Газопоршневые электростанции как собственный источник электроэнергии для предприятия: плюсы и минусы

В статье дадим рекомендации, как справляться с проблемами и как достичь максимального эффекта от внедрения собственной генерации.

В последнее время в России отмечается нарастающий интерес к объектам малой генерации, активно подогреваемый со стороны Минэнерго РФ. И в первую очередь подразумевается использование компаниями газопоршневых установок (ГПУ) как самого доступного и понятного вида первичного генерирующего оборудования.

В свою очередь и усилившееся распространение газопоршневых электростанций придало «второе дыхание» идее собственной генерации промышленных предприятий. Газопоршневые установки способны обеспечивать стабильное электропитание при относительно низких эксплуатационных расходах. Объем вырабатываемой ГПУ электроэнергии оценивается себестоимостью без транспортной составляющей, что очень выгодно для предприятия. Рассказываем подробнее, как это работает и как сделать внедрение ГПУ эффективнее.

Как это работает?

В основе работы газопоршневой установки лежит принцип преобразования химической энергии в механическую. В результате сжигания природного газа либо биогаза в газопоршневом двигателе образуется механическая энергия, которая передаётся на генератор и преобразовывается в электроэнергию со стандартными параметрами качества.

Одновременно высвобождается большое количество тепла, которое снимается теплообменниками и котлами‑утилизаторами, и дальше либо поступает в тепловые сети потребителей, либо сбрасывается в атмосферу, в то время как электрическая энергия поступает на распределительное устройство предприятия либо энергосистемы.

Если установка работает в режиме ТЭЦ, вырабатывая одновременно электричество и тепло — это называется когенерацией. Существует также режим тригенерации — когда из тепла с помощью абсорбционно‑холодильных машин (АБХМ) дополнительно получают еще один ресурс –холод.

Газ: классические и альтернативные источники

Впрочем, есть альтернативы «классическим» газопроводам. Если рядом с вашим предприятием есть очистные сооружения, то источником топлива может стать биогаз.

Также в качестве топлива для ГПЭС используется:

• свалочный газ мусорных полигонов;
• попутный нефтяной газ;
• коксовый газ;
• сжиженный газ.

Режимы работы собственной генерации

Существует три режима использования собственной генерации, каждый из которых требует особого подхода к организации электроснабжения.

Автономный режим. Его также называют “остров”. Электроснабжение предприятия осуществляется от газопоршневой электростанции без использования внешних сетей.

Плюс: не требуются техусловия по электросетям, требуются только техусловия по газу — нужен газ в определенном количестве, определенного давления.

Минусы: возникает непростая задача по поддержанию постоянного уровня напряжения независимо от нагрузки. В этом случае эксплуатанту рекомендуется использовать резервную установку, например, силовые агрегаты на дизельном топливе. Кроме того, может понадобиться систем резервирования тепла.

Параллельный режим. Газопоршневая электростанция подключается к внешним сетям для обеспечения дополнительной мощности или резервирование. Как правило параллельный режим используется там, где требуется дополнительная мощность.

Синхронный режим. ГПЭС синхронизируется с внешними сетями для обеспечения общей стабильной работы. В этом случае резервный дизельный двигатель не требуется, а установка работает в самостоятельном режиме при резервировании из внешней сети. Такая установка должна быть обеспечена соответствующей диспетчеризацией с каналами связи, позволяющими мгновенно реагировать на все изменения в сети, при этом система диспетчеризации должна быть автоматизирована для мгновенного реагирования на перерывы в подаче и другие возникающие в сети инциденты.

В случае параллельного или синхронного режима у предприятия появляется необходимость получить в Россетях технические условия, на основе которых ГПЭС будет подключена к электросети. В случае, если газопоршневая установка (а она довольно мощная) может влиять на всю схему энергоснабжения, то выполнение этих условий может оказаться довольно дорогостоящим делом — например, может потребоваться реконструкция ближайшей подстанции.

Правило «Плюс один». При проектировании газопоршневых установок жизненно важным является соблюдение правила «Плюс один»: количество необходимых агрегатов должно соответствовать потребностям предприятия плюс еще один для резерва.

Куда деть тепло?

В большинстве случаев производимая ГПЭС тепловая энергия является избыточной и перед предприятием встает задача её продажи. Стандартным случаем является поставка тепловой энергии муниципальным тепловым сетям, но здесь надо готовится к новому витку сложностей, поскольку у поставщика появляется обязанность обосновать тариф на тепловую энергию перед региональной энергетической комиссией. Для РЭК эти вопросы сравнительно новые и они часто просто не знают, как оценивать данный вид продукции.

О сложностях при установке и работе ГПУ

Стоит подчеркнуть, что интеграция ГПУ в существующие схемы предприятий в отличии от резервных дизельных агрегатов отнюдь не является простым типовым решением, поскольку за исключением редко встречающегося островного режима предполагает параллельный режим работы с внешней сетью.

Количество объектов, функционирующих в островном режиме работы, не предполагающем наличие гальванической связи с внешней сетью и использующим вместо неё ДГУ (дизель‑генераторная установка), возможно, покажет в скором будущем рост в связи с запретом осуществления деятельности по майнингу криптовалюты в отдельных регионах при подключении к сети.

Работа с сетями

В части, касающейся промышленных предприятий, используется один из двух режимов параллельной работы с внешней сетью: без выдачи мощности в сеть и с экспортом мощности.

Работа в параллель сетью должна быть согласована с сетевой организацией, обязывающей собственника объекта генерации выполнить ряд мероприятий, указанных в Технических условиях (ТУ) на присоединение энергоцентра к электрическим сетям. Если раньше сетевые организации не предъявляли практически никаких требований к заявителям, обращающимся за присоединением ГПУ, вплоть до направления ответа об отсутствии необходимости в выдаче ТУ, то в последнее время, оценив влияние объектов малой генерации на режимы работы прилегающей сети, представители сетевых организация стали включать в ТУ требования о необходимости организации независимых каналов связи с ближайшими узловыми подстанциями, реконструкции их систем РЗА (релейная защита и автоматика) и т.д., что предполагает дополнительные затраты заявителя, оценивающиеся в миллионы рублей.

При желании предприятия работать в параллельном режиме с сетью и с возможностью выдачи электроэнергии в сеть, требования и, соответственно, затраты увеличиваются. При грамотном подходе к вопросам подбора количества и мощности ГПУ, архитектуры построения энергоцентра, избыточная энергия попросту не будет вырабатываться, эффективная работа над снижением стоимости покупной энергии будет обеспечена без необходимости её поставки в сеть и дальнейшей реализации.

Подбор проекта по внедрению ГПУ

Вопрос грамотного подбора ГПУ является одним их важнейших, обеспечивающих фактическое подтверждение плановых значений основных параметров финансово‑экономической модели планируемого проекта по внедрению ГПУ в будущем. При его решении критически важны: топология существующих электрической и тепловой сетей потребителя, сетей ГВС, режимы работы предприятия и характер его нагрузки. Типовые проекты в ГПУ возможны лишь на абсолютно идентичных объектах, что на практике не встречается. Остальные проекты всегда индивидуальны, что неминуемо увеличивает сроки и стоимость реализации проекта.

Несмотря на то, что тепловая энергия вырабатывается попутно, т.е. она условно бесплатна, это утверждение не в полной мере корректно. Если ГПУ в любом случае обязательно комплектуется градирней для сброса тепла с рубашки охлаждения в атмосферу, то для снятия тепловой энергии отработанных газов и её дальнейшего использования потребуется теплообменное оборудование. Здесь снова необходим взвешенный подход к вопросу оценки сроков окупаемости инвестиций в оборудование системы утилизации тепла. При этом производить оценку правильнее будет отдельно: как не связанного с установкой ГПУ энергоэффективного мероприятия.

Правильно выбрать поставщика ГПУ

Также очень важным вопросом является выбор вендора ГПУ. В недавнем прошлом за ГПУ китайского производства мощностью 1МВт просили 12 млн рублей, сейчас же, после введения санкций, такая машина стоит уже 30 млн рублей, а оборудование лидеров рынка, в те же времена стоившее 30, в нынешних реалиях находится в диапазоне 60‑70 млн рублей за тот же 1 МВт. Что занятно, штучная, даже не мелкосерийная, продукция от отечественных производителей стоит сейчас столько же, сколько и, к примеру, канонический Энбахер. Текущие цены на качественное оборудование удваивают капекс, как следствие, и сроки окупаемости проектов, а также не способствуют уверенности в бесперебойности поставок запасных частей в течение последующих этапов эксплуатации. На противоположной чаше весов при выборе производителя — китайское оборудования с подъёмной ценой, но непонятным, вернее будет сказать — неподтвержденным, сроком беспроблемной эксплуатации.

Также стоит отметить, что китайские производители довольно легкомысленно относятся к заявленным мощностным параметрам оборудования и срокам проведения плановых ремонтов, что уже говорить об отдельных отечественных коммерсантах, извлекающих прибыль из поставки ГПУ китайского производства на российский рынок.

А постоянно удлиняющийся срок эксплуатации до первого капитального ремонта, увеличенный с 20 уже до 60 тысяч часов, ориентируется больше на необходимые сроки окупаемости при текущей ключевой ставке, а не на реальный ресурс машины.

Советы тем, кто решил установить ГПУ на своем предприятии

Для компании, ранее не имевшей опыта работы с ГПУ, ничего легкого и простого, несмотря на всю кажущуюся понятность, в вопросах подбора, проектирования, монтажа и ввода в эксплуатацию ГПУ нет. Решившись, придется щепетильно подойти к вопросу выбора опытного поставщика оборудования, который возьмется за решение вопроса комплексно.

Но и здесь необходимо помнить, что после ввода в эксплуатацию переложить все проблемные вопросы на исполнителя по сервисному договору не получится, придется решать бесконечные вопросы текущей эксплуатации силами собственного персонала. А в условиях кадрового голода, недоукомлектованности и недооценённости технических служб, энтузиасты из числа инженеров и техников, готовые вникнуть, разобраться и дополнительно нагрузится новой ответственной работой, найдутся не на каждом предприятии. В противном случае ГПУ будет обречена на периодические длительные простои и возможные аварии в прилегающих и внутренних сетях.

Отдельно стоит остановиться на периодически озвучиваемых законодательных инициативах о введении платы за резерв мощности, оплаты услуг по передаче по величине максимальной мощности вместо фактически потребленной, а также о введении платы за услугу по передаче в части объема потребления, обеспеченного выработкой собственной блок‑станции. Принятие любой из озвученных мер поддержки Россетей приведет к прекращению эффективности и экономической целесообразности дальнейшего использования ГПУ во всех режимах, кроме островного.

При формировании модели и принятии итогового решения указанные риски также необходимо пытаться учитывать на период времени, необходимый на реализацию проекта, т.е. на 1,5 - 2 года вперед.

Подводя итоги, хочется обратить внимание на то, что при принятии решения нужно иметь в виду, что установка и дальнейшая эксплуатация при отсутствии опыта не будет легкой прогулкой. Сложности с ресурсоснабжающими, сетевыми организациями и надзорными органами не решить без собственной службы эксплуатации, мотивированной на успех проекта на протяжении всего его жизненного цикла, а также надежного плеча партнера в вопросах подбора, проектирования, наладки, допуска в эксплуатацию, гарантийного и постгарантийного сервисного обслуживания.