Экономика энергетики ТЭЦ с применением эксергии и анергии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Экономика энергетики ТЭЦ с применением эксергии и анергии

Богданов А.Б.

Богданова О.А.

Аннотация

Впервые в теплоэнергетике и российской экономике энергетике применение понятий ЭКСЕРГИЯ и АНЕРГИЯ позволяет производить классификацию качества рыночного товара: тепловой и электрической энергии, в зависимости от потребности в первичном топливе - энергоемкости. Показано, что энергоемкость для производства равного количества энергии отличатся в 2ч7 и более раз, в зависимости от вида и технологии ее производства энергии. Применение понятия АНЕРГИЯ в тарифном регулировании, позволяет создать рынок комплементарной энергии, исключить "дефект перекрестного субсидирования топливом" электроэнергетики за счет потребителей отработанного тепла ТЭЦ.

Какое бы снижение энергоёмкости ВВП мы бы имели, какой бы огромный эффект по экономии, до 70% от годового расхода топлива (как в Дании) каждой отопительной котельной, имела бы Россия, если бы понятия "эксергия" и "анергия" в своей деятельности начали изучать и внедрять с 1968 года (как в Польше).

Тогда бы:

· стали бы стали бы строиться новые и развиваться действующие ТЭЦ, позволяющие за счёт утилизации сбросного тепла паровых турбин поднять КПД использования топлива с 36ч38%% до 80%;

· отработанное тепло паровых турбин стало бы доступным для всех потребителей и позволило исключить беду "котельнизации" и последствия "дефекта скрытого перекрестного субсидирования" электрической энергии за счёт потребителей сбросного тепла ТЭЦ;

· создали бы прогрессивную тарифную политику на комплементарную энергию и мощность, отвечающую фактической технологии производства комбинированной энергии на ТЭЦ;

· отказались бы от применения усреднённых тарифов, "котлового" метода в энергетике и перешли на тарифную политику рыночных стран на основе маржинальных дохода с разницей min/max как 1 к 10ч20;

· создали бы привлекательную топливосберегающую тарифную политику для внедрения таких инвестиционно-привлекательных проектов, как:

- ТЭЦ мини-ТЭЦ с высокими параметрами пара;

- Аккумулирующие ТЭЦ с сезонной аккумуляцией тепла с применением тепловых насосов;

- сезонного аккумулирования сбросного тепла ТЭЦ у дальних потребителей с исключением из работы пиковых котельных;

- использования до 60% сбросного тепла от атомных электростанций;

- низкотемпературного отопления помещений;

- высокотемпературного дальнего транспорта тепла,

- тарифы на электроэнергию, на строительство вновь введённых мощностей по договорам поставки (ДПМ) электрических мощностей, обеспечили баланс интересов участников энергетического рынка;

- и т.д. и т.п.

Введение

Запрет на полноправное использование показателей качества ЭНЕРГИИ, состоящей "ЭКСЕРГИИ" и "АНЕРГИИ", в теплоэнергетике ключевые участники энергетического сектора не могут снять уже более 65 лет. Начиная с момента становления советской энергетики, и особенно с 10 января 1950г[18], вынуждено играем в политическую игру под названием "энергосбережение электроэнергетики, за счет тепловых потребителей отработанного тепла турбин ТЭЦ". Играем по правилам монополии федеральной электроэнергетики, которая игнорируя опыт передовых зарубежных стран, игнорируя систему знания академической науки создала свою скрытую супермонополию, систему ведомственной отчетности, ведомственную школу анализа и нормирования технико экономических показателей работы ТЭЦ, Подавление инакомыслия, конформизм поразили советскую экономику энергетику, но особенно российскую экономику энергетики. Основная причина - нет конкурентного рынка, нет цельной системы знаний экономики энергетики крупных энергетических систем, городов. Есть закон об электроэнергетике, отдельно по теплоэнергетике, отдельно об энергосбережении, отдельно по тарифной политике, а единых знаний по энергетическим системам нет. Поэтому сообщество российских регуляторов энергетики обслуживает каждый своего субъекта не отвечает за конкретные показатели роста энергоемкости ВВП России.

ЭКСЕРГИЯ и АНЕРГИЯ - это неразрывные составные части ЭНЕРГИИ, уникальные качественные и количественные показатели, которые могут и должны восстановить логический смысл в формировании энергосберегающей политики энергетики. К сожалению, в России, даже в большинстве теплоэнергетических вузов, бизнес-школах и, тем более, в обычных школах этих понятий до настоящего времени не знают, и, соответственно, не применяют в реальной жизни. Как следствие - огромная, в 2ч3 раза выше западных стран, энергоёмкость российской энергетики (рис.1).

Рис. 1. Энергоёмкость ВВП России в сравнении с регионами мира

ЭКСЕРГИЯ - высококачественная, легко превращаемая часть ЭНЕРГИИ, такая, как например электроэнергия, солнечная энергия, энергия органического топлива, механическая энергия вращения ротора турбины, энергия излучения, потенциальная энергия водяного потока перед плотиной ГЭС и т.д. Главной особенностью эксергии является "относительная простота" превращения в другие виды энергии. ЭКСЕРГИЯ может делать механическую работу (крутить вал турбины, приводить в движение поезд), передаваться на сотни и тысячи километров в виде солнечного луча.

АНЕРГИЯ - это низкокачественная, не превращаемая часть ЭНЕРГИИ, перешедшая в тепло окружающей среды, такое, как например: тепло отработанного пара турбины ТЭС с температурой 40°С, энергия водяного потока ниже плотины ГЭС, тепло дымовых газа котлов, тепло сгоревшей спички, тепло океана, для превращения которой в другие (полезные) необходимые нам в данный момент виды энергии требуется затратить дополнительно часть ЭКСЕРГИИ. Каждый из читателей видел огромные клубы пара из градирен ТЭЦ, видел незамерзающие, даже в сильные морозы на 40ч60 километров русло реки после крупных гидроэлектростанций. Все это и есть АНЕРГИЯ в чистом виде! АНЕРГИИ океана бесконечно много, его малейшее изменение может вызвать шторм, залить водой или завалить снегом материки, но, чтобы, к примеру, вызвать пожар, поджарить шашлычок, как это легко делает ЭКСЕРГИЯ солнечного луча, ей слабмом!

АНЕРГИЯ отработанного пара турбин ТЭЦ, хотя в ней и содержится 50% сожженного тепла топлива, уже не может совершать механическую работу - что-то двигать. ЭНЕРГИЯ подчиняется закону сохранения энергии, но закона сохранения ЭКСЕРГИИ не существует. В итоге, в замкнутой системе все виды "чистой", работоспособной, высококачественной ЭКСЕРГИИ превращаются в низкокачественную неиспользуемую АНЕРГИЮ - тепло окружающей среды!

Чего не знают регуляторы Российской энергетики.

Наглядные примеры ЭНЕРГИЯ=ЭКСЕРГИЯ+АНЕРГИЯ Эн=Эк+Ан

ЭНЕРГИЯ чистой "электрической энергии", 100%ЭНЕРГИИ = 100% ЭКСЕРГИИ + 0% АНЕРГИИ

ЭНЕРГИЯ несгоревшего топлива 100%ЭНЕРГИИ = 100% ЭКСЕРГИИ + 0% АНЕРГИИ

ЭНЕРГИЯ "сгоревшего топлива" для электроэнергии: 100%ЭНЕРГИИ=35% ЭКСЕРГИИ+ 65% АНЕРГИИ

ЭНЕРГИЯ отработанного пара турбины 40°С: 100%ЭНЕРГИИ = 0% ЭКСЕРГИИ +100% АНЕРГИИ

ЭНЕРГИЯ отработанного пара турбины 80°С: 100%ЭНЕРГИИ = 33% ЭКСЕРГИИ + 67% АНЕРГИИ

Пример понимания разницы ЭКСЕРГИИ и АНЕРГИИ при нагреве и охлаждении металлической гири.

При теплотехническим анализе, ЭНЕРГИЯ необходимая для нагрева гири от минус 200°С до 0°С равна ЭНЕРГИИ, которой требуется для охлаждения гири от+200 0°С до +0°С. Но, при термодинамическом анализе и фактически, для того, чтобы нагреть гирю прямым нагревов от спиртовки с 0°С до + 200°С, требуется ЭКСЕРГИИ (первичного топлива) более чем на 20% (>120%). При нагреве с помощью электрических тэнов первичного топлива требуется в 2,9 раза больше(>290%) Ну, а для того, что бы с помощью криогенной техники охладить от 0°С до минус -200°С первичного топлива требуется в 4 раза больше(>400%)

Парадокс: при формальном теплотехническом анализе "ЭНЕРГИЯ нагрева"="ЭНЕРГИИ охлаждения"!

Однако для реального охлаждения "Эксергии охлаждения" (первичного топлива) требуется в ~4 раза больше, чем "Эксергии нагрева"!

Разница в ~400-100=300%, это отводимое тепло первичного топлива ГРЭС в виде АНЕРГИИ, и отводимое тепло криогенного компрессора, в виде АНЕРГИИ выброшенное в окружающую среду!

Топ-менеджеры, регуляторы монополии большой электроэнергетики этого и близко не знают!

Коренная причина "Котельнизации" -высокой энергоёмкости ВВП, главной беды национального масштаба в российской энергетике [2], состоит в том, что советские, а затем и российские экономисты, регуляторы экономики энергетики еще с 50ч60-х годов прошлого века игнорируют технологически обоснованную методологию расчета показателей экономики энергетики, основанную на относительно новых видах составных понятия энергии - "ЭКСЕРГИИ" и "АНЕРГИИ". И если во времена Госплана СССР с замалчиванием понятия "ЭКСЕРГИЯ" можно было согласиться, так как от применения теплофикации был "народнохозяйственный эффект", то во время так называемых "регулируемых рыночных отношений" это приносит огромный национальный ущерб - до 70% от годового расхода топлива от котельных, отпускающих тепло для населения.

Вот уже более 15 лет циклом статей "Котельнизация - беда национального масштаба [2]" мы пытаемся довести до регулирующих органов нашей страны суть этой беды! Но в ответ - формальные отписки, молчание, а порой и совсем противоположные выводы. Агрессивная политика монополии федеральной электроэнергетики, продавливает через политизированного регулятора, свои решения, направленные на искусственное скрытое перекрестное субсидирование топливом электроэнергетики за счет населения - потребителей сбросного тепла паровых турбин ТЭЦ. энергосберегающий эксергия логический

Комментарий к позиции Минэнерго.

Законопроект по "альтернативной котельной" будет внесен в Госдуму 2 октября 2015 г.

Проект федерального закона, предусматривающий изменение законодательства в сфере теплоснабжения и запускающий в России механизм ценообразования по методу "альтернативной котельной", будет внесен в Госдуму РФ в IV квартале 2015 года, сообщили "Интерфаксу" в пресс-службе Минэнерго РФ, которое разработало документ. Новый метод тарифообразования призван стать единственным в отрасли (!!!). Стоимость тепловой энергии будет определяться на уровне ее производства на так называемой "альтернативной котельной" - станции, которая могла бы быть построена рядом с потребителем как альтернатива работающей инфраструктуре. По мнению разработчиков, новые тарифы должны стимулировать инвестиции в отрасль. Существующая модель в области теплоснабжения требует перекрестного субсидирования со стороны производителей электроэнергии и субсидий из бюджетов. Фактические ежегодные субсидии бюджетной системы в отрасль теплоснабжения (без учета ЖКУ) составляют около 150 млрд руб., потребность в них - 200 млрд руб., свидетельствуют данные опроса субъектов РФ, который был проведен Минэнерго в 2015 году

Неискушенному читателю видится, что правильными буквами, написаны как будто правильные слова, сделаны как будто правильные выводы, сформулированные как будто правильные и благородные цели общественного развития нации до 2030-х годов. Все будет хорошо! Особенно показателен яркий пример Минэнерго [3] см. слайд доклада Минэнерго о том, что в нашей существующей энергетике на большом количестве ТЭЦ удельные расходы топлива на тепло ниже теоретического значения 142,86кг/Гкал!

Рис. 2. Слайд из доклада Минэнерго о необходимости перехода к формированию тарифов по принципу "альтернативной котельной".

Как заявляет автор слайда Минэнерго, КПД производства тепла на ТЭЦ 104ч110% - это САМООБМАН! Так же он утверждает, что КПД в 130ч150% по эксергетическому методу (Минэкономразвития) ТЭЦ НЕ БУДЕТ! В чем же дело? Почему такие заявления о том, что КПД производства тепловой энергии на ТЭЦ более 100% - это САМООБМАН? Может быть, авторы этого слайда из Минэнерго, делая такие заявления, несколько погорячились, руководствуются только знаниями физики школьной программы, а знания технической термодинамики из институтской программы ему просто неведомы?

В институте он "ввел в заблуждение" экзаменатора по термодинамике, а теперь регулируя экономику энергетики огромной страны "вводит в заблуждение" все политическое руководство страны! К большому сожалению, это так и есть. Давайте вернемся к истории этого вопроса

История вопроса

В 1965 в Варшаве был опубликован первый в мировой литературе обобщающий труд польских авторов Я. Шаргут и Р. Петелла "Эксергия [4]", посвященный понятию "эксергия" (техническая пригодность энергии) и применению её в энергетике. В 1968 г. В.М. Бродянский издал несколько книг [5] по эксергетическому анализу; Янтовский Е.И., Пустовалов Ю.В., Левин Л.А. в 1988 г. выпустили замечательную серию книг [6], а также появилась статья Андрющенко А.И. "О применении эксергии для анализа совершенства и оптимизации теплоэнергетических установок[7]". Появились понятия и описания новых видов энергии, таких как "эксергия" и "анергия". Применение этих понятий находит широкое применение при анализе теплосиловых и холодильных установок. Они позволяют с достаточной научной строгостью, и вместе с тем наиболее наглядно определять источники и размеры потерь в установках и находить Рис 3 Самые экономичные ГРЭС вынуждены выбрасывать через градирни в окружающую среду до 60% энергии сжигаемого топлива

пути их усовершенствования. Издано очень много книг, но для формальных регуляторов российской экономики энергетики эти знания, по реальному снижению энергоемкости ВВП России не нужны. Отсутствие реальной ответственности за энергоёмкость ВВП страны, позволяет ограничиваться школьным уровнем знаний.

Круглый год, зимой и летом самые современные, самые экономичные ГРЭС работают с КПД не выше 38ч40%. Остальные 62ч60% тепла топлива ГРЭС вынуждены выбрасывать в окружающую среду. При этом все 100% затрат топлива закладываются в цену электроэнергии. Однако, российские экономисты и регуляторы "рыночной" тарифной политики в российской энергетике (Минэнерго и Минэкономразвития), не понимая технологии производства комбинированной энергии, поднимают топливную составляющую летнего сбросного тепла от турбин ТЭЦ при реализации его потребителю до значения 180ч195 кг.у.т/Гкал, что на 10% выше обычной котельной - 165 кг.у.т/Гкал. Если же к 180ч195 кг.у.т/Гкал добавить еще 10ч12 кг у.т./Гкал на транспорт по тепловым сетям, то кто же будет покупать это тепло? Какой же здравомыслящий инвестор будет вкладывать средства в теплофикацию, в магистральные тепловые сети с удельными расходами 198ч215 кг.у.т/Гкал?

В итоге такого "государственного" регулирования получается, что теплофикация (когенерация), как основа технологического и экономического эффекта в "Схемах теплоснабжения.." не окупится никогда, будет вечно дотационным! "Котельнизация России" [2] будет развиваться с ускорением! Через 2ч3 года Госдума опять будет вынуждена корректировать или даже отзывать законопроект об "альтернативной котельной"!

Для того, чтобы сбросное тепло ТЭЦ всегда находило своего потребителя (не только зимой), надо чтобы оно имело стоимость по топливной составляющей отвечающей реальным затратам топлива в отработанное тепло и было как например в Дании [17] в 3ч4 раза ниже, чем от самой лучшей "альтернативной" котельной, т.е. на уровне 35ч60 кг.у.т/Гкал.

А весной, летом и осенью тепло с температурой 40°С вообще должно продаваться бесплатно - лишь бы только брали для сезонного аккумулирования тепла в грунте с применением широко внедряемых за рубежом, но абсолютно недоступных для российской экономики абсорбционных тепловых насосов.

Уважаемое сообщество государственных регуляторов российской энергетики, согласовавшие законопроект об "альтернативной котельной", о каком яко бы перекрестном субсидировании потребителей отработанного тепла паровых турбин за счет потребителей электроэнергии вы хлопочете в Госдуме перед Премьером и Президентом? Выйдите из своих кабинетов, съездите на станции и посмотрите на градирни, искупайтесь в водоемах охладителей с температурой 50,1°С [рис 10] и вы увидите как задыхается ТЭЦ и ГРЭС от того, что некуда девать "анергию" сбросного тепла!

Левая рука регулятора Минэкономразвития и Минэнерго, которая возглавляет департаменты энергосбережения, отвечающий за энергоёмкость российской энергетики, рисует программы энергосбережения, но не знает, что делает их правая рука, которая легким решением тарифной политики по методике "альтернативная котельная" по всей территории России отменяет второй закон термодинамики, открытый Садди Карно еще в 1820 году!

Электроэнергию - эксергию, в чистом виде ТЭЦ невозможно производить без сброса огромного количества сбросного тепла ТЭЦ (анергии) в окружающую среду! Электрическая энергия ТЭЦ (чистая эксергия) никак не может производится с нереально высоким КПД 85% вместо реальных 35ч38% КПД ГРЭС. Регулятору тарифной политики необходимо прекратить завышать расход топлива на сбросное тепло от паровых турбин (анергию) с затратам топлива равным "альтернативной" котельной на уровне 165 кг.у.т/Гкал

Что делать? Научится считать топливо на ЭКСЕРГИЮ и АНЕРГИЮ ТЭЦ!

Для обеспечения адекватного технического анализа и нормирования с полным исключением скрытого перекрестного субсидирования топливом электроэнергии за счет сбросной тепловой энергии от паровых турбин необходимо научится считать расходы топлива для комбинированной энергии ТЭЦ согласно объективным законам физики. Для чего требуется полностью исключить применение удельных расходов условного топлива (УРУТы) для нормирования удельного расхода топлива УРУТ на ТЭЦ.

Необходимо перейти на давно известные, но, пока мало применяемых в российской теплоэнергетике показателей КПД использования топлива КПИТ [%] и удельную выработку электроэнергии на тепловом потреблении W [МВт/Гкалч].

Рис 4 Удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении W [МВт/Гкал.ч]

Особо подчеркиваем, что: А) для раздельного производства конденсационной электрической энергии ТЭЦ, ГРЭС, тепловой энергии на котельной не требуется изменения существующих методик расчета топлива с применением УРУТ - удельного расхода топлива на электроэнергию и на тепловую энергию. Б) для производства комбинированной энергии электроэнергии и тепла, необходимо отказаться от традиционных УРУТов и доработать существующие методики расчета топлива с применением следующих индикаторов и показателей: а) эксергия - Эк и анергия - Ан; б) удельная выработка электроэнергии на базе теплового потребления - W; с) КПД брутто- турбины; д) КПИТ ТЭЦ; е) характеристика относительного прироста топлива на прирост тепловой нагрузки ХОПтэ и характеристика относительного прироста топлива на прирост электроэнергии ХОПээ; ж) относительная экономия комбинированного производства на ТЭЦ против раздельного производсва ЭЭ на ГРЭС и ТЭ на котельной U[%]; з) класс качества энергоёмкости тепловой и электрической энергии и т.д.

Порядок расчета ЭКСЕРГИИ и АНЕРГИИ ТЭЦ по диаграмме режимов турбины.

Рассмотрим, как рассчитать реальные расходы топлива на электроэнергию и тепло отработанного пара паровых турбин ТЭЦ с применением понятия "ЭКСЕРГИЯ" и "АНЕРГИЯ" на примере расчета показателей самой современной теплофикационной паровой турбины Т-250/300. [19]

На основании диаграммы режимов турбины строятся графики "Удельной выработки электроэнергии на тепловом потреблении W" в зависимости от электрической мощности, тепловой мощности (рис 4) при различных температурах сетевой воды - от 80 до 118°С. По своей сути это и есть самый главные графики. Именно эти графики определяют всю суть теплофикации, всю экономику энергетики России. производства комбинированной электроэнергии на базе тепловой нагрузки в зависимости электрической, тепловой нагрузки турбины Т-250/300 и от температуры сетевой воды. Именно этот график должен быть в основе качественного регулирования тарифной политики основанной на маржинальном доходе [13] [14] эффективности работы ТЭЦ.

На основании диаграммы режимов турбины рассчитывается расход тепла на турбину для всех возможных режимах работы турбины: а) конденсационном; б) чисто теплофикационном с закрытой поворотной диафрагмой; с) с прикрытой диафрагмой по электрическому графику;

1. На основании расходов тепла на турбину и по КПД брутто котла из карты режимов котла определяется расход топлива на котлы;

2. На величину расхода электроэнергии на электрические собственные нужды станции 7ч12% увеличивается расход топлива на котлы;

3. Проводится расчет КПД брутто турбины при закрытой диафрагме. Проверяется достоверность исходных данных при нагрузках 80ч100%, где КПД брутто турбины должно быть на уровне 94ч96%;

4. Зная суммарный расход топлива, тепловую и электрическую нагрузку турбины, определяется КПД нетто станции (рис. 5) для трех возможных режимах работы турбины: а) конденсационном; б) чисто теплофикационном с закрытой поворотной диафрагмой; с) с прикрытой диафрагмой по электрическому графику;

5. Применяя "Метод расчета относительного прироста теплофикационной выработки", описанный А.С. Горшковым [8] (с. 38ч39) и метод расчета относительных приростов Богданова [9], определяется характеристика относительного прироста топлива ХОП для двух видов энергии: а) ХОП на сбросное тепло (АНЕРГИЮ) при неизменной электрической мощности [кг.у.т/Гкал] (рис. 6) и б) ХОП на электроэнергию (ЭКСЕРГИЮ) при неизменной тепловой нагрузке [г у.т./кВтч] (рис. 7)

6. График на [рис. 6] четко и однозначно показывает, во сколько раз снижается потребление первичного топлива на производство тепла (анергию) турбины в зависимости от температуры сетевой воды потребителям тепла.

· Так, при температуре сетевой воды 118°С и тепловой нагрузке 240 Гкал/ час расход топлива на тепло на ТЭЦ составляет 62ч75 кг у.т./Гкал, что в 2,1ч2,6 раза ниже расхода топлива на "альтернативной" котельной, равной ~160 кг.у.т/Гкал

· При температуре сетевой воды 80°С и тепловой нагрузке 160 Гкал/час расход топлива на изменение тепловой нагрузки снижается еще больше - до уровня 23ч35 кг у.т./Гкал, что в 4,6 ч7раз ниже "анергии" "альтернативной" котельной, равной ~160кг.у т./Гкал.

Это и сеть наглядные примеры реального снижения энергоёмкости тепловой энергии турбин!



Рис 5 Универсальный, всережимный график КПД нетто теплофикации - (комбинированного производства ЭЭ+ТЭ) на ТЭЦ в сравнении с КПД раздельного производства. (Эл. Энергия ГРЭС+ Тепло котельной).

7. Но самым наглядным и удивительным является график экономии топлива при комбинированном производстве чистой ЭКСЕРГИИ и тепла с добавкой АНЕРГИИ на ТЭЦ в сравнении с раздельным производством электроэнергии на самой современной ГРЭС с КПД= 38% (336 г у.т./квтч) и тепла на самой лучшей альтернативной котельной с КПД нетто =85% (168 кг.у.т/Гкал) (рис. 8)

Наглядно видно, что при неизменном КПИТ=const для комбинированной энергии (от 78% до 86%) относительная экономия топлива напрямую зависит от W - удельной выработки электроэнергии на тепловом потреблении. Так, для пылеугольного блока 240 ата с КПИТ=82% при изменении удельной выработки с 0,3 до 0,7 МВт/Гкал/ч происходит рост экономии топлива по сравнению с вариантом "ГРЭС + котельная" с 17,3% до 29,2%.

Рис.6 Характеристика удельного прироста топлива ХОП на прирост тепловой нагрузки турбины "анергию ТЭЦ" и

Рис 7 ХОП на прирост электрической энергии "эксергии ТЭЦ" Т-250/300 в зависимости от нагрузки турбины и от температуры сетевой воды °С

Расчетные формулы с применением ЭКСЕРГИИ и АНЕРГИИ

Баланс топлива на ТЭЦ, ГРЭС - обобщающий индикатор

Эн=Эк+Ан (1)

Качество преобразования топлива в энергию:

- обощающий индикатор через эксергию и анергию

W=Эк/Ан (2)

- точный показатель, как выработка ЭЭ на тепловом потреблении

W=Эээ/Qтэ (3)

Для конденсационного режима ВкондНорма= Nконд*0,86/(7*зкондНорма) (4)

Для комбинированного режима

BкомбинНорма=Qкомб (1+0,86*WНормат)/(7*зкомбНорма) (5)

Для смешанного режима работы по электрическому графику

ВсмешНорма=Qкомб(1+0,86*WНорма)/(7*зкомбНорма)+(Nтурб-Q*WНорма)*ХОПНорма (6)

Относительная экономия комбинированного производства

Uкомб Норма=(1-Вкомб/(Вгрэс+Вкот)) (7)



Рис 8 Суммарная экономия топлива U% при комбинированном производстве ЭКСЕРГИИ и АНЕРГИИ на ТЭЦ против раздельного производстве энергии на ГРЭС и тепла на котельной

Такого конкретного однозначного анализа энергоемкости производства комбинированной тепловой и электрической энергии с существующими методиками УРУТ и, тем более, с методикой "альтернативной котельной" в принципе достичь невозможно!

Переход на метод анализа с применением ЭКСЕГИИ и АНЕРГИИ впервые в российской теплоэнергетике, позволяет производить универсальную классификацию качества тепловой и электрической энергии в зависимости от энергоемкости ? потребности в первичном топливе и перейти на принципиально более высокий уровень формирования эффективной топливосберегающей тарифной политики на ТЭЦ. (рис. 9)

Показано, что потребность в первичном топливе для равного количества энергии отличатся в 2ч7 и более раз, в зависимости от вида энергии и технологии ее производства. Применение понятия АНЕРГИЯ в тарифном регулировании, позволяет исключить "дефект перекрестного субсидирования топливом" электроэнергетики за счет потребителей отработанного тепла ТЭЦ [13].

Как таблица Менделеева, в свое время позволила, осуществить четкую классификацию качества свойств всех физических элементов, так и предлагаемая система классификации качества энергоемкости тепловой и электрической энергии ТЭЦ с применение ЭКСЕРГИИ и АНЕРГИИ позволяет выстроить четкую систему оценки качества энергии.

Наглядно видно сколько требуется первичного топлива для производства различных видов энергии: тепловой, электрической, комбинированной (комплементарной), гидравлической, атомной, химической излучением и т.д.

Рис 9 Классификация качества энергоемкости ЭНЕРГИИ в зависимости от содержания ЭКСЕРГИИ и АНЕРГИИ.

Почему законопроект Минэнерго РФ по "альтернативной котельной" ошибочен.

1. Менеджеры энергокомпаний и экономисты регулирующих органов, находясь под обаянием простоты школьных знаний, игнорируют законы термодинамики и пытаются установить в энергетике необоснованные методы тарифного регулирования, противоречащие законам физики, ведущие в итоге к росту энергоёмкости и росту тарифов на тепловую и электрическую энергию [рис.1].

2. Оборудование ТЭЦ и ГРЭС прежде всего предназначено для выработки электрической энергии. Тепловая энергия является вынужденным отходом производства электрической энергии. При этом КПД самых современных, самых лучших ГРЭС не выше 37ч40%. Остальные 50ч60% тепла сгоревшего топлива ТЭЦ или ГРЭС вынуждены выбрасывать в окружающую среду с помощью градирни или же водоема-охладителя круглый год с температурой до 40°С. [рис.2].

3. Топливная составляющая тепла (анергии) сбросного тепла паровых турбин с температурой 40°С должна быть нулевой, независимо от того, зима это или лето, есть в данный момент тепловой потребитель тепла или нет - ведь без потребителя это тепло все равно сбрасывалось бы в окружающую среду. Поэтому все 100% расходов на топливо всегда должны включаться в тариф на электрическую энергию.

4. С ростом температуры сбросной тепловой энергии свыше 40°С вплоть до 120°С удельный расход топлива на тепло поднимается от 0,0 кг.у.т/Гкал до уровня 70ч90 кг.у./Гкал.

5. Причинами неадекватного ценообразования на оптовом и розничных рынках энергии, является "дефект скрытого перекрестного субсидирования" и нежелание регулирующих органов переводить российскую энергетика на основе маржинального дохода предлагаемая д.э.н. П.М. Шевкоплясовым [13]

6. Глубинная причина чрезвычайно высокой энергоемкости (ЧВЭ) [15] и чрезвычайно низкой эффективности регулирования технологической неэффективности (ЧНЭР) [16] деятельности топ-менеджеров, экономистов, регулирующих органов, Минэкономразвития, Минэнерго заключается в непонимании технологии производства электрической и тепловой энергии на ТЭЦ и калькулирование до настоящего времени затрат по инструкции ~ 1970года [10],[14]

Что мы теряем, игнорируя понятия "эксергия" и "анергия" и применяя методику расчета "альтернативная котельная"?

"Альтернативная котельная" - это клон "физического метода", раковая опухоль топливосбережения страны. Как раковую опухоль трудно вовремя обнаружить, диагностировать и лечить, так и трудно увидеть степень беды и безнравственности национального масштаба при переходе к формированию тарифов с применением метода "альтернативная котельная" при централизованном теплоснабжении от ТЭЦ.

В следствие этого, российская энергетика теряет инвестиционную привлекательность от снижения энергоёмкости проектов комбинированного производства электроэнергии и тепла в сравнении технологией "ГРЭС + котельная" (рис 11) в следующих масштабах:

· ТЭЦ с давлением 35 ата и W=0,35 - на 15,0 % меньше расхода годового расхода топлива;

· ТЭЦ давлением 90 ата и W=0,45 - на 20,0% меньше расхода годового расхода топлива;

· ТЭЦ давлением 130 ата и W=0,6 - на 25,0% меньше расхода годового расхода топлива

· ТЭЦ давлением 240 ата и W=0,7 - на 29.0% меньше расхода годового расхода топлива

· ПГУ давление газа 55 ата W=1,9 - на 44,7 % меньше расхода годового расхода топлива

· АЭС в конденсационном режиме - на 60% меньше расхода годового расхода ядерного топлива

· "Альтернативных" котельных - на 70% меньше расхода от годового расхода топлива котельных

"Альтернативная котельная" - это искусственное, технологически необоснованное занижение затрат топлива в 2,3 раза при производство электрической энергии в комбинированном цикле (150 г у.т./квтч вместо реальных 340 г у.т./кВтч) за счет скрытого перекрестного субсидирования топливом (с 40ч60 кг.у.т/Гкал до 160 кг.у.т/Гкал) потребителей отработанного тепла ТЭЦ

А) Метод тарифообразования "альтернативная котельная" теоретически может быть допустимы только на тех ТЭЦ, ГРЭС и котельных, где нет паровых или газовых турбин, вырабатывающих в комбинированном цикле электроэнергию одновременно с отпуском тепла потребителю. То есть, только там, где все сбросное тепло паровых турбин не используется для теплоснабжения потребителей и полностью сбрасывается в окружающую среду (на градирне или в водоеме).

Б) Тепловая энергия для тепловых потребителей вырабатывается только в водогрейных котлах или в энергетических паровых котлах, работающих через редукционно охладительные установки, без прохождения пара через паровые турбины ТЭЦ, ГРЭС, котельных.

С) По методике "альтернативной котельной" можно сравнивать эффективность только самих котельных. Но и тут нет абсолютно ничего нового - вся пятилетняя суета, это безответственность регулирующих органов под давлением бурной деятельности монополии электроэнергетики!

Выводы

Применение понятий эксергия и анергия позволяет производить классификацию качества энергии в зависимости от энергоемкости потребления первичного топлива (рис 9) которая на принципиально новом, более высоком качественном уровне позволяет четко и однозначно обеспечить развитие топливосберегающей политики Российской энергетики

Рис 10. ТЭЦ задыхаются от того, что некуда сбрасывать тепло! Термограмма бросового тепла ТЭС "анергии" в количестве 45ч50% от поступаемой энергии топлива в пруд-охладитель с температурой до 50,1°С

На конкурентном рынке энергии и мощности только тарифы решают все. Только создание рынка комплементарной (комбинированной) энергии с тарифообразованием на основе маржинального дохода [13,14] обеспечивает коллективный оптимум энергообеспечения общества. Метод "альтернативной котельной" недопустим, так как узаконивает "дефект скрытого перекрестного субсидирования" топливом [13] на электроэнергию за счет потребителей сбросного пара паровых турбин.

1. Недопустимо определять тарифы на комбинированное тепло ТЭЦ в отрыве от тарифов на комбинированную электроэнергию ТЭЦ! Разница в топливной составляющей на сбросное тепло паровых турбин ТЭЦ изменяется от 0,0 до 90 кг у.т./Гкал. Тепло ТЭЦ бросовое! [рис. 10] Тем более абсолютно недопустимо принимать тарифы на тепло от ТЭЦ по методу "альтернативной котельной" на уровне 155-160 кг у.т./Гкал.

2. Категорически недопустимо применение метода "альтернативной котельной" в "Схемах теплоснабжения городов", при расчете экономической эффективности, доходности, привлекательности инвестиционных топливосберегающих проектов Российской энергетики: ТЭЦ, Мини ТЭЦ, тригенерации, компрессионных и абсорбционных тепловых насосов, аккумулирование тепла у потребителей, сезонное аккумулирование тепла в грунте, низкотемпературное отопление, высокотемпературный дальний транспорт тепловой энергии, мусоросжигающих заводов и т.д.

Этому не учат в школе, да и в теплотехническом институте об этом говорят вскользь, и то, только теоретически! Холодильщики прекрасно знают и работают с понятием эксергия. А вот энергетиков большой энергетики отучили думать, анализировать и принимать решения! За них все решают наверху. Все регламентировано, обложено противоречивыми законами, инструкциями. Конформизм монополии электроэнергетики с 10 января 1950г подавил всякое мышление. Вместо рыночных отношений, процветает только система формального регулирования. Можно было бы с этим согласиться, если бы работу регуляторов оценивали и по показателю интегрированной энергоэффективности всех энергоустановок города - ПИЭЭГ [МВт/Гкал], а не только по результатам политических выборов.

Но, как говорится, железо не обманешь, второй закон термодинамики не отменишь! Задача регуляторов энергетики, эффективных собственников генерирующих мощностей, аналитиков-технологов теплоэнергетики создать такие экономические, политические, технологические условия, чтобы выполнить превращение ЭКСЕРГИИ чистого топлива в АНЕРГИЮ окружающей среды с максимальной экономичностью и минимальными потерями исходного первичного топлива.

Что именно должен понять регулятор

Регулятором монополии федеральной электроэнергетики (Минэнерго, ФСТ) почему то принято решение, что якобы для обеспечения конкурентоспособности ТЭЦ на рынке электрической энергии, удельные расходы топлива на производство электроэнергии от ТЭЦ должны быть на уровне показателей ПГУ ТЭС ~ 230 грамм на кВт.ч, Это абсолютно не отвечает технологии производства энергии. Электрические потребители не имеют абсолютно никакого отношения к экономии топлива от теплофикации.

Для обеспечения конкурентной способности ТЭЦ на оптовом рынке электроэнергии удельные расходы топлива на электроэнергию от ТЭЦ должны быть не ниже чем 3-5% чем реальные годовые удельные расходы самых современных конденсационных ГРЭС работающей на том, же топливе и с теми же начальными параметрами пара. (табл.1). Это давно известный "метод Вагнера" (метод эквивалентной ГРЭС) описанный еще в 1968 году Использование эксергии в экономике http://exergy.narod.ru/shargyt-petela.pdf в книге Шаргута, Петеллы "Эксергия" [4]

Табл. 1 Факт удельного расхода топлива по ГРЭС и рекомендуемые значения для ТЭЦ [г.у.т/кВтч]

Отчет ОРГЭС по Минэнерго за 2007г	800мВт	500мВт	300мВт	200мВт 240ата	150мВт 130ата
Конденсационная ГРЭС на угле	341,5	348,6	367	363	372
Конденсационная ГРЭС на газе	308	-	331	338	361
Регулятор предлагает вне зависимости от параметров ТЭЦ установить УРУТ на ЭЭ в 1,5 раз ниже!!	230
Предлагается принять к регулированию удельного расхода топлива на ТЭЦ не более на 3-5% ниже
ТЭЦ на угле - не более чем на 5% ниже ГРЭС	324	331	249	345	353
ТЭЦ на газе - не более чем на 5% ниже ГРЭС	293	-	314	321	343

Применение метода Вагнера (эквивалентной ГРЭС) мгновенно устанавливает технологический смысл и обеспечивает развитие теплофикации со снижением расхода топлива в 3-4 раза ниже "альтернативных" котельных. Смотрите видеоролик по ТЭЦ Дании [17]

Глубинные причины системного кризиса в Российской энергетике:

· Нет рыночной экономики энергетики основанной на тарифной политики с анализом маржинального дохода [13;14] с соотношением тарифов min/max не менее чем 1 к 8;

· Нет рынка комбинированной (комплементарной) энергии ("С 1"; "С 2" рис. 9) с КПД производства энергии 78-86%;

· Нет знаний и нет решений по устранению узаконенной системы скрытого перекрестного субсидирования топливом электроэнергии за счет потребителей сбросного тепла паровых турбин;

· В экономике энергетике о теплофикации говорят правильные слова, красивые лозунги, но практически поступают наоборот. Ярчайший пример этого является методика "альтернативной котельная", при которой тарифная политика на комбинированную энергию ТЭЦ полностью оторвана от технологии производства энергии;

· Не внедряется в государственную отчетность: а) показатель интегрированной энергоэффективности всех энергоустановок города-ПИЭЭГ [МВт/Гкал]; б) удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении ТЭЦ W [МВт/Гкал]; с) коэффициент полезного использования топлива КПИТ[%] предприятия, города, региона;

· Исчезла система калькулирования себестоимости тепловой и электрической энергии [10], система анализа маржинальных издержек при производстве, транспорте и реализации комбинированной энергии ТЭЦ;

· Для реального снижения энергоёмкости российской энергетики, существующее Министерство энергетики должно быть преобразовано в Министерство Анергии[11] основным показателем работы которого должно стать реальное технологическое снижение энергоёмкости Российской энергетики, на всех этапах производства, распределения и потребления.

На прощание…две сказки!

Две сказки, про эффективного менеджера и эффективного регулятора.

"Эффективный менеджмент молочно-сливочной продукции"

Жил был Молочный завод, который закупал молоко и выпускал два вида товара: "Сливки" и отработанный продукт "Обрат". Рыночный товар "Сливки" продавал на оптовом конкурентном рынке, а отработанный продукт для откорма поросят и телят-"Обрат" продавал на регулируемом рынке.

Для того что бы немножко легче продавались "Сливок" эффективный менеджер, случайно парившейся в одной бане с эффективным регулятором, попросил, что бы он отрегулировал цену продажи "Обрата", но, по цене ……свежего покупного молока!

Да нет проблем, ответил регулятор, но главное, что бы все было обоснованно, ты же молоко перерабатывал, не дороже цены покупного молока, иначе нас не поймут, ведь я же все-таки "эффективный регулятор".

Теперь эффективный менеджер в прозрачных рыночных условиях в 2 раза снижает цену на "Сливки", в трудной конкурентной борьбе завоевывает рынок и с искренней благодарностью, поздравляет эффективного регулятора с "Днем работника Молочно-Сметанной промышленности".

Все счастливы! Чудо регулируемого рынка! Все прозрачно и честно. Регулируемые телята радостно мычат, розовые поросята дружно похрюкивают во славу "эффективного регулятора", а самое главное, где то там "Сметана" никогда не залеживается. Но это, как говорится, уже не наше дело!

Сказка - быль "Эффективный менеджмент электроэнергетики"

Жила была ТЭЦ, которая закупала уголь и выпускала два вида товара: "Электроэнергия ТЭЦ" на нерегулируемом оптовом рынке энергии и мощности ОРЭМ и "Сбросное тепло ТЭЦ" на регулируемом рынке для ГВС и отопления городского населения.

Для того что бы немножко легче продавалась "Электроэнергии" на ОРЭМ эффективный менеджер электроэнергетики, случайно, парившейся в одной бане, с эффективным регулятором попросил, что бы он отрегулировал продажу "Сбросного тепла ТЭЦ" по цене …. котельной.

Да нет проблем, ответил эффективный регулятор энергетики, но что бы все было научно обоснованно по цене самой лучшей "альтернативной котельной". Я же, все-таки "эффективный регулятор", иначе нас не поймут, что мы хотим сделать всех счастливыми, аж до 2030года!

Теперь эффективный менеджер в прозрачных рыночных условиях ровно в 2 раза снижает топливную составляющую на "Электроэнергию ТЭЦ", в трудной конкурентной борьбе завоевывает конкурентный рынок электрической энергии, и с искренней благодарностью поздравляет эффективного регулятора с днем "Днем Энергетика".

Все счастливы! МЭРы городов положили на полку почти оплаченную "Схему теплоснабжения городов", отчитываются по демонополизации энергетики и вводу котельных. А простые жители-избиратели городов и поселков совершенно радостно и преданно благодарят "регуляторов энергетики".

Чудо регулируемого рынка! Все прозрачно, все честно, как договорились, не дороже "самой лучшей котельной"! Но…но.. самое главное, где там далеко, далеко, срабатывает чудо рыночной экономики - "толлинг". Из за рубежа завозится иноземный боксит и эффективный собственник алюминиевой промышленности, ну совершенно рядовой покупатель российской электроэнергии, ну совершенно честно и прозрачно, превращает дешевую российскую электроэнергию в недешевый алюминий = твердое электричество[20] и всегда выигрывает рынок на Лондонских торгах. Но это, как говорится, уже не наше дело!

Паршев А.П. "Почему Россия не Америка" стр. 77 Форум Москва 2005 Всего 411стр

".... Иногда всплывают отдельные заводы с высоким энергопотреблением, вроде бы процветающие и в России. Но почему они процветают? В некоторых, очень редких производствах, энергия расходуется главным образом не на компенсацию сурового климата, а напрямую на производство конечного продукта. Например, алюминиевая промышленность, ныне принадлежащая израильтянам братьям Черным, более-менее работает и сейчас по принципу "толлинга"

Это означает, что к нам везут импортные бокситы из Туниса, у нас выплавляют из них алюминий, который затем вывозится. Странная схема (что, трудно в Тунисе завод поставить?), если не знать, что у нас киловатт-час стоит 1-2 цента, а во всем мире - 12-15. Братья Черные просто вывозят даровую электроэнергию! Ведь с точки зрения цены алюминий - это твердое электричество. А низкая цена на электричество у нас поддерживается искусственно, за счет всей экономики. Черные тут не слишком виноваты, они действуют, как и должны действовать капиталисты, не они, так был бы кто-то другой.

Но "толлинг", как и вообще экспорт алюминия - фактически грабеж нашей экономики. Кстати, эта история с "толлингом" лишний раз показывает ситуацию с конкурентоспособностью даже нашего сырьевого производства. Ведь у нас довольно много бокситов - и на Кольском полуострове, и под Волховом, и в Приуралье - и тем не менее более выгодно купить их в Тунисе и привезти на Алтай. Не верится? Ну объясните братьям Черным, что они плохо считали. Только не получится, они на этой странной схеме уже миллиарды сделали....."

Зарубка …

Немного перефразировав цитату Н.П. Бехтеревой [1] можно сказать: "…Какой бы эффективной и топливосберегающей была теплоэлектроэнергетика России, если бы не было такого затяжного торжества регулируемого формализма и безнравственности, если бы энергетическую политику формировали на основе трудов ученых от академической науки (таких как А.И. Андрющенко, В.М. Бродянский Е.И. Янтовский П.М. Шевкоплясов и т.д.), а формально дипломированные и остепененные исполнители монополии федеральной электроэнергетики не игнорировали в своих методиках понятие "ЭКСЕРГИИ" и "АНЕРГИИ" как научный метод анализа и нормирования экономики энергетики России".

Список литературы

1. Бехтерева Н.П. Магия мозга и лабиринты жизни: Дополнительное издание. - М.: АСТ, 2015. - 384 с.

2. Богданов А.Б. "Котельнизация России -беда национального масштаба" "Новости теплоснабжения", 2006, №10 (74), c.30-34 www.exergy.narod.ru http://exergy.narod.ru/kotelniz1.pdf

3. Доклад Минэнерго основные принципы распределения топлива в целях тарифного регулирования в сфере теплоснабжения.- М., 2013, http://exergy.narod.ru/minenergo-2013-1.pptx

4. Шаргут Я., Петела Р. Эксергия: Перевод с польского. - М., Энергия, 1968, - 280 с.

5. Бродянский В.М. Эксергетический метод термодинамического анализа. М.: Энергия, 1973. - 296 с; Эксергетические расчеты технических систем: Справочное пособие под редакцией академика АН УССР Долинского А.А. и д.т.н. Бродянского В.М. - Киев: Наукова думка, 1991.

6. Янтовский Е.И. Потоки энергии и эксергии. - М.: Наука, 1988. - 144 с.; Парокомпрессионные теплонасосные установки. - М.: Энергоиздат, 1982. - 143с.; Промышленные тепловые насосы. М.: Энергоиздат, 1989.

7. Андрющенко А.И. О применении эксергии для анализа совершенства и оптимизации теплоэнергетических установок: Изв. вузов. - М.: Энергетика, 1989, № 4. - с. 59-64.

8. Горшков А.С. Технико-экономические показатели тепловых электростанций. М.: Энергоатомиздат, 1984, 240 с.

9. Богданов А.Б. Анализ показателей теплофикационной турбины по относительным приростам топлива на тепло. М.: Новости теплоснабжения, 2009, №5. - с. 30-37 http://exergy.narod.ru/nt2009-05.pdf ; 2009, №11, с. 34-41 http://exergy.narod.ru/nt2009-11.pdf

10. Анисимова С.П., Хузмиева И.К. Ещё раз о проблеме калькулирования себестоимости в электроэнергетике её последствиях и её решении. - 2014, http://exergy.narod.ru/Anbsimov01.pdf

11. Богданов А.Б. Министерство Анергии. - М.: Энергорынок, 2010, №12, http://exergy.narod.ru/er2010-12.pdf Новости теплоснабжения, 2010, №9. - с. 12ч18, http://exergy.narod.ru/nt2010-09.pdf.

12. Бродянский В.М. "Письмо в редакцию". Журнал "Теплоэнергетик" № 9 1992г. http://exergy.narod.ru/Brodyanski-pismo.pdf

13. Шевкоплясов П.М. "Ценообразование на оптовом и розничном рынках энергии на основе маржинального дохода" ПЭИПК Санкт-Петербург 2012 http://exergy.narod.ru/Shevkoplyasov-Bogdanov.pdf

14. Богданов А.Б. Управление тарифами и нагрузкой: французский опыт "Тепловая энергетика", №06 (15) декабрь 2014 http://www.eprussia.ru/teploenergetika/15/168.htm

15. Богданов А.Б Концепция регулирования энергоёмкости Росии (ЧВЭ и ЧНЭР). Журнал "Теплоэнергоэффективные технологии", 2012, №1 http://exergy.narod.ru/tt2012-01.pdf

16. Богданов А.Б ЧВЭ и ЧНЭР российской энергетики. Журнал "Теплоэнергоэффективные технологии", 2011, №3, с.6-30 http://exergy.narod.ru/tt2011-03.pdf

17. Видеоролик "в Дании люди тратят топлива в 3-4 раза меньше чем на альтернативной котельной" https://yadi.sk/i/HO1ow0EKWijMN

18. "Вопросы Определения КПД теплоэлектроцентралей". общей редакцией академика А.В. Винтера Госэнергоиздат Москва Ленинград 1953г 119 стр. (12 статей разных авторов) http://exergy.narod.ru/resh_kom_500110-500111.pdf

19. Богданов А.Б. Богданова О.А. Алгоритм расчета ХОП на ЭЭ и на ТЭ с диаграммой режимов турбины Т-250/300 без применения УРУТ РосТепло.ru http://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id=295http://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id=295

20. Паршев А.П. "Почему Россия не Америка" стр. 77 Форум Москва 2005 Всего 411стр.

Размещено на Allbest.ru

...