Повышение эффективности малых тэц с гту путем выбора оптимального количества агрегатов и режимов их работы (стр. 3 )

 

а)

б)

 

– 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 γп = 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 γп на эффективность работы МТ в условиях покрытия теплового и электрического графиков нагрузки выполнены расчеты интегрального эффекта, показанные на рис.9. Уменьшение γп 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