Мини-ТЭС - это энергетическая система, предназначенная для комбинированной выработки тепла и электричества. Создается, обычно, на базе газопоршневых или газотурбинных двигателей. Единичная мощность варьируется от 20 кВт до 21.6 МВт. Мини-ТЭС бывают в контейнерном исполнении и в составе энергоцентра внутри зданий. Имеется возможность работы мини-ТЭС как в параллели с сетью, так и в полном автономе.
Эти электростанции обеспечивают максимальную эффективность инвестиций за счет производства электроэнергии и тепла по весьма конкурентным ценам. Срок окупаемости инвестиций в мини-ТЭС составляет 2-3 года, себестоимость выработки электроэнергии колеблется от 80 копеек до 1.5 рублей за 1 кВт*ч. Также, при принятии решения о строительстве электростанции на базе газопоршневых установок следует учитывать не только то, что себестоимость электроэнергии, вырабатываемой мини-ТЭС, ниже, чем стоимость сетевых тарифов, но и тот факт, что зачастую энергосетевые организации выставляют очень высокие ставки за ТУ по подключению мощностей. Нередко цена подключения 1 кВт превышает 500 евро/кВт. При средней стоимости строительства мини-ТЭС в 700-1000 Евро за 1 кВт устанавливаемой мощности экономическая выгода строительства мини-ТЭС наступает сразу после запуска станции.
Мини-ТЭС можно выгодно использовать на производственных предприятиях, в административно-офисных и складских зданиях, гостиницах, тепличных комплексах, торгово-развлекательных центрах. Безусловно, кроме этих решений, возможны и любые другие направления, в которых мини-ТЭС будет оправдано с технической и экономической точки зрения.
Сердцем мини-ТЭС являются электрогенерирующие установки. В нашем случае – газопоршневые электроустановки (ГПУ). От выбора оборудования зависит многое - стоимость, надежность, стоимость обслуживания, простота и удобство эксплуатации.
ГПУ является достаточно технологичным решением и представляет собой газовый поршневой двигатель внутреннего сгорания, жестко совмещенный с электрогенератором на общей раме.

ГПУ могут работать на газах различных типов:

• Природный газ
• Факельный газ
• Газ сточных вод
• Биогаз
• Газ мусорных свалок
• Коксовый газ
• Попутный газ

Основным назначением работы ГПУ является выработка электроэнергии. Себестоимость произведенного при помощи газовой электростанции кВт может быть в 2 и более раз ниже себестоимости сетевой электроэнергии. Электрические КПД ГПУ, в зависимости от мощности установки и производителя разнятся и колеблются от 35 до 42%.
Газопоршневые двигатели действуют по принципам Отто и Миллера и являются надежными и простыми в эксплуатации решениями. Кроме того, прекрасную ремонтопригодность ГПУ и простоту технического обслуживания обеспечивает отточенная годами конструкция поршневого двигателя внутреннего сгорания.
Оптимальными по КПД и удельной стоимости являются электростанции от 100 до 2000 кВт. Именно поэтому, если потребность объекта в электроэнергии составляет, скажем, 4 МВт, лучше установить на объект 2 ГПУ по 2 МВт, чем одну большую.
По ряду технических причин рекомендуется «разбивать» требуемую мощность на еще большее количество установок:

• особенностью газопоршневых двигателей является то, что конструкционные решения камеры сгорания не позволяют установкам работать при нагрузке менее 30% от номинала. В случае возникновения угрозы работы установок в режиме недогруза (т.е. при работе на нагрузке менее 30%), рекомендуется провести ряд мероприятий для увеличения нагрузки (установка дополнительных потребителей, установка резистивных потребителей и т.п.). Данный момент является критичным для установок большой единичной мощности. Например, установки в 2 МВт единичной электрической мощности должны быть постоянно загружены на 600 кВт. При применении на таких мощностях двух установок единичной мощностью по 1 МВт минимальная допустимая нагрузка снижается до 330 кВт.
• несколько электростанций обеспечат более надежную работу системы – в случае выхода одной из станций на ТО объект не останется без источника электроснабжения, как было бы в случае установки одной ГПУ.
• в случае падения нагрузки на объекте менее половины от суммарной максимальной мощности в случае установки двух электростанций одна из них отключается, в то время, как при одной станции она продолжает работать. Такая ситуация:
  • экономит моторесурс установок - одна работает, одна нет и суммарно они прослужат дольше, чем одна большей мощности. Это приведет к экономии на техническом обслуживании
  • снижает потребление газа – больший двигатель требует больше газа для работы, нежели меньший
  • увеличивает КПД использования топлива

Вторичным продуктом, делающим применение ГПУ еще более выгодным, является использование тепла, выделяемого в процессе работы двигателя (когенерация). Это позволяет довести КПД использования топлива (газа) до 80-90%. Стандартный решением для систем когенерации является подогрев сетевой воды в температурном режиме 90/70 °С. Обычно, полученная горячая вода используется в системах отопления и ГВС. При необходимости возможно получение воды температурой100 °С.

Каждая газопоршневая установка с установленной системой когенерации позволяет получать электроэнергию и тепло в соотношении примерно 1:1.1, т.е. установка мощностью 957 кВт при полной (100%) загрузке позволяет получить 1 132 кВт тепловой энергии.

Помимо системы когенерации, мини-ТЭС в обязательном порядке оборудуется системой аварийного сброса тепла (система охлаждения) для обеспечения отвода тепла от ГПУ в случаях, если утилизация тепла не используется. Обычно системы утилизации и аварийного сброса тепла входят в состав единого технологического модуля.

В состав системы утилизации входят следующие основные элементы:

• Теплообменник рубашки охлаждения двигателя. Путем теплосъема выполняет функцию передачи тепла контура охлаждения работающего двигателя к контуру сетевой воды. Теплообменник - устройство, в котором осуществляется передача теплоты от горячего теплоносителя холодному (нагреваемому). Теплоносителями могут быть газы, пары, жидкости. 2 контура воды: горячий теплоноситель – от ГПУ и нагреваемый – от внешних сетей
• Теплообменник охлаждения масляного контура. Путем теплосъема выполняет функцию передачи тепла контура охлаждения масла к контуру сетевой воды. Обычно данное решение не используется, т.к. количество отводимого тепла мало, а ввод данного элемента удорожает проект.
• Котел-утилизатор выхлопных газов. Обеспечивает снятие тепла с отводимых выхлопных газов, и передачи его в контур сетевой воды. Котел-утилизатор принципиально устроен подобно теплообменнику с той разницей, что вместо горячего теплоносителя жидкого используется выхлопной газ ГПУ. Температура такого газа обычно выше 400 °С, что позволяет греть нагреваемый теплоноситель до температуры 100 °С и выше.

В состав системы охлаждения входят следующие основные элементы:

• Радиаторы рубашки охлаждения двигателя и охлаждения масляного контура. Обеспечивают сброс излишнего тепла с контуров работающего двигателя, в случае отсутствия необходимости в утилизируемом тепле.
• Регулирующие клапаны. Обеспечивают циркуляцию воды (теплоносителя) в системе водоснабжения, согласно текущим потребностям ГПУ. Регулируются автоматически.
• Водяные насосы. Обеспечивают циркуляцию воды (теплоносителя) в системе сброса тепла, согласно запроектированной схеме.