№ 4
ИЗВЕСТИЯ АКАДЕМИИ НАУК ЭНЕРГЕТИКА
2014
УДК 620.9:662.6
ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНЫХ МАСШТАБОВ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВСЕРЕЖИМНОЙ ПГУ-20/25Т ДЛЯ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ НОВЫХ РАЙОНОВ МАЛЫХ ГОРОДОВ В ПЕРИОД ДО 2030 г.
© 2014 г. ПАНКРУШИНА Т.Г., ХОРШЕВ А.А., ШУЛЬГИНА В.С.
Институт энергетических исследований Российской академии наук (ИНЭИРАН), г. Москва E-mail: info@eriras.ru; epos@eriras.ru
В статье представлены предварительные результаты исследования эффективности ПГУ-20/25Т, разрабатываемой Всероссийским теплотехническим институтом. Ее отличительная черта — всережимность, т.е. возможность эффективной эксплуатации в независимых режимах по электрическому и тепловому графику, а также в режиме регулирования частоты и мощности в энергосистеме. В ходе исследования в качестве потенциальной области эффективного применения данной установки были выделены новые районы малых городов с населением 50—100 тыс. чел. На примере нескольких городов-представителей оценена общественная эффективность ПГУ-20/25Т по сравнению с альтернативными технологиями теплофикации на газе. Предварительно определены эффективные масштабы развития и наиболее предпочтительные регионы размещения ТЭЦ на базе ПГУ-20/25Т в ЕЭС России. Проведенное исследование показало достаточную конкурентоспособность рассматриваемой установки по сравнению с альтернативными технологиями теплофикации и значительные возможности ее эффективного применения.
Ключевые слова: электроэнергетика, теплофикация, эффективность, масштабы, область применения.
PRELIMINARY EFFICIENCY ASSESSMENT OF UTILIZATION OF ALL-PURPOSE CCGT-20/25T FOR ENERGY SUPPLY OF NEW TOWN DISTRICTS IN RUSSIA TILL 2030
PankrushinaT.G., Khorshev A.A., Shulgina V.S.
Energy Research Institute of Russian Academy of Sciences (ERIRAS), Moscow E-mail: info@eriras.ru, epos@eriras.ru
The article presents preliminary results of efficiency assessment of CCGT-20/25T designing by the All-Russian Thermal Engineering Institute (JSC "VTI"). Main distinguishing feature of this unit is universality, i.e. its capability for efficient operation in independent mode for electrical heat demand and its ability for frequency and supply control in the power systems. New districts of towns with a population of 50—100 thousand people were identified as a main potential area of effective application of such equipment. By the example of several representative towns the cost-effectiveness of CCGT-20/25T was evaluated comparing results with alternative gas-fired cogeneration technologies. In addition, effective development scale as well as most preferred citing regions in UES of Russia for CHP based on
CCFT-20/25T were estimated. As a result the study showed sufficient competitiveness and significant opportunities for effective application of such CHP equipment.
Key words: power generation, combined heat and power, efficiency, capacity, field of application.
В последнее время в нашей стране все больше внимания уделяется вопросам энергосбережения и снижения вредного воздействия на окружающую среду, и уже достигнуты определенные результаты в основном у конечных потребителей. Вместе с тем огромный потенциал энергосбережения скрыт в сфере производства электрической и тепловой энергии, на долю которой приходится около 50% внутреннего потребления первичных энергоресурсов. Одним из наиболее значимых путей повышения эффективности производства электроэнергии и тепла является использование теплофикации. Создание нового прогрессивного оборудования для газовых ТЭЦ, обеспечивающего высокую экономичность даже при небольшой мощности, способствовало активному использованию теплофикационных установок в сфере малой (распределенной) генерации, т.е. для энергообеспечения небольших по величине и концентрации потребителей. Следует отметить, что в настоящее время большая часть такого оборудования разрабатывается и производится за рубежом, что негативно сказывается на энергетической безопасности России и развитии отечественного энергетического машиностроения.
В таких условиях представляется актуальным проведение исследования эффективности и потенциальных масштабов применения различного теплофикационного оборудования, в т.ч. отечественного, для нужд распределенной генерации на длительную перспективу. Данное исследование выполняется применительно к условиям предпро-ектной стадии оценки эффективности различных технологий теплофикации, когда отсутствует информация о перспективном росте потребности в тепле и электроэнергии конкретных городов и о технико-экономических показателях конкретных источников их энергоснабжения.
В настоящем исследовании с помощью разработанного в ИНЭИ РАН методического подхода [1—3] сделана предварительная оценка эффективных масштабов применения различных технологий газовой теплофикации для энергоснабжения малых городов населением 50—100 тыс. чел. в сфере действия единой энергетической (ЕЭС) и газоснабжающей (ЕГС) систем России в период до 2030 г.
Разрабатываемая Всероссийским теплотехническим институтом (ОАО "ВТИ") в рамках федеральной целевой программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007— 2013 годы" теплофикационная ПГУ мощностью 20/25 МВт должна применяться в сфере распределенной генерации, в т.ч. для энергоснабжения некрупных населенных пунктов [4].
Главная отличительная черта данной установки — ее всережимность, т.е. возможность эффективной эксплуатации в независимых режимах по электрическому и тепловому графику, а также в режиме регулирования частоты и мощности в единой или выделенной энергосистеме, что достигается, в том числе за счет применения дожигания топлива в котле-утилизаторе. Представляется, что данная установка может стать одной из базовых для развития распределенной генерации в России. Поэтому на пред-проектной стадии необходимо оценить ее эффективность, сравнить с другими альтернативными теплофикационными источниками и определить эффективные масштабы ее возможного применения.
Характеристика рекомендуемых режимов работы ПГУ-20/25Т дана в табл. 1. Из нее видно, что использование дожигания на данной установке при незначительном увеличении ее электрической мощности позволяет добиться двукратного увеличения отпуска тепла (от 15 до почти 30 Гкал/ч), что позволяет ТЭЦ с двумя такими блоками работать с коэффициентом теплофикации аТЭц = 1 и отказаться от сооружения дополнительных пиковых водогрейных котлов. В качестве альтернативных технологий выбраны источ-
Технические характеристики ПГУ-20/25Т при работе в различных режимах [4]
Показатель Без дожигания топлива С дожиганием топлива
Режим работы теплофикационный конденсационный конденсационный теплофикационный
Использование ДУ ДУ1 ДУ2 ДУ1+ДУ2
Температура наружного воздуха, °С —28 —3,1 +8 +8 +15 +37 +15 —3,1 —3,1
Расход топлива на одну ГТУ, кг/с 0,846 0,864 0,877 0,877 0,883 0,753 0,883 0,864 0,864 (QpH = 49127 кДж/кг)
Расход топлива на дожигание, кг/с — — — — — — 0,161 0,186 0,412
Мощность ГТУ, % 100 100 100 100 100 100 100 100 100
Мощность ГТУ, МВт 15,496 15,496 15,496 15,496 15,496 12,475 15,496 15,496 15,496
Мощность ПТ, МВт 1,510 2,274 2,543 6,092 6,454 6,175 9,384 2,277 4,969
Мощность ПГУ брутто, МВт 17,006 17,770 18,039 21,588 21,950 18,650 24,880 17,773 20,465
Часовой отпуск тепла от ПГУ 13,2 15,7 16,5 — — — — 23,3 29,9 (тепловаямощность), Гкал/ч
Примечание: ДУ — дожигающие устройства.
ники, близкие по своей тепловой и электрической мощности и работающие в сети одного напряжения, что позволяет в исследованиях отказаться от учета необходимых тепловых и электрических сетей. В соответствии с этим в работе в качестве альтернативных рассмотрены типовые двухблочные ТЭЦ на базе ГТУ-16 (с отпуском тепла от одного блока 21,5 Гкал/ч) и ГПА, единичной мощностью 18,3 МВт и отпуском тепла 15 Гкал/ч. Очевидно, что для этих типов ТЭЦ установка ПВК обязательна, поскольку при традиционном аТЭц = 0,5 отпуска тепла от энергоблоков ТЭЦ с ГТУ-16 и ГПА недостаточно для обеспечения пиковой потребности в тепле при низких температурах воздуха.
При этом сравнение разных технологий теплофикации с раздельной схемой энергоснабжения не производится, поскольку это требует более детального учета особенностей каждого города, включая учет тепловых и электрических сетей, дефицит или избыточность города по производству электроэнергии, что представляется трудно реализуемым на данной стадии исследования.
В соответствии с предложенным методическим подходом [1—3] исследование включает следующие этапы:
1) Оценка спроса на теплоэнергию малых городов в период до 2030 г., их типизация.
2) Формирование альтернативных схем энергоснабжения рассматриваемых групп типовых городов и подготовка основных технико-экономических показателей сравниваемых генерирующих источников.
3) Экономическое сопоставление эффективности альтернативных технологий теплофикации при условии сооружения двухблочных ТЭЦ для различных регионов страны при варьировании основных влияющих факторов.
4) Предварительная оценка потенциально возможных масштабов эффективного использования всережимной ПГУ-20/25Т в период до 2030 г.
Наблюдаемая в последние годы тенденция увеличения доли коммунально-бытового хозяйства и сферы услуг в общей потребности в тепле (от 50% в 2000 г. до 56% в 2010 г.), при постепенном снижении доли прочих секторов народного хозяйства, делает целесообразным рассмотрение эффективности теплофикации для энергоснабжения именно этих двух секторов экономики. В работе принято допущение, что для существующей зоны жилой застройки городов потребность в тепле будет постепенно снижаться за счет выбытия из эксплуатации ветхого и аварийного жилья, улучшения теплотехнических характеристик здания (утепление, замена окон и т.д.), а также частичного переселения населения в зону новой жилой застройки. Это позволяет считать, что потребность в тепле зоны существующей застройки будет обеспечиваться от существующих источников, возможно, с их модернизацией. Прирост теплопотребления городов в период до 2030 г. будет обеспечиваться новыми источниками п
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.