Використання теплоенергоцентралей в якості пікових та напівпікових потужностей
Забезпечення енергетичної безпеки України в умовах війни. Покращення техніко-економічних показників діючих теплоенергоцентралей. Ввод в експлуатацію додаткових парогазових і когенераційних установок малої потужності з кращими маневровими характеристиками.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 06.09.2024 |
| Размер файла | 22,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://allbest.ru
Використання теплоенергоцентралей в якості пікових та напівпікових потужностей
Філатов Володимир Іванович Філатов Володимир Іванович канд. техн. наук, доцент кафедри атомних електростанцій і інженерної теплофізики НТУУ «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна, Голенко Ірина Львівна Голенко Ірина Львівна канд. техн. наук, учений секретар Інститут теплоенергетичних технологій НАН України, Україна
Анотація
Забезпечення стабільної роботи об'єднаної енергосистеми потребує наявності 30-35% напівпікових та 15% пікових генеруючих установок. На сьогодні роль напівпікових виконують енергоблоки ТЕС потужністю 100-150 МВт, гідро- та гідроакумулюючі електростанції можуть виконувати функції пікових. енергетичний безпека україна парогазовий
Суттєве покращення техніко-економічних показників діючих ТЕЦ з урахуванням строків введення їх в експлуатацію можливе лише в разі корінної реконструкції з встановленням на майданчиках ТЕЦ нових установок (парогазові та когенераційні установки, що базуються на газопоршневих та газотурбінних технологіях, в тому числі установки малої потужності, які працюють на вторинних паливних ресурсах), що мають кращий коефіцієнт корисної дії та кращі маневрові характеристики.
Ключові слова: енергоустановки, когенераційні установки, напівпікові потужності, пікові потужності, газотурбінні ТЕЦ, парогазові установки.
У відповідності до [1], для забезпечення стабільної роботи об'єднаної енергосистеми (ОЕС) структура генеруючих потужностей повинна містить 3035% напівпікових та 15% пікових генеруючих установок. До напівпікових потужностей, що експлуатуються в ОЕС України, в теперішній час можуть бути віднесені енергоблоки ТЕС потужністю 100-150 МВт, а по пікових - гідро- та гідроакумулюючі електростанції.
За даними НЕК Укренерго [2], на кінець 2021 року потужність гідро - та гідроакумулюючих електростанцій України складала 4,829 і 1,488 ГВт, що відповідає 8,60% та 2,65% від загальної потужності всіх електрогенеруючих установок.
Однак вимогам до пікових генеруючих потужностей в повній мірі відповідають тільки гідроакумулюючі електростанції, тому що вони не мають ніяких, в тому числі сезонних і кліматичних, обмежень участі в регулюванні частоти в енергосистемі у випадках як зменшення, так і збільшення електроспоживання. Загальна потужність 5 енергоблоків ТЕС потужністю 100 --150 МВт, що ще находяться в експлуатації на Придніпровський, Добротворській та Миронівській ТЕС, складає 0,7 ГВт, що не перевищує 1,5% від всієї встановленої потужності ОЕС України.
В останні декілька років в структурі генеруючих потужностей ОЕС України значно збільшилась частка електростанцій, що використовують відновлювальні джерела енергії (ВДЕ). Так, загальна потужність сонячних та вітрових електростанцій складає 6,283 і 1,529 ГВт відповідно.
Разом це становить 13,9% від загальної потужності всіх електрогенеруючих установок.
Наявність значної частки таких генеруючих потужностей призводить до того, що на добові коливання споживання/генерації електричної енергії, накладаються значні коливання генерації (потужності) установок ВДЕ, пов'язані зі зміною атмосферних умов. В зимовий сезон наявність таких коливань компенсується за рахунок загальної участі в регулюванні частоти ГЕС, ГАЕС та ТЕС.
При цьому ТЕС, що знаходяться в експлуатації, працюють в межах свого регулювального діапазону і змінюють своє навантаження від 65% номінального в нічний час до номінального в період максимального споживання .
В літній сезон, коли сумарна потужність установок ВДЕ впродовж дня значно зростає, регулюючих можливостей ГЕС, ГАЕС та ТЕС стає недостатньо, що може призводити до необхідності зниження потужності електростанцій, призначених для роботи в базовому режимі. Для попередження таких ситуацій і виникає необхідність будівництва та вводу в експлуатацію додаткових пікових та напівпікових потужностей.
Порівняння зимових та літних добових графіків навантаження, що надаються НЕК «Укренерго» [3] дозволяє відмітити сезонну закономірність роботи ТЕЦ. Так, в зимовий період ТЕЦ працюють по тепловому графіку в базовому режимі, генеруючи близько 10% від загальної кількості електроенергії.
В літній період питома частка участі ТЕЦ в генерації зменшується і має місце коливання навантаження впродовж доби. Це свідчить про участь ТЕЦ в регулювання частоти в енергосистемі.
Зазначена особливість роботи ТЕЦ дозволяє зробити висновок, що вони можуть бути використані в якості напівпікових та в окремих випадках навіть пікових потужностей в разі суттєвого покращення їх техніко-економічних показників. Це може бути досягнуто як за рахунок модернізації діючих електростанцій, так і за рахунок їх корінної реконструкції з встановленням на майданчиках ТЕЦ нових установок, що мають кращий коефіцієнт корисної дії та кращі маневрові характеристики.
Для визначення можливих шляхів покращення техніко-економічних та технічних характеристик ТЕЦ України, що знаходяться в експлуатації, необхідно провести порівняльний аналіз їх генеруючих потужностей. На підставі інформації, наведеної в [4], всі ТЕЦ можливо поділити на три основні групи.
Загальні характеристики цих груп, які необхідно взяти до уваги при визначені пропозицій щодо реконструктивних заходів, наведено в таблиці.
Таблиця 1
Порівняльний аналіз генеруючих потужностей ТЕЦ України
|
Група |
Рік введення в експлуатацію (після реконструкції) |
Загальна номінальна теплова потужність на кінець 2012 року, МВт |
Середня кількість годин роботи за рік за період 2008-2012 рр. |
|
|
1 |
1974-1979 |
2262-2756 |
5298-6440 |
|
|
2 |
1972-1975 |
1000-1350 |
5025-6867 |
|
|
3 |
1956-1964 |
738-898 |
2740-4300 |
До першої групи відносяться потужні ТЕЦ, що розміщені біля великих міст - Києва та Харкова (Київські ТЕЦ 5 та ТЕЦ 6 та Харківська ТЕЦ 5). Технічні характеристики цих ТЕЦ можна розглянути на прикладі Київської ТЕЦ 5.
До встановленого на цій ТЕЦ обладнання, призначеного для одночасної генерації електричної та теплової енергії, відносяться два потужних енергоблоки, що мають в своєму складі парові котли надкритичного тиску ТГМП-314А та теплофікаційні турбіни Т-250/300-240, також два котли ТГМ-96А і дві теплофікаційні турбіни Т-100/120-130. Сумарна електрична потужність складає 720 МВт при тепловій потужності теплофікаційних установок 974 Гкал/год. Зазначене обладнання було введене в експлуатацію в період з 1971 по 1976 роки, відповідно має напрацювання 280-300 тисяч годин. Коефіцієнт використання встановленої потужності складає 0,73 впродовж року, а значення цього показника впродовж неопалювального періоду - 0,48. Це свідчить про значне зменшення навантаження і можливу участь в регулюванні частоти в енергосистемі в якості напівпікових потужностей.
До другої групи відносяться ТЕЦ середньої потужності, що розміщені біля великих міст і були призначені для одночасного постачання теплової енергії для крупних промислових підприємств та побутових споживачів. Технічні характеристики цієї групи можна розглянути на прикладі Кременчуцької ТЕЦ.
До встановленого на цій ТЕЦ обладнання, призначеного для одночасної генерації електричної та теплової енергії відносяться чотири котла ТГМ-84, одна турбіна Т-100, дві турбіни ПТ-50, та одна турбіна Р-50. Встановлена електрична та теплова потужність переліченого обладнання складає 255 МВт і 815 Гкал/год. відповідно. Зазначене обладнання теж було введене в експлуатацію в період з 1971 по 1976 роки, відповідно має напрацювання 310-340 тисяч годин.
Коефіцієнт використання встановленої потужності складає 0,78 впродовж року, а значення цього показника впродовж неопалювального періоду - 0,58.
Більш інтенсивна робота цієї ТЕЦ впродовж неопалювального періоду в порівнянні з роботою ТЕЦ-5 може пояснюватись необхідністю забезпечення теплопостачання обладнання Кременчуцького нафтопереробного комбінату.
До третьої групи відносяться міські ТЕЦ невеликої потужності, що призначені для теплопостачання окремих районів великих міст. Технічні характеристики цих ТЕЦ можна розглянути на прикладі Херсонської ТЕЦ.
До встановленого на цій ТЕЦ обладнання, призначеного для одночасної генерації електричної та теплової енергії, відносяться три котли БКЗ-160-100 і дві турбіни ПР-25-90/10-0,9. Встановлена електрична потужність Херсонської ТЕЦ складає 80 МВт при загальній номінальній тепловій потужності 738 Гкал/год.
Зазначене обладнання було введене в експлуатацію в період з 1965 по 1969 роки, а кількість годин його роботи за рік складає 2740. Це може свідчити про незадовільні техніко-економічні і технічні показники роботи Херсонська ТЕЦ, які роблять економічно невиправданою її роботу впродовж всього опалювального сезону.
Техніко-економічні показники, що визначаються початковими параметрами робочого середовища зазначених груп ТЕЦ не можуть бути суттєво покращені. При цьому потрібно враховувати, що основне обладнання цих ТЕЦ було введено в експлуатацію понад 50 років тому і ресурсні характеристики його практично спрацьовані .
В якості установок ТЕЦ, що пропонується використовувати як напівпікові та пікові потужності, можна розглянуті ПГУ-ТЕЦ та когенераційні установки, що базуються на газопоршневих та газотурбінних технологіях, а саме:
- ПГУ-ТЕЦ великої потужності з теплофікаційною турбіною;
- газопоршневі ТЕЦ, що мають в своєму складі потужні дизельні двигуни та комплексне теплоутилізуюче обладнання;
- газотурбінні ТЕЦ, що мають в своєму складі газову турбіну та водогрійній котел-утілізатор.
ПГУ-ТЕЦ великої потужності можна розглянути на прикладі ПГУ-410 з газовою турбіною M701 F4 фірми Mitsubishi. До складу такої ТЕЦ входить також котел утилізатор та теплофікаційна турбіна Т-113/145-12,5. Потужність теплофікаційної установки ТЕЦ складає 220 Гкал/годину.
Час з моменту пуску з холодного стану до підключення до мережи для ПГУ - ТЕЦ з потужними газовими турбінами складає 10-15 хвилин з подальшим виходом на номінальну потужність впродовж 90-120 хвилин. Це свідчить про те, що ПГУ-ТЕЦ можуть використовуватись в якості напівпікових, а в окремих випадках і пікових потужностей.
Питомі капітальні витрати на будівництво ПГУ-ТЕЦ складають 1000-1100 $ США [5] при термінах проектування, будівництва та вводу в експлуатацію 4-5 років.
Обладнання газопоршневих ТЕЦ складається з потужних дизельних двигунів та теплообмінного обладнання, що утилізує тепло відходящих газів та тепло системи охолодження двигуна. В якості палива використовується природний газ низького чи середнього тиску. Основні характеристики такої електростанції можна розглянути на прикладі ТЕЦ в місті Болград [6]. її проєктна електрична потужність складала 46,65 МВт, а теплова - 18 Гкал/час. Генерація електричної енергії здійснюється п'ятьма газопоршневими двигунами потужністю 8,73 МВт фінської фірми WARTSILA і паровою турбіною потужністю 3 МВт. Для утилізація теплоти газопоршневих двигунів встановлено парові котли утилізатори та теплофікаційні модулі для постачання споживачам теплової енергії в вигляді мережевої води. Заміна парового котла -утилізатора на водогрійний дозволяє досягнути максимально можливої генерації теплової енергії. При цьому електрична потужність такої ТЕЦ буде складати 43,7 МВт, а теплова потужність - 33,7 Гкал/годину.
Газотурбінні ТЕЦ мають дещо краще співвідношення потужності, що відноситься на частки електричної та теплової генерації. Так ТЕЦ, в якої в якості основного обладнання використовуються дві газові турбіни середньої потужності LM6000 та два водогрійних котла -утилізатора має електричну і теплову потужності 80 МВт та 75 Гкал/годину відповідно [6].
Маневрові показники ТЕЦ на базі газопоршневих двигунів та газотурбінних ТЕЦ ідентичні і відповідають вимогам до пікових потужностей. Час з моменту пуску з холодного стану до підключення до мережі, а також час зупинки і відключення, складає декілька хвилин. Питомі капітальні витрати на будівництво таких ТЕЦ складають 700-900 $ США при термінах проектування, будівництва та вводу в експлуатацію 2-4 роки.
В якості пікових установок можуть також використані газотурбінні та газопоршневі когенераційні установки малої потужності, які працюють на вторинних паливних ресурсах. До таких ресурсів можуть бути віднесені біогаз термічного та низкотемпературного розкладання органічних речовин, а також гази, що містять шахтний метан. Електрична та теплова потужність таких установок може складати 3-5 МВт та 1,5-2 Гкал/год. відповідно.
Висновки
1. Маневрові характеристики ПГУ-ТЕЦ та когенераційних установок, такі як швидкість пуску та вихід на потужність з холодного стану та зупинки, в повному обсязі задовольняють вимоги до пікових та напівпікових потужностей.
2. Потужні ПГУ-ТЕЦ призначені для роботи в межах регулювального діапазону впродовж 6000-7000 годин на рік., а ККД при роботі в ТЕЦ в конденсаційному режимі складає 57-58%.
Їх спорудження може бути здійснене як введення в дію потужностей, призначених у відповідності до «Енергетичної стратегії України на період до 2035 року», для заміни потужностей, що планується вивести з експлуатації.
Високий ККД та відсутність шкідливих викидів в довкілля робить оптимальним спорудження їх в межах великих міст на майданчиках першої та другої групи ТЕЦ, характеристики яких наведені вище.
3. Сучасні потужні газопоршневі (дизельні) двигуни та газові турбіни виробництва всесвітньо відомих компаній (WARTSILA, General Electric, Siemens тощо) мають ККД на рівні 36-40% і ресурсні характеристики, що дозволяють здійснювати надійну роботу 4000-4500 годин на рік упродовж проектного терміну експлуатації (25-30 років).
Це в свою чергу дозволить забезпечити споживачів теплової енергії упродовж опалювального періоду, а також взяти участь в регулюванні частоти об'єднаної енергосистеми в літній сезон в якості пікових потужностей.
Вони можуть бути призначені для заміни ТЕЦ третьої групи, що характеризуються практичним спрацьовуванням ресурсних характеристик та низькими техніко-економічними показниками.
4. Газотурбінні та газопоршневі когенераційні установки малої потужності, які працюють на вторинних паливних ресурсах, можуть використовуватись для теплопостачання промислових підприємств та невеликих населених пунктів чи груп споживачів теплової енергії з використовуванням їх в якості пікових потужностей в неопалювальний сезон.
Список використаних джерел
[1] Черноусенко, О. Ю. (2014). Стан енергетики України за результатами модернізації енергоблоків ТЕС. Проблеми загальної енергетики, (39), 20-28.
[2] НЕК «Укренерго». (2019). Встановлена потужність енергосистеми України. Вилучено із https://ua.energy/vstanovlena-potuzhnist-energosystemy-ukrayiny/
[3] НЕК Укренерго. (2019). Добовий графік виробництва/споживання електроенергії. Вилучено із https://ua.energy/peredacha-i-dyspetcheryzatsiya/dyspetcherska- informatsiya/dobovyj-grafik-vyrobnytstva-spozhyvannya-e-e/.
[4] Про Національний план скорочення викидів від великих спалювальних установок.(Закон України). № 796-р. (2017). Вилучено з https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/796-2017-%D1 %80#Text
[5] Малинина, Т. В., Чишко, С. Д. (2017). Cравнительная оценка эффективности АЕС и КЕС в электроэнергетике. Научно-технические ведомости СПбГПУ. Экономические науки, (1), 80-89.
[6] Филатов, В. И., Филатова, С. Д., Никифорова, Н. М. (2010) Результаты сравнения технико-экономических показателей теплоенергетических объектов. Вилучено із https://docplayer.com/82641320-Pod-terminom-teploenergeticheskie-obekty-v- nastoyashchem-doklade-podrazumevayutsya-elektro-i-teplogeneriruyushchie-obekty- kogeneracionnye-ustanovki-a-takzh.html
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Огляд сучасних когенераційних установок. Особливості використання ДВЗ в КУ. Низькокалорійні гази і проблеми використання їх у КУ. Розрахунок енергоустановки та опис робочого процесу. Техніко-економічне обґрунтування. Охорона навколишнього середовища.
дипломная работа [937,3 K], добавлен 05.10.2008Аналіз стану та основних проблем енергетичної галузі Вінницької області. Впровадження енергозберігаючої технології на Соколівському цукровому заводі. Визначення витрат пари на турбіну і теплофікацію. Розрахунок техніко-економічних показників роботи ТЕЦ.
курсовая работа [181,5 K], добавлен 27.07.2015Особливості функціонування гідроенергетики України. Становлення малої гідроенергетики України. Аналіз ефективності малої гідроенергетики України. Еколого-економічні аспекти регіональної гідроенергетики.
курсовая работа [35,2 K], добавлен 30.03.2007Обґрунтування можливих варіантів теплопостачання для теплоелектроцентралі. Проведення вибору оптимального обладнання для повного забезпечення в теплі району м. Львів. Розрахунок та порівняння основних техніко-економічних показників ТЕЦ та котельні.
контрольная работа [129,5 K], добавлен 31.07.2011Визначення основних джерел (корисні копалини, ядерні, поновлювані) та принципів збереження енергії. Розгляд переваг (мінімізація витрат на транспортування палива) та проблем (утворення газогідратів) використання газотурбінних когенераційних установок.
реферат [1,7 M], добавлен 07.06.2010Перерахунок обмотки асинхронного двигуна на іншу напругу, при зміні числа полюсів. Вмикання трифазних двигунів в однофазну мережу. Вибір потужності асинхронного електродвигуна для приводу типових механізмів. Розрахунок трансформаторів малої потужності.
курсовая работа [497,5 K], добавлен 06.09.2012Формування системи нелінійних алгебраїчних рівнянь вузлових напруг у формі балансу струмів, у формі балансу потужностей. Імовірність події перевищення активної потужності максимальної потужності. Дійсна максимальна потужність трансформаторної підстанції.
контрольная работа [1,5 M], добавлен 04.05.2014Розрахунок стержневого трансформатора з повітряним охолодженням. Визначення параметрів і маси магнітопроводу, значення струму в обмотках, його активної потужності. Особливості очислення параметрів броньового трансформатора, його конструктивних розмірів.
контрольная работа [81,7 K], добавлен 21.03.2013Генеруючи потужності України, зруйновані під час бойових дій. Стан порушених ТЕЦ. Розподіл операційної потужності об’єктів електрогенерації. Вартість газу, нафти, вугілля та електроенергії за останній час. Контекст та цілі плану відновлення України.
презентация [3,5 M], добавлен 15.12.2022Дослідження можливості використання насосної установки як регулятора електроспоживання. Техніко-економічні показники насосної станції. Розрахунок витрат електричної енергії на роботу додаткових споживачів. Встановлення датчиків руху в приміщенні станції.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 21.03.2013Розрахунок та аналіз основних техніко-економічних показників електричної мережі, а також визначення основного направлення на зниження витрат та собівартості передачі електроенергії. Економічне обґрунтування розроблених методів, можливості застосування.
курсовая работа [492,6 K], добавлен 12.05.2010Зміст перетворень в електричних колах та їх розрахунку за допомогою рівнянь Кірхгофа. Метод контурних струмів і вузлових потенціалів. Баланс потужностей та топографічна векторна діаграма. Визначення діючих та миттєвих значень струмів у всіх вітках.
контрольная работа [157,4 K], добавлен 19.08.2011Розробка заходів по модернізації системи управління електроприводу насосу з метою поліпшення його техніко-економічних показників. Вибір перетворювача напруги, визначення необхідних параметрів регулювання. Розрахунок і вибір електродвигунів установки.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 28.03.2019Вибір числа й потужності трансформаторів ТЕЦ-90. Техніко-економічне порівняння структурних схем. Вибір головної схеми електричних сполук, трансформаторів струму і струмоведучих частин розподільних пристроїв. Розрахунок струмів короткого замикання.
курсовая работа [210,4 K], добавлен 16.12.2010Розробка ефективної схеми електромережі району з урахуванням прогнозу навантажень та забезпечення надійності, інших технічних та економічних обмежень. Вибір трансформаторів та схем підстанцій споживачів. Основні техніко-економічні показники мережі.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 27.02.2015Вплив сезонності на ефективність роботи вітроелектростанції (ВЕС). Коефіцієнт використання встановленої потужності. Вплив діаметра ротора, висот установок та місця розташування ВЕС. Тенденція до зменшення отриманих значень на відміну від табличних.
контрольная работа [68,2 K], добавлен 24.01.2015Розрахунок енергетичних характеристик і техніко-економічних показників системи сонячного теплопостачання для нагріву гарячої води. Схема приєднання сонячного колектора до бака-акумулятора. Визначення оптимальної площі поверхні теплообмінника геліоконтури.
контрольная работа [352,2 K], добавлен 29.04.2013Особливості розробки малопотужного тиристорного електроприводу постійного струму. Аналіз існуючих тиристорних електроприводів постійного струму. Розрахунок техніко-економічних показників систем електроприводу. Можливі несправності і методи їх усунення.
курсовая работа [4,9 M], добавлен 16.05.2013Проблеми енергетичної залежності України від Росії та Європейського Союзу. Розробка концепцій енергетичного виробництва та споживання готових енергетичних ресурсів. Залежність між підходом до використання енергетичних ресурсів та економічною ситуацією.
статья [237,2 K], добавлен 13.11.2017Визначення резонансної частоти, хвильового опору та смуги пропускання контуру, напруги та потужності на його елементах. Побудова векторних діаграм для струмів та напруг. Трикутники опорів та потужностей для частот. Графіки для функціональних залежностей.
контрольная работа [866,6 K], добавлен 10.05.2013
