Повышение эффективности малых тэц с гту путем выбора оптимального количества агрегатов и режимов их работы
На правах рукописи
СИЗОВ Сергей Валентинович
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
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).
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 Вэк, Вкэс, Вкот – 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; Зн, Зос – 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 Хi – расходная характеристика установки на i-м режиме работы при заданной величине тепловой нагрузки и температуры наружного воздуха; 
– продолжительность i-го режима, ч/год; Хi 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; Зрем, Зпуск – затраты на проведение аварийно-восстановительных работ и пуски–остановы основного оборудования, руб/год; ррез – 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; Qрез – 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 Зос,t, – затраты на подавление в t-й год -го выброса, руб/год; Вит – годовой расход натурального топлива источником теплоснабжения, м3/год (кг/год); Vит – суммарный удельный объем продуктов сгорания, м3/м3 (м3/кг); nt, – плата в t-й год за выброс -го ингредиента, руб/кг; Ct, – 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 14.
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 отключе-
нии 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 %.
– 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.
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 (Эин), 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.
– Эин в ценах 2009 г.; – Эин в ценах 2014 г.
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).
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 п = Nmax/Qmax. 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 п на эффективность работы МТ в условиях покрытия теплового и электрического графиков нагрузки выполнены расчеты интегрального эффекта, показанные на рис.9. Уменьшение п осуществлялось за счет увеличения присоединяемой тепловой нагрузки при постоянной электрической.
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.
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.
СИЗОВ Сергей Валентинович
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МАЛЫХ ТЭЦ С ГТУ ПУТЕМ
ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНОГО КОЛИЧЕСТВА АГРЕГАТОВ
И РЕЖИМОВ ИХ РАБОТЫ
Автореферат
Корректор О.А. Панина
| Подписано в печать | 18.11.09 | Формат 60х84 1/16 |
| Бум. офсет. | Усл. печ. л. 1,0 | Уч.-изд. л. 1,0 |
| Тираж 100 экз. | Заказ | Бесплатно |
Саратовский государственный технический университет
410054, Саратов, Политехническая ул., 77
Отпечатано в Издательстве СГТУ. 410054, Саратов, Политехническая ул., 77
