Повышение эффективности малых ТЭЦ с ГТУ путем выбора оптимального количества агрегатов и режимов их работы

7

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МАЛЫХ ТЭЦ С ГТУ ПУТЕМ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОГО КОЛИЧЕСТВА АГРЕГАТОВ И РЕЖИМОВ ИХ РАБОТЫ

Специальность 05.14.01 - Энергетические системы и комплексы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

СИЗОВ Сергей Валентинович

Саратов 2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук Николаев Юрий Евгеньевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Кудинов Анатолий Александрович

кандидат технических наук, доцент Новичков Сергей Владимирович

Ведущая организация: ОАО «ВНИПИэнергопром» (г.Москва)

Защита состоится « 22 » декабря 2009 г. в 10:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.07 при Саратовском государственном техническом университете по адресу: 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77, корп.1, ауд. 159

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Саратовского государственного технического университета

Автореферат разослан « 20 » ноября 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Ларин Е.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В качестве важнейших задач развития энергетики страны является надежное, качественное и экологически безопасное энергоснабжение потребителей на основе внедрения новых прогрессивных видов техники и технологий, эффективного функционирования и развития энергетической системы.

Анализ технико-экономических показателей систем электро- и теплоснабжения городов России за последние годы показал заметное их ухудшение. Возросли потери тепловой энергии при транспорте и распределении теплоносителей. Из-за дефицита финансовых ресурсов для замены и реконструкции источников и энергосетей увеличилось количество аварий, что приводит к снижению надежности и качеству энергоснабжения.

В сложившихся условиях необходимо находить рациональные и эффективные решения по организации энергоснабжения потребителей. Перспективным здесь является использование комбинированных систем энергоснабжения на базе крупных и малых ТЭЦ (МТ). Использование МТ позволяет получить заметную экономию топлива, повысить эффективность систем энергоснабжения.

Работа выполнена в рамках научного направления Проблемной научно-исследовательской лаборатории теплоэнергетических установок электростанций и систем энергоснабжения СГТУ в соответствии с межвузовской научно-технической программой основного научного направления развития науки и техники Российской Федерации «Топливо и энергетика», федеральной программой фундаментальных исследований по направлению «Физико-технические проблемы энергетики» (раздел «Фундаментальные проблемы энергосбережения и эффективного использования топлива»).

Объектом исследования являются МТ с ГТУ, функционирующая в системе тепло- и электроснабжения, передовые технологии её усовершенствования, обеспечивающие прирост экономической эффективности.

Целью исследования является повышение тепловой и экономической эффективности МТ в системах энергоснабжения.

В соответствии с целью определены основные задачи исследования:

1. Разработка методики расчета системной энергетической эффективности МТ с ГТУ при работе по тепловому и электрическому графикам нагрузки.

2. Разработка математической модели расчета характеристик и показателей эффективности МТ.

3. Выбор оптимального числа энергоустановок при различных режимах эксплуатации станции.

4. Определение технико-экономической эффективности МТ для энергоснабжения городов и поселков.

5. Определение экономической эффективности совместной работы МТ и крупных источников теплоты.

Научная новизна диссертации заключается в следующем:

1. Разработаны теоретические положения расчета энергетической эффективности МТ в системах энергоснабжения в условиях обеспечения электрических и тепловых нагрузок потребителей.

2. Разработана математическая модель расчета характеристик и показателей эффективности МТ для определения оптимального количества агрегатов с учетом переменных электрических и тепловых нагрузок, температуры наружного воздуха и пусковых расходов топлива.

3. Сформулированы рекомендации по выбору оптимального количества энергоустановок и режимов их эксплуатации.

4. Разработаны методические положения по оценке эффективности совместной работы МТ и крупных источников теплоты (районные ТЭЦ и котельные). энергетический газотурбинный установка электрический

Практическая ценность результатов работы заключается в использовании методических положений для выбора оптимального количества устанавливаемых ГТУ на МТ в условиях работы по тепловому и электрическому графикам нагрузки, обоснования рациональных режимов работы МТ в системах энергоснабжения. Результаты исследования использованы в проектно-конструкторской деятельности ОАО «ВНИПИэнергопром» (г.Москва), а также в учебном процессе кафедры теплоэнергетики СГТУ при чтении курса «Источники и системы теплоснабжения предприятий», организации научно-исследовательской работы аспирантов и студентов, в дипломном проектировании.

Внедрение методических разработок, рекомендаций в проектную практику позволит повысить эффективность систем энергоснабжения.

На защиту выносятся методические положения и результаты расчета энергетической и экономической эффективности работы МТ с ГТУ в системе энергоснабжения; математическая модель для выбора оптимального количества ГТУ на МТ и результаты расчетно-теоретических исследований по определению оптимальных режимов и показателей экономической эффективности.

Достоверность результатов и выводов обеспечивается использованием методологии системных исследований в энергетике, фундаментальных законов технической термодинамики, теплопередачи и теории надежности систем энергетики, применением широко апробированных методик расчета энергетических установок, апробацией полученных результатов и их хорошей сходимостью с подобными результатами других авторов.

Апробация работы. Материалы, вошедшие в диссертацию, докладывались и обсуждались на научных конференциях и семинарах Саратовского государственного технического университета в 2006-2009 гг. (г. Саратов), V Российской научно-технической конференции (г. Ульяновск, 2006 г.), на VI, VII Международной научно-практической конференции (г. Пенза, 2006 г.), на конференции молодых ученых «Молодые ученые - науке и производству» (г. Саратов, 2007, 2009 гг.), на Международной научной конференции «Современные научно-технические проблемы теплоэнергетики и пути их решения» (г. Саратов, 2008 г.).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 14 печатных работах, из них 3 статьи по рекомендуемому списку ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы. Общий объем 141 стр., 50 рисунков и 22 таблицы. Список литературы содержит 145 наименований, в том числе 12 иностранных и 6 электронных адресов сайтов Интернета.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, определены объект, цели и задачи исследования. Сформулированы научная новизна и практическая ценность результатов работы. Указаны положения, выносимые на защиту. Перечислены конференции, где происходила апробация материалов, вошедших в диссертацию. Указано общее количество публикаций, сделанных по данной работе, в том числе по списку изданий, рекомендованных ВАК РФ, а также приведены структура и объем работы.

В первой главе «Особенности систем электро - и теплоснабжения городов, пути их развития» рассмотрены современное состояние и пути совершенствования комбинированных источников тепло - и электроснабжения, проведен анализ тепловых и электрических нагрузок и графиков потребления тепловой и электрической энергии промышленных и коммунальных объектов, выполнен обзор литературы по выбору рациональных схем, параметров и режимов работы малых ТЭЦ.

Вопросы эффективного использования топливно-энергетических ресурсов для целей теплоснабжения всегда находились в центре внимания теплоэнергетиков. Значительный вклад в развитие теплофикации и централизованного теплоснабжения внесли акад. Л.А. Мелентьев, проф. Е.Я. Соколов, С.Ф. Копьев, А.И. Андрющенко, Г.Б. Левенталь, Л.С. Хрилев, Р.З. Аминов, Ю.М. Хлебалин, Д.Т. Аршакян, А.М. Клер, Г.В. Ноздренко и др., трудами которых в ХХ веке создана теоретическая база для проектирования комбинированных установок и систем. Исследованию малых ТЭЦ с ГТУ в системе энергоснабжения посвящены работы проф. А.И. Андрющенко, В.А. Загорского, Е.А. Ларина и др. Анализ выполненных работ по проблеме повышения эффективности малых ТЭЦ с ГТУ в системе энергоснабжения выявил необходимость проведения дополнительных исследований по выбору оптимального количества агрегатов и режимов их работы.

Во второй главе «Методические положения исследования эффективности МТ в системе энергоснабжения» представлены показатели для определения энергетической и технико-экономической эффективности МТ с учетом режимов работы станции, надежности систем тепло- и электроснабжения, а также защиты окружающей среды. Предложена методика и выполнены расчеты энергетической эффективности работы МТ с ГТУ в системе энергоснабжения. Разработана математическая модель расчета характеристик и показателей эффективности МТ для определения оптимального количества агрегатов с учетом переменных электрических и тепловых нагрузок, температуры наружного воздуха и пусковых расходов топлива.

Оценка энергетической эффективности комбинированного производства электрической и тепловой энергии выполнена по критерию относительной экономии топлива в сравнении с раздельной схемой энергоснабжения:

, (1)

где ?В_эк, В_кэс, В_кот - абсолютная экономия и расходы условного топлива на конденсационной электростанции (КЭС), в котельной, кг у.т./с.

Технико-экономическая эффективность МТ определена по критериям: интегральный эффект (чистый дисконтированный доход), индекс доходности, внутренняя норма доходности и срок окупаемости капиталовложений. Интегральный эффект рассчитан по выражению:

(2)

где , , - соответственно тарифы на электрическую, тепловую энергию и топливо, руб/кВт*ч, руб/ГДж, руб/кг; , - соответственно количество отпускаемой электрической и тепловой энергии, кВт*ч/год, ГДж/год; - расход топлива на МТ, кг/год; - расход топлива на один пуск ГТУ, кг; n - количество пусков ГТУ за год; - условно - постоянные затраты (амортизация, ремонты, оплата труда) на МТ, руб/год; н - коэффициент, учитывающий налоги; Е - норма дисконта; - капиталовложения в МТ, руб; З_н, З_ос - дисконтированные затраты на обеспечение заданного уровня надежности энергоснабжения, сокращение и оплату вредных выбросов, руб; Т - срок службы МТ, год.

Переменный характер электрических и тепловых нагрузок, как в течение суток, так и в годовом периоде, изменение температуры наружного воздуха оказывают существенное влияние на показатели энергетического оборудования МТ. Для газотурбинной установки изменяются степень повышения давления воздуха в компрессоре, температуры рабочего тела, расход топлива, оказывая влияние на электрический КПД установки, количество утилизируемой теплоты. Расчет параметров термодинамического цикла ГТУ на переменном режиме выполнен с учетом характеристики совместной работы компрессора и газовой турбины. Количественные показатели работы малой ТЭЦ за годовой период работы рассчитывались путем разбиения графиков энергопотребления на отдельные интервалы в течение суток и по температуре наружного воздуха за годовой период. При работе по тепловому и электрическому графикам нагрузки годовая выработка электроэнергии, теплоты, расход топлива рассчитываются по выражениям:

тепловой график работы МТ ; (3)

электрический график работы МТ , (4)

где Х_i - расходная характеристика установки на i-м режиме работы при заданной величине тепловой нагрузки и температуры наружного воздуха; - продолжительность i-го режима, ч/год; Х_{i j} - расходная характеристика установки на i-м режиме по тепловому и j-м - по электрическому графикам нагрузки; - продолжительность i-го режима по тепловому и j-го - по электрическому графикам нагрузки; n, m - количество рассматриваемых режимов.

Обеспечение заданного уровня надежности энергоснабжения требует учета дополнительных эксплуатационных и капитальных затрат в резервные установки. Эти затраты рассчитаны по следующим зависимостям, руб:

(5)

(6)

где - коэффициенты обеспечения заданного отпуска электрической и тепловой энергией основным оборудованием ТЭЦ; - удельные расходы топлива резервными установками на отпуск тепловой и электрической энергии, кг/(кВт*ч), кг/ГДж; - стоимость топлива, сжигаемого резервными установками, руб/кг; З_рем, З_пуск - затраты на проведение аварийно-восстановительных работ и пуски-остановы основного оборудования, руб/год; р_рез - коэффициент, учитывающий отчисления от капиталовложений на амортизацию, ремонт, заработную плату и прочие расходы резервной установки, 1/год; u - коэффициент резерва электрической мощности в системе; - удельные капиталовложения в резервные установки по выработке электрической и тепловой мощности, руб/кВт; Q_рез - тепловая мощность резервных котлов, МВт.

Затраты, связанные с уменьшением вредных выбросов и компенсацией негативных последствий от загрязнения окружающей среды (при условии обеспечения предельно допустимых выбросов), рассчитаны по выражению, руб:

, (7)

где З_ос,t, - затраты на подавление в t-й год -го выброса, руб/год; В_ит - годовой расход натурального топлива источником теплоснабжения, м³/год (кг/год); V_ит - суммарный удельный объем продуктов сгорания, м³/м³ (м³/кг); n_t, - плата в t-й год за выброс -го ингредиента, руб/кг; C_t, - концентрация в t-й год вредного ингредиента в продуктах сгорания, мг/м³.

Расчеты изменения относительной экономии топлива в зависимости от температуры наружного воздуха, количества устанавливаемых на МТ ГТУ по тепловому графику работы выполнены на примере двух ГТУ НК - 14Э и ГТУ - 6,5. В расчетах принято: КПД котельной - 0,93, КПД тепловых сетей - 0,98, электрический КПД КЭС - 0,36, КПД электрических сетей - 0,92. Количество устанавливаемых агрегатов варьировалось в пределах 1ч4.

Влияние температуры наружного воздуха в отопительный период на величину достигаемой относительной экономии топлива показано на рис.1. Снижение для 2-4 агрегатов вызвано потерями теплоты из-за выпуска части продуктов сгорания без утилизации. С целью минимизации указанных потерь и увеличения возможно последовательное отключение агрегатов по мере снижения тепловой нагрузки. На рис.1 моменты включения (отключения) агрегатов показаны точками а, б и в. В этом случае для НК-14Э - 21,5-22,5 %, для ГТД-6,5 - 26-30%.

Изменение годовой относительной экономии топлива от количества ГТУ на малой ТЭЦ показано на рис.2. Здесь рассмотрены три варианта работы энергоагрегатов: 1 - при работе всех установленных ГТУ; 2 - работе в неотопительный период одного агрегата; 3 - последовательном отключении агрегатов по мере снижения тепловой нагрузки. Наибольшая экономия топлива получается при установке на малой ТЭЦ 2-3 ГТУ в условиях последовательного их отключения по мере снижения теплопотребления и сохранения в работе в неотопительный период одного агрегата с максимальной утилизацией продуктов сгорания (варианты 2, 3). Для НК-14Э относительная экономия топлива в этих условиях составляет 23-26 %, для ГТУ-6,5 - 28-31 %.



Рис. 1 Изменение относительной экономии топлива в системе энергоснабжения от температуры наружного воздуха в отопительный период и числа ГТУ: а - НК - 14Э; б - ГТУ - 6,5; 1, 2, 3, 4 - число установленных ГТУ на МТ

Рис. 2 Изменение годовой относительной экономии топлива в зависимости от количества установленных ГТУ и режимов их использования в неотопительный период: а - НК - 14Э; б - ГТУ - 6,5

- в неотопительный период в работе находится один агрегат;

- в неотопительный период в работе находятся все установленные на малой ТЭЦ агрегаты;

- в отопительный период агрегаты отключаются по мере снижения тепловой нагрузки, в неотопительный период в работе находится один агрегат.

При работе малой ТЭЦ (с ГТУ-6,5) по электрическому графику из-за выпуска части продуктов сгорания без утилизации в летний период величина экономии топлива уменьшается. На рис.3 показано изменение относительной экономии топлива в зависимости от времени суток при температурах наружного воздуха -15 и +15 ⁰С в условиях, когда установки КЭС по выработке электроэнергии имеют КПД 36 и 50 %. Как видно из рисунков положительная величина относительной экономии топлива (20-40%) достигается при наружной температуре -15 ⁰С и электрическом КПД КЭС 36%. С уменьшением тепловой нагрузки в летний период (+15 ⁰С) экономия топлива становится отрицательной величиной. При электрическом КПД КЭС 50 % экономия топлива уменьшается вдвое для температуры - 15 ⁰С и составляет 10 - 22%, а в летний период - имеет отрицательное значение.

Рис. 3 Изменение суточной относительной экономии топлива в зависимости от температуры наружного воздуха при установке 4 ГТУ и работе МТ по электрическому графику нагрузки: а - электрический КПД замещаемой станции 36%; б - электрический КПД замещаемой станции 50%; 1 - tн = - 15 0С; 2 - tн = + 15 0С

Рис. 4 Изменение годовой относительной экономии топлива при установке 4 ГТУ и работе МТ по электрическому графику нагрузки

Годовая относительная величина экономии топлива показана на рис.4. При КПД КЭС 36% годовая экономия топлива составляет 7%, а при КПД КЭС 50% отрицательна. Исходя из полученных результатов, следует констатировать, что работа МТ в летний период по электрическому графику нагрузки неэкономична.

Для выбора экономически оптимального количества энергоустановок разработана математическая модель расчета характеристик и показателей эффективности МТ, включающая системы уравнений материального и энергетического баланса отдельных элементов, критерии энергетической и экономической эффективности, ограничения на величину электрической и тепловой мощности ГТУ, мощности пикового котла, параметров термодинамического цикла, температурных напоров в теплоутилизаторе. При расчете ГТУ на переменных режимах использована диаграмма совместной работы компрессора и турбины. Блок-схема алгоритма определения оптимального количества ГТУ на МТ приведена на рис.5.



Рис. 5 Блок - схема алгоритма определения оптимального количества устанавливаемых агрегатов на МТ

Последовательно увеличивая число устанавливаемых агрегатов на МТ по максимуму экономического эффекта (Э_ин), оценивается оптимальное количество ГТУ.

В третьей главе «Выбор оптимального количества устанавливаемых ГТУ на малой ТЭЦ» определено оптимальное количество энергоустановок при работе МТ по тепловому и электрическому графикам нагрузки, определено влияние соотношения электрической и тепловой нагрузок потребителя на выбор числа энергоустановок.

Расчет числа энергоустановок рассмотрен на примере строительства МТ с расчетной тепловой нагрузкой 55 МВт. При работе МТ по тепловому графику предусматривалось поочередное отключение ГТУ электрической мощностью 6 - 6,5 МВт по мере снижения нагрузки. Рассматривались установки без регенерации и c внутрицикловой регенерацией теплоты, а также учитывалось количество пусков ГТУ и соответствующий расход топлива. Результаты технико-экономических расчетов представлены на рис.6. Анализируя результаты, следует отметить, что при работе по тепловому графику оптимальное количество ГТУ без регенерации составляет 2-3 агрегата, с регенерацией - 3-4 агрегата. Это соответствует коэффициентам теплофикации в первом случае 0,41-0,62, во втором - 0,35-0,46. При этом интегральный эффект в схеме ГТУ с регенерацией на 10-16 % выше, чем в схеме без регенерации по причине большого отпуска теплоты от ГВП в годовом периоде. Увеличение стоимостных показателей на топливо, электроэнергию, теплоту и оборудование, согласно расчетам, приводит к повышению экономической эффективности МТ.



- Э_ин в ценах 2009 г.; - Э_ин в ценах 2014 г.

Рис. 6 Изменение величины Эин от количества устанавливаемых ГТУ-6,5 (а) и ГТУ-6 (б) при работе по тепловому графику нагрузки: I - работа ГТУ без регенератора; II - работа ГТУ с регенератором

Определение оптимального количества энергоагрегатов при работе по электрическому графику нагрузки рассматривалось при тех же условиях, что и при работе по тепловому графику. При этом для каждого из вариантов предусматривалось покрытие различных областей суточного графика электрических нагрузок базового (Б), полупикового (ПП) и пикового (П) (см. рис.7).

Рис. 7 Суточный график электрической нагрузки подстанции 10(6)/0,4 кВ микрорайона города: Б, ПП, П - продолжительность времени базовой, полупиковой и пиковой нагрузок



Рис. 8 Изменение величины Эин от количества энергоагрегатов с регенерацией (а) и без регенерации теплоты (б) при работе по электрическому графику нагрузки и покрытии полупиковой и пиковой нагрузок: I - при использовании средневзвешенного тарифа на электроэнергию; II - при использовании дифференцированного тарифа на электроэнергию, а также см. обозначения на рис.6

Расчеты выполнены при использовании средневзвешенного в течение суток (сэ=1,55 руб/кВт*ч) и дифференцированного тарифа ( , , руб/кВт*ч) на отпускаемую электроэнергию (рис.8). Оптимальное количество агрегатов, обеспечивающих наибольший интегральный эффект получается при установке четырех ГТУ, соответствующих максимальной электрической нагрузке потребителей.

Это объясняется увеличением выручки от продажи энергоносителей. На величину получаемого эффекта существенное влияние оказывают тарифы на электроэнергию в различных зонах суточного графика нагрузки. При средневзвешенном тарифе на электроэнергию в течение суток максимальное значение интегрального эффекта получается при покрытии всех зон графика. Использование ГТУ с регенерацией теплоты при средневзвешенном тарифе на электроэнергию приводит к снижению интегрального эффекта на 55-60%, по сравнению с установкой без регенерации в результате увеличения расхода топлива пиковым котлом. При применении дифференцированного тарифа более эффективными являются установки без регенерации - прирост интегрального эффекта составляет 42% и более. Применение дифференцированного тарифа по сравнению со средневзвешенным обеспечивает повышение интегрального эффекта на 40% в зависимости от типов применяемых ГТУ (с регенерацией и без нее).

На экономическую эффективность работы малой ТЭЦ по электрическому графику кроме режимов электро- и теплопотребления существенное влияние оказывает отношение максимальной электрической нагрузки потребителя к тепловой г_п = N_max/Q_max. В зависимости от потребителя это отношение находится в пределах 0,12 - 0,29 с тенденцией увеличения в коммунально-бытовом секторе до 0,4 в связи с масштабным внедрением бытовой техники и ростом электрической нагрузки в жилых зданиях. Для оценки влияния г_п на эффективность работы МТ в условиях покрытия теплового и электрического графиков нагрузки выполнены расчеты интегрального эффекта, показанные на рис.9. Уменьшение г_п осуществлялось за счет увеличения присоединяемой тепловой нагрузки при постоянной электрической.

Рис. 9 Изменение величины Эин от количества ГТУ-6,5 и соотношения электрической и тепловой нагрузки потребителя. Цифры на кривых соответствуют числу установленных ГТУ на малой ТЭЦ

Анализируя результаты расчета, следует отметить, что при уменьшении соотношения г_п потребителя с 0,6 до 0,2 относительное количество теплоты, отводимое в окружающую среду без утилизации продуктов сгорания, снижается с 35 до 0% в зависимости от количества установленных агрегатов на МТ. С понижением г_п на 10% величина Э_ин увеличивается на 20 - 30%. Изменение количества устанавливаемых ГТУ на МТ с одного до четырех агрегатов приводит к росту Э_ин на 14 - 35%, что обусловлено увеличением выручки от продажи электроэнергии.

В четвертой главе «Определение экономических показателей малых ТЭЦ» рассчитаны интегральные показатели эффективности энергоустановок при работе по тепловому и электрическому графикам нагрузки и рассмотрено повышение эффективности малых ТЭЦ при совместной работе с крупными источниками теплоты.

При определении интегральных показателей эффективности работы малой ТЭЦ с ГТУ приняты следующие исходные данные: место расположения системы энергоснабжения - Среднее Поволжье, расчетные тепловые и электрические нагрузки указаны в главе 3, температурный график теплосети - 110/70 ⁰С. Используемое топливо - природный газ, срок эксплуатации ГТУ принят 12 лет, норма дисконта - 0,15. В табл.1 и 2 представлены экономические показатели работы малой ТЭЦ с ГТУ при оптимальном количестве агрегатов. Разделение расхода топлива на электрическую и тепловую энергию выполнено пропорциональным методом.

Таблица 1

Технико-экономические показатели работы МТ по тепловому графику нагрузок

Показатель	Тип и количество ГТУ, установленных на МТ
	ГТУ - 6,5 (без регенератора)	ГТУ - 6 (с регенератором)
	3	2
1. Удельный расход условного топлива на выработку электрической энергии, кг у.т./кВт*ч	0,376	0,353
2. Удельный расход условного топлива на выработку тепловой энергии, кг у.т./ГДж	22,45	21,89
3. Себестоимость производства электрической энергии на МТ, руб/кВт*ч	0,95	0,89
4. Себестоимость производства тепловой энергии на МТ, руб/ГДж	102,3	95,5
5. Величина интегрального эффекта, Эин, млн.руб	4701,8	4921,6
6. Индекс доходности	2,43	3,21
7. Внутренняя норма доходности	0,31	0,37
8. Дисконтированный срок окупаемости, год	7,8	7,0

Таблица 2

Технико-экономические показатели работы МТ по электрическому графику нагрузок

Показатель	Тип ГТУ (во всех случаях установлено 4 ГТУ на МТ)
	ГТУ - 6,5 (без регенератора)	ГТУ - 6 (с регенератором)
	Б/ПП/П	ПП/П	Б/ПП/П	ПП/П
1	2	3	4	5
1. Удельный расход условного топлива на выработку электрической энергии, кг у.т./кВт*ч	0,393	0,375	0,411	0,387
2. Удельный расход условного топлива на выработку тепловой энергии, кг у.т./ГДж	24,81	23,11	25,19	23,72
Окончание табл.2
1	2	3	4	5
3. Себестоимость производства электрической энергии на МТ, руб/кВт*ч	0,99	0,94	1,03	0,96
4. Себестоимость производства тепловой энергии на МТ, руб/ГДж	108,6	97,8	118,1	103,7
5. Величина интегрального эффекта, Эин, млн.руб	6786,4 4839,6	8385,8 4497,1	4442,3 3100,3	5375,1 3077,7
6. Индекс доходности	2,85 2,78	3,96 3,89	2,16 2,02	3,65 3,52
7. Внутренняя норма доходности	0,36 0,32	0,49 0,45	0,28 0,24	0,45 0,41
8. Дисконтированный срок окупаемости, год	7,2 7,4	6,1 6,4	7,9 8,1	6,5 6,7

Примечание: отпуск электроэнергии -по дифференцированному тарифу / по средневзвешенному тарифу

На основании выполненных расчетов можно сделать вывод, что наибольший экономический эффект достигается при работе малой ТЭЦ по электрическому графику нагрузки и использовании дифференцированного тарифа на электроэнергию.

Для полезного использования избыточной теплоты при работе малой ТЭЦ по электрическому графику и увеличения выработки электроэнергии при работе по тепловому графику в летний период возможна передача тепловой энергии в тепловые сети районной ТЭЦ (РТ) или котельной путем открытия задвижек на перемычках (рис.10). Очевидно, такая совместная работа РТ, котельной и малой ТЭЦ приведет к снижению получаемой прибыли на РТ или котельной и увеличению ее на малой ТЭЦ. Однако, если РТ, котельная и малая ТЭЦ входят в одну территориальную генерирующую компанию, то последняя может получить дополнительную прибыль.

Рис. 10 Схема совместной работы районной и малой ТЭЦ: 1,2 - сетевые насосы РТЭЦ (котельной) и МТЭЦ; 3 - тепловой потребитель; 4 - перемычка; 5 - теплообменник; 6 - дополнительный насос

В качестве критерия для определения экономической эффективности рассматриваемого варианта по сравнению с изолированной работой источников использован прирост интегрального эффекта в системе энергоснабжения.

На основании расчетов тепловых схем районных ТЭЦ при различных начальных параметрах пара, котельной и МТ определены количественные показатели их совместной работы в летний период, приведенные в табл. 3.

Таблица 3

Количественные показатели совместной работы РТ, котельной и МТ в летний период

Наименование показателя	Единица измерения	Режим работы МТ
		по тепловому графику	по электрическому графику
1	2	3	4
1. Увеличение выработки электроэнергии на МТ		56,4	-
2. Увеличение выработки тепловой энергии на МТ		91,4	60,9
3. Увеличение расхода топлива на МТ		48	-
4. Уменьшение выработки электроэнергии на РТ при начальных параметрах: 3,5 МПа/435 0С 9 МПа/535 0С 13 МПа/555 0С 24 МПа/540/540 0С		31,2 44,1 50,3 59,4	20,8 29,4 33,5 39,6
5. Снижение расхода топлива на РТ при начальных параметрах: 3,5 МПа/435 0С 9 МПа/535 0С 13 МПа/555 0С 24 МПа/540/540 0С		74 105 119 141	49 69 80 94
6. Изменение баланса электроэнергии в системе при замещении РТ с начальными параметрами: 3,5 МПа/435 0С 9 МПа/535 0С 13 МПа/555 0С 24 МПа/540/540 0С		+25,2 +12,3 +6,1 -3,0	-20,8 -29,4 -33,5 -39,6
При совместной работе котельной и МТ
7. Снижение расхода топлива в котельной		103	68

Анализируя результаты расчетов, можно сделать вывод, что сооружение МТ для теплоснабжения промышленных и коммунальных объектов позволяет в периоды снижения их тепловой нагрузки передавать избытки теплоты в сети районных ТЭЦ и котельных. При этом наибольший эффект достигается при работе малой ТЭЦ по тепловому графику нагрузки и замещении оборудования районных ТЭЦ на начальные параметры пара 3,5 - 9,0 МПа и котельных. Предельная длина перемычки для передачи избытков теплоты от МТ составляет 3-4 км.

ВЫВОДЫ

1. Разработана методика расчета энергетической эффективности малых ТЭЦ с ГТУ в системе энергоснабжения с учетом покрытия переменных электрического и теплового графиков нагрузки потребителя.

2. Разработана математическая модель расчета характеристик и показателей эффективности малых ТЭЦ, учитывающая изменение графиков энергопотребления, температуры наружного воздуха, расход топлива на пуск энергоустановок.

3. Расчетно-теоретическими исследованиями установлено, что при работе по тепловому графику годовая относительная экономия топлива составляет 23-31 %, при работе по электрическому графику 10-22% в зимний период, а в летний период - имеет отрицательное значение.

4. Оптимальное количество ГТУ в условиях работы по тепловому графику нагрузки достигается при установке 2-3 энергоагрегатов. Коэффициент теплофикации при этом составляет 0,35-0,62 в зависимости от типа ГТУ (с регенерацией или без нее). При работе МТ по электрическому графику для ГТУ 6 - 6,5 МВт оптимальное количество агрегатов равно четырем и соответствует максимальной нагрузке потребителя.

5. Оптимальным режимом эксплуатации МТ является работа по электрическому графику нагрузки с выработкой наиболее дорогой энергии в дневной период и использовании дифференцированного тарифа. По сравнению с отпуском электроэнергии по средневзвешенному тарифу эффективность малой ТЭЦ увеличивается на 40% и более.

6. Рассчитаны интегральные показатели эффективности малой ТЭЦ при оптимальном количестве энергоустановок. В условиях работы по электрическому графику и отпуске электрической энергии потребителям по дифференцированному тарифу интегральный эффект составляет 6776,4 - 8385,8 млн. руб., дисконтированный срок окупаемости составляет 6,1 - 6,5 лет, внутренняя норма доходности 45 - 49%. При работе МТ по тепловому графику нагрузки интегральный эффект составляет 4701,8 - 4921,6 млн. руб., дисконтированный срок окупаемости составляет 7,0 - 7,8 лет, внутренняя норма доходности - 31 - 37%.

7. Разработаны методические положения оценки эффективности совместной работы МТ и крупных централизованных источников. Предложена схема передачи тепловой нагрузки МТ в сети районной ТЭЦ или котельной.

8. Передача избытков тепловой энергии МТ в сети районной ТЭЦ экономически выгодна при замещении паротурбинного оборудования на начальные параметры пара 3,5 - 9,0 МПа. Замещение районных ТЭЦ на высокие и закритические начальные параметры пара неэффективно. Определена предельная длина перемычки между указанными источниками (до 3 - 4 км), при которой достигается положительный экономический эффект.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих печатных работах

Публикации в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК РФ

1. Андрющенко А.И., Николаев Ю.Е., Сизов С.В. Повышение эффективности систем теплофикации при совместной работе районных ТЭЦ, котельных и малых ТЭЦ // Промышленная энергетика. 2008. № 10. С. 19-22.

2. Николаев Ю.Е., Осипов В.Н., Сизов С.В. Выбор рационального числа агрегатов на малых ТЭЦ с ГТУ //Известия вузов. Проблемы энергетики. 2005. № 7 - 8. С. 15-20.

3. Николаев Ю.Е., Сизов С.В. Оптимизация количества устанавливаемых газовых турбин на малых ТЭЦ //Вестник Саратовского государственного технического университета. 2008. №3. С. 134-143.

Публикации в других изданиях

4. Николаев Ю.Е., Сизов С.В. Выбор рациональных режимов работы и электрической мощности малых ТЭЦ с ГТУ //Молодые ученые - науке и производству: материалы конф. молодых ученых. Саратов: СГТУ, 2007. C. 153-155.

5. Николаев Ю.Е., Сизов С.В. Оценка эффективности регулирования суточного электрического графика нагрузки на малых ТЭЦ с ГТУ //Молодые ученые - науке и производству: материалы конф. молодых ученых. Саратов: СГТУ, 2008. С. 152-154.

6. Николаев Ю.Е., Сизов С.В. Повышение эффективности работы малых ТЭЦ с ГТУ //Современные научно-технические проблемы теплоэнергетики и пути их решения: материалы Междунар. науч. конф. Саратов: СГТУ, 2008. С. 78-87.

7. Сизов С.В. Режимные особенности работы ГТУ - ТЭЦ малой мощности //Материалы VI Междунар. науч.-практ. конф. Пенза, 2005. С. 98-101.

8. Сизов С.В. Эффективность использования ГТУ в системе энергоснабжения //Материалы VI Междунар. науч.-практ. конф. Пенза, 2005. С. 14-18.

9. Сизов С.В. Повышение эффективности функционирования ТЭЦ малой мощности //Материалы II Региональной науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых специалистов. Тольятти, 2005. С. 21-23.

10. Сизов С.В. Приоритетные направления развития систем теплоснабжения //Материалы VIII Всерос. конф.-семинара. Тольятти-Сызрань, 2005. С. 98-100.

11.Сизов С.В. Выбор оптимальных режимов эксплуатации малых ТЭЦ //Материалы VII Междунар. науч.-практ. конф. Пенза, 2006. С. 123-126.

12. Сизов С.В. Экономическая оценка рисков при создании ТЭЦ малой мощности //Социально-экономическое развитие региона: сб. науч. тр. Самара, 2006. С. 157-161.

13. Сизов С.В. Технико-экономическая эффективность комбинированных систем теплоснабжения //Социально-экономическое развитие региона: cб. науч. тр. Самара, 2006. С. 161-165.

14. Сизов С.В., Николаев Ю.Е. Выбор количества устанавливаемых ГТУ на малой ТЭЦ //Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности: cб. материалов V рос. науч. - техн. конф. Ульяновск: УлГТУ, 2006. С. 14-15.

Размещено на Allbest.ru

...