Электростанция MWM на водоочистных сооружениях в г. Вайнхайм

Фрэнк Фурман – Caterpillar Energy Solutions GmbH

Рентабельность и эффективность работы оборудования являются основной задачей на станции по очистке сточных вод в г. Вайнхайм (Германия). Это касается как водоочистного оборудования, так и энергооборудования компании MWM, которое обеспечивает не только потребности станции, но и вырабатывает электроэнергию для местной сети.
Процесс очистки сточных вод является крайне энергоемким. Традиционно потребности в электроэнергии очистных сооружений составляют большую часть потребностей населенных пунктов. В настоящее время стандартным решением данной проблемы стало строительство электростанций когенерационного цикла на площадках очистных сооружений.
Не является исключением и станция очистки сточных вод в г. Вайнхайм, которая работает в составе районного коммунального предприятия Bergstrasse. Станция была запущена в коммерческую эксплуатацию в 1977 году, в 1993-м выполнен ее капитальный ремонт. В ее составе работает электростанция, включащая три когенерационные установки компании MWM. В качестве основного топлива используется биогаз, который вырабатывается в результате ферментации биомассы, получаемой в процессе очистки сточных вод. По словам Мануэля Риттера, специалиста водоочистных сооружений, электростанция не только покрывает все потребности станции в электрической и тепловой энергии, но и передает в местную энергосеть 1800 МВт электроэнергии в год.
Районное коммунальное предприятие Bergstrasse обслуживает семь населенных пунктов, где проживает 170000 человек. Все сточные воды данных населенных пунктов подвергаются биологической обработке и очистке на водоочистных сооружениях города. В зависимости от количества атмосферных осадков станция перерабатывает в день 20000…130000 м3 сточных вод. В результате ежедневно образуется 7 тонн ферментационного осадка – он направляется в емкости для производства биогаза. Таким образом, в год производится более 2400000 м3 биогаза.
В состав электростанции водоочистных сооружений в Вайнхайме входит одна биогазовая установка TBG 2016 V12K электрической мощностью 469 кВт и две – TCG 2016 V12C по 600 кВт. Кроме того, станция вырабатывает 5340 МВт·ч тепловой энергии. Она используется для отопления производственных и офисных помещений станции, а также для подогрева ферментационных емкостей до 37 °С в соответствии с требованиями технологического процесса.
Двигатели серии TCG 2016 имеют более высокую производительность благодаря оптимизации конструкции распределительного вала, камеры сгорания и свечей зажигания. Это дает возможность сэкономить до 15 % стоимости топлива в год и тем самым повысить рентабельность работы установки. Особая конструкция поршней для различной степени компрессии позволяет использовать в качестве топлива как биогаз, так и природный газ. Оптимизация газообмена, распределительного вала, свечей зажигания реализована за счет встроенной форкамеры.
Равномерное распределение нагрузки на отдельные цилиндры путем их балансировки позволяет повысить уровень общей нагрузки и использовать все резервы двигателя, получив максимальную мощность и КПД. Электрический КПД энергоблоков составляет 42,5 %, тепловой – 40,5 %.
Новая замкнутая система вентиляции картера позволяет оптимизировать процесс сжигания и повысить КПД за счет использования газов, попавших в картер из камеры сгорания. Постоянное уменьшение «вредного» пространства способствует полному сжиганию газовой смеси, в результате чего расход топлива и выбросы оксида углерода и остаточных углеводородов снижаются, а КПД растет.
Двигатель имеет наибольший ресурс до капитального ремонта среди аналогов. Использование сменных компонентов позволяет сэкономить при капитальном ремонте до 75 % времени и, следовательно, средств. В зависимости от сферы применения, использование в модельном ряде TCG 2016C турбонагнетателей с водяным охлаждением приводит к сокращению затрат на техническое обслуживание. Отсутствие загрязнения компрессора турбонагнетателя за счет улучшенного разделения жидкой и газообразной фазы также позволяет увеличить межремонтные интервалы. При расходе смазочного масла 0,2 г/кВт·ч двигатель лидирует среди конкурентов. При этом экономия смазочного масла составляет до 50 %.
Одинаковая производительность при использовании природного газа и биогаза достигается за счет системы TEM (Total Electronic Management). Она регулирует работу не только двигателя, но и всей установки, включая утилизацию тепла. Контроль температуры каждого цилиндра и регулирование по детонации обеспечивает оптимальный расход топлива и максимальную производительность даже при переменном составе газа.
Система TEM является общей для двигателей – от TCG 2016 до TCG 2032. Она автоматически выполняет программу пуска и останова установки, регулирование состава смеси газ/воздух, оптимизируя тем самым процесс сгорания. Осуществляется интегрированное цифровое регулирование числа оборотов и мощности, индивидуальный контроль каждого цилиндра. Регулирование по детонации для каждого цилиндра – по максимально возможной мощности, с наивысшим КПД, при соблюдении предельно допустимых показателей выхлопа.
Два энергоблока станции работают в базовом режиме, третий используется как резервный на случай аварийного останова оборудования. Для повышения эффективности работы станция оснащена солнечными батареями, общая площадь которых 5000 м2. Они установлены на крыше производственных помещений водоочистной станции. В результате дополнительно вырабатывается более 560 МВт электроэнергии в год. Турбины и Дизели