9-й завод TICA по выпуску турбокоров вышел на проектную мощность

9-й завод TICA по выпуску турбокоров вышел на проектную мощность

Территория 9-го завода TICA

22 сентября 2021 года в Нанкине компания TICA торжественно открыла свой девятый завод. Спустя семь месяцев, в конце апреля 2022-го, крупный промышленный комплекс вышел на проектную мощность. Сегодня на предприятии серийно выпускаются безмасляные чиллеры с центробежными компрессорами Turbocor на магнитных подшипниках и ORC-установки, преобразующие низко- и среднепотенциальную тепловую энергию в электрическую в соответствии с органическим циклом Ренкина (ORC). Выход суперсовременного комплекса на проектную мощность ознаменовал собой начало нового этапа в развитии китайской HVAC-индустрии, а также распределенной энергетики, которая предусматривает строительство потребителями электроэнергии небольших установок, вырабатывающих энергию для собственных нужд и (или) для ее продажи электроснабжающим организациям.

Данный завод стал крупнейшим предприятием, занятым в сфере низкотемпературной энергетики в Поднебесной и разместившим под одной крышей научно-исследовательский и испытательный центры, а также производственные мощности по выпуску ORC-установок и так называемых турбокоров — безмасляных чиллеров с центробежными компрессорами на магнитных подшипниках. Помимо того, на объекте были развернуты интегрированные конвейеры, на которых собираются крупногабаритные теплообменники и ключевые системные компоненты радиально-осевых турбин итальянской компании Exergy. Общая площадь комплекса составила 100 тыс. кв.м, а совокупный объем инвестиций — 2 млрд юаней, или 302,65 млн долларов США.

ORC-установки: 7 лет на пути к полномасштабному производству

Новый завод стал важным этапом в истории TICA, начавшимся еще в 2015 году с приобретения у всемирно известного производителя авиационных двигателей — американской компании Pratt & Witney — технологий и авторских прав на бренд ORC-установок PureCycle. После этого TICA стала активно разрабатывать стратегии и технологии, направленные на высокоэффективную выработку электрической энергии из источников средне- и низкотемпературного тепла — геотермальных источников, подземных вод (пара), сухих горячих пород, находящихся на глубине 3—10 тыс. метров, биомассы, отработанного тепла, отведенного от промышленного оборудования.

ORC-установка PureCycle производительностью 280 кВт

Чтобы закрепиться на рынке распределенной генерации и максимально быстро аккумулировать передовой опыт, топ-менеджмент компании принял решение приобрести одного из ведущих игроков отрасли. Выбор пал на инжиниринговую фирму Exergy (Италия) — второе предприятие в мире по совокупной мощности реализованных проектов в области геотермальной энергетики. Она была приобретена TICA в партнерстве с крупным китайским холдингом Golden Eagle International Group, занятым в сфере розничной торговли, гостиничном бизнесе и строительстве, на аукционе в 2019 году более чем за 16 млн долларов. В 2020-м партнеры выкупили еще одну итальянскую компанию Sebigas — мирового лидера в области производства и обслуживания биогазовых установок.

Электростанция Exergy установленной мощностью 12 МВт в г. Сарайкёй (Турция)

Аккумулировав опыт, знания и технологии приобретенных предприятий, а также их многочисленные патенты (только одна Exergy запатентовала около 90 инноваций, еще 20 заявок, поданных в международные регистрирующие органы, ждут утверждения), TICA стала одним из крупнейших игроков на рынке низко- и среднетемпературных ORC-систем, оборудование которого эксплуатируется более чем в 50 странах мира: Италии, Турции, Болгарии, Малайзии, Таиланде, на Филиппинах и др.

Компания выпускает широкий спектр экологически чистых решений для удовлетворения любых потребностей клиентов в небольших стандартизированных установках или мощных электростанциях. Сегодня она предлагает стандартные ORC-установки PureCycle производительностью 65, 110 и 280 кВт, а также 1 МВт, предназначенные для выработки электроэнергии из низкопотенциального тепла температурой до 90 °C. Кроме того, TICA проектирует и выпускает кастомизированные энергоблоки установленной мощностью от 1 до 33 МВт (оснащены одной радиально-осевой турбиной Exergy) и 66 МВт (укомплектованы двумя турбинами), производящие электроэнергию из источников среднетемпературного тепла температурой 90—300 градусов Цельсия.

Эффективность термоэлектрического преобразования при использовании таких турбин достигает 30%. Это самый высокий показатель среди подобных агрегатов: КПД стандартных термоэлектрогенераторов не превышает 10—20%. Ежегодная загруженность инновационных турбин, разработанных Exergy, составляет 99%.

Они преобразуют энергию расширяющегося пара в механическую энергию вала, которая затем с помощью генератора трансформируется в электрический ток. В отличие от стандартных термоэлектрогенераторов, они могут использовать для этих целей пар как с высоким, так и с низким давлением, причем одновременно. За счет этого и достигается значительный прирост эффективности.

Также TICA предлагает биогазовые ORC-установки бренда Sebigas мощностью от 100 кВт до 3 МВт. Внедренные в них передовые технологии, позволяющие получать биометан из любых органических веществ, включая городские и сельскохозяйственные отходы, апробированы и успешно работают более чем в 80 проектах, реализованных по всему миру. 

Компания обладает огромной базой данных, касающихся метанового разложения тех или иных веществ с помощью различных видов бактерий — гидролизных, кислото- и метанообразующих, и по этой причине подбирает наиболее энергоэффективные решения для каждого проекта. Помимо того, TICA оказывает полный спектр услуг, связанных с эксплуатацией и сервисным обслуживанием установленного оборудования, а также круглосуточным мониторингом его параметров и режимов. Аналогичную поддержку компания оказывает и в отношении других ORC-систем.

Биогазовая установка Sebigas

Также TICA предлагает биогазовые ORC-установки бренда Sebigas мощностью от 100 кВт до 3 МВт. Внедренные в них передовые технологии, позволяющие получать биометан из любых органических веществ, включая городские и сельскохозяйственные отходы, апробированы и успешно работают более чем в 80 проектах, реализованных по всему миру. Компания обладает огромной базой данных, касающихся метанового разложения тех или иных веществ с помощью различных видов бактерий — гидролизных, кислото- и метанообразующих, и по этой причине подбирает наиболее энергоэффективные решения для каждого проекта. Помимо того, TICA оказывает полный спектр услуг, связанных с эксплуатацией и сервисным обслуживанием установленного оборудования, а также круглосуточным мониторингом его параметров и режимов. Аналогичную поддержку компания оказывает и в отношении других ORC-систем.

Благодаря вводу в строй девятого мегазавода TICA, оснащенного суперсовременным оборудованием и единственным в КНР центром для проведения испытаний ORC-установок мощностью до 1 МВт включительно, все производственные этапы были максимально автоматизированы. Кроме того, компания получила прекрасную возможность существенно углубить научно-исследовательскую деятельность в сфере изучения термодинамических процессов в целом и органического цикла Ренкина в частности. Первые весомые успехи на этом поприще уже достигнуты: за последние семь месяцев предприятие зарегистрировало несколько патентов в области углехимии (преобразование органической части твердых горючих веществ в водяной или смешанный горючий газ) и рекуперации теплоты при этерификации (реакции взаимодействии кислот и спиртов в условиях кислотного катализа) сложных эфиров.

Уникальное оборудование — безмасляные чиллеры с центробежными компрессорами Turbocor на магнитных подшипниках — выпускается на новом заводе TICA

Вторым и при этом наиболее перспективным направлением производственной программы девятого завода TICA является серийный выпуск «турбокоров» — безмасляных чиллеров, которые получили свое название от линейки центробежных компрессоров Turbocor, выпускаемых Danfoss (Дания). Пионером и мировым лидером в области разработки и производства этих устройств считается канадское предприятие SMARDT (его учредитель Роджер Ричмонд-Смит является основателем фирмы Turbocor, стоявшей у истоков разработки инновационных агрегатов), которое реализовало уже свыше 9000 подобных устройств. В частности, они обслуживают Сиднейский оперный театр, концертный зал «Карнеги-Холл» в Нью-Йорке, Национальный музей Те-Папа-Тонгарева в Новой Зеландии, штаб-квартиру компании NFL Films, производящей теле- и кинопродукцию для Национальной футбольной лиги США, здание королевы Елизаветы в выставочном центре Торонто, основанный в 1837 году медицинский центр Университета Раша в Чикаго и многие другие знаковые для всего человечества объекты.

В октябре 2018 года SMARDT была приобретена компанией TICA. По условиям соглашения стороны создали совместное предприятие, «унаследовавшее» все права на выпуск «турбокоров» и их реализацию в различных регионах мира. Этот момент стал поворотным в истории HVAC-индустрии: на рынке появилась новая линейка безмасляных чиллеров TICA — SMARDT, характеризующихся самой низкой стоимостью киловатта холода.

Данные устройства обладают поистине уникальными характеристиками. Они являются наиболее мощными промышленными водоохладителями: их производительность может варьироваться от 298 до 12660 кВт в зависимости от модели. Ни один чиллер — ни винтовой, ни масляный центробежный — не может похвастаться такой выходной мощностью. Помимо того, безмасляные агрегаты отличаются наиболее высокой эффективностью: коэффициент энергоэффективности EER во время их эксплуатации достигает 6,7—7,0 и более, интегральный показатель при частичной нагрузке IPLV превышает 11,0. Эти значения также являются недостижимыми для чиллеров, оснащенных другими компрессорами. Например, новейшие винтовые чиллеры аналогичной мощности, смазываемые маслом, отстают от безмасляных по этим показателям примерно на 35%.

Основополагающим фактором успеха «турбокоров» являются инновационные безмасляные компрессоры Danfoss Turbocor, оснащенные магнитными подшипниками. В агрегатах применяются передовые технологии, обеспечивающие максимальную на сегодняшний день энергоэффективность и низкий уровень шума и вибраций при весьма компактных размерах.

В компрессорах используется так называемое сухое трение. Движущаяся часть агрегата (вал ротора с двумя крыльчатками) не смазывается маслом. Ротор как бы парит между обмотками статора с мощными магнитами благодаря магнитному полю, создаваемому ими под действием постоянного тока.

В режиме реального времени датчики положения на каждом магнитном подшипнике обеспечивают обратную связь с системой управления. Обмен данными осуществляется 120 раз за каждый оборот, благодаря чему достигается непрерывное вращение вала ротора по центру агрегата со скоростью до 48000 оборотов в минуту. Это показатель постоянно изменяется в зависимости от температуры конденсации фреона или тепловой нагрузки на «турбокор». В результате система управления своевременно корректирует уровень потребления электроэнергии аппаратом.

Электронные компоненты чиллеров, в том числе компрессоры, элементы управления, электромагнитные клапаны, работают на постоянном токе. Уже только за счет этого обеспечивается чистый прирост эффективности «турбокоров» почти на 15%.

Для пуска данных устройств достаточно тока в 5 ампер и менее. Фактически они не нуждаются в резервном генераторе (источнике бесперебойного питания) и не нагружают распределительную сеть сверх меры. Тем самым они способствуют повышению надежности и стабильности работы критически важных объектов — медицинских учреждений, в частности больниц с реанимационными отделениями, центров обработки данных, предприятий непрерывного цикла (фармацевтических, пищевых, сталелитейных и проч.).

По причине отсутствия смазки достигается очень высокая степень сжатия фреонового пара центробежным компрессором. Из-за того что трение обмоток статора и ротора отсутствует, потери мощности минимальны, как следствие, КПД двигателя компрессора может достигать 99% (в среднем — 92%). Кроме того, агрегат не нуждается в дорогостоящей системе очистки и возврата масла и работах, связанных с ее техническим обслуживанием. В результате расходы на эксплуатацию «турбокоров», включая техобслуживание и потребление электроэнергии, снижаются на 50% и более, не говоря уже о временных и трудовых затратах.

Более того, эксплуатационные затраты остаются неизменными и спустя десять, и через двадцать лет после ввода в строй системы центрального кондиционирования на базе безмасляного чиллера. Для сравнения: энергоэффективность водоохладителей, смазываемых маслом, уже через пять лет снижается на 21—33% в зависимости от типа оборудования (по данным Американского института систем отопления, охлаждения и кондиционирования воздуха AHRI). Это объективный процесс, обусловленный загрязнением теплообменника: по прошествии некоторого времени на нем образуется масляная пленка, существенно ухудшающая эффективность теплопередачи. Как следствие, для поддержания холодопроизводительности на прежнем уровне смазываемый маслом агрегат наращивает энергопотребление.

Особенно эффективны безмасляные чиллеры с центробежными компрессорами Turbocor на магнитных подшипниках в режиме частичной нагрузки. В этом отношении им также нет равных среди других водоохладителей. «Турбокоры» комплектуются несколькими компрессорами (как правило, до 8) и могут эксплуатироваться даже с 5—10-процентной загрузкой. Все силовые агрегаты работают параллельно и независимо друг от друга, что позволяет системе управления автоматически балансировать нагрузку между ними и при отсутствии потребности в дополнительной мощности отключать любой из них для экономии электроэнергии. Указанная конструктивная особенность также полезна при проведении технического обслуживания или ремонта того или иного компрессора: пока он простаивает, остальные агрегаты продолжают работать, как следствие, простои системы центрального кондиционирования исключены. Всё это позволяет многим клиентам TICA — SMARDT окупить свои инвестиции уже в течение первых 2 лет эксплуатации, а в некоторых случаях и раньше.

В холодное время года безмасляные чиллеры с центробежными компрессорами Turbocor на магнитных подшипниках могут работать при чрезвычайно низких температурах воды в конденсаторе. И даже несмотря на это, отношение израсходованной электроэнергии к тонне охлаждаемой воды (кВт/TR) останется на уровне лучших мировых показателей. Чтобы только приблизиться к эффективности, достигнутой TICA — SMARDT, многим другим производителям потребуется усовершенствовать водяной контур (например, оснастить его дополнительным нагревателем), модернизировать элементы управления чиллеров и внести иные конструктивные изменения.

Стандартные «турбокоры» способны охлаждать воду до 4—22 градусов. Если требуется доводить воду до температуры, не входящей в вышеуказанный диапазон, производитель может разработать и изготовить индивидуальное интегрированное климатическое решение, которое будет наилучшим образом учитывать все требования проекта.

Совместное предприятие TICA — SMARDT выпускает наиболее широкую линейку безмасляных чиллеров, оснащенных центробежными компрессорами. Это касается как производительности, так и конструкции устройств. Компания предлагает ультраэффективные чиллеры с затопленным испарителем (выходная мощность — от 300 кВт до 12,66 МВт), чиллеры с воздушным охлаждением (200—2000 кВт), адиабатические чиллеры (свыше 1 МВт), модульные, бесконденсаторные и другие модификации, предназначенные для эксплуатации как в обычных, так и в нестандартных условиях (например, использование водно-гликолевых растворов и рассолов). Стандартные агрегаты совместимы с хладагентами R134a и R513a (смесь фреонов R134a и R1234ze примерно в равных долях), имеющими низкий потенциал глобального потепления и нулевой потенциал истощения озонового слоя. По желанию заказчика могут быть изготовлены «турбокоры», рассчитанные на иные хладагенты.

Все чиллеры не только собираются, но и испытываются на заводе в Нанкине, что гарантирует их беспроблемный запуск и ввод в эксплуатацию. Практически все операции на предприятии стандартизированы и автоматизированы, как следствие, человеческий фактор сведен к минимуму. Кроме того, почти 100-процентная автоматизация позволила существенно увеличить объемы выпуска агрегатов и в кратчайшие сроки вывести завод на проектную мощность. Благодаря этому сегодня предприятие готово удовлетворить любые потребности клиентов в ультраэффективном HVAC-оборудовании, которое будет надежно и стабильно работать на протяжении ни много ни мало 20—30 лет.

Характеристики безмасляных центробежных чиллеров с затопленным испарителем