Газопоршневые станции GE Jenbacher: энергия для агробизнеса
Тепличное предприятие «Липецк-Агро» - крупное производство по выращиванию помидоров и огурцов. Занимая площадь 10 Га, оно поставляет на рынок 10 000 т. овощей в год. Это внушительная цифра, особенно если сопоставить ее с 500 000 т. – приблизительным объемом ежегодного импорта Россией аналогичной продукции.
Мотор микроклимата
«Традиционно тепличные комплексы использовались у нас в стране в теплое время года – это лето плюс часть весны и осени, – говорит Дмитрий Лашин, председатель совета директоров «Липецк-Агро», - однако если использовать в нашем бизнесе дорогие кредитные ресурсы, такая схема практически неокупаема. На сегодняшний день мировая тенденция – уходить на круглогодичное выращивание. Для этого внутри теплиц требуется использовать искусственное досвечивание. Мы используем для этого газоразрядные натриевые лампы – примерно 20000 ламп мощностью 600-1000 Вт на гектар».
Теплица для выращивания огурцов комплекса “Липецк-Агро”
Несложно подсчитать, что один гектар хозяйства может потреблять до 2 МВт электроэнергии в час. Создание мощного источника дополнительного освещения – это только часть проблемы. Фактически необходимо создать микроклимат. Важными компонентами которого являются тепло, влажность, освещенность и наличие в воздухе достаточного количества CO2 – углекислого газа, активно поглощаемого растениями в процессе фотосинтеза. Несколько десятилетий назад во время тепличного бума в Голландии местные фермеры впервые применили углекислый газ в качестве удобрения и нашли комплексное решение большей части упомянутых задач по созданию микроклимата, установив у себя в хозяйствах газопоршневые станции. Ядро станции - газопоршневой двигатель. При раскрутке вала генератора вырабатывается электричество, которое может быть использовано в различных целях - для освещения или для продажи в общественную сеть. В то время как вырабатываемое двигателем тепло может эффективно использоваться для обогрева теплицы, и, наконец, выхлоп является источником углекислого газа, которым можно насыщать атмосферу теплицы.
Экономика тепла
Подразделение GE по решениям для распределенной энергетики со штаб-квартирой в г. Йенбах, в Австрии, специализируется на газопоршневых двигателях с 1956 г. и наработало колоссальную компетенцию именно в этой области ‘, в то время как многие другие игроки индустрии «переключились» с дизельных установок на газовые двигатели сравнительно недавно. В годы упомянутого тепличного бума в Голландии GE создала в Нидерландах Центр компетенции, который является на сегодня в GE главным разработчиком когенерационных решений GE’s Jenbacher для тепличных хозяйств.
В России самыми популярными газопоршневыми двигателями GE’s Jenbacher стали установки на 1МВт, 2МВт и 3,5 МВт. На предприятии «Липецк-Агро» стоят два двигателя 3,5 МВт, и в ближайшее время в строй будут введены еще четыре. «Чтобы продемонстрировать, насколько эффективно применение газопоршневых станций GE’s Jenbacher, - объясняет Дмитрий Лашин, - достаточно сказать, что подключение к электросетям по любой схеме не позволит нам иметь тариф ниже, чем 3,5 р за 1 КВт/час. С техникой GE (если учитывать электрогенерацию и утилизацию тепла от работающего двигателя) этот тариф для нас составляет 2 р. за кВт/час. В зимний период наше хозяйство потребляет около 7 МВт/в час, так что ежедневно мы экономим десятки тысяч рублей».
Газопоршневые двигатели GE Jenbacher в тепличном комплексе “Липецк-Агро”
Единственная функция, которая в «Липецк-Агро» не используется – это отбор углекислого газа из выхлопа. Дешевле и технологичнее оказалось в данном случае брать CO2 из дополнительной системы газового отопления, которая формирует вместе с двигателями GE’s Jenbacherобщий энергоцентр тепличного хозяйства. Вся эта система позволяет оптимизировать расход энергии. Например, пока теплица освещается натриевыми лампами (которые, будучи весьма эффективным источником освещения, все-таки 50% энергии тратят на выработку тепла), дополнительного подогрева не требуется, и тепло, отводимое от двигателя, нагревает воду, которой заполняется бак-аккумулятор (также именуемый резервуаром тепла). Этот гигантский бак-аккумулятор, диаметром 16 и высотой 12 м, отдает горячую воду системе отопления, когда в теплице наступает «ночь» и лампы гаснут.
В тепличном комплексе «Липецк-Агро» когенерационные станции GE’s Jenbacher работают только в холодные полгода, но даже такое их использование является экономически оправданным. Пожалуй, главный параметр, обеспечивающий коммерческую привлекательность этого оборудования, - высокий электрический КПД и эффективное использование тепла. 45% приведенной энергии газа, который сгорает в цилиндрах, преобразуется в электроэнергию. Примерно 54% приведенной энергии газа – это тепловая энергия, которая используется в теплице. Таким образом, каждый кВт энергии «идет в дело» и используется максимально возможно.
Важные тонкости
В целом, конструктивно газопоршневые двигатели GE’s Jenbacher не отличаются от ДВС, работающих под капотом автомобиля. Но есть важные тонкости. «В автомобиле требуется такой двигатель, - говорит Иван Сапрыкин (Старший региональный менеджер по продажам GE’s Jenbacher в России/СНГ), - который мог бы выдерживать частую смену нагрузок и работу на частичных нагрузках. Для двигателя, задействованного в энергетике, важна длительная стабильная работа при номинальной нагрузке и максимально эффективном использования топлива». В «Липецк-Агро» электрогенераторы подключены параллельно с сетью электроснабжения, то есть, фактически, работают в единой энергосистеме страны (правда, без выдачи электричества во внешнюю сеть). Очень важно, чтобы частота вращения вала электрогенератора составляла 1500 об/мин, обеспечивая в сети частоту 50Гц, согласно промышленному стандарту.
Газопоршневая станция GE Jenbacher в тепличном комплексе “Липецк-Агро”
Концепция lean burn обеспечивает горение обедненнной газовоздущной смеси, которая создает высокоэффективный газовый двигатель. Инженерам GE удалось достичь отличных показателей экономичности. Например, при использовании принципа сгорания форкамеры. Небольшое количество газа выдувается под высоким давлением в форкамеру и поджигается Получившийся маленький «факел» воспламеняет газо-воздушную смесь в цилиндре. Таким образом, достигается более быстрое и полное сгорание топлива. Двигатель оснащен разного рода датчиками, которые постоянно отслеживают параметры, как смеси в цилиндрах, так и выхлопа. В результате чего система управления (DIANE) оперативно реагирует, выбирая наиболее оптимальный режим работы установки. С другой стороны, от эксплуатанта требуется следить за тем, чтобы нарастание нагрузки на двигатель происходило как можно более плавно – все-таки это не мотор автомобиля.
Проверенная конструкция и высокое качество всех элементов газопоршневого двигателя Jenbacher обеспечивает рабочий ресурс 60 000 часов до капитального ремонта. В «Липецк-Агро», наработка двигателей составляет 4000 часов в год. Это значит, что для этого проекта капитальный ремонт двигателей не потребуется до 2029 года, то есть спустя 15 лет после введения в эксплуатацию в 2014 году.
Тепличный комплекс “Липецк-Агро”
Голландское решение
Варианты поставки газопоршневых станций GE’s Jenbacher могут быть различными: от модульного, когда заказчик сам проектирует размещение и интеграцию элементов системы, до контейнерного, где решение полностью монтируется внутри 40-футового морского контейнера и может быть установлена буквально «в чистом поле» - такой вариант больше подходит добывающей промышленности. В «Липецк-Агро» использовано ноу-хау, созданное Центром компетенции в Голландии. «Каждый двигатель имеет свой собственный шумозащитный кожух, рассказывает Иван Сапрыкин. - Кожухи снижают общий уровень шума на предприятии, а также создают комфортные и безопасные условия для персонала, обслуживающего один двигатель, в то время как рядом работают другие. Но это еще не все. В кожух встроены системы вентиляции, маслоснабжения, теплосистема и низковольтной электрики, что избавляет заказчика от самостоятельного монтажа этих систем».
«Газопоршневые станции Jenbacher от GE, - говорит Дмитрий Лашин, - окупают свою стоимость. Благодаря уникальной энергоэффективности этих установок мы способны не только круглогодично выращивать овощную продукцию в условиях российского климата, но и успешно конкурировать с импортной продукцией, в цене которой значительное место занимают расходы на логистику. А наш потребитель рядом, здесь, в регионах России».