков тепловых и электрических нагрузок.
В общем случае таких режимов 4:

– I – максимальных электрических нагрузок с учетом амплитуды суточных колебаний;

– II – максимальных тепловых нагрузок, также с учетом амплитуды;

– III – минимальных электрических нагрузок;

– IV – минимальных тепловых нагрузок.

Для режимов по п. 4 анализируются мероприятия по энергосбережению и выравниванию неравномерности нагрузок.
В качестве таких мероприятий следует рассмотреть:

– утилизацию теплоты вентиляционных выбросов;

– автоматизацию теплопотребляющих систем с целью исключения «перетопов»;

– использования в системах кондиционирования воздуха абсорбционных холодильных машин, а в ряде случаев «сухих охладителей» (dry cooler);

– частотный электропривод силового оборудования (технология, насосные, ИТП и др.);

– энергосберегающие светильники внутреннего и наружного освещения;

– аккумулирование тепловых нагрузок (горячее водоснабжение).

В ряде случаев экономически целесообразно рассмотреть использование технологий нетрадиционной, в том числе возобновляемой энергетики.

При рассмотрении технологических объектов целесообразно совместно со специалистами рассмотреть энергетику технологических режимов, сменность работы. С учетом анализа энергосберегающих и выравнивающих мероприятий строятся скорректированные графики годовых электрических и тепловых нагрузок, и расчетные по п. 4.

Определяется принцип. возможность получения и реализации технических условий на присоединение внешних энергосистем на частичное покрытие требуемых нагрузок.
Минимально необходимые нагрузки определяются по мощности гарантированных потребителей I категории (насосные пожаротушения, канализационные станции, системы дымоудаления, серверные, лифты, система отопления и т. п.).

величина этих нагрузок по электроэнергии находится в диапазоне от 5 до 10 % от максимального потребления и от 20 до 40 % – по теплопотреблению. Оптимальная величина покрытия нагрузок за счет внешних сетей определяется по графикам расчетного потребления в годовом режиме и соответствует превышению пиковых нагрузок над базовыми.

В большинстве случаев эта величина составляет 30–60 % от общей потребности в электроэнергии и 20–50 % – по тепловой.

С учетом нагрузок, приходящихся на внешние сети, определяется нагрузка на МИНИТЭЦ, по которой выбирается количество и мощность газопоршневых двигателей.
Учитывая глубину регулирования мощности двигателей (50–100 %), минимальная электрическая нагрузка определяет мощность самого малого из агрегатов.

Рассчитывается режим работы МИНИТЭЦ, и строятся суточные и годовые графики работы двигателей, исходя из того, что МИНИТЭЦ закладывается в базу энергоснабжения объекта с максимальным коэффициентом загрузки.
Покрытие пиковых нагрузок осуществляется за счет внешних сетей.

Определяющим режимом является режим электроснабжения.

Путем наложения графиков энергопотребления и энергопроизводства по приоритету электроснабжения рассчитываются величины и продолжительность дефицита (избытка) тепловой мощности МИНИТЭЦ.
По этим характеристикам подбирается мощность пиковых водогрейных котлов (в периоды дефицита тепла) и градирен для сброса тепла в периоды его перепроизводства.

1 Разрабатывается принципиальная схема МИНИТЭЦ и выбираются все основные и вспомогательные элементы рассматриваемых вариантов установки.
1 Рассчитывается экономическая эффективность вариантов по методике дисконтированных доходов.
(например, МГСН «Положение об экономическом стимулировании проектирования и строительства энергоэффективных зданий и выпуске для них энергосберегающей продукции») с определением следующих показателей:

– чистый дисконтированный доход (ЧДД);

– индекс доходности инвестиций (ИД);

– внутренняя норма доходности (ВНД);

– срок окупаемости капиталовложений динамический (ДРВ) и статический (РВ).

На основании анализа принимается окончательный вариант МИНИТЭЦ, который реализуется в рабочую документацию.

Проиллюстрируем предложенный алгоритм на примере
изучим энергообеспечение офисного комплекса с подземной автостоянкой. Общая площадь комплекса – 32 тыс. м Район застройки – Москва. По объекту выполнена проектная документация (стадия – проект) и определены энергетические нагрузки всех потребителей (табл. 1 и .

Энергоснабжающие организации отказали в выдаче технических условий на присоединение объекта к централизованным сетям в связи с дефицитом энергии в районе застройки.

Первый вариант энергоснабжения объекта – МИНИТЭЦ на базе газопоршневых установок (ГПУ), подобранных по установочной мощности потребителей. Характеристики этого варианта приведены в табл. 3.

Графики изменения тепловой и электрической нагрузок для расчетных летних и зимних суток приведены на 1 и k загрузки МИНИТЭЦ (отношение расчетной годовой выработки электроэнергии к номинальной) составляет 34,6 %.

Капитальные затраты на строительство МИНИТЭЦ – 66,77 млн руб. (около 920 долл. США на 1 кВт установленной мощности по электроэнергии). Для потребителей энергии I категории принят так же и резервный ист. энергии – дизельная электростанция на 600 кВт (4,54 млн руб.).

Себестоимость производства электроэнергии при стоимости газа 1 500 руб./тыс. м3 и сроке амортизации 20 лет составила 1,15 руб./кВт • ч. Это неплохой показатель, и вариант может считаться конкурентоспособным по отношению к энергоснабжению от централизованных сетей.

Кроме того, в данном расчете принято, что на производство тепловой энергии относится топливная составляющая пиковых водогрейных котлов, а утилизированное тепло от ГПУ учитывается без топливной составляющей (себестоимость производства тепла – 290 руб./Гкал).

Второй вариант отличается от первого только тем, что установленная мощность МИНИТЭЦ понижена с 2,5 до 2,1 МВт, что вполне достаточно, исходя из анализа графика рабочих нагрузок объекта с учетом коэффициента одновременности. В этом случае k загрузки увеличивается до 40,3 %, капитальные затраты снижаются более, чем на 10 млн руб., а себестоимость производства электроэнергии становится 1,06 руб./кВт • ч.

Третий вариант базируется на анализе возможностей энергосбережения инженерных систем объекта и предусматривает:

– замену электрических воздушнотепловых завес на водяные;

– применение энергосберегающих осветительных устройств внутреннего и наружного освещения с системой автоматического управления светом;

– использование энергоэкономичной оргтехники и компьютеров;

– замену поршневых холодильных машин на винтовые с повышением холодильного коэффициента с 2,9 до 5,8.

Дополнительные меры по энергосбережению позволяют понизить установочную мощность МИНИТЭЦ до 1 500 кВт ( 2 и . Затраты на энергосбережение оцениваются в 7,8 млн руб.

Если принять 1й вариант за базовый, то общая экономия капитальных затрат составит 14,94 млн руб. (22 %), а годовая экономия эксплуатационных затрат (теплота и электроэнергия) – 2,32 млн руб. (24 %).

Себестоимость производства электроэнергии составит 0,98 руб./кВт • ч.

Следующий шаг, вариант четвертый, связан с комбинированным режимом энергоснабжения от МИНИТЭЦ и централизованных сетей. на период строительства энергоснабжающие организации выделяют определенные энергоресурсы даже в условиях дефицита энергии.

В данном случае выделенные 600 кВт были оформлены и по постоянной схеме электроснабжения. Стоимость реализации технических условий, в зависимости от конкретной схемы присоединения, может значительно отличаться. В данном случае затраты, связанные с присоединением питающих сетей 600 кВт, составили 12 млн руб.

С другой стороны, удалось снизить мощность МИНИТЭЦ до 900 кВт и отказаться от резервной дизельэлектростанции. Работа МИНИТЭЦ предполагается в круглосуточном режиме с коэффициентом загрузки 61,1 % ( 3 и , а пиковые нагрузки в дневные часы покрывают внешние сети.

Экономия капитальных затрат в этом случае, по сравнению с базовым вариантом, составит более 23 млн руб., а себестоимость производства электроэнергии снизится до 0,9 руб./кВт • ч.

В пятом варианте, наряду с комбинированным режимом работы энергосетей, применяются абсорбционные холодильные машины вместо компрессорных. Несмотря на значительное удорожание холодильного центра, достигается так же большая общая экономия единовременных затрат – фактически 25 млн руб., а мощность МИНИТЭЦ снижается до 600 кВт, соответственно, себестоимость производства электроэнергии – до 0,87 руб./кВт • ч.

Приведенный пример дает представление о направлениях проектного поиска техникоэкономической оптимизации энергоснабжения объектов с использованием МИНИТЭЦ, но далеко не исчерпывает возможные варианты решения. Настоящая статья в какойто мере отвечает на вопросы специалистов, поступившие после статьи «МИНИТЭЦ – очередной бум или объективная потребность отечественной энергетики» (журнал «», 2005, № .

Наше предприятие разрабатывает технические решения энергоснабжения для целого ряда объектов различного назначения (торговые комплексы, промышленноскладские зоны, офисы, коттеджные поселки, спортивноразвлекательные комплексы), и в случае заинтересованности читателей журнала мы готовы и дальше делиться практическим опытом решения этой сравнительно новой, но весьма актуальной задачи.