Авторы магистр А. Котенко, инженер, дипломированный инженер Э. Видхальм, руководитель компании (ENERGIE AG Oberoesterreich Waerme GmbH), дипломированный инженер Ф. Тонингер, управляющий фирмы (ENERGIE Contracting Steyr GmbH)

В последние годы на рынке систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха появились первые тригенерационные установки малой мощности на базе микрогазовой турбины и абсорбционной машины, которые применяются для автономного энергоснабжения в больницах, спортивных центрах, аквапарках, учебных заведениях, а также на промпредприятиях.

В августе 2006 г. на ТЭЦ г. Штаера (Австрия), находящейся в эксплуатации концерна ENERGIE AG Oberoesterreich , была запущена тригенерационная установка на базе микрогазовой турбины* фирмы Turbec электрической мощностью 115 кВт, тепловой — 155 кВт и абсорбционной холодильной машины фирмы YORK WFC 10 холодопроизводительностью 35 кВт ( рис. 1 ). Первая аналогичная установка появилась в Австрии в 2003 г. в г. Грац.

Схема тригенерационной установки представлена на рис. 2 .

Микрогазовая турбина ( рис. 3 ) служит для выработки тепловой и электрической энергии. Наружный воздух при помощи компрессора подается в камеру сгорания (11) ( рис. 3 а ). Образующиеся после сжигания газовоздушной смеси дымовые газы попадают в газовую турбину (2), которая приводит в движение генератор электрической энергии (1). Отработанные дымовые газы проходят через рекуператор (3) подогрева воздуха, идущего на сгорание, и теплообменник для нагрева воды (4), после чего удаляются через дымовую трубу в атмосферу (6).

В состав установки также входят газовый компрессор для сжатия газа до давления 6 бар и система автоматического управления, которая дает возможность контроля над работой установки и устранения неполадок через сеть Интернет.

В рабочий режим микрогазовая турбина выходит через 20 минут после старта.

Вырабатываемая тепловая энергия поступает в отопительный период в тепловую сеть, обслуживающую жилой район и промышленные предприятия.

В летний период тепло используется для производства холода при помощи абсорбционной холодильной машины.

Вырабатываемая электрическая энергия поступает в наружные сети 400 В для электроснабжения прилегающей промышленной зоны.

Технические данные микрогазтурбины представлены в табл. 1 .

Небольшие габариты микрогазовой турбины обеспечиваются во многом высокой скоростью вращения ротора. На рис. 4 приведен общий вид генератора и ротора, который состоит из магнитного корпуса со встроенным постоянным магнитом. Бандаж из углеродного волокна обеспечивает точную посадку магнита при сокорости вращения 70000 мин -1 .

Разработка ротора со столь высоким числом оборотов при частоте 2,3 кГц была невозвожна при помощи традиционного используемого программного обеспечения.

Для этого был разработан новый способ моделлирования конструкции ротора основанный на совместном применении метода конеч ных элементов и аналитических расчетов.

Техническое обслуживание установки производится одним человеком. Остановка и проверка выполняется каждые 6000 ч и занимает не более 12 ч. При этом проверяется заполнение моторным маслом, заменяются газовые, воздушные и масляные фильтры, проверяется камера сгорания.

Каждые 12000 ч необходимо производить замену насосов по подпору воздуха внутри микрогазовой турбины, водяных фильтров и обмуровку камеры сгорания.

Каждые 24000 ч и 30000 ч необходимо также заменять устройство зажигания, насос моторного масла и камеру сгорания.

Абсорбционная машина служит для производства холода на следующиe нужды:

1. Осушение технологического воздуха.

2. Воздушное охлаждение микрогазовой турбины в летний период для увеличения электрического КПД установки ( рис. 5 ). Так, например, при охлаждении приточного воздуха с 28 до 18 °С электрическая мощность микрогазовой турбины увеличивается на 10 кВт ( рис. 6 ).

3. В будущем предусмотрено производство холода для кондиционирования существующих офисных помещений.

Технические данные абсорбционной машины фирмы YORK представлены в табл. 2 .

В указанных тригенерационных установках тепловая энергия и холод являются сопутствующими вырабатываемой электрической энергии, т.е. не требуют дополнительного расхода топлива.

Для обеспечения малого срока их окупаемости необходимо постоянное в течение года потребление тепла и электроэнергии, так как при уменьшении электрической мощности турбины существенно уменьшается как ее электрический КПД, так и коэффициент использования топлива ( рис. 7 ).

Однако, как показывает расчет срока окупаемости тригенерационной установки ( табл. 3 ), даже в случае постоянного потребления тепла и электроэнергии срок окупаемости довольно велик.

Поэтому для строительства таких установок необходимы правительственные субсидии. Согласно австрийскому законодательству они выделяются для ко-, тригенерационных установок, работающих на природном газе либо на сжиженном углеводородном газе, тепловой мощностью до 2МВт. Необходимо отметить, что тригенерационные установки малой мощности получают в Австрии все большее распространение для частичного энергоснабжения производственных, жилых и офисных зданий, т.е. объектов малой тепло-, электро- и холодопотребления. Прежде всего, это связано с эффективностью таких установок, малыми эмиссиями вредных веществ и надежностью в эксплуатации.

Установка работает в автоматическом режиме и, следовательно, не требует обслуживаюшего персонала. В будущем ожидается повышение КПД и модернизация микрогазовых турбин, что позволит уменьшить удельные инвестиционные расходы на их установку и расширить область их применения. ■

Литература

1. Материалы фирмы Energie AG Oberoesterreich Waerme GmbH.

2. Anders Malmquist, Ola Aglen, Edgar Keller, Marco Suter, Jari Wickstroem . Mikrogasturbinen als Wegbereiter der dezentralen Waerme und Stromversorgung // ABB Technik. — № 3. — 2000. — Deutschland.