XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

Большинство действующих ТЭЦ не обеспечивают в полной мере потребность в тепловой и электрической энергии в связи с износом оборудования. Состояние действующей энергетики не способно предоставить капитальные затраты, которые нужны для увеличения мощности ТЭЦ. Существует один из вариантов решения данной проблемы: развитие комбинированной выработки электрической энергии, т.е. когенерации. Использование мини-электростанций в ряде случаев экономически выгоднее, чем производство энергии на крупных ТЭЦ.

В настоящий момент увеличилось количество типов энергогенерирующих установок, широко используемых как в энергетике, так и в промышленности. Наряду с паротурбинными установками все шире применяются двигатели внутреннего сгорания, газотурбинные и комбинированные установки. При проектировании или модернизации источников теплоснабжения малой и средней мощности появилась возможность выбора либо использования в качестве энергогенерирующего оборудования только котлоагрегатов, либо применения комбинированных энергетических установок. Данные энергетические установки могут решать задачи как резервных, так и аварийных источников.

Для определения наиболее эффективного варианта применения вырабатываемой энергосистемой энергией необходима технико-экономическая проработка вариантов теплоэлектрогенерирующих установок с оптимальным использованием их возможностей.

Существует несколько направлений когенерации, которые могут быть использованы при реконструкции существующих теплоэнергетических объектов и строительстве новых:

• применение паротурбинных установок с применением теплоты отработавшего пара;

• применение газотурбинных установок с котлами-утилизаторами или со сбросом дымов газов в существующие котлы;

• применение газопоршневых двигателей внутреннего сгорания с утилизаторами теплоты;

Паротурбинные установки с теплофикационным противодавлением характеризуются низким удельным расходом топлива на производство электрической энергии, что определяет их хорошую конкурентоспособность.

Оптимальным вариантом установки ПТУ являются существующие котельные с паровыми котлами, покрывающими технологическую нагрузку и нагрузки отопления и горячего водоснабжения. Установка турбин не потребует увеличения количества котлов или их реконструкции, а значит по сравнению с другими вариантами будет иметь минимальные затраты.

Недостатком ПТУ является низкая удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении. Тем не менее, устанавливаемая электрическая мощность в большинстве случаев полностью покрывает собственные нужды котельной и служит незначительным экспортом электроэнергии в энергосистему.

Установка ГТУ на котельных требует более глубокой реконструкции. ГТУ уступают ПТУ по эксплуатационным ресурсам. Работа газотурбинной установки в режиме с неполной нагрузкой приводит к увеличению потерь теплоты в окружающую среду, поэтому работа таких установок целесообразно в базовом режиме, где регулирование отпуска теплоты осуществляется пиковыми котлами. Также появляются дополнительные затраты на реконструкцию систем газоснабжения и установкой дожимных компрессоров.

Преимуществом ГТУ является более высокая удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении по сравнению с ПТУ, но при этом образуется излишек электроэнергии, которые значительно превышает собственные нужды котельной.

Таким образом, использование ГТУ для когенерации электроэнергии в котельных наиболее предпочтительно для строящихся и расширяющихся водогрейных котельных, а также в крупных котельных энергосистемы.

Особенностью газопоршневых агрегатов является возможность эффективного использования установок сравнительно малой мощности 100...500 кВт (максимальная мощность агрегатов до 25 МВт), что позволяет использовать их для котельных малой и средней производительности. Этот тип установок отличается наиболее высокой удельной выработкой электроэнергии на базе теплового потребления.

По удельным капитальным затратам ГПА дороже ПТУ. Диапазон регулирования этих агрегатов без значительного снижения КПД составляет обычно 70-100 %, поэтому целесообразно их использование для покрытия базовых теплофикационных нагрузок.

Преимуществом ГПА перед ГТУ является возможность их работы на газе низкого давления, что позволяет использовать существующие системы газоснабжения котельных. ГПА могут эффективно применяться при расширении котельных малой и средней мощности для покрытия возросших потребностей в тепловой энергии и собственных нужд котельной в электроэнергии, а также выработки электроэнергии во внешнюю электросеть.

Главной частью теплоэлектрогенерирующей установки (ТЭГУ) является газовый двигатель внутреннего сгорания, который приводит в движение генератор электрического тока. Этот агрегат упруго устанавливается на фундаментной раме и обычно закрывается звукоизолирующим кожухом. Главная часть выделяемой теплоты от системы охлаждения двигателя и утилизируемая теплота выхлопных газов отводятся к потребителю через систему теплообменников.

Важным фактором в определении мощности ТЭГУ является величина присоединенной тепловой нагрузки. Меньший срок окупаемости достигается за счет теплоисточника, имеющего более высокую базовую тепловую нагрузку в течение года.

Выбор мощности ТЭГУ при реконструкции котельной должен производиться на основе данных о расходах топлива за предыдущие годы вместе с подробным анализом суточных графиков тепловых нагрузок. Также следует учитывать возможное увеличение присоединенной нагрузки в будущем.

Если агрегат необходимо использовать в резервном режиме генерации электроэнергии, то его мощность должна определяться по предполагаемым максимальным значениям электрической нагрузки в аварийной ситуации. При нормальном режиме работы электрическая мощность ТЭГУ может быть выше или ниже аварийной нагрузки.

Таким образом, при проведении технико-экономических расчетов рекомендуется рассматривать следующие варианты реконструкции:

• ТЭГУ имеет электрическую мощность, необходимую для покрытия собственных нужд котельной;

• ТЭГУ имеет электрическую мощность, необходимую для обеспечения аварийного резерва мощности;

• ТЭГУ выбирается из условия покрытия базовой нагрузки системы ГВС.

Оценка оптимальной мощности ТЭГУ - это выбор из альтернативных вариантов, зависящих от предполагаемой нагрузки. Выбор агрегата с завышенной мощностью приводит к режиму циклической работы, потерям прибыли, преждевременному износу и уменьшению надежности. Выбор установки с заниженной мощностью может также привести к потере прибыли. В любом случае перед установкой ТЭГУ необходимо проанализировать энергетические нагрузки и затем выбрать агрегат. При установке агрегата с меньшей мощностью есть вариант установки еще одного агрегата в будущем.

Список литературы

1.Боровков В. М., Бородина O.A. Перевод котельных на комбинированную схему производства тепловой и электрической энергии // Проблемы развития централизованного теплоснабжения: Материалы междунар. науч.-практ. конф. - Самара, 2004. -С. 119-124.

2. Шадек Е., Маршак Б., Анохин А., Горшков В. Глубокая утилизация тепла отходящих газов теплогенераторов // Промышленные и отопительные котельные и мини-ТЭЦ. 2014. № 2.

3. Шадек Е., Маршак Б., Корыкин И., Анохин А., Горшков В. Конденсационный теплообменник-утилизатор – модернизация котельных установок // Промышленные и отопительные котельные и мини-ТЭЦ. 2014. № 5 (26).

Березинец П., Ольховский Г. Перспективные технологии и энергоустановки для производства тепловой и электрической энергии. Раздел шестой. 6.2. Газотурбинные и парогазовые установки. 6.2.2. Парогазовые установки. ОАО «ВТИ». «Современные природоохранные технологии в энергетике». Информационный сборник под ред. В. Я. Путилова. М. : Издательский дом МЭИ, 2007.

5. Торопов, Е.Е. Power-efficient pumping systems with the intellectual control / Е.Е. Торопов // Энерго- и ресурсосбережение в теплоэнергетике и социальной сфере: материалы Международной научно-технической конференции студентов, аспирантов, ученых. – 2013. – Т. 1. – № 1.

Код для цитирования: Скопировать