Теплицы рядом с тэц

Мини-ТЭЦ для отрасли защищенного грунта

Энергоцентр — это сердце современной промышленной теплицы, которое обеспечивает теплом и электричеством весь комплекс и помогает поддерживать заданные параметры микроклимата. В связи с ростом стоимости энергоносителей многие тепличные комбинаты проявляют интерес к когенераторным установкам, которые при сжигании первичного источника энергии — газа позволяют получать тепловую и электрическую энергию. Когенераторные установки обеспечивают энергетическую независимость потребителей и […]

Энергоцентр — это сердце современной промышленной теплицы, которое обеспечивает теплом и электричеством весь комплекс и помогает поддерживать заданные параметры микроклимата. В связи с ростом стоимости энергоносителей многие тепличные комбинаты проявляют интерес к когенераторным установкам, которые при сжигании первичного источника энергии — газа позволяют получать тепловую и электрическую энергию. Когенераторные установки обеспечивают энергетическую независимость потребителей и значительно сокращают затраты на получение тепловой энергии.

Мини-ТЭЦ – это комбинированные электростанции, которые кроме электроэнергии вырабатывают тепло. В силу своих особенностей, такие электростанции располагаются недалеко от конечного потребителя. Мини-ТЭЦ, по сути, состоит из следующих основных узлов и агрегатов:

• силовая установка (двигатель) генератора;
• генератор, который, в зависимости от типа, может вырабатывать постоянный или переменный ток;
• система утилизации тепла, позволяющая утилизировать отработанные газы;
• теплообменники и радиаторные установки, которые способствуют сбору и переработки тепла системы охлаждения двигателя;
• технологически необходимые катализаторы;
• системы управления выработки энергии и тепла, а также контроля за работой всего оборудования и энергоцентра в целом.

В тоже время, рост темпов энергопотребления и оптимизация затрат вынуждает Заказчиков отказываться от строительства электростанций в капитальных зданиях и искать альтернативные пути решения, например, возведение мини-ТЭЦ блочного исполнения. Одним из самых экономически эффективных видов топлива для электростанций является природный газ. Газопоршневые энергоустановки минимизируют энергопотребление, обеспечивают бесперебойную работу электростанции и, как показывает расчет окупаемости, в конечном счете, обходятся значительно дешевле, чем их дизельные аналоги. Кроме того, электростанции могут оборудоваться системой утилизации тепла, которая позволяет отбирать тепловую энергию от контура (рубашка охлаждения) двигателя и выхлопных газов, а на выходе Заказчик будет получать горячее водоснабжение.
В настоящее время одновременная выработка электрической и тепловой энергии (когенерация) позволяет получать максимальный экономический эффект, так как для выработки тепла используется бросовая энергия: высокая температура отработанных газов двигателей генераторов, а также тепло, получаемое от их систем охлаждения. Мини-ТЭЦ также, позволяют на основе утилизируемой, или вторично используемой энергии, вырабатывать не только тепло, но и в ряде случаев холод, используя специальные адсорбционные установки. Этот процесс называется тригенерация.
Современные мини-ТЭЦ могут оснащаться системами автоматической работы и системами удаленного контроля, что позволяет им работать, совершенно автономно. В настоящее время, строительство мини-ТЭЦ является оптимальным решением в самых различных ситуациях. Высокая экономическая эффективность и сравнительно дешевая получаемая энергия, являются достаточно весомыми факторами в пользу возведениямини-электростанции. Искусственно создавая оптимальные условия роста в теплице, можно круглый год выращивать овощи, ягоды (землянику), цветы и саженцы даже в местах с суровым климатом.
Инженеры компании ЗАО «Агримодерн», не понаслышке знают, что отрасль защищенного грунта является настолько индустриальной и высокотехнологичной, насколько и энергоемкой. В структуре себестоимости продукции стоимость энергоносителей в большинстве тепличных хозяйств доходит до 50-60%. Необходимость подогрева воздуха в теплицах, воды для полива высаженных культур, субстрата требует колоссального количества тепловой энергии особенно при низких температурах окружающего воздуха. Для получения тепла большинство отечественных тепличных хозяйств используют котельные, в которых первичный энергоноситель (газ, дизтопливо, уголь и др.) сжигают только для того, чтобы получить тепловую энергию для обогрева. Поставщиком электрической энергии для электроснабжения технологического оборудования теплиц (насосное и вентиляционное, холодильное оборудование, транспортеры и т.д.), как правило, выступают территориальные энергосбытовые компании. Не секрет, что линии электропередачи и коммутационное оборудование за долгое время эксплуатации морально и технически устарели.
Но даже высокие тарифы на электроэнергию, которые за последние несколько лет выросли в разы и, судя по всему, будут продолжать расти, не дают гарантии владельцу тепличного комплекса, что он в какой-то момент не столкнется с обесточенным хозяйством. Длительное отсутствие электро- и теплоснабжения, а в зимний период достаточно 2-х часов и, следовательно, невозможность осуществления технологических процессов может привести к гибели урожая, и в конечном случае к обрушению теплиц.
Специалистам ЗАО «Агримодерн» так же, как и специалистам других компаний, известны факты, подтверждающие не совсем взаимовыгодные отношения тепличных хозяйств и энергосбытовых компаний. Так, некоторые ТСО и ЭСК сегодня ставят вопрос о подписании договора на энергоснабжение теплиц на пять лет вперед с учетом почасовых (!) лимитов электроэнергии. Эти требования ставят тепличные хозяйства в затруднительное положение — энергопотребление теплиц в большой степени зависит от температуры окружающего воздуха и погоды, предсказать которую даже на месяц вперед с высокой степенью вероятности невозможно.
Рост растений определяется процессами фотосинтеза, для которого главным источником энергии является свет, а темпы роста и развития растений пропорциональны уровню их освещенности. Поэтому все чаще российские компании отрасли защищенного грунта используют технологии досвечивания особенно в зимний, весенний и осенний периоды, когда низкий уровень естественной солнечной радиации сопровождается коротким световым днем.
Доказано, что использование правильных технологий освещения позволяет вдвое повысить урожайность, продлить сезон, расширить ассортимент культур, улучшить качество продукции и гарантировать поставки. Стоит заметить, что ограниченное предложение на рынке сельскохозяйственной отечественной продукции и относительно высокие цены на нее в период осень-весна делают рентабельными системы электрического досвечивания. Однако эти системы требуют значительного количества электрической энергии (от 70 до 100Вт на 1 м2 площади), чтобы достичь уровня освещения до 6-7 кЛк. Большая урожайность достигается при освещении 20 кЛк и выше. Соответственно, для этого необходимо устанавливать большее количество светильников и при эксплуатации расходовать большее количество электрической энергии. Несложно подсчитать, что суммарное энергопотребление тепличного хозяйства на досвечивание может доходить до 10 МВт и более в зависимости от площадей занятых под светокультуру.

В целом эксперты отрасли приводят следующие цифры: энергопотребление 1 га теплицы составляет около 1 МВт электроэнергии и 2 МВт тепла. Принимая во внимание высокую удельную стоимость энергоносителей в цене продукции, существенного снижения себестоимости продукта и увеличения прибыльности можно достичь лишь уменьшением «энергетической составляющей».
Специалисты ЗАО “Агримодерн” и ООО «Ролт Инжиниринг» при анализе существующих схем энергоснабжения тепличных хозяйств отдали предпочтение автономной генерации. Действительно, собственная теплоэлектростанция позволит не только исключить или значительно уменьшить платежи в адрес электро- и теплосбытовых компаний, но и значительно поднять урожайность за счет полезного использования (СО2) двуокиси углерода (углекислого газа), который в большом количестве содержится в выхлопных газах.
Технологический процесс выглядит следующим образом: когенерационная установка вырабатывает электроэнергию, в теплооб менном оборудовании происходит передача тепла выхлопных газов, систем смазки и охлаждения внешнему контуру потребителя.
Параллельно с этим через выхлоп происходит выброс продуктов горения. Далее выхлопные газы проходят процесс очистки и удаления оксидов азота, затем охлаждаются в теплообменном аппарате до допустимой температуры (примерно до +50 °С) и удаляется конденсат. С помощью лопастных турбовентиляторов газы подаются в систему подачи СО2 на теплицу по трубопроводам (перфорированные трубы ПВХ или перфориванные пленочные рукова) смешиваются с воздухом в теплице и доставляются непосредственно к основаниям растений. В окружающем воздухе содержится около 350 объемных долей углекислого газа. Для активного роста, в зависимости от вида растений, в атмосфере теплицы должно содержаться от 700 до 800 объемных долей СО2. За один час мини-ТЭС мощностью 1 МВт при среднегодовой нагрузке 75 процентов вырабатывает 372 кубических метра углекислого газа нормального давления с содержанием СО2 на уровне 700 ppm. При таком подходе урожайность отдельно взятой теплицы возрастает примерно на 30- 40%. Совместное же использование технологий досвечивания с обогащением углекислым газом приводит к повышению урожайности в 2-2,5 раза! Выгода налицо!!
Стоит отметить, что энергоцентры тепличных комбинатов являются самым эффективным решением для организации автономного энергоснабжения и обеспечивают коэффициент использования топлива (КИТ) системы на уровне 95–97%. Действительно, помимо электрической и тепловой энергии потребитель получает источник углеродного питания растений, что необходимо для интенсивного процесса фотосинтеза. Электрическая энергия расходуется на покрытие собственных нужд и искусственное освещение тепличного хозяйства, а посредством системы утилизации тепла происходит снабжение агрокомплекса тепловой энергией.
Компания “Ролт Инжиниринг”, которую представляет ЗАО «Агримодерн» является одной из ведущих российских производителей мини-ТЭЦ модульного исполнения. Эффективное энергоснабжение агрокомплексов, согласно мнению экспертов «Ролт Инжиниринг», может быть построено на базе газопоршневых генераторных установок, работающих в когенерационном режиме по схеме, представленной на рисунке:

Более того, предлагаемая схема позволяет использовать тепло всех контуров охлаждения ГПГУ. Причем с разным температурным графиком. Организация системы отопления с разделением контуров на практике показывает свою эффективность в плане экономии тепла и улучшения температурных полей теплицы. Подобные схемы получили широкое распространение в европейских государствах — Бельгии, Дании, Франции, Испании, Великобритании, Португалии, а достигли своей кульминации в тепличных хозяйствах Нидерландов. Именно здесь многолетний опыт культивирования овощей и цветов сделал эту систему уникальной, не имеющей аналогов в
мире.
Модульное (контейнерное) исполнение мини-ТЭЦ как нельзя лучше соответствуют требованиям “тепличников”. Электростанция Rolt серии PS с системой утилизации тепла — это серийное изделие высокой степени заводской готовности, которое обеспечивает:

• короткий промежуток времени для проведения строительно-монтажных и пусконаладочных работ;
• невысокие требования к фундаменту;
• простую интеграцию модульной мини-ТЭЦ в систему электро- и теплоснабжения тепличного хозяйства;
• компактное размещения модульной мини-ТЭЦ на ограниченной территории;
• полное соответствие требованиям ГОСТ и СНИП;
• масштабируемость примененного решения;
• высокую степень автоматизации, позволяющий мини-ТЭЦ работать без постоянного присутствия обслуживающего персонала;
• удобную интеграция системы мониторинга и управления мини-ТЭЦ в автоматизированную систему управления тепличным хозяйством.
• Результатом проведенной модернизации производства станет существенное увеличение производительности теплиц, повышение надежности и качества электро– и теплоснабжения и, наконец, существенная экономия денежных средств за счет отказа от услуг поставщиков электрической и тепловой энергии. ГПГУ является главным элементом электростанции ROLT PSG и определяет конструктивное исполнение ограждающей конструкции (блок — модуля) и ее инженерных систем. Именно марка ГПГУ и его производитель определяют то, насколько долго и надежно будет служить ГПЭС ROLT PSG. В результате функционально-стоимостного анализа и накопленного опыта эксплуатации «Ролт Инжиниринг» серийно использует ГПГУ следующих производителей:
• Jenbacher Gas Engine (Австрия, предприятие входит в состав американской многоотраслевой корпорации GE);
• MWM (Германия, до 2008 г. Оборудование выпускалось под маркой Deutz).

Одним из основных критериев оценки является цена электростанции. Причем этот критерий правильнее называть не «ценой», а «ценой владения». Для оценки принимается период 10 лет и проводится анализ капитальных затрат (собственно стоимость установки), КПД и стоимости ее обслуживания в течение выбранного промежутка времени. В расчет принимаются все расходы: технологические жидкости, ЗИП, расходы на проведение сервисных работ и т.д.). ГПГУ выбранных производителей отличаются обоснованной «ценой владения», высоким качеством изготовления и большим количеством современных научно-конструкторских разработок, что повышает технические и эксплуатационные характеристики готовой электростанции.
Производство газопоршневых электростанций серии ROLT PSG ведется в полном соответствии с российскими стандартами, о чем свидетельствуют выданные сертификаты ГОСТ Р и Разрешение РТН. Все поставляемое оборудование обеспечено документацией на русском языке, выполненной в соответствии с российскими нормами и правилами.

В.М.Бунякина
генеральный директор ЗАО «Агримодерн»

Источник статьи: http://rusteplica.ru/mini-tjec-dlja-otrasli-zashhishhennogo-grunta/

Когенерация в тепличном хозяйстве

Современный рынок малой энергетики всё больше акцентирует внимание на максимально эффективном использовании как первичных, так и вторичных энергетических ресурсов. Об этом явно свидетельствует большое количество проектов, направленных на более эффективное энергоснабжение промышленных и коммунальных предприятий.

Сейчас уже ни для кого, имеющего профессиональное отношение к энергетике, термин «когенерация» (комбинированная выработка электроэнергии и тепла) не является новым. Преимущества когенерации, в сравнении с обычными процессами выработки электроэнергии, очевидны. Среди них, в первую очередь, следует отметить увеличение эффективности использования топлива до 80

90%, более чем удовлетворительные экологические показатели и автономность систем когенерации.

Необходимо также отметить ещё один аспект, который делает систему когенерации крайне привлекательной, – возможность использования вторичных энергетических ресурсов, или продуктов сгорания природного газа. Наибольший интерес представляет диоксид углерода (углекислый газ), содержащийся в продуктах сгорания и использующийся для подкормки тепличных культур. Первый положительный опыт его применения для подкормки растений был получен ещё в начале 20 века.

В последующие годы были предложены многочисленные варианты использования продуктов сгорания газообразного топлива с целью повышения (примерно на порядок) содержания углекислого газа в теплицах и доведением концентрации CO2 с 0,03% в воздухе до 0,3% в атмосфере установок защищенного грунта. Работы, проведённые в этом направлении Энергетическим институтом им. Г. М. Кржижановского и Институтом физиологии растений им. К. А. Тимирязева АН СССР, подтвердили высокую эффективность метода. Отмечалось ускоренное развитие растений, возможность получения ранних овощей, увеличение сбора зеленой массы и цветов.

Система осуществляет работу по следующей схеме: когенерационная установка вырабатывает электроэнергию и утилизирует тепло систем смазки и охлаждения. Параллельно с этим происходит выброс продуктов горения. Эти продукты проходят специальный процесс очистки, затем охлаждаются в обычном теплообменнике до допустимой температуры (примерно 50 °С). С помощью специальных лопастных турбовениляторов они смешиваются с воздухом в теплице, а также доставляются непосредственно к основаниям растений

В настоящее время подобный способ применяется во многих странах мира, таких как Бельгия, Дания, Франция, Испания, Великобритания, Португалия. Наиболее типичным примером является тепличное хозяйство Голландии, где долголетний опыт культивирования цветов и овощей сделал эту систему уникальной, не имеющей аналогов на данный момент. Постройка теплиц особой конструкции решила все проблемы, связанные с климатом страны. Конструкция теплиц и сопутствующего оборудования обеспечивает необходимый запас энергии за счёт применения когенерационных установок. В свою очередь, двуокись углерода, использующаяся в замкнутых пространствах теплиц, стимулирует рост растений посредством фотосинтеза.

В процессе утилизации выхлопных газов одной из наиболее важных проблем является, очистка и преобразование продуктов горения до чистого оксида углерода. Известно, что продукты сгорания топлива малых когенерационных установок содержат углекислый газ в больших количествах. Но помимо CO2 в них содержатся также оксиды азота NOx, углеводороды CH, монооксиды углерода CO. С целью уменьшения содержания вредных примесей применяется специальная система на основе селективного каталитического конвертора и катализатора, которые могут устанавливаться между газовыми двигателями и системой охлаждения выхлопных газов. За счёт использования аммиачной воды (мочевины), которая впрыскивается в выхлопной газ, содержание оксидов азота в этой системе уменьшается почти на 90%.

Мочевина, известная как карбамид или гидразин углерода, получается в процессе реакции между жидким аммиаком NH3 и углекислым газом CO2. При взаимодействии с продуктами горения мочевина начинает разлагаться до аммиака, который, вступая в реакцию с оксидами азота, превращает их в «безобидный» азот N2.

Химический процесс протекает следующим образом:

4NO+4NH3+O2=N2+6H2O
6NO2+8NH3=7N2+12H2O
NO+NO2+2NH3=2N2+3H2O
O2+4NO+4NH3=4N2+6H2O
NH3+NOx+O2=N2+H2O+CO2

После тщательной очистки углекислый газ поступает непосредственно в теплицу, где смешивается с воздухом и в процессе фотосинтеза поглощается растениями:

6CO2+12H2O +(свет) = C6H12O6+H2O+6O2

Известно, что необходимыми условиями для роста растений являются тепло, свет и углекислый газ. В процессе фотосинтеза, с участием хлорофилла как катализатора, СО2 в растениях преобразуется в углерод, что способствует их бурному росту. В окружающем воздухе содержатся около 350 объемных долей углекислого газа. Для активного роста, в зависимости от вида растений, в атмосфере теплицы содержатся от 700 до 800 объемных долей СO2 (1 ppm – 1 микролитр углекислого газа на 1 л воздуха). Причем при усиленном ассимиляционном освещении, которое подается в теплицы, поглощение растением СО2 значительно увеличивается. За счет обогащения атмосферы теплицы углекислым газом рост высаженных культур, а следовательно и урожайность можно повысить натуральным и экономичным способом почти на 40%.

Исследования в области экономической состоятельности применения когенерации для отопления теплиц и углекислого газа для подкормки растений доказывают высокую эффективность рассматриваемых процессов.

Можно провести приблизительные расчёты стоимости сопутствующего оборудования для современных теплиц:

• Во-первых, экономия средств на электроэнергию при использовании мини-ТЭЦ составляет от 0,8 до 1 рубля за каждый выработанный установкой кВт.ч.
• За один год (8000 часов работы) мини-ТЭС мощностью 1 МВт при среднегодовой нагрузке в 75% вырабатывает: 0,75×8000=6000 МВт.ч.
• Экономия при работе такой установки составит примерно 5 млн рублей в год.

Во-вторых, совершенно очевидна экономия в использовании углекислого газа, как одного из наиболее важных удобрений, способствующих интенсивному росту растений. За один час мини-ТЭС мощностью 1 МВт при среднегодовой нагрузке 75% вырабатывает 372 м3 углекислого газа нормального давления, с содержанием СО2 на уровне 700 ppm. Экономия при получении углекислого газа таким способом составит примерно 0,24 рубля на 1 м3 углекислоты. Таким образом, дополнительная экономия от использования системы утилизации выхлопных газов будет порядка 900 тыс. рублей в год при достаточно невысокой стоимости дополнительного оборудования – около 200 тыс. рублей на 1 МВт установленной электрической мощности.

С учётом всех преимуществ когенерации урожайность отдельно взятой теплицы возрастает примерно на 40%. Таким образом, если при определённой урожайности 1 м2 теплицы приносит доход 5000 рублей в год, то при использовании когенерации с системой утилизации выхлопных газов эта сумма увеличится до 7000 рублей.

Одной из корпораций, занимающейся реализацией подобных проектов, является компания Siemens Gas Engines. Уже более 30 лет она разрабатывает и продаёт когенерационные системы. Примером реализации принципа когенерации в тепличном хозяйстве является система, созданная компанией Guascor для испанской фирмы ENDANEA. Она состоит из двух модулей Siemens SGE-36FL электрической мощностью 530 кВт и обеспечивает потребности тепличного хозяйства в электроэнергии и горячей воде для нужд теплофикации.

Таким образом, преимущества использования технологии когенерации в теплицах действительно очевидны. Среди них, прежде всего, нужно отметить следующие:

• увеличение урожайности каждой отдельно взятой теплицы;
• бесперебойное снабжение углекислым газом и теплом;
• максимальная безопасность эксплуатации;
• дополнительные выгоды за счёт сэкономленных средств на подкормку растений.

В.С. Беляков, Д.Г. Сазонов
Журнал «Турбины и Дизели»

Источник статьи: http://esist.ru/work/mini-tec/greenhouse/