О возможностях увеличения теплофикационной выработки электроэнергии на ТЭЦ

Размещено на http://www.allbest.ru/

О возможностях увеличения теплофикационной выработки электроэнергии на ТЭЦ

К.т.н. М.М. Замалеев, заместитель начальника ПТО

филиал ОАО «Волжская ТГК» «Ульяновская ТЭЦ-1»

д.т.н. В.И. Шарапов, профессор

Ульяновский государственный технический университет

В настоящее время обеспечение приемлемых технико-экономических показателей отечественных теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) осложняется новыми экономическими условиями, в частности необходимостью поставки электроэнергии на оптовый рынок электроэнергии и мощности. Отбор электростанций для поставки электрической энергии на оптовый рынок осуществляется путем загрузки в первую очередь наиболее экономичных генерирующих предприятий на основании анализа удельных расходов топлива на производство электроэнергии. Несомненно, это мероприятие оправданно для конденсационных станций, однако для ТЭЦ набор максимальной электрической мощности за счет дополнительного пропуска пара в конденсаторы теплофикационных турбин приводит к значительному перерасходу топлива.

Опыт эксплуатации показывает, что технико-экономические показатели большинства ТЭЦ, в частности, входящих в состав «Волжской территориальной генерирующей компании», существенно ухудшились после начала функционирования нового оптового рынка. Ситуация осложняется значительным возрастанием стоимости электроэнергии на балансирующем рынке в моменты наибольшего спроса (электропотребления), особенно при превышении запланированных объемов поставки генерации. В подобных случаях стоимость за 1 МВт*ч поставляемой на оптовый рынок электроэнергии существенно увеличивается, а в периоды наименьшего электропотребления, соответственно, снижается до минимальных значений. Это обстоятельство является определяющим при планировании диспетчерских графиков генерации электрической энергии и обусловливает пики вырабатываемой на ТЭЦ электрической мощности, обеспечиваемой за счет максимального пропуска пара в конденсаторы теплофикационных турбоустановок. В ряде случаев покрытие задаваемых системным оператором пиковых электрических нагрузок осуществляется в ущерб теплофикационной нагрузке ТЭЦ за счет снижения отбора пара на сетевые подогреватели теплофикационных турбин и замещения дефицита теплотой от пиковых водогрейных котлов, а также включением редукционно-охладительных установок. Однако даже для самых неэкономичных режимов работы ТЭЦ топливная составляющая компенсируется возрастающей в пиковых режимах стоимостью электрической энергии. Проведенные для Ульяновской ТЭЦ-1 расчеты показывают, что стоимость топлива, затраченного для выработки пиковой электрической мощности за счет дополнительного пропуска пара в конденсаторы турбин, примерно сопоставима с доходом, получаемым энергопредприятием от реализации этого дополнительного количества электрической энергии по базовой цене. Следовательно, при возрастании стоимости электрической энергии относительно базовой в моменты наибольшего энергопотребления прибыль генерирующей компании возрастает в зависимости от цены 1 МВт*ч на балансирующем рынке.

Безусловно, эксплуатация ТЭЦ в пиковых режимах приводит к снижению экономии топлива и эффективности теплофикации.

Таким образом, в современных экономических условиях необходима разработка и внедрение новых энергосберегающих технологий, позволяющих максимально использовать преимущества теплофикации. По мнению авторов, наиболее обоснованным в условиях дефицита инвестиций является поиск и реализация решений, не требующих значительных материальных затрат и, в первую очередь, направленных на оптимизацию режимов работы ТЭЦ.

Для ТЭЦ с открытыми системами теплоснабжения, для которых характерны значительные расходы подпиточной воды, достигающие нескольких тысяч тонн в час, и имеющих достаточное количество аккумуляторных баков для создания запаса подпиточной воды, возможно снижение доли конденсационной выработки электроэнергии во время несения станцией максимальной электрической нагрузки. Как правило, подобные ТЭЦ работают по следующей схеме: в ночное время, когда расход подпиточной воды теплосети минимален, происходит интенсивное заполнение баков-аккумуляторов деаэрированной подпиточной водой за счет увеличения производительности водоподготовительной установки (ВПУ). Подобная технология была оправдана в советское время, т.к. для надежного теплоснабжения потребителей требовалось значительное количество подпиточной воды, расход которой в часы максимального водопотребления зачастую превышал максимальную производительность ВПУ В настоящее время описанная выше схема утратила свою актуальность по причине значительного снижения расхода подпиточной воды. Например, на Ульяновской ТЭЦ-1 произошло более чем двукратное снижение расхода подпиточной воды. Если ранее количество воды для восполнения потерь из открытой системы теплоснабжения достигало 3000 м³/ч, то теперь оно составляет 10001500 м³/ч. Снижение расхода подпиточной воды на отечественных ТЭЦ объясняется, во-первых, введением коммерческого учета теплоносителей у большинства потребителей тепловой энергии, во-вторых, отсутствием подключений новых потребителей к уже существующим централизованным теплоисточникам в связи с использованием децентрализованных источников теплоты. Тенденция снижения расхода подпиточной воды, по-видимому, сохранится, поскольку развитие рыночных отношений между поставщиками и потребителями тепловой и электрической энергии обусловливает повсеместное введение коммерческого учета.

Сложившуюся ситуацию можно эффективно использовать для увеличения доли выработки электрической энергии отработавшим паром турбоустановок. Как правило, на ТЭЦ значительные расходы исходной подпиточной воды подогреваются во встроенных пучках конденсаторов теплофикационных турбин, что позволяет вырабатывать наибольшее количество электроэнергии на тепловом потреблении, а следовательно, существенно экономить первичные энергоносители. Именно для таких станций целесообразно организовать режим работы ВПУ приготовления подпиточной воды теплосети таким образом, чтобы в ночное время, когда электрическая нагрузка станции минимальна и определяется тепловой нагрузкой, расход исходной подпиточной воды через встроенные пучки конденсаторов турбин также был минимальным. Подобная схема работы позволяет сохранить полезную емкость аккумуляторных баков для дальнейшего их заполнения в часы, приходящиеся на период несения станцией максимальной электрической мощности. Проведенные для реальных условий работы Ульяновской ТЭЦ-1 расчеты показывают, что при имеющейся полезной емкости установленных аккумуляторных баков, равной 21000 м³, и увеличении расхода подпиточной воды на 2000 м³/ч, электростанция может работать в режиме заполнения более 10 ч. При этом дополнительная мощность, вырабатываемая турбоустановкой с турбиной типа Т-100-130 на тепловом потреблении, превышает 9 МВт [1]. Для обеспечения своевременной разрядки аккумуляторных баков потребуется соответствующее снижение производительности ВПУ одновременно со снижением электрической мощности станции. Следует отметить, что средняя продолжительность несения максимальной электрической нагрузки составляет от 2 до 6 ч/сут., поэтому разрядка баков-аккумуляторов до минимальных значений вполне осуществима в условиях эксплуатации ТЭЦ.

Единственным недостатком предложенного режима работы является необходимость периодического изменения производительности ВПУ, однако на тепловых электростанциях, не имеющих установок умягчения подпиточной воды и ограничивающихся декарбонизацией совместно с вводом ингибиторов отложений минеральных солей, организация данного режима не представляет серьезных затруднений.

В качестве решения, не требующего значительных материальных затрат на реконструкцию тепловой схемы электростанции, авторами предложена новая схема работы городских ТЭЦ, представленная на рисунке. Особенностью решения, позволяющего наиболее полно использовать теплоту отработавшего пара турбин, является использование в качестве охлаждающей среды конденсаторов турбин питьевой воды системы централизованного холодного водоснабжения перед подачей потребителям.

Реализация предложенного решения осуществляется путем включения встроенного пучка конденсатора паровой турбины по охлаждающей среде в трубопровод питьевой воды системы централизованного холодного водоснабжения перед подачей потребителям и предполагает регулируемый подогрев этой воды до 20 ^ОС. Причем регулируемый подогрев питьевой воды системы централизованного холодного водоснабжения в конденсаторе паровой турбины перед подачей потребителям производится в течение всего года при использовании артезианских источников холодного водоснабжения и в течение холодного времени года - при водозаборе из поверхностных водоемов.

Одним из основных достоинств предложенной технологии охлаждения конденсаторов турбин ТЭЦ является существенное повышение тепловой экономичности электростанции, достигаемое за счет увеличения выработки электроэнергии на тепловом потреблении при одновременном снижении расхода теплоты на подогрев воды системы ГВС как открытых, так и закрытых систем теплоснабжения. В закрытых системах теплоснабжения снижение расхода теплоты достигается за счет использования у потребителей для приготовления горячей воды более теплой исходной питьевой воды, подогретой на ТЭЦ до 20 ^ОС. Повышение экономичности открытых систем теплоснабжения достигается за счет уменьшения количества горячей воды, используемой потребителями, при ее смешении в водоразборных устройствах с более теплой водой системы холодного водоснабжения.

Для оценки энергетической эффективности предложенной технологии охлаждения конденсаторов турбин ТЭЦ применена методика, разработанная в НИЛ «Теплоэнергетические системы и установки» УлГТУ, которая предусматривает использование в качестве критерия тепловой экономичности величины удельной выработки электроэнергии на тепловом потреблении [2]. Так, применительно к реальным условиям работы Ульяновской ТЭЦ-1 экономический эффект от применения новой технологии составляет более 9800 т у.т. в год. В расчете учитывалось, что предложенная схема эксплуатируется в течение 8 месяцев (кроме летних месяцев и сентября), а среднечасовой расход питьевой воды составляет 1500 м³/ч. В расчете также учитывались фактические данные по температурам питьевой воды для различных месяцев года.

Помимо достижения существенной экономии топлива на ТЭЦ, реализация предложенного решения позволяет повысить надежность систем централизованного холодного водоснабжения, а также улучшить экологические показатели электростанции за счет снижения выбросов парниковых газов, в частности СО₂. Благодаря регулируемому подогреву питьевой воды перед подачей потребителям исключается конденсация водяных паров на поверхности трубопроводов, что, безусловно, снижает интенсивность наружной коррозии трубопроводов воды систем централизованного водоснабжения. А благодаря ограничению мощности устройств для охлаждения нагретой циркуляционной воды конденсаторов турбин ТЭЦ (например, градирен в системе технического водоснабжения) сокращаются выбросы СО₂.

Таким образом, реализация на ТЭЦ предложенного решения позволяет решить сразу несколько наиболее важных проблем:

¦ повысить тепловую экономичность ТЭЦ;

¦ снизить интенсивность наружной коррозии трубопроводов воды систем централизованного водоснабжения города;

¦ улучшить экологическую обстановку в районе размещения ТЭЦ.

Кроме того, максимумы электро- и водопотребления, как правило, совпадают, что позволяет максимально использовать преимущества теплофикации в периоды несения ТЭЦ пиковых электрических нагрузок.

Выводы

1. Участие ТЭЦ в поставках электроэнергии на балансирующий рынок (НОРЭМ) приводит к существенному снижению экономии топлива и эффективности теплофикации.

2. В современных экономических условиях необходима разработка и внедрение новых энергосберегающих технологий, направленных на максимальное использование преимуществ комбинированного производства электрической и тепловой энергии.

3. В первую очередь должны реализовываться мероприятия режимного характера, которые основываются на использовании аккумулирующей способности бакового хозяйства ТЭЦ для увеличения выработки электроэнергии отработавшим паром паротурбинных установок путем организации дополнительного пропуска исходной подпиточной воды через конденсаторы турбин одновременно с взятием станцией максимальной электрической нагрузки.

4. Максимально повысить эффективность теплофикации, надежность систем централизованного холодного водоснабжения позволяет предложенная в статье схема охлаждения конденсаторов турбин ТЭЦ.

Работа выполнена по гранту Президента РФ № 02.120.11.4157-МК.

Литература

генерация электрический энергия

1. Замалеев М.М. Особенности работы ТЭЦ в условиях НОРЭМ [Текст] / М.М. Замалеев, В.И. Шарапов // Сб. работ аспирантов и студентов «Новые технологии в теплоснабжении и строительстве». Выпуск 5. - Ульяновск: ГОУ ВПО «Ульян. гос. техн. ун-т», 2007. С. 230-234.

2. Шарапов В.И. Методика расчета энергетической эффективности технологий подготовки воды на тепловых электростанциях [Текст] /В.И. Шарапов, П.Б. Пазушкин, Д.В. Цюра и др. // Проблемы энергетики: Известия вузов. 2002, № 7-8. С. 22-35.

Размещено на Allbest.ru