Петрушкин А.В. Эффективность комбинированных систем теплоснабжения - файл n1.doc

Петрушкин А.В. Эффективность комбинированных систем теплоснабжения
скачать (101.6 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc1737kb.24.11.1998 08:31скачать

n1.doc



На правах рукописи

Петрушкин Александр Викторович
ЭФФЕКТИВНОСТЬ

КОМБИНИРОВАННЫХ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ


Специальность 05.14.01 - Энергетические системы и комплексы
АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Саратов

1998

Работа выполнена на кафедре «Теплоэнергетика»

Саратовского государственного технического университета

Научный руководитель – кандидат технических наук, доцент
Ларин Е. А.

Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор

Попов А.И.
кандидат технических наук, старший научный сотрудник Борисенков А.Э.


Ведущая организацияАООТ «Саратовэнерго»

Защита состоится 25 декабря 1998 года в 10.00 на заседании диссертационного совета Д 063. 58. 02 в Саратовском государственном техническом университете по адресу: 410054 г. Саратов, ул. Политехническая, 77, ауд. 216 А.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Саратовского
государственного технического университета.

Автореферат разослан 25 ноября 1998 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент Е.А. Ларин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Традиционные теплофикационные системы на базе централизованных источников с комбинированной выработкой электрической и тепловой энергии не обеспечивают расчетной экономии топлива и общей эффективности. Это связано, главным образом, с двумя факторами. Первый из них обусловлен тем, что системная экономия топлива за счет централизации теплоснабжения практически сведена к нулю, так как КПД котельных повышен до значений КПД энергетических котлов. Второй связан с тем, что функционирование теплофикационных централизованных систем сопровождается большими тепловыми потерями (достигающими 20 %) при транспорте горячей воды и затратами электроэнергии на перекачку сетевой воды. Кроме того, вследствие высокой повреждаемости тепловых магистралей, надежность централизованных систем теплоснабжения оказывается низкой. В новых экономических условиях, когда централизованные инвестиции на восполнение выбывающих в связи с выработкой ресурса и развитие генерирующих мощностей отсутствуют, появилась тенденция строительства децентрализованных источников энергоснабжения, как правило, котельных. Наряду с преимуществами такие источники имеют ряд существенных недостатков, связанных с неэффективным использованием топлива, в основном, природного газа, негативным влиянием таких источников на окружающую среду в зоне их размещения и т.п.

В этих условиях одним из важнейших направлений совершенствования теплофикационных систем и обеспечения максимальной экономии топлива является сочетание преимуществ централизованных источников теплоснабжения (ТЭЦ) с децентрализованными источниками и создание на этой основе комбинированных систем теплоснабжения.

Отмеченные недостатки существующих централизованных теплоснабжающих систем определили выбор предмета исследования диссертационной работы, заключающегося в обосновании, разработке и исследовании эффективности комбинированных систем теплоснабжения.

Работа выполнена в рамках научного направления Проблемной научно-исследовательской лаборатории теплоэнергетических установок электростанций 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», а также программой конкурса грантов в области энергетики и электротехники по разделу С-098 «Экономия топлива и тепловой энергии».

Объект исследования: комбинированные системы теплоснабжения на основе районных ТЭЦ и мини-ТЭЦ на базе теплофикационных ГТУ малой и средней мощности.

Цель работы: определение эффективности комбинированных систем теплоснабжения на базе районных ТЭЦ и источников теплоснабжения на основе теплофикационных ГТУ.

Основные задачи исследования:

1. Разработка показателей и методов расчета системной тепловой и топливной эффективности комбинированных систем теплоснабжения.

2. Разработка методов расчета и обеспечения надежности комбинированных теплоэнергетических установок ТЭЦ, мини-ТЭЦ на базе теплофикационных ГТУ и комбинированных систем теплоснабжения.

3. Разработка математической модели и проведение расчетно-теоретических исследований мини-ТЭЦ на базе теплофикационных ГТУ малой и средней мощности в системах комбинированного теплоснабжения с учетом режимных и климатических факторов.

4. Определение технико-экономической эффективности комбинированных систем теплоснабжения и рациональных областей применения мини-ТЭЦ на базе теплофикационных ГТУ в составе комбинированных систем теплоснабжения.

Методы исследования: методология системных исследований в энергетике, математическое моделирование комбинированных систем теплоснабжения в реальных условиях их функционирования, методы исследования надежности систем энергетики и технико-экономического анализа теплоэнергетических установок и систем.

Научная новизна результатов исследования:

1. Разработаны теоретические положения расчета системной тепловой и топливной эффективности комбинированных систем теплоснабжения на базе районных ТЭЦ и мини-ТЭЦ с теплофикационными ГТУ.

2. Предложен метод расчета показателей надежности комбинированных систем теплоснабжения как структурно-сложных многофункциональных систем.

3. Разработана математическая модель мини-ТЭЦ на базе теплофикационных ГТУ в составе комбинированных систем теплоснабжения с учетом режимных и климатических факторов.

4. Определена технико-экономическая эффективность и экономически целесообразные области применения мини-ТЭЦ на базе теплофикационных ГТУ в составе комбинированных систем теплоснабжения.

Практическая значимость. Результаты исследования, формализованные в виде методики определения технико-экономической эффективности комбинированных систем теплоснабжения:

- комплексно определяют взаимосвязь технологических, экономических, экологических факторов и надежности теплоснабжения при производстве электрической и тепловой энергии в комбинированных системах;

- составляют научно-методическую основу формирования исходной информации по определению путей создания новых и повышения эффективности существующих региональных систем теплоснабжения.

Проведено технико-экономическое обоснование и определены условия применения комбинированных теплоснабжающих систем. Определена тепловая и топливная эффективность комбинированных систем теплоснабжения. Даны рекомендации по методам обеспечения нормативных показателей надежности энергоснабжения потребителей в комбинированных системах теплоснабжения. Результаты расчетно-теоретических исследований мини-ТЭЦ на базе утилизационных ГТУ малой и средней мощности с учетом реальных условий их работы в составе комбинированных теплоснабжающих систем.

На защиту выносятся. Методические положения расчета и результаты системной и топливной эффективности комбинированных систем теплоснабжения по сравнению с традиционными теплофикационными системами. Метод расчета показателей надежности комбинированных систем теплоснабжения. Математическая модель и результаты расчетно-теоретических исследований мини-ТЭЦ на базе утилизационных ГТУ в составе комбинированных систем теплоснабжения с учетом реальных режимов работы и климатических факторов. Методические положения и результаты расчетов технико-экономической эффективности мини-ТЭЦ на базе теплофикационных ГТУ малой и средней мощности в составе комбинированных систем теплоснабжения.

Достоверность результатов и выводов диссертационной работы обоснована использованием методологии системных исследований в энергетике, фундаментальных закономерностей технической термодинамики, теплопередачи и теории надежности систем энергетики. Математические модели комбинированных систем теплоснабжения разработаны на основе методов, апробированных на решении ряда других задач. Проведено сопоставление полученных результатов и выводов исследования с имеющимися данными на основе других теоретических подходов.

Апробация работы. Материалы, вошедшие в диссертацию, докладывались и обсуждались на научных конференциях и семинарах Саратовского государственного технического университета в 1995-1998 гг. (г. Саратов), на Межвузовской научно-технической конференции «Повышение эффективности и надежности теплоэнергетического оборудования, систем и комплексов» (г. Саратов, 1996 г.), на Межвузовской научной конференции «Вопросы повышения эффективности теплоэнергетических установок и систем» (г. Саратов, 1997 г.), на Межвузовской школе-семинаре «Проблемы совершенствования теплоэнергетических установок» (г. Ульяновск, 25-26 августа 1998 г.), на научном совете «Теплоэнергетика и теплофизика» отделения физико-технических проблем энергетики Российской академии наук (28 октября 1998 г., Москва, ИВТАН РАН).

Публикации. По материалам диссертации автором опубликовано 4 печатных работы.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 196 страницах и состоит из предисловия, введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников 108 наименований, имеет 30 рисунков, 18 таблиц.

Содержание работы


В предисловии дана краткая формулировка проблемы повышения эффективности систем теплоснабжения, обоснована актуальность и поставлена цель работы, определены основные задачи исследования, отражены научная новизна полученных результатов, их практическая ценность и апробация.

Во введении выполнен анализ современного состояния и тенденций развития систем теплоснабжения, направления повышения эффективности теплофикационных систем. Отмечено, что в современных условиях главным фактором функционирования централизованных систем теплоснабжения является эффективное, надежное и безопасное энергоснабжение потребителей при меняющейся конъюнктуре рынка топлива, оборудования, энергетического спроса на электрическую и тепловую энергию и т.п. В рамках этой цели важнейшей задачей ближайшего периода (до 2010 г.) является формирование новых организационных и технологических основ для эффективного, надежного и экологически приемлемого удовлетворения промышленности и коммунально-бытового сектора электроэнергией и теплотой.

Наибольший вклад в развитие теории теплофикационных систем внесли акад. Мелентьев Л.А. и Стырикович М.А., проф. Андрющенко А.И., Соколов Е.Я., Хлебалин Ю.М., Хрилев Л.С. и др. Вместе с тем, выполненный анализ исследований в области повышения эффективности теплоснабжающих систем выявил необходимость проведения дополнительного комплекса исследований в обоснование эффективности комбинированных систем теплоснабжения в новых экономических условиях. В результате проведенного анализа схем, параметров и характеристик мини-ТЭЦ, а также выполненных исследований по повышению эффективности теплоснабжающих систем сформулирована цель и поставлены задачи исследования.

В первой главе «Основы методики исследования» разработана методика расчета показателей системной тепловой и топливной эффективности комбинированных систем теплоснабжения. Используемые в настоящее время показатели тепловой экономичности комбинированных теплофикационных установок, такие как удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении , коэффициент использования теплоты топлива kит, не позволяют оценить их системную эффективность. Поэтому предложено для этих целей использовать показатель удельной экономии топлива , где  - системная экономия топлива от комбинированной выработки электроэнергии и теплоты по сравнению с раздельной; - годовой расход топлива на ТЭЦ. Оценка системной экономии топлива при использовании мини - ТЭЦ на базе теплофикационных ГТУ в системах комбинированного теплоснабжения (см. рис.1) имеет свои особенности, связанные с тем, что здесь имеется определенная доля раздельной выработки электроэнергии с относительно низким КПД, что приводит к перерасходу топлива. Другой особенностью теплофикационных ГТУ является возможность дожигания дополнительного количества топлива в котле - утилизаторе для повышения его тепловой мощности и покрытия пиковых нагрузок, что приводит к дополнительному расходу топлива на раздельную выработку теплоты.

Системная экономия топлива от комбинированной выработки электроэнергии и теплоты представлена зависимостью вида

(1)

где - удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении;  - электрический КПД КЭС;  - коэффициент использования теплоты топлива в теплофикационном цикле; - электрический КПД ГТУ; - КПД котельной; - КПД дожигательного устройства; - коэффициент использования теплоты уходящих газов ГТУ; - соответственно, коэффициенты, учитывающие тепловые потери при транспорте теплоносителя, потребление электроэнергии на перекачку теплоносителя сетевыми насосами и выработку пиковой тепловой энергии.

Из (1) следует, что использование теплофикационных ГТУ обеспечивает большую экономию топлива, несмотря на значительную долю (до 20%) раздельной выработки электроэнергии, главным образом, за счет снижения потерь энергии на перекачку теплоносителя и тепловых потерь. Разработана методика расчета экономии топлива в комбинированной системе теплоснабжения по сравнению с раздельной выработкой электроэнергии и теплоты. Установлено, что величина системной экономии топлива определяется следующими показателями: удельной выработкой электроэнергии на тепловом потреблении , коэффициентом использования теплоты топлива теплофикационного потока, электрическим КПД замещаемой КЭС, а также величиной потерь энергии при транспорте теплоты.


Рис. 1. Принципиальная схема комбинированной системы

теплоснабжения и термодинамические циклы теплофикационных
энергоустановок
В основу определения сравнительной экономической эффективности комбинированных систем теплоснабжения положен расчет интегрального социально-экономического эффекта, определяемого как

, (2)

где - соответственно, экономия затрат в t-й год в сферах производства и потребления всех видов энергии, вырабатываемых системой;  - стоимостная оценка социального эффекта в t-й год в сравниваемых вариантах;  - стоимостная оценка системного эффекта при сравнении вариантов энергетических систем, отличающихся уровнем надежности энергоснабжения потребителей в t-й год; Фт - разность остаточной стоимости основных фондов на конец расчетного периода времени Т; Е - норматив приведения разновременных затрат и эффектов.

Для корректного использования указанного критерия оценки общей эффективности сформулированы условия сопоставимости сравниваемых вариантов, учитывающие энергетическую сопоставимость, надежность теплоснабжения и социальные факторы. Кроме того, обосновано применение вспомогательных критериев эффективности, учитывающих финансовую эффективность сравниваемых вариантов.

Одним из обязательных условий проектирования и функционирования систем теплоснабжения является обеспечение надежности энергоснабжения потребителей. Обеспечение надежности теплоснабжения потребителей в комбинированных системах теплоснабжения осуществляется путем создания гибких технологических схем, использования всех видов резервирования: нагрузочного, структурного, функционального и временного, а также созданием специального системного резерва мощности. Критерием выбора оптимальных технических решений является:

при , (3)

где X, Y - вектор оптимизируемых параметров и схемных решений теплоснабжающей системы; - соответственно, значения показателей надежности (ПН) по отпуску электроэнергии и горячей воды на отопление и их нормативные значения.

При заданных (нормированных) значениях показателей надежности дополнительные затраты на обеспечение надежного электроснабжения рассчитываются по формуле

, (5)

где - удельный расход топлива i-й установкой мощностью Ni в режиме работы на номинальной и на пониженной частоте соответственно; р - время запаздывания ввода резервной установки в случае отказа исследуемой установки; пл - плановое число работы исследуемой установки в году; q - коэффициент аварийности установки; bр, b - удельные расходы топлива резервной и исследуемой установками; Цтр, Цт - стоимость топлива, расходуемого резервной и исследуемой установками; - затраты топлива на пуск-останов резервного оборудования.

Дополнительные затраты на обеспечение надежности теплоснабжения определяются как

, (6)

где n - число резервных водогрейных котлов производительностью с удельными капиталовложениями ; b- удельный расход топлива в котельной; x - коэффициент, учитывающий условия финансирования строительства резервной котельной и амортизационные отчисления;  - число часов работы резервной котельной, зависящее от требуемого уровня надежности теплоснабжения потребителя; , - затраты топлива на пуск-останов котельной и прочие расходы.

Предварительный анализ системной топливной эффективности различных схем теплоснабжения по разработанной методике позволил обосновать расчетную схему комбинированной системы теплоснабжения, приведенной на рис.1. Здесь районная ТЭЦ покрывает нагрузку горячего водоснабжения, при этом достигается наиболее эффективная работа ТЭЦ. Мини-ТЭЦ на базе теплофикационных ГТУ покрывает отопительную нагрузку.

Во второй главе «Обеспечение надежности комбинированных систем теплоснабжения» разработан метод расчета показателей надежности комбинированных систем теплоснабжения с учетом реальных условий их функционирования, позволяющий определять оптимальную структурную схему и способы обеспечения заданных показателей надежности теплоснабжения.

Метод основан на использовании декомпозиции общей задачи расчета показателей надежности системы. Такое деление осуществляется по функциональному признаку, что позволяет проводить расчет показателей надежности основного источника (районной ТЭЦ), системы транспорта теплоты и мини-ТЭЦ на базе теплофикационных ГТУ. Решение координирующей задачи расчета ПН проводится как для параллельно-последовательной структуры.

Проведен выбор и обоснование применяемых единичных и комплексных ПН. Наряду с известными в работе использован динамический вероятностный показатель надежности систем теплоэнергоснабжения, учитывающий как полные и частичные отказы работоспособности, так и отказы функционирования - коэффициент эффективности функционирования системы kэ(t), рассчитываемый по формуле

, (9)

где - вероятность того, что в момент времени t значение выходного эффекта системы (уровень отпускаемой энергии) Ф будет не ниже некоторого заданного значения Фs; - вероятность того, что в момент времени t величина выходного эффекта Фs будет не ниже требуемого графиком нагрузок потребителя Фтр.

Районная ТЭЦ представлена как совокупность параллельно работающих однотипных или разнотипных агрегатов с поперечными связями или без них. Каждая комбинированная установка представлена совокупностью последовательных агрегированных блоков, в общем случае состоящих из рабочих и резервных элементов, имеющих нагрузочный резерв. Любое из возможных состояний установки характеризуется вектором вида

, (10)

где - число работоспособных элементов i-го блока; - рабочая электрическая мощность КЭУ в z-м состоянии; - рабочая производительность КЭУ по отпуску теплоты r-м теплоносителем; n - число возможных состояний системы; m - число видов энергии и энергоносителей, отпускаемых системой.

Значение рабочей электрической мощности установки определяется как

, (11)

где - число работоспособных элементов в i-м блоке однотипных элементов в z-м состоянии; NН - номинальная мощность установки в полностью работоспособном состоянии.

Величина выходного эффекта установки по отпуску теплоты в z-м состоянии определяется как

- при отсутствии функционального резерва в i-м блоке (например, РОУ), т.е. при =0

, (12)

- в случае когда №0 и

, (13)

- в случае, когда ,

(14)

Эволюция состояний системы описана марковской моделью с непрерывным временем и дискретным множеством состояний. Формирование матрицы интенсивностей переходов и расчет вероятностей состояний установки с соответствующим выходным эффектом позволили определить взаимозависимые ПН комбинированных установок по отношению к отпуску электрической и тепловой энергии. На рис.2 показано изменение коэффициентов готовности блока Т-100-130 по отпуску электрической и тепловой энергии. Установлено, что в технико-экономических расчетах можно пользоваться стационарными значениями показателей надежности. Кроме того, установлено, что применение функционального резервирования (в виде РОУ) позволяет существенно повысить надежность комбинированных установок.



Рис 2. Значения коэффициентов готовности установок по отпуску электроэнергии и теплоты

1 - коэффициент готовности котла kк=0,96;
2 - коэффициент готовности котла kк=0,97; 3 - РОУ.
Показатели надежности ТЭЦ рассчитываются методом перебора состояний всей системы, с выделением состояний, удовлетворяющих требованиям потребителей по отпуску энергии. В качестве примера на рис.3 показано изменение коэффициентов эффективности ТЭЦ с четырьмя блоками Т-100-130. Применение структурного и функционального резервирования, параллельных связей позволяет обеспечить нормированные показатели надежности по отпуску теплоты.


Рис 3. Значения коэффициентов эффективности функционирования ТЭЦ по отпуску электроэнергии и теплоты

1 - коэффициент готовности котла kк=0,96;
2 - коэффициент готовности котла kк=0,97; 3 - РОУ

Расчет показателей надежности системы транспорта теплоты проведен с использованием методики ВНИПИЭНЕРГОПРОМ. Установлено, что при диаметрах тепломагистрали выше 800 мм она не обеспечивает нормированных ПН теплоснабжения.

Разработана методика расчета ПН мини-ТЭЦ, состоящей из теплофикационных ГТУ. Установлено, влияние числа агрегатов мини-ТЭЦ и оснащение котлов-утилизаторов дожигательными устройствами на обеспечение нормированных ПН теплоснабжения.

В третьей главе «Оптимальные схемы отопительных мини-ТЭЦ» разработана математическая модель и проведены расчетно-теоретические исследования режимов работы мини-ТЭЦ на базе ГТУ малой и средней мощности в системах комбинированного теплоснабжения с учетом режимных и климатических факторов. Математическая модель расчета показателей тепловой экономичности газотурбинной мини-ТЭЦ основана на почасовом расчете величины присоединенной тепловой нагрузки, температурного графика теплосети и соответствующей им температуры наружного воздуха с последующим определением характеристик газотурбинных установок и котлов-утилизаторов.

При разработке математической модели зависимости температуры прямой и обратной сетевой воды от температуры наружного воздуха аппроксимированы линейными функциями. Для температурного графика 130/70 °С получено:

в диапазоне температур наружного воздуха -27 °С до -9,5 °С

tпр = -3,43·tнв +37,4 ,°С, (15)

tобр = -1,7831·tнв + 22,184 , °С. (16)

в диапазоне температур наружного воздуха -9,5 °С до +8 °С

tпр = const = 70 °С, (17)

tобр = const = 39 °С. (18)

Длительность стояния температур наружного воздуха имеет нелинейный характер. Для условий Саратова кривую годового графика потребления удобно аппроксимировать двумя отрезками

- при t =0ё4650 часов (продолжительность отопительного периода)

, (19)

Для корректного учета показателей мини-ТЭЦ при работе в составе комбинированных систем теплоснабжения разработана математическая модель расчета характеристик теплофикационных ГТУ с учетом конструктивных особенностей турбоагрегата и котла-утилизатора. Алгоритм расчета реализован в среде Delphi для персонального компьютера. На основе разработанной программы были проведены расчетно-теоретические исследования работы мини-ТЭЦ. В табл. 1 приведены сравнительные характеристики мини-ТЭЦ с различными типами теплофикационных ГТУ.

Таблица 1

Годовые показатели работы мини-ТЭЦ


Характеристики мини-ТЭЦ

2ґГТД-2500А

3ґНК-14Э

3ґГТД-8,5

Годовая выработка электроэнергии Э, МВт·ч/год

205205

92800

83300

Годовая выработка теплоты Q, ГВт·ч/год

127,940

Годовой отпуск теплоты из КУ Q, ГВт·ч/год

119,852

122,058

120,146

Годовой отпуск теплоты ДУ Q, ГВт·ч/год

14,705

5,882

8,823

Годовой расход топлива ГТУ, тыс. м3/год

26774,893

22793,678

22851,926

Годовой расход топлива ДУ, тыс. м3/год

1250,521

633,681

1584,202

Годовой расход топлива мини-ТЭЦ, тыс.м3/год

28025,414

23427,359

24436,128


Из табл. 1 следует, что в годовом разрезе топливная эффективность теплофикационных установок мини-ТЭЦ зависит как от тепловой мощности самих установок, так и от графика теплопотребления. Применение мощных агрегатов приводит к увеличению расхода топлива за счет увеличения раздельной выработки электроэнергии, а применение менее мощных агрегатов приводит к дополнительному расходу топлива за счет необходимости сжигания дополнительного топлива в камерах дожигания.

Разработанная математическая модель расчета характеристик в теплофикационных ГТУ позволяет проводить оптимизацию схем комбинированных систем теплоснабжения.

Разработана вероятностная модель расчета предельной тепловой мощности мини-ТЭЦ в составе комбинированных систем теплоснабжения. В основу методики положено условие непревышения времени восстановления отказа теплопровода времени, в течение которого воздуха внутри помещения понизится до значения соответствующего ранга отказа системы теплоснабжения. Считая, что время восстановления трубопровода является случайной нормально распределенной величиной с математическим ожиданием и задаваясь условием , выражение для расчета максимального диаметра тепломагистрали имеет вид

(20)

где - время восстановления трубопровода; - квантиль нормального распределения, соответствующая вероятности Рt; - коэффициент вариации; a, b - постоянные коэффициенты, зависящие от типа повреждения и состава аварийно-восстановительных бригад.

Определенное таким образом предельное значение диаметра трубопровода позволяет рассчитать предельную тепловую мощность мини-ТЭЦ, при которой удовлетворяются нормированные требования по надежности теплоснабжения.

На рис. 4 представлена номограмма определения предельной мощности мини-ТЭЦ при покрытии тепловой нагрузки по одной магистрали.


Рис. 4. Номограмма определения предельной мощности мини-ТЭЦ
В четвертой главе «Технико-экономическая эффективность комбинированных систем теплоснабжения» определена технико-экономическая эффективность комбинированных систем теплоснабжения по сравнению с традиционными теплофикационными системами. В табл. 2. приведены результаты сопоставительного анализа различных систем теплоснабжения.

Анализ результатов показывает, что наиболее эффективной с точки зрения экономии топлива является однотрубная схема загородной КЭС и мини-ТЭЦ. Это обусловлено наименьшим количеством теплоносителя, перекачиваемого по магистральным сетям, меньшим их диаметром, а также меньшим расходом электрической энергии на перекачку теплоносителя и потерями с утечками и поверхностным охлаждением.

Менее эффективной является модернизированная двухтрубная схема, где существенное влияние имеют тепловые потери и затраты электроэнергии на перекачку теплоносителя, однако в схеме вырабатывается большее количество электроэнергии, чем в однотрубной схеме, и не возникает небаланса электроэнергии.


Показатели

Традиционная схема

4·Т-100/110-130

Модернизиро-ванная двухтрубная схема 3*Т 100 -130 + мини-ТЭЦ

Однотрубная схема Пакшвера

2*Т-50-130

Однотрубная схема ТЭЦ+мини-ТЭЦ

Однотрубная схема КЭС+миниТЭЦ

3*К-50 (реконструкция)

Однотрубная схема КЭС+РК

3*К-50-130 (реконструкция)

Раздельная выработка

1.Установленная мощность, МВт

400

300

100

300

112,16

112,16

-

2.Установленная мощность мини-ТЭЦ, МВт

-

240

12*СТ-20

-

400

42*НК-14Э

400

42*НК-14Э

-

-

3. Выработка на тепловом потреблении NT, МВт·ч/год

1’223’361,4

1’512’409,3

-

1’325’771,4

919’713,88

919’713,88

-

4.Выработка конденсационным потоком NК, МВт·ч/год

2’374’206,6

1’185’766,7

-

522’673,4

-

-

-

5.Общее количество выработанной электроэнергии, МВт·ч/год

3’597’568

3’731’496

810’236,8

3’258’604

2’392’873,9

919’713,88

3’731’496

6.Расход топлива на РТЭЦ в КА ВКА·10-4, т у.т./год

139,519

106,399

39,233

96,400

40,160

40,160

139,744

в ПВК ВК ·10-4, т у.т./год

38,919

-

113,351

0

-

-

55,761

7.Годовой расход топлива на МТЭЦ ВГТУ·10-4, т у.т./год

-

36,783

-

51,199

51,199

-

-

8.Годовой расход топлива на дожигание ВДЖ·10-4,т у.т./год

-

1,998

11,352

1,7644

1,998

36,984

-

9.Общее количество топлива (ВКА + ВК + ВГТУ + ВДЖ)·10-4, т у.т./год

143,411

145,182

53,894

149,360

93,354

77,144

195,506

10. Отпуск тепла QОТ ·108, кВт·ч/год

38,609

11. Перерасход топлива в системе Всис·10-4 , т у.т./год

5,015

0

109,401

17,709

52,490

105,301

0

12. Расход топлива на компенсацию тепловых потерь ·10-4т у.т./год

0,734

0,714

0,338

0,065

0,065

0,065

-

13.Расход топлива на компенсацию потерь с утечками 10-4 т у.т./год

0,880

0,880

0,024

0,024

0,024

0,024

-

14. Расход топлива на перекачку ·10-4 т у.т./год

0,956

0,956

0,027

0,027

0,027

0,027

-

15. Итого расход топлива в комбинированной схеме ВКОМ 10-4, т у.т./год

150,997

147,733

164,154

147,510

147,018

183,619

195,506

16. Экономия топлива B·10-4 т у.т./год

44,504

47,772

31,351

47,996

48,487

11,886

0

17. Относительная экономия топлива bт

0,2947

0,3233

0,1909

0,325

0,3298

0,0647

0

В заключение работы определена экономическая эффективность мини-ТЭЦ на базе теплофикационных ГТУ типа НК-14Э в комбинированных системах теплоснабжения. На основе разработанных методик с использованием результатов расчетов и использовании лицензионного пакета программ «Альт-Инвест» определены показатели экономической эффективности мини-ТЭЦ. Величина внутренней нормы доходности по проекту составила 17,1%, дисконтированный срок окупаемости 3,4 года.

Проведен анализ чувствительности полученных показателей эффективности по отношению к различным технико-экономическим факторам. Отмечено, что наиболее сильное влияние на показатели оказывает объем выработки и реализации электрической и тепловой энергии, в меньшей степени влияют условия финансирования строительства мини-ТЭЦ и в наименьшей степени влияют инвестиционные издержки.

ВЫВОДЫ


1. Разработана экономико-математическая модель комбинированных теплоснабжающих систем, включающих районные ТЭЦ, покрывающие тепловую нагрузку горячего водоснабжения, и мини-ТЭЦ на базе утилизационных ГТУ, покрывающие отопительную нагрузку, учитывающая режимные и климатические условия работы системы, условия финансирования и инвестиционные издержки создания комбинированных систем, а также требования по надежности теплоэнергоснабжения потребителей.

2. Разработаны теоретические положения расчета показателей системной тепловой и топливной эффективности комбинированных теплоснабжающих систем. По с равнению с традиционными комбинированные системы обеспечивают 30% годовой экономии топлива за счет обеспечения наиболее эффективных режимов работы как районных ТЭЦ, так и мини-ТЭЦ.

3. Предложен метод расчета показателей надежности комбинированных систем теплоснабжения с учетом реальных условий их функционирования, позволяющий определять оптимальную структурную схему и способы обеспечения заданных показателей надежности теплоснабжения.

4. Разработана методика расчета показателей надежности ТЭЦ с учетом структурной схемы, способов резервирования и режимов работы. Определены взаимозависимые показатели надежности по отпуску электрической и тепловой энергии. Показано, что применение структурного и функционального резервирования обеспечивает нормированные значения показателей надежности по отпуску тепловой энергии. Вместе с тем, система транспорта тепловой энергии в традиционных теплоснабжающих системах не обеспечивает требуемых показателей надежности.

5. Предложена методика расчета показателей надежности мини-ТЭЦ на базе утилизационных ГТУ в системах комплексного теплоснабжения. Выявлено влияние схемных и конструктивных решений утилизационного ГТУ на показатели надежности мини-ТЭЦ. Установлено, что оснащения котлов-утилизаторов ГТУ камерами дожигания позволяет обеспечить требуемые показатели надежности по отпуску теплоты для нужд отопления.

6. Разработана вероятностная модель определения предельной мощности мини-ТЭЦ в составе комбинированных систем теплоснабжения исходя из условия выполнения требований надежного теплоснабжения.

Предельная тепловая мощность мини-ТЭЦ на базе утилизационных ГТУ составляет 40-45 МВт в зависимости от структурной схемы мини-ТЭЦ показателей надежности элементов утилизационных ГТУ и способов резервирования.

7. Разработана математическая модель расчета характеристик утилизационных ГТУ с учетом реальных режимных и климатических факторов, а также конструктивных особенностей ГТУ. Расчетно-теоретическими исследованиями установлено влияние режимов работы мини-ТЭЦ в составе комбинированных систем теплоснабжения на их топливную эффективность. Математическая модель расчета характеристик утилизационных ГТУ позволяет проводить оптимизацию схем, параметров и режимов работы мини-ТЭЦ.

8. Определена экономическая эффективность мини-ТЭЦ на базе агрегатов НК-14Э в составе комбинированных систем теплоснабжения. Выявлено влияние основных технико-экономических факторов на показатели экономической эффективности. Срок окупаемости инвестиций в создание мини-ТЭЦ составляет 3,4-4,2 года при величине внутренней нормы доходности 17,1 ё13 % в зависимости от исходных технико-экономических данных. Показано, что на экономические показатели мини-ТЭЦ определяющее влияние оказывают режимы работы, условия финансирования и капиталовложения мини-ТЭЦ.
Основные положения диссертации опубликованы
в следующих печатных работах:



  1. Ларин Е.А, Петрушкин А.В., Рыжов А.В. Метод расчета надежности теплоснабжающих систем. Межвузовский научный сборник /Под. общ. редакцией А.И. Андрющенко. - Саратов: СГТУ, 1996. - С. 32-42.

  2. Ларин Е.А., Сандалова Л.А., Петрушкин А.В. Методика расчета надежности парогенераторов с гелиевым теплоносителем. Межвузовский научный сборник /Под. общ. редакцией А.И. Андрющенко. - Саратов: СГТУ, 1996. - С. 121-126.

  3. Петрушкин А.В. Методика расчета экономии топлива в комбинированной системе теплофикации /Вопросы повышения эффективности теплоэнергетических установок: Юбилейный сборник научных сообщений. - Саратов: СГТУ, 1997. С. 72-78.

4. Ларин Е.А., Петрушкин А.В. Эффективность и надежность комбинированного теплоснабжения от мини-ТЭЦ с ГТУ /Проблемы совершенствования теплоэнергетических установок: Тезисы доклада науч.-практ. школы-семинара. Ульяновск, 1998. С. 24-28.

Петрушкин Александр Викторович
ЭФФЕКТИВНОСТЬ
КОМБИНИРОВАННЫХ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Автореферат
Ответственный за выпуск к.т.н., доц. каф. ТЭ Антропов П.Г.

Корректор Скворцова Л.А.

Лицензия ЛР№020271 от 15.11.96

Подписано в печать 23.11.98 Формат 60ґ84 1/16

Бум. оберт. Усл.-печ.л. 1,0 Уч.-изд.л.-1,0

Тираж 100 экз. Заказ Бесплатно

Саратовский государственный технический университет

410054 г. Саратов, ул. Политехническая, 77

Ротапринт СГТУ, 410054 г. Саратов, ул. Политехническая, 77



Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации