Общая концепция по генерации и реализации электро/тепло энергии

1.

Общая концепция по
генерации и реализации
электро/тепло энергии
Алматы, 2023

2.

Газовые
Энергоцентры

3.

Определения. Что такое мини-ТЭС (ТЭЦ)
Малая энергетика (собственная/распределённая генерация) - направление
энергетики, связанное со строительством и эксплуатацией независимых от
централизованных сетей тепло- и электроснабжения локальных источников
энергии, функционирующих на основе традиционных видов топлива и на основе
возобновляемых источников энергии (ВИЭ).
Мини-ТЭС (мини-ТЭЦ) - это Ваша личная теплоэлектростанция
(теплоэлектроцентраль), расположенная в непосредственной близости к
потребителям энергии.
Отсутствие потерь в сетях при транспортировке, низкая себестоимость и высокое
качество вырабатываемой электроэнергии, максимальная эффективность
использования исходного топлива и прогнозируемая надёжность – вот что делает
мини-ТЭЦ отличной альтернативой традиционному централизованному
электроснабжению или его хорошим дополнением.
Признаки «мини»-ТЭЦ (в чём отличия от «больших» ТЭЦ):
•Размещение в непосредственной близости от потребителя
•Установленная мощность обычно до 150 МВт
•Независимость от сетей тепло- и электроснабжения
•Полная утилизация тепла и побочных отходов производства

4.

Когенерация. Принципы работы
Работа большинства современных ТЭЦ, ТЭС (в том числе мини-ТЭС),
использующих в качестве топлива природный газ (наиболее экономичный вид
топлива) или жидкое топливо, основана на принципе когенерации.
Когенерацией называется совместная выработка электрической и тепловой
энергии. Общий КПД (коэффициент полезного использования топлива) при
такой технологии достигает около 90%.
Когенерационные установки (КГУ) – это генераторные агрегаты на основе
двигателей внутреннего сгорания или газовых турбин, предназначенные для
одновременной (комбинированной) выработки электрической и тепловой
энергии.
Разновидности КГУ (теплосиловых установок, входящих в состав мини-ТЭЦ,
ТЭС):
ГПУ – газопоршневая установка; ГТУ – газотурбинная установка; МТУ –
микротурбины

5.

Когенерация. Принципы работы
Сравнение когенерационной технологии и раздельного производства электричества и тепла
1. Раздельное производство электроэнергии и тепла
Топливо
100%
Электростанция
(без утилизации
тепла)
Топливо
100%
Котельная
(традиционная)
Электричество
40%
Тепло
90%
Общая эффективность:
(Коэффициент использования
топлива)
КПД
40 90
0,65
100 100
2. Когенерация (комбинированная выработка электроэнергии и утилизация тепла)
Топливо
100%
Система
когенерации
(электростанция
с утилизацией
тепла)
Электричество
40%
Тепло
52%
Общая эффективность:
(Коэффициент использования
топлива)
КПД
40 52
0,92
100

6.

Схема совместной генерации ресурсов

7.

Почему своя мини-ТЭС выгоднее потребителю?
Себестоимость электроэнергии, вырабатываемой на своей собственной газовой мини-ТЭС, примерно в
2-3 раза ниже, чем покупаемая энергия от централизованных сетей!
С 2008 по 2014 гг., после завершения реформирования Республиканского энергокомплекса, цены на
электроэнергию для конечных потребителей выросли более, чем на 118% без улучшений качества и
надежности энергоснабжения. Рост тарифов на передачу по сетям за последние три года составил +75%. Рост
оптовой цены генерации (энергия+мощность) за последние три года составил +130%.
Усредненная структура тарифа на электроэнергию
1
Затраты
только
на
передачу
электроэнергии
(транспортировку)
до
конечного потребителя в Казахстане могут
составлять от 40 до 60% от тарифа.
При этом 12-14% затрат на передачу
электроэнергии – это потери, связанные с
изношенностью и малой эффективностью
устаревшего оборудования и проводов.
Генерация
11%
22%
8%
5%
48%
6%
Сбыт
Инфраструктура
Собственная генерация позволяет экономить за счет исключения затрат на передачу
электроэнергии, отсутствия наценок сбытовых компаний, сетевых потерь и платы за
мощность, а также благодаря разнице между быстро растущей ценой сетевой
электроэнергии и ценой на газ.

8.

Основные достоинства газовых мини-ТЭЦ (КГУ)
Основные достоинства когенерационных установок
низкая себестоимость вырабатываемой электроэнергии
быстрые сроки окупаемости
возможность выработки нескольких видов энергии (электричества, тепла и холода)
сжатые сроки строительства
независимость от региональных энергосетей
надежность энергоснабжения и высокое качество электроэнергии
низкий расход топлива и высокий КПД оборудования
длительный ресурс эксплуатации оборудования
возможность контейнерного исполнения – ликвидность и мобильность
экологическая безопасность
Экономическая эффективность использования
быстрый возврат инвестиций
максимально возможные прибыли от инвестиций
отсутствие платы за подключение к энергосетям
минимум тепловых потерь
возможность установки в помещениях котельных
отсутствие необходимости строительства ЛЭП, ТП, протяженной электросети

9.

Совокупные затраты за длительный период
4 500 000
4 000 000
3 500 000
3 000 000
2 500 000
2 000 000
1 500 000
1 000 000
500 000
0. (тыс. тенге)

10.

Совокупные затраты за длительный период
10 000 000
9 000 000
8 000 000
7 000 000
6 000 000
5 000 000
4 000 000
3 000 000
2 000 000
1 000 000
0 (тыс. тенге)
Стоимость
мини-ТЭЦ

11.

Прирост дохода от владения мини-ТЭЦ
Прибыль от
своей мини-ТЭЦ
Стоимость
мини-ТЭЦ
Точка пересечения – срок окупаемости (~ 2-3 года)

12.

Варианты решений
Реализация конструктивного исполнения
Варианты:
• капитальное здание
• модульное здание
• контейнеры
Критерии выбора:
• реконструкция
• новое строительство
• степень заводской готовности
• сроки ввода в эксплуатацию

13.

Варианты исполнения
В специальном здании

14.

Варианты исполнения
В открытом исполнении

15.

Варианты исполнения
В модульном исполнении

16.

Варианты исполнения
В шумозащитном кожухе

17.

Варианты исполнения
В спец. контейнере

18.

Мощностные диапазоны
ГТУ
1.500-375.000 кВт
ГПУ
30 – 20000 кВт
МТУ
30-250 кВт
50
100
200
300
400
500
1.000
Единичная мощность агрегата (двигателя), кВт
5.000
20.000
кВт

19.

Механическая
энергия
Энергетический баланс мини-ТЭС
Потери
Потери
Тепловая
энергия
Pт
Топливо
100%
Электроэнергия
(≈ 30…50%)
Тепло
выхлопных
газов и системы
охлаждения
Полезное
тепло
(≈40…50%)
Pэл.
≈
10…20%
Pтепл
.
ηэл. = (Pэл. / Pт )*
ηтепл. = (Pтепл. / Pт )*
100%
100%
ηполн. = (Pэл. + Pтепл.) * 100% / Pт

20.

Электрический КПД

21.

Электрический КПД. Номинальные значения
Электрический КПД (номинал на 100%
нагрузке)
средние значения по отрасли, %
МТ
ГПУ
ГТУ
50%
45%
40%
38%
40%
42%
43%
46%
47%
30%
31%
32%
33%
35%
30%
25%
45%
26%
27%
28%
29%
20%
0 МВт
1 МВт
2 МВт
3 МВт
4 МВт
5 МВт
6 МВт

22.

КПД и тепловой баланс
Тепловой баланс и КПД разных видов
оборудования мини-ТЭЦ
КПД эл.
КПД тепл.
120%
100%
80%
60%
43%
59%
60%
95%
100%
котельная
энергия
топлива
40%
20%
43%
23%
31%
0%
ГПУ
ГТУ
МТУ

23.

Расход газа
Удельный расход газа
м3/ кВт*ч электрической мощности на 100% нагрузке
0,450
0,424
0,400
0,334
0,350
0,300
0,250
0,244
0,200
0,150
0,100
0,050
ГПУ
ГТУ
МТ

24.

КПДв зависимости от нагрузки
Газопоршневые
двигатели (ГПУ)
Турбины (ГТУ и МТУ)
С увеличением отклонения от номинальной нагрузки КПД газопоршневых установок (ГПУ)
снижается медленнее, чем КПД газотурбинных установок (ГТУ и МТУ)

25.

Экономичность при изменении нагрузок
4 ГПУ в параллель
1 ГТУ
Экономия
топлива
Газопоршневые
двигатели (ГПУ)
ГТУ
Если необходима работа оборудования в широком диапазоне нагрузок, то
применение нескольких ГПУ с меньшей единичной мощностью позволяет
обеспечить более высокий станционный КПД (уменьшить расход топлива)

26.

Операционные затраты

27.

Режимы работы
Островной режим или
работа в параллель с сетью?

28.

Режим работы и ресурс разных видов КГУ
Тип
оборудования
ГПУ
ГТУ
МТ
Количество
пусков
Не ограничено
до 100 в год
Не ограничено
Выход на полную
мощность
~100 cекунд
~20-30 cекунд
~10 cекунд
Интервал
обслуживания,
м/ч
2 000 - 4 000
8 000 – 10 000
8 000
Капитальный
ремонт, м/ч
48 000 – 64 000
35 000 – 60 000
60 000

29.

Экологичность
Уровень шума и экология
Энергоцентр, 100-150 м

30.

Уровень шума и экология
Уровень шума в машзале
140
120
100
80
60
40
20
0
ГТУ
ГПУ
31.5 Гц
63 Гц
125 Гц
250 Гц
500 Гц
1000 Гц
2000 Гц
4000 Гц
8000 Гц
110
97
98
106
90
119
85
117
81
114
78
112
76
111
74
106
72
120
ГТУ
ГПУ

31.

Уровень шума и экология
Уровень шума выхлопа
160
140
120
100
80
60
40
20
0
ГТУ
ГПУ
31.5 Гц
63 Гц
125 Гц
250 Гц
500 Гц
1000 Гц
2000 Гц
4000 Гц
8000 Гц
120
132
120
141
121
134
122
131
122
130
126
111
127
126
140
120
131
ГТУ
ГПУ

32.

Уровень шума и экология
Шумозащитный кожух

33.

Сравнение затрат

34.

Операционные затраты
Структура себестоимости
в первые электроэнергии
5 лет эксплуатации
8%
15%
24%
5%
68%
ГПУ
80%
МТУ

35.

Операционные затраты
Совокупные операционные затраты
в первые 6 лет эксплуатации
ГПУ
МТУ

36.

Ресурс и сервисное обслуживание
600 000
500 000
400 000
300 000
200 000
Удельные затраты на сервисное обслуживание
100 000
0
(тыс.тенге)
ГПУ
МТУ
Первые 7 лет (до КР)
1,5 тг./кВт*ч
1,00 тг./кВт*ч
20 лет (с учётом 2-х КР)
2,5 тг./кВт*ч
3,1 тг./кВт*ч

37.

Капитальные + операционные затраты
Совокупная стоимость владения
в первые 8 лет эксплуатации
(после кап. ремонтов)
ГПУ
МТУ

38.

Общие затраты на энергоснабжение
Общие затраты на энергоснабжение объекта для
разных видов оборудования в динамике по годам
12 500 000
10 000 000
7 500 000
5 000 000
2 500 000
0
(тыс.тенге)

39.

Сравнение основных показателей
ГПУ
ГТУ
МТ
КПД эл.
30-48%
21-40%
23-33%
КПД тепл.
42-50%
45-60%
50-60%
КПД общий
80-92%
70-85%
70-90%
Удельный расход топлива
0,22…0,33 м3/кВт·ч
0,3…0,5 м3/кВт·ч
0,33…0,47 м3/кВт·ч
Влияние условий ОС и уровня
нагрузки на КПД
Незначительное
КПД снижается резко
КПД снижается резко
Требования к топливу
Высокие (качество газа
играет важную роль)
Низкие (качество газа не
критично)
Низкие (качество газа не
критично)
Межсервисный интервал (в
среднем)
1 000 – 4 000 м/ч
(для ГПУ 1500 об/мин)
8 000 -10 000 м/ч
8 000 м/ч
Эластичность (приёмистость) в
автономном режиме (макс. шаг
наброса нагрузок)
Низкая (20-30%)
Средняя (50%)
Высокая (до 80%-100%,
благодаря наличию АКБ)
Экономичность (общие
эксплуатационные расходы)
Определяется расчётом в каждом конкретном случае
Средняя стоимость за кВт,
Только двигатель
1500$
2200$
2500$
Экологичность
+
+
+
Опыт применения в Казахстане
+
+
+

40.

Этапы создания объектов малой энергетики
Сдача в эксплуатацию
Комплексные испытания
Сдача исполнительной документации
ПНР - Пусконаладочные работы
Строительно-монтажные работы
Комплектация и закупка оборудования
Проектирование
Подготовительные работы
ТЭО – Технико-Экономическое Обоснование

41.

Области применения объектов малой
энергетики
Распределение установленных ГПУ и ГТУ по отраслям, %
Добыча полезных
ископаемых
4% 2% 3%
Электроэенргетика
(в т.ч. ЖКХ)
41%
24%
Производство
Сельское хоз-во
26%
Транспорт и логистика
Прочее

42.

Индивидуальные
тепловые пункты в
зданиях и
сооружениях

43.

Узел погодного регулирования системы теплоснабжения
в зависимости от температуры наружного воздуха.

44.

В системах теплопотребления зданий значительный
энергосберегающий эффект дают средства автоматизации
тепловых пунктов
С 2002 года было реализовано новое оборудование более чем
на 10 000 автоматизированных тепловых пунктов ( АТП ) в
Казахстане

45.

Системами теплопотребления в зданиях являются:
Система отопления
Система приточной
вентиляции
Зависимая
Независимая
Непосредственное
подключение
к тепловой сети
Подключение
к тепловой сети
через
теплообменники
Открытая
Водоразбор из
тепловой сети
Закрытая
Через
теплообменники
Система горячего
водоснабжения

46.

Технические преимущества
Увеличение гидравлической устойчивости системы за счет
сокращения расхода теплоносителя
Возможность работы с минимальными располагаемыми
напорами
Стабильная работа без обслуживающего персонала
Локализация коммерческих потерь

47.

Социальные преимущества
Снижение потребления тепловой энергии системой
отопления и горячего водоснабжения здания. Дает
экономию на уровне 15-30%!
Гибкое регулирование режима работы системы
теплопотребления здания.
Обеспечение комфортной температуры воздуха в
помещении в зависимости от желания потребителя.
Повышение качества предоставляемых коммунальных
услуг и снижение социальной напряженности.

48.

Обоснование установки АТП
Установленное в АТП оборудование обеспечивает:
возможность поддержания комфортного теплоснабжения здания и
автоматизацию процесса, отвечающего запросам клиента;
необходимую температуру в здании независимо от подающей
температуры на вводе АТП ;
возможность рационального использования теплоэнергии, предотвращая
нецелесообразный ее расход;
стабильный гидравлический режим системы отопления здания
независимо от гидравлического режима тепловых сетей;
незначительные утечки сетевой воды в случае повреждения системы
отопления.

49.

Ожидаемые показатели для установки АТП с закрытой схемой ГВС:
Снижение потребления тепловой энергии по многоэтажным жилым домам с установкой
АТП на 30% (из опыта АО «РИГАС СИЛТУМС» или около 150 Гкал/ч)
Снижение затрат:
1. Потерь тепла в сетях при транспортировке теплоносителя более, чем в 2,5 раза;
2. потребление электроэнергии насосами в связи с уменьшением располагаемого напора
на 20%-40%;
3. уменьшение аварийных ситуаций связанных с коррозионными повреждениями и
«порывами»;
4. уменьшения количества подпиточной воды в 10-15 раз (исключаются утечки хим.
подготовленной сетевой воды в случае повреждения системы ГВС, а при независимом
присоединении системы отопления будут незначительные утечки сетевой воды в случае
повреждения системы отопления)
Элеваторный узел
Автоматизированный
тепловой пункт

50.

Структура системы IoT
Сервер данных
АРМы
Оборудование в ЦТП
Резерв
Резерв
УСПД
Граница системы Comfort Contour

51.

При нажатии на активный элемент (клапан, насос и пр.)
открывается панель управления данным элементом

52.

Построение
графиков
Выгрузка
отчетов

53.

Корпоративная
система
управления в
Энергетики и ЖКХ

54.

Отраслевая карта решений
корпоративной системы управления

55.

Применение решения SAP for Utilities – мультисервисная система
газоснабжение
Распределение
Передача
Приобретение
Счёт
INVOICE #:
Kunde
Qty Ordered
Qty Shipped
P.O. #:
VbrStelle
Description
Price
Total
100
По индивид.
счётчику,
по общему
счётчику,
по нормативам
Договор на
обслуживание
между
< Заказчиком >
и
<Подрядчиком >
Потребитель
(клиент)
Subtotal
Saales Tax
DATE
Учёт
потребления
электроснабжение
Распределение
SALESPERSON
Обслуживание потребителей
по нескольким видам услуг / расчёт
водоснабжение
Распределение
Канализация
теплоснабжение
Распределение
Передача
Передача
Передача
Производство
Подача
Приобретение
Производство
Приобретение
Приобретение
Total
Другие виды
услуг
напр.,
Кабельное ТВ
Вывоз мусора,
Уборка улицы,
. . . . .
Контроллинг
внутренняя структура предприятия по функциям или принадлежности (ТОО/АО) и концерн (холдинг, управление)
На базе решения SAP for Utilities возможно создание расчетного центра по всем услугам
ЖКХ

56.

Упрощенная модель данных решения SAP for Utilities
(на примере бытового потребителя)
Объект подключения
Место потребления = Офис / Цех / Квартира 1
Бизнеспартнёр
(Абонент)
Лицевой счёт
Сеть
энергоснабжения
Улица
Договор 1:
Электроэнергия
Энергоснабж.
установка 1:
эл.счётчик
Договор 2:
Вода
Энергоснабж.
установка 2:
водосчётчик
Договор 3:
Газ
Энергоснабж.
установка 3:
газ. счётчик
Подключение к сети
водоснабжения
Этаж
Офис/цех/
квартира 3
Место уст-ки
прибора:
коридор
Офис/цех/
квартира 2
Место уст-ки
прибора:
подвал
Подключение к электросети
Нижние
этажи
Подключение к
магистральному газу

57.

Интеграция с интеллектуальной инфраструктурой измерений (AMI)
Управление потреблением – из биллинговой системы
Обработка
событий
«Умный» дом
Концентратор
Интервальные
данные
«Умный» дом
AMI
«Умный» дом
«Умный» дом
MDUS
Концентратор
Измерения,
унификация
и синхронизация
……
«Умный» дом
«Умный» дом
«Умный» дом
Интегральные
показания
счетчика
Основные
данные
Коммерческий
учет
Биллинг
Данные
процесса
AMI
«Умный» дом
IS-U
Блоки TOU
AMI
«Умный» дом
Аналитика в интеллектуальных сетях
Партнерское
решение
Информация
о событиях
Финансовые
расчеты
CRM
Концентратор
SAP тесно сотрудничает с ESMIG по вопросам стандартизации
процессов и интерфейсов обмена данными между AMI и учетными
системами

58.

Пример проекта: Stadtwerke, Дюссельдорф
Количество клиентов в Дюссельдорфе
Электроэнергия - 430 000; Газ - 120 000; Тепло - 16 000
Сточная вода – 85 000
Уборка улиц – 192 000 домов и 60 000 контейнеров
Количество договоров – более 500
В системе 400 пользователей
В подразделении IT 16 сотрудников.
650 000 клиентов, 700 000 счетчиков,
около 1 300 000 лицевых счетов.
Через контакт-центр могут предъявлять
претензии по качеству воды,
в результате клиенту уменьшают счет за оказанные услуги.

59.

Пример проекта: Stadtwerke, Дюссельдорф
Сточные воды
Электроэнергия
Тепло
Вода
Уборка улиц
Удаление
отходов

60.

Этапы реализации проекта: I;II
I. Инициализация
Дизайн-проект - Комплексное технико-экономическое обоснование
проекта
Политика инжиниринг - разработка шаблонов управления проектом
Сотрудничество - согласование содержания проекта и его реализации со
всеми участниками
Финансовый инжиниринг - Определение методов финансирования
проекта
II. Концепция
Методические рекомендации и основное планирование
Приблизительное общее представление
Детальная разработка архитектуры систем
Определение ролей и процессов
Концепция настройки бизнес-процессов и моделей взаимодействия
Концепция на получение гранта / финансирования
Разработка организации проекта и графиков
Экспертное заключение
Концепция коммуникации
Координация с участвующими сторонами

61.

Этапы реализации проекта: III;IV
III. Планирование
Создание технических и коммерческих спецификаций (тендерной
документации)
Планирование ресурсов и составление графиков
Финансовое планирование и расчет ликвидности
Планирование реализации
Координация и синхронизация с соответствующими внутренними и
внешними участниками проектами
IV. Реализация
Проведение тендера
Выбор победителя
Содействие в фазе составления спецификации
Управление проектом
Контроль организации проекта
Контроль за проектом
Работа с местными органами власти
Контроль качества и документирование
Организационная и техническая реализация на месте
Содействие на этапе тестирования
Финальная приемка суб-проектов и общего проекта

62.

Этапы реализации проекта: V
V. Эксплуатация
Анализ и оптимизация процессов
Эксплуатационные моделирование
Внедрение новых операционных концепций
Планирование ресурсов и управления
Планирование материалов и персонала
Управление информационных систем и KPL(КПЭ)
Анализ и управление рисками
Управление качеством
Аудит и сертификация
Исследования в области устойчивого развития
Обучение процессам и используемым ИТ-программам