Энергоцентр с тригенерацией: как раз то что надо в российской реальности

Фотографии энергоцентра в Набережных Челнах

Электричество в России — это такая штука, которое могут внезапно отключить, подорожать или стать хуже по качеству. Если у вас дата-центр, госпиталь, торговый центр или другой важный объект, логично озаботиться своим источником питания: начиная с какого-то объёма потребляемой энергии выгодно не запитываться от города, а строить собственный энергоцентр.

Учитывая, что для всех этих объектов (в особенности – для дата-центра) понадобится не только электричество, но и тепло-холод, крупные заказчики делают ставку на свои энергоцентры — а мы занимаемся их проектированием, строительством и внедрением, и используем очень интересную схему тригенерации, позволяющую получать сразу тепло, холод и электричество без лишних преобразований.

Зачем вообще нужны энергоцентры?

Электричество стоит денег. Во многих случаях дешевле построить энергоцентр, чем провести инфраструктуру и регулярно платить городу за питание. Вопрос «сколько будет стоить электричество, тепло, вода и холод после ввода объекта в эксплуатацию» сегодня уже не является второстепенным.

Часто даже выбор площадки происходит не только исходя из удобного расположения для будущих клиентов, но и с точки зрения возможности и стоимости обеспечения нужными энергоресурсами. Сложно планировать что-то, когда запланированные тарифы на электроэнергию после ввода объекта в эксплуатацию возрастают в 1,5-2 раза с формулировкой «вновь введенный объект не вошел в баланс генерирующего поставщика».

Решение

Одним из выходов в данной ситуации может быть строительство собственных генерирующих мощностей (собственного энергоцентра) на базе газопоршневых или газотурбинных установок с утилизацией тепла с помощью абсорбционных холодильных машин (АБХМ). Весь фокус как раз в том, что все «излишки» тепла или холода не «сбрасываются» куда-то в процессе выработки электричества, и используются для соответствующих потребителей объекта.

Принцип такой: при работе газопоршневой или газотурбинной установки, с 1 кВт вырабатываемой электроэнергии мы можем получить от 1 до 2 кВт тепловой энергии в качестве горячей воды. В заполненных и работающих дата-центрах электрическая нагрузка достаточно равномерная в течение года, а потребность в холоде сопоставима с активной электрической IT-мощностью. Из горячей воды с помощью АБХМ получаем холод с средним коэффициентом 0,75. Таким образом, в зависимости от типа энергоустановок, с их тепла можно получить от 50% до 100% необходимого холода. В итоге получается чрезвычайно энергоэффективная система. Недостаток тепла, а так же резерв обеспечивается обычными водогрейными котлами, КПД которых близок к 99%.

Извне потребляется только природный газ низкого давления, на выходе получается электроэнергия, тепло на отопление и холод на кондиционирование. При этом надёжность превосходит стандартных поставщиков, а стоимость ресурсов заметно ниже. Себестоимость потребляемой электроэнергии составляет до 2 руб/кВт*ч и ниже, что соответствует внешним тарифам по напряжениям 110 кВ и выше.

Комбинированная выработка электроэнергии, тепла и холода позволяют добиться не только снижения затрат на энергоресурсы в 2 и более раз, но и снизить объемы потребления электроэнергии на вентиляцию и кондиционирование. Достигается это за счет полного или частичного замещения компрессоров системы охлаждения на АБХМ, которая электричество практически не потребляет. Опыт реализованных нами проектов показывает, что окупаемость собственного энергоцентра при правильном техническом решении всего 2-3 года, после чего решение начинает приносить владельцу дополнительную прибыль.

Энергоцентр представляет собой самостоятельное, полностью автоматизированное инженерное сооружение, работающее в автономном режиме, в состав которого входят силовые установки на базе газового двигателя и присоединенного электрогенератора.

Какие преимущества?

При строительстве ЦОДа высокой доступности основным источником электроэнергии должен быть независимый от энергосистемы ввод, традиционно реализуемый на базе дизельных генераторных установок («город» на уровнях выше TIER III по TIA 942 и TIER III по Uptime не может быть основным).

Средняя себестоимость 1 кВт*ч на дизельном топливе варьируется от 7-10 рублей. По этим причинам «основной» ввод остается таковым только на бумаге, а электроэнергию в штатном режиме получают по классическим схемам от электросетей, то есть от дополнительного источника по стандарту. Небольшой ЦОД суммарной с мощностью от 1 до 2 МВт будет подключен к электросетям на напряжении 6 или 10 кВ, и будет покупать электроэнергию по соответствующей тарифной группе (от 3 до 4 руб/кВт*ч). При таком подходе холод в системе охлаждения ЦОД вырабатывают парокомпрессионные холодильные машины (ПКХМ), потребляющие сетевую электроэнергию.

Холодопроизводительность цикла ПКХМ связана с электропотреблением через ε – холодильный коэффициент.

ε = Q/P

Для средней полосы России ε приблительно 3,0. Это значит, для выработки 1,0 кВт холода, потребуется электрическая мощность 0,33 кВт.

При этом более чем реально установить свой газовый энергоцентр (где есть тригенерационная система). В итоге необходимый объем холода можно получать с помощью АБХМ без использования традиционных (и дорогостоящих) компрессоров. Опыт проектирования и резервирования систем накоплен достаточно большой, поэтому даже для TIER III и TIER IV никакой принципиальной проблемы в строительстве и сертификации такого объекта нет.

Конкретный пример

Один из примеров – энергоцентр торгового центра «ЭССЕН» в Набережных Челнах, построенный КРОК аж в 2007-м году. Проект окупил себя за 2 с небольшим года, даже при неполной загрузке. В настоящее время у нас в работе еще несколько подобных проектов.

Вот его карточка:

• Тип строительства – новое строительство
• Место расположения строительной площадки – г. Набережные Челны, Республика Татарстан
• Стадийность строительства — 1 очередь
• Предназначение – электро, тепло и холодоснабжение собственного торгово-развлекательного центра.
• Причина – отсутствие технической возможности присоединения к электрическим сетям.
• Номинальные мощности – электроэнергия 2 МВт – фактическое потребление 70%, тепловая энергия 4 Гкал – фактическая потребляемая мощность 3,7 Гкал, холодопотребление – 1,2 МВт, фактическое потребление 1 МВт
• Исполнение ТЭЦ – контейнерное
• Оборудование – КГУ – Caterpillar (США), котлы – Buderus (Германия), АБХМ – Carrier (Китай)

А вот его фотографии:

Вид когенерационной газопоршневой установки (КГУ) внутри, расширительные баки:

Контейнер с резервным дизель-генератором

Газораспределительный пункт (ГРП) энергоцентра:

Газопоршневой двигатель (ГПУ) CATERPILLAR:

Абсорбционая холодильная машина (АБХМ) внутри:

Теплообменники теплового пункта котельной:

ГПУ внутри — наладка:

Утилизатор выхлопных газов:

Подключение к шинам силового щита ГПУ:

Когенерационные газопоршневые установки (КГУ):

Сухой охладитель (драйкулер) КГУ:

Он же:

КГУ — дымовые трубы, драйкулер, утилизатор выхлопных газов:

Резюме

• Строительство собственного энергоцентра с применением технологии тригенерации «под ключ» обойдется примерно в 2000 евро/кВтэ. Это вполне сопоставимо с ценой на подключение к внешним сетям.
• Свой энегоцентр для ЦОДа не приводит к увеличению инвестиций, но существенно снижает энергопотребление ЦОД и его OPEX в целом.
• Надёжность и эффективность ЦОДа увеличиваются.
• К выбору площадки можно подходить свободнее: достигается энергонезависимость объекта от местной инфраструктуры, что может оказаться важным преимуществом.
• Строительство энергоцентра ведется параллельно с возведением основного объекта и по срокам составляет 1,5-2 года.
• КРОК имеет опыт строительства таких объектов, поэтому если интересно – обращайтесь на DMarkin@croc.ru, обсудим конкретные вопросы. На общие вопросы готов ответить в комментариях.