Аквапарк — это сложное обособленное инженерное сооружение с высоким энергопотреблением.
Выберем на стадии проектных работ наиболее оптимальную схему энергоснабжения здания аквапарка на основе технических и экономических показателей.
Проектируемая установленная мощность электропотребителей составляет 1850 кВА. При коэффициенте одновременной работы оборудования к = 0,6 мощность потребителей составляет 1110 кВА. Минимальная нагрузка потребителей электрической энергии составляет 350 кВА. Максимальная часовая нагрузка потребителей тепловой энергии аквапарка составляет 4 Гкал/час, из них: 1,3 Гкал/час — на отопление; 0,9 Гкал/час — на горячее водоснабжение; 1,8 Гкал/час — на вентиляцию. Годовые потребности в энергоресурсах аквапарка составляют: электрическая энергия — 7238000 кВт.час, тепловая энергия — 12240 Гкал.
Сравним следующие варианты энергоснабжения аквапарка.
- Автономное энергоснабжение на базе мини ТЭЦ.
- Автономное энергоснабжение на базе мини ТЭЦ и газовой котельной.
- Автономное теплоснабжение на базе газовой котельной и централизованное электроснабжение.
- Централизованное энергоснабжение.
В первом варианте, в качестве источника электро- и теплоснабжения, предлагается использовать мини ТЭЦ на базе когенерационной газопоршневой установки (когенерация — совместная выработка электрической и тепловой энергии). На рис. 1 приведена схема энергоснабжения на базе мини ТЭЦ.
Разберем подробнее состав оборудования, предлагаемого к установке. Основу когенерационной газопоршневой мини ТЭЦ составляют два газогенераторных модуля марки JMS-616 фирмы Jenbacher (Австрия).
Электрическая мощность двух агрегатов составляет 3892 кВт, тепловая мощность — 3,75 Гкал/час.
|
| Рис. 1 Схема энергоснабжения на базе газопоршневой мини ТЭЦ |
Таким образом, общая тепловая и электрическая мощность двух установок составляет 8044 кВт. Общая потребная тепловая и электрическая мощность аквапарка составляет 5761 кВт, максимальная установленная мощность потребителей электрической и тепловой энергии составляет 6501 кВт. Коэффициент загрузки при номинальной нагрузке составляет 0,71, при максимальной загрузке — 0,81.
Газогенераторный модуль поставляется в следующей комплектации: газопоршневой двигатель с электрогенератором; катализатор; система утилизации тепла (70/90°С); насосное оборудование; система аварийного охлаждения, состоящая из пластинчатого теплообменника, "сухой" градирни и система управления. Для обеспечения требуемого давления газа модуль комплектуется газовым компрессором. Генератор вырабатывает электрическую энергию напряжением 6,3 кВ (10 кВ). Для снабжения потребителей электроэнергией напряжением 400 В необходима трансформаторная подстанция.
|
| Рис. 2 Комбинированная схема энергоснабжения на базе газопоршневой мини ТЭЦ и газовой котельной |
Из схемы теплоснабжения видно, что максимальная тепловая нагрузка потребителей тепла складывается из Q1тепл и Q3тепл. Это связано с тем, что в установках данного типа вырабатываемое количество тепла напрямую зависит от количества вырабатываемого электричества. Поскольку в данной статье рассматривается только вариант обеспечения собственных нужд аквапарка, для покрытия максимальной тепловой нагрузки необходимо часть произведенной электрической энергии преобразовать в тепловую энергию. Для этого в схеме энергоснабжения предусмотрена система электрических водонагревателей, например, гидродинамические генераторы.
В летний период, когда тепловая нагрузка минимальная (только на нужды горячего водоснабжения), избытки тепла Q2тепл отводятся в окружающую среду в "сухой" градирне.
Достоинства схемы энергоснабжения на базе мини ТЭЦ.
1. Обеспечивает полное автономное снабжение электрической и тепловой энергией комплекс аквапарка.
Недостатки схемы энергоснабжения на базе мини ТЭЦ.
- Невысокий КПД установки.
- Большая потребность в тепловой энергии требует установки агрегатов с большой электрической мощностью.
- Для обеспечения потребности в тепловой энергии требуется установка электрических водонагревателей для преобразования части произведенной электрической энергии в тепловую, что приводит к удорожанию комплекса и снижению КПД.
- Требуется трансформаторная подстанция большой мощности.
- Комплекс имеет сложное инженерное оборудование и, как следствие, требует большого количества высококвалифицированного персонала.
- В летний период КПД установки уменьшается из-за сброса части тепловой энергии в окружающую среду.
- Шум при работе установки.
Во втором варианте, в качестве источника электро- и теплоснабжения, предлагается использовать мини ТЭЦ на базе когенерационной газопоршневой установки совместно с газовой котельной. Принципиальное отличие от первого варианта заключается в том, что мини ТЭЦ предназначена для покрытия потребности комплекса аквапарка, в первую очередь, в электрической энергии, а газовая котельная обеспечивает потребность комплекса в тепловой энергии. На рис. 2 приведена комбинированная схема энергоснабжения аквапарка на базе мини ТЭЦ совместно с газовой котельной.
|
| Рис. 3 Схема энергоснабжения на базе газовой котельной и централизованного электроснабжения |
Основу когенерационной газопоршневой мини ТЭЦ составляет два газогенераторных модуля марки JMS-320 фирмы Jenbacher (Австрия).
Электрическая мощность двух агрегатов составляет 1946 кВт, тепловая мощность — 2,26 Гкал/час. Для обеспечения потребности в тепловой энергии комплекса аквапарка предусматривается сооружение газовой котельной мощностью 2,58 Гкал/час. Базовая комплектация мини ТЭЦ аналогична комплектации, рассмотренной в первом варианте. "Сухая" градирня в этом варианте сохраняется как система аварийного охлаждения.
В газовой котельной предполагается установка двух жаротрубных водогрейных котлов фирмы Vissmann (Германия) марки Vitoplex 100 c системой управления Vitotronic 333 мощностью 1750 кВт каждый. Кроме того, в состав газовой котельной входит: насосное оборудование фирмы Grundfos (Германия); запорно-регулирующая арматура; система управления и автоматика безопасности. КПД котельной составляет 92%.
|
| Рис. 4 Схема централизованного энергоснабжения |
Потребность в тепловой энергии комплекса аквапарка обеспечивается теплом вырабатываемым мини ТЭЦ (Q1тепл) и теплом, вырабатываемым газовой котельной (Q4тепл).
Достоинства комбинированной схемы энергоснабжения на базе мини ТЭЦ и газовой котельной.
- Обеспечивает полное автономное снабжение электрической и тепловой энергией комплекс аквапарка.
- Комбинированная схема сбалансирована, то есть количество выработанной тепловой энергии не зависит от количества выработанной электрической энергии.
Недостатки комбинированной схемы энергоснабжения на базе мини ТЭЦ и газовой котельной.
- Газовая котельная эксплуатируется только в отопительном сезоне.
- В летний период КПД установки уменьшается из-за сброса части тепловой энергии в окружающую среду.
- Комплекс имеет сложное инженерное оборудование и, как следствие, требует большого количества высококвалифицированного персонала.
- Шум при работе установки.
В третьем варианте, в качестве источника тепловой энергии, предлагается использовать газовую котельную. Принципиальное отличие от первого и второго вариантов заключается в том, что потребность комплекса в электрической энергии обеспечивается электрическими сетями Мосэнерго, а потребность в тепловой энергии обеспечивается газовой котельной. На рис. 3 приведена схема энергоснабжения аквапарка от электросетей Мосэнерго и газовой котельной.
В газовой котельной предполагается установка двух жаротрубных водогрейных котлов фирмы Viessmann (Германия) марки Vitomax 300 c системой управления Vitotronic 333 мощностью 2900 кВт каждый. Состав вспомогательного оборудования котельной аналогичен оборудованию, рассмотренном во втором варианте. Потребность в тепловой энергии комплекса аквапарка обеспечивается теплом, вырабатываемым газовой котельной (Q1тепл).
Достоинства схемы энергоснабжения на базе газовой котельной и централизованного электроснабжения.
- Обеспечивает автономное снабжение тепловой энергией комплекс аквапарка.
- Круглогодичное обеспечение тепловой энергией потребителей.
- Отсутствует шум при работе установки.
- По сравнению с мини ТЭЦ, требует меньшего количества обслуживающего персонала.
Недостатки схемы энергоснабжения на базе газовой котельной и централизованного электроснабжения.
1. Зависимость от электросетей Мосэнерго.
В четвертом варианте предлагается использовать полное энергоснабжение от сетей Мосэнерго. На рис. 4 приведена схема энергоснабжения аквапарка от электросетей Мосэнерго и газовой котельной.
Для обеспечения трансформации и распределения энергии в данном варианте предусматривается сооружение трансформаторной подстанции и индивидуального теплового пункта (ИТП). Оборудование ИТП включает в себя узел учета тепловой энергии, пластинчатые теплообменники, насосное оборудование, систему управления и автоматики. Для обеспечения комплекса аквапарка на период профилактических работ на тепловых сетях предусматривается устройство электрического водяного нагревателя.
Достоинства схемы энергоснабжения на базе газовой котельной и централизованного электроснабжения.
- Наиболее простая схема энергоснабжения.
- Требует минимального штата для обслуживания, по сравнению с предыдущими рассмотренными схемами.
Недостатки схемы энергоснабжения на базе газовой котельной и централизованного электроснабжения.
1. Зависимость от сетей Мосэнерго.
Для рассмотренных четырех вариантов энергоснабжения аквапарка проведем сравнительный экономический анализ.
Экономический анализ будет выполнен без учета капитальных вложений в наружные коммуникации и, соответственно, без учета расходов на их эксплуатацию. Для расчета стоимости энергоресурсов использовались данные Мосэнерго по состоянию на 1 августа 2002 года (табл. 1).
|
Таблица 1. Стоимость энергоресурсов
|
Таблица 2. Экономические показатели вариантов энергоснабжения
Из анализа экономических показателей (табл. 2) видно, что наименьшие затраты на энергоснабжение комплекса аквапарка обеспечивает третий вариант автономного теплоснабжения на базе газовой котельной и централизованного электроснабжения.
Стефанчук В.И., к.т.н., Колыхалов В.В., группа компаний "Термоинжениринг"