В настоящее время все чаще для нергообеспечения деревень, поселков, малых городов, районов крупных городов, промышленных предприятий внедряются технологии когенерации на основе мини-ТЭЦ. Одной из таких технологий является строительство газотурбинных установок с утилизацией тепловой энергии (ГТУ).

ГТУ состоит из двух основных частей: силовая турбина и генератор, которые размещаются в одном корпусе. ГТУ работает на газе, но в резервном или аварийном режиме может использоваться дизельное топливо. Диапазон электрической нагрузки, которую может покрывать ГТУ: от 2 МВт до 100 МВт (хотя некоторые предприятия поставляют ГТУ с мощностью более 100 МВт).
КПД выработки электрической энергии ГТУ достаточно низок, но это компенсируется большой выработкой тепловой энергии. ГТУ способна отдавать потребителю значительное количество тепловой энергии – с коэффициентом ~ 1:2 по отношению к
электрической мощности. В некоторых достаточно мощных ГТУ температура уходящих
газов после турбины достаточно высока для того, чтобы получать пар и/или горячую
воду в больших количествах.
При реконструкции энергообъектов или новом строительстве можно выделить несколько компоновочных решений внедрения ГТУ:
1) Строительство ГТУ-ТЭЦ на отдельной площадке, новое строительство.
2) Установка ГТУ в действующей котельной, в виде надстройки.
3) Размещение ГТУ с паровыми котлами-утилизаторами на действующей ТЭЦ взамен существующих паровых котлов с сохранением паротурбинной части ТЭЦ.

В 2000 г. в Башкортостане была построена и введена в эксплуатацию ГТУ-ТЭЦ. Электрическая мощность станции – 4 МВт, тепловая – 8,8 МВт, коэффициент использования тепла топлива – не менее 75,4%. Станция построена за полтора года, а основным ее назначением является теплоснабжение районного центра, а также повышение надежности электроснабжения как райцентра, так и близлежащих населенных пунктов.

ГТУ-ТЭЦ несет отопительную нагрузку районного центра, котлоагрегаты в котельной находятся в резерве на случай останова ГТУ-ТЭЦ, работает лишь насосная станция котельной. Применение установки позволило снизить потери в электрических сетях на 8-9%, что в значительной степени компенсировало относительно невысокий электрический КПД ГТУ-ТЭЦ (23,3%).
Численность персонала, непосредственно занятого обслуживанием ГТУ-ТЭЦ, составляет 13 человек.

Совместная работа ГТУ с водогрейными и паровыми котлами в котельных позволяет обеспечить надежное электроснабжение собственных нужд, что в свою очередь повышает надежность теплоснабжения потребителей, а так же снизить удельные расходы топлива на единицу получаемой тепловой и электрической энергии.
При широкомасштабной реконструкции котельных с размещением в них газотурбинных установок (ГТУ) их суммарная установленная электрическая мощность только в котельных единичной теплопроизводительностью более 50 ГКал/ч в европейской части России (включая Урал) может достичь 10-15 млн кВт. Стоит отметить, что данные виды работ активно проводятся на всей территории России.
Если сравнивать стоимость электроэнергии, вырабатываемой на ГТУ (без учета утилизационного теплового контура), то она на 30% и более превышает стоимость электроэнергии, получаемой из централизованного источника. Газовые турбины имеют небольшой КПД (0,22-0,37%), поэтому они должны использоваться только с утилизационными контурами.
Окупаемость модернизации котельной зависит от количества отпускаемой электроэнергии, от тарифов на электроэнергию, капитальных затрат, затрат на эксплуатацию и от числа часов с работы на больших тепловых нагрузках. Наибольшая
эффективность использования ГТУ обеспечивается при длительной работе с максимальной электрической нагрузкой.
Основные проблемы, которые могут возникнуть при надстройке котельных ГТУ:
1) необходимость сооружения хранилищ резервного для ГТУ дизельного топлива, т.к. в котельных резервным топливом является мазут;
2) необходимость сооружения газокомпрессорных дожимающих станций (ГТУ требует газ с давлением 2,5 МПа), строительство которых около зоны жилой застройки запрещено;
3) большой расход выхлопных газов ГТУ (он обусловлен высоким коэффициентом избытка воздуха в ГТУ) требует новой дымовой трубы;
4) высокий уровень шума;
5) увеличивается потребление газа, возникает необходимость получения новых лимитов на газ;
6) удельный выход оксидов азота на кг сожженного топлива в 3 раза больше у ГТУ, чем в котельных.
Основные плюсы при надстройке котельных ГТУ, по сравнению с независимым строительством ГТУ:
1) наличие площадки (инфраструктуры);
2) оформленность источника вредных выбросов;
3) наличие системы централизованного теплоснабжения с конфигурацией сетей от существующих котельных;
4) возможность использования части котлов котельной в качестве пиковых для ТЭЦ;
5) близость потребителей электрической энергии;
6) меньшие первоначальные затраты и срок окупаемости.

Существуют проблемы подключения микро- и мини-ТЭЦ (не только ГТУ) к соответствующим коммуникациям – системам централизованного электро-, тепло- и газоснабжения. В первую очередь подключение является «дорогим удовольствием».
Возникают также проблемы с продажей электрической энергии в электросеть, в качестве варианта решения проблем возможно создание локальных энергосистем из нескольких ТЭЦ с резервированием мощности и выходом на общефедеральные сети не каждого энергоисточника, а целиком местной энергосистемы. Затраты на существление
таких проектов относительно не высоки при достаточном уровне надежности.
Необходимость резервирования независимых источников энергоснабжения, ухудшает их экономические показатели, при параллельной работе с системой необходима дорогая и сложная система синхронизации генератора с сетью.
Что касается промышленности, то ТЭЦ может и не подключаться к сети, обеспечивая лишь технологические потребности производственного процесса. Но жилищный сектор, у которого суточный график потребления отличается существенной неравномерностью, нуждается в резервировании, т.к. при автономной работе можно не удержать частоту (резкий съем и наброс нагрузки, выход нагрузки за возможные пределы регулирования и т.д.). Системы автоматики чрезвычайно дороги.
Наиболее существенным фактором, определяющим устойчивость газотурбинных
генераторов, является значительно меньший момент инерции газовой турбины по сравнению с паровой и, как следствие, для нарушения устойчивости требуется уже
значительно меньшее возмущение.

Предпочтительность применения ГТУ в каком-либо поселке, городе, районе определяется конкретными условиями: потребляемая тепловая и электрическая мощность, существующие источники и коммуникации, плотность застройки, этажность и
другие факторы.
Внедрение тех или иных технологических решений должно определяться конкуренцией различных проектов. Конкурировать должны проекты на основе различных технологий и технологических решений: ГТУ, газопоршневые установки, ТЭЦ, котельные, тепловые насосы и многое другое.
Как показывает практика, в некоторых случаях не требуется финансирование новых высокотехнологичных энергогенерирующих станций, а достаточным бывает реконструкция или модернизация уже существующих станций с применением новейших
технологий. Чем больше рассматривается вариантов и лучше просчитывается перспектива, тем больше вероятность, что будет принят оптимальный вариант.
В последние годы проблема нехватки пиковых мощностей (электрических и тепловых) в муниципальных образованиях встает довольно остро. Устаревшее и изношенное оборудование генерирующих станций, передающих сетей, а также рост энергопотребления в крупных городах с каждым годом только усложняет возникшую проблему. Одной из возможностей решения проблемы покрытия пиковых мощностей может быть строительство ГТУ. Время запуска установок довольно короткое, тем
самым можно довольно быстро реагировать на рост пиковых мощностей. При надстройке котельной с помощью ГТУ появляется возможность получать дополнительную электрическую энергию в пределах города, тем самым разгружая другие электростанции.
Основная проблема ГТУ – чрезвычайно низкий электрический КПД, особенно при малых мощностях. Следует учитывать и тот факт, что в большинстве ГТУ при уменьшении нагрузки до 50%, электрический КПД газовой турбины значительно снижается, также происходит повышенный износ оборудования. Поэтому при планировании внедрения ГТУ должен учитываться график ее 100% загрузки.
Использование ГТУ экономически оправдано при подборе установки под покрытие тепловой нагрузки на горячее водоснабжение. Тем самым обеспечивается 100% загрузка ГТУ, а котельные, работающие в отопительный сезон, в летнее время отключаются.
Но несмотря на много сложностей, возникающих при строительстве и эксплуатации ГТУ, установки данного вида могут решить проблемные задачи по надежному тепло- и электроснабжению промышленных потребителей или жилых районов. В муниципальных образованиях при выделении финансовых средств на реконструкцию или модернизацию систем энергоснабжения стоит более детально рассматривать проекты внедрения ГТУ.

Источник: информационный бюллетень "Энергосовет", выпуск № 4 (4) ноябрь 2009 г.