Разработка методики расчета системной энергетической эффективности малых ТЭЦ с газотурбинными установками при работе по тепловому и электрическому графикам нагрузки. Оценка экономической эффективности малых ТЭЦ для энергоснабжения городов и поселков.
Аннотация к работе
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет» Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Кудинов Анатолий Александрович кандидат технических наук, доцент Новичков Сергей Владимирович 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. С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Саратовского государственного технического университетаРабота 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»). 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. 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. 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. 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 Хі - расходная характеристика установки на i-м режиме работы при заданной величине тепловой нагрузки и температуры наружного воздуха; - продолжительность i-го режима, ч/год; Хі 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.Разработана математическая модель расчета характеристик и показателей эффективности малых ТЭЦ, учитывающая изменение графиков энергопотребления, температуры наружного воздуха, расход топлива на пуск энергоустановок. 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. При работе МТ по электрическому графику для ГТУ 6 - 6,5 МВТ оптимальное количество агрегатов равно четырем и соответствует максимальной нагрузке потребителя. 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%.
Вывод
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: сб. 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: сб. материалов V рос. науч. - техн. конф. Ульяновск: УЛГТУ, 2006. С. 14-15.