8.1 Проблемы когенерации

В российском энергетическом законодательстве применен довольно редкий инструмент прямого указания на приоритет конкретного технического решения - комбинированного производства тепловой и электрической энергии (когенерации). В то же время, законодательные нормы, обеспечивающие реализацию этого приоритета, практически отсутствуют и доля комбинированной выработки на тепловых электростанциях общего пользования за 25 лет снизилась на треть. Снижение поставок тепловой энергии промышленности не было компенсировано присоединением нагрузки строящихся зданий, подключаемых, в основном, к котельным. Соответственно, уменьшилась и выработка электроэнергии на тепловом потреблении.

Сегодня 528 тепловых электростанций, имеющих теплофикационное оборудование, вырабатывают 470 млн Гкал тепловой энергии в год, что составляет 36% от общего объема централизованного теплоснабжения (1285 млн Гкал/год). Остальное тепло поставляется от 58 тысяч коммунальных котельных средней мощностью 8 Гкал/ч и среднем КПД равным всего 75%.

Даже ввод современных ПГУ блоков не позволил российской энергетике достичь уровня 1994 года по величине коэффициента полезного использования (КИТ) энергии топлива на тепловых электростанциях страны (57% в 1994 году против 54% в 2014 г.). В то же время, именно ТЭЦ, имеющие КИТ на уровне от 58 до 67%, обеспечивают общую энергоэффективность тепловых электростанций. КИТ наиболее распространенного паротурбинного оборудования без теплофикации составляет от 24 до 40%, что минимум в два раза ниже, чем в чисто теплофикационном режиме работы самой худшей ТЭЦ.

Когенерация, признанная во всем мире как самая эффективная технология производства электроэнергии и тепла, оказалась сегодня самым «запущенным» сектором в объединенной энергосистеме России. Значительная часть ТЭЦ хронически убыточны и крупные энергокомпании стараются избавиться от них. Существенная часть генерирующего оборудования, выводимого с рынка по процедурам конкурентного отбора мощности (КОМ), также сосредоточена на ТЭЦ, а строящиеся по ДПМ энергоблоки, в основном, работают без отпуска тепловой энергии.

Одновременно, вне единой энергосистемы, потребители в возрастающих объемах строят для собственных нужд ТЭЦ с характеристиками существенно более низкими, чем у оборудования, выводимого по КОМ. Существует опасность, что с рынка постепенно уйдет большая часть крупных потребителей электроэнергии, что приведет к росту тарифной нагрузки для социального сектора.

Получилась парадоксальная ситуация: на рынке генераторов ОРЭМ, где потребителя заменяют регуляторы (Совет рынка, Системный оператор, ФАС, Минэнерго), ТЭЦ оказались невостребованы, а сами потребители на рынке доступных технологий выбирают когенерацию.

Снижение конкурентоспособности «большой» энергетики в российских условиях обусловлено именно отказом от использования преимуществ когенерации, технологии, по своей сути, предназначенной для стран с холодным климатом и локальной высокой плотностью населения. Проблема состоит не просто в несовершенстве правил функционирования рынка электроэнергетики, а в неправильной формулировке первичных целей и принципов, обеспечивших экономическую дискриминацию ТЭЦ.

Ликвидация существенной части ТЭЦ общего пользования окажется серьезным ударом для экономики страны из-за повышения стоимости тепловой и электрической энергии, существенных разовых затрат на строительство замещающих мощностей и увеличение мощности газотранспортной системы. Сегодня отсутствует системная оценка последствий вывода ТЭЦ из эксплуатации. Проблема, не имея решения на федеральном уровне, «сбрасывается» регионам в виде оплаты «вынужденной» генерации и строительства замещающих котельных.

В то же время, именно развитие когенерации может рассматриваться как антикризисная мера, обеспечивающая доступность энергоресурсов для потребителей. Надо понимать, что, несмотря на собственные проблемы, когенерация является сегодня единственным способом, позволяющим доступными рыночными способами обеспечить антикризисное сдерживание роста тарифов на тепло и электроэнергию.

Кардинальное изменение отношения к когенерации позволит:

• снизить потребление топлива и сохранить объемы экспорта газа с меньшими затратами на освоение новых месторождений;
• ослабить проблему дефицита природного газа при сильных похолоданиях, так как в этот период на ТЭЦ увеличивается выработка тепла и оборудование под большую электрическую нагрузку загружается в экономичном теплофикационном режиме, с максимальной экономией топлива;
• обеспечить необходимый прирост электрической мощности непосредственно в сложившихся узлах потребления, без чрезмерных затрат на высоковольтные сети;
• обеспечить энергоснабжение городов при аварийных отключениях систем электро- и газоснабжения (работа на выделенную электрическую нагрузку, включая объекты жизнеобеспечения, возможность использования резервного топлива, гарантированное теплоснабжение);
• за счет снижения стоимости производства тепловой энергии высвободить средства на модернизацию тепловых сетей.

8.2 Необходимые изменения в модель рынка электроэнергии для эффективного функционирования ТЭЦ

Действующая модель рынка определяет принцип равенства генераторов независимо от расстояния передачи электроэнергии от электростанции до потребителя. ТЭЦ, находящиеся вблизи потребителя, фактически дотируют развитие и содержание межрегиональных электрических сетей, необходимых для передачи электроэнергии от ГРЭС, ГЭС и АЭС. В других странах, даже при гораздо меньшей территории, это обстоятельство учитывается дополнительными преференциями для ТЭЦ, тем более они необходимы и экономически оправданы в наших условиях.

В советский период задача снижения затрат на передачу электроэнергии была решена именно путем строительства ТЭЦ непосредственно в центрах нагрузок, в городах и на крупных промышленных предприятиях. Даже Московский регион обеспечивался внешним электроснабжением только на треть потребности. ТЭЦ обеспечивали нагрузки в городах расположения, надежность электроснабжения особо важных объектов, резервирование топливом, надежное теплоснабжение.

В результате реформы электроэнергетики ТЭЦ стали выполнять несвойственные им функции обеспечения электроэнергией и мощностью оптового рынка. В результате транспортная составляющая в конечных тарифах выросла, став сопоставимой со стоимостью производства электроэнергии. Если же не учитывать стоимость топлива, то стоимость передачи электроэнергии превысила стоимость генерации, определяя высокий уровень тарифов для конечных потребителей.

Экономия, получаемая от конкуренции электростанций на ОРЭМ, сегодня нивелируется затратами на развитие сетей для обеспечения этой конкуренции.

При запуске КОМ был принят принцип необходимости вывода неэффективной мощности, без учета того обстоятельства, что одно и то же оборудование ТЭЦ может быть неэффективным в конденсационном режиме, а в теплофикационном, при любом сроке службы оборудования, иметь экономичность недостижимую при применении любых других самых современных технологий.

Необходимо решить задачу рыночного стимулирования и технического обеспечения возможности применения наиболее экономичных режимов энергоисточников, работающих в комбинированном цикле, с решением задач модернизации части ТЭЦ, комплексного учета общесистемных эффектов, управления спросом и оптимизации соотношения базовых и пиковых мощностей.

Сегодняшний КОМ не учитывает, что ТЭЦ имеют объективно большие затраты на содержание мощности, при меньшей стоимости электроэнергии в теплофикационном цикле. Учет совокупных объективных затрат показал бы гораздо большую экономическую эффективность ТЭЦ. По результатам долгосрочного КОМ в 2019 г. ТЭЦ получит в виде оплаты мощности на 10% меньше средств чем в 2011 году. Это подвигает энергетические компании к попыткам добрать недостающие средства на рынке тепла, что, в свою очередь, может разрушить рынок централизованного теплоснабжения, снизив его конкурентоспособность по сравнению с локальными теплоисточниками.

Разделение ранее единой торговой площадки между АТС (электроэнергия) и «Системным оператором» (мощность) устранило саму возможность оптимизации суммарных цен в интересах потребителя. Более того «Системный оператор» получил право загружать электростанции в пределах отобранной мощности, не неся ответственности за экономичность режимов генерации.

Необходимо определить условия, при которых ТЭЦ может заключать прямые договоры с потребителями. Самый выгодный потребитель для ТЭЦ тот, кто потребляет одновременно и электрическую и тепловую энергию, то есть население и промышленные предприятия, использующие технологический пар. Вариативное тарифное меню на комплексную поставку подвинуло бы потребителей к отключению собственных котельных.

Подобные длительные комплексные договоры могли бы заключать с потребителями как владельцы ТЭЦ, так и теплоснабжающие организации, одновременно выполняющие функции энергосбытовых в части электроэнергии. Эти длительные договоры могли бы стать основным инструментом снижения рисков инвесторов, осуществляющих модернизацию ТЭЦ и снизить рисковую стоимость инвестиций.

Сегодня можно заключать прямые розничные договоры на поставку электрической энергии только от ТЭЦ мощностью менее 25 МВт, что ставит их в привилегированное положение с более крупными ТЭЦ общего пользования (потребителям электроэнергии не начисляется сетевой тариф за передачу по сетям высокого напряжения).

Необходимо унифицировать правила заключения прямых договоров для ТЭЦ, мощностью как более, так и менее 25 МВт, при сохранении подключения к единой энергосистеме. Сегодня малые ТЭЦ, даже имея худшие показатели экономичности и энергоэффективности, выигрывают за счет отсутствия сетевого тарифа. В стране массово строятся малые ТЭЦ с техническими характеристиками на уровне начала прошлого века, а оборудование более совершенных ТЭЦ выводится через процедуру КОМа, либо лишается тепловой нагрузки.

В восточноевропейских странах проблему экономичности когенерационных источников давно решили, создав особые правила рынка. ТЭЦ в этих странах, как правило, работают в теплофикационном режиме. Конденсационная выработка считается «вынужденной генерацией», и на нее необходимо получить специальное разрешение.

Владельцы ТЭЦ могут подавать электроэнергию по прямым розничным договорам, либо участвовать в рынке. На всю электроэнергию, произведенную в комбинированном цикле, выдается дотация с помощью «зеленых сертификатов», обеспечиваемых за счет повышенных экологических платежей за использование неэкономичных энергоустановок.

Принципиально важно, что таких успехов развития большинство стран ЕС достигло за 2 последних десятилетия. Новая директива ЕС об энергоэффективности определяет обязательность наличия национального плана развития когенерации. Необходимо изучить возможности применения этого опыта в российских условиях.

На первом этапе необходимо, как минимум, определить критерии отнесения ТЭЦ к когенерационным установкам и выделить квалифицированную когенерационную мощность. Для каждой ТЭЦ проработать возможность, необходимость и технические ограничения для работы по тепловому графику. Также необходимо оценить возможности и последствия более существенной загрузки станций по теплу с переводом крупных котельных в параллельную работу.

Представляется необходимым принять следующие комплексные решения, обеспечивающие реальный приоритет когенерации.

• Осуществить разработку сценария развития энергетики страны на основе когенерации, расчет общесистемного потенциала экономии и последствий для потребителей.
• Разработать поправки в законы «Об электроэнергетике» и «О теплоснабжении», направленные на согласование правил работы рынков электрической и тепловой энергии, генеральной схемы развития электроэнергетики, схем развития теплоснабжения и энергоснабжения регионов.
• Внести изменения в регламенты ОРЭМ, позволяющие создать условия для возможности работы ТЭЦ по тепловому графику.
• Обеспечить применение механизмов финансирования модернизации ТЭЦ при наличии межсистемной экономии, обеспечивающей сохранение сложившегося уровня тарифов для потребителей на электрическую и тепловую энергию.
• Ввести обязательную процедуру рассмотрения проектов развития когенерации, как альтернативу крупным проектам строительства электрических сетей, котельных, конденсационных станций.
• Учесть в разрабатываемых изменениях в правила проведения КОМ общесистемные эффекты функционирования ТЭЦ.
• Разработать типовые решения и конкретные бизнес-проекты развития ТЭЦ, позволяющие достичь баланса интересов единой энергосистемы страны и конкретных муниципальных образований.

8.3 Организация совместной работы ТЭЦ и котельных

Количественное регулирование, принятое в западноевропейских странах, позволило использовать схему совместной работы ТЭЦ и котельных. При похолодании сначала увеличивается расход теплоносителя от ТЭЦ, а потом запускаются котельные, которые обеспечивают недостающее количество теплоносителя, закачивая его своими насосами в общую сеть.

В результате массового применения «температурной срезки», мы также имеем при низких температурах наружного воздуха не качественное, а количественное регулирование с увеличением расхода (диаметры трубопроводов тепловых сетей, рассчитанные на завышенные договорные нагрузки, это позволяют). Грамотно подобранный уровень температурной срезки позволит во многих городах без больших затрат реализовать схемы совместной работы ТЭЦ и котельных, работающих сегодня раздельно, без строительства дорогостоящих выделенных тепловых сетей.

Часто для обеспечения такой схемы, оказывается, достаточно задействовать резервные перемычки, уже имеющиеся в тепловых сетях, требуется только серьезная наладка гидравлических режимов. Массовое применение проекта сдерживается отсутствием специалистов, неосведомленностью руководителей энергокомпаний и отсутствием двухставочных тарифов.

Для широкого распространения проекта необходимо решить проблему суммирования транспортных тарифов нескольких теплоснабжающих (теплосетевых) организаций при межсистемной передаче тепла путем формирования общего тарифа на передаваемый объем тепловой энергии.

Когенерация

Когенерация - (название образовано от слов КОмбинированная ГЕНЕРАЦИЯ электроэнергии и тепла) процесс совместной выработки электрической и тепловой энергии. В советской технической литературе распространён термин теплофикация - централизованное теплоснабжение на базе комбинированного производства электроэнергии и тепла на теплоэлектроцентралях. Когенерация широко используется в энергетике , например на ТЭЦ (теплоэлектроцентралях), где рабочее тепло после использования в выработке электроэнергии, применяется для нужд теплоснабжения . Тем самым значительно повышается КПД - до 90 % и даже выше.

Смысл когенерации в том, что при прямой выработке электрической энергией, создаётся возможность утилизировать попутное тепло.

Когенерационные установки (когенераторы) широко используются в малой энергетике (мини-ТЭЦ). И для этого есть следующие причины:

См. также

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Когенерация" в других словарях:

когенерация - Производство тепловой и электрической или механической энергии на одном и том же объекте. Типичный когенерирующий объект производит электроэнергию и пар для использования в промышленных процессах (Термины Рабочей Группы правового регулирования… …

Сущ., кол во синонимов: 2 генерация (7) теплофикация (5) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

когенерация - одновременное порождение физического стимула … Толковый переводоведческий словарь

комбинированное теплообразование (когенерация) - 3.1.15 комбинированное теплообразование (когенерация) (cogeneration, combined head and power): Комбинированная выработка тепловой и электрической энергии или механической энергии. Источник …

теплофикация (когенерация) - 3.1.43 теплофикация (когенерация): Комбинированная выработка электрической или механической энергии. Источник: ГОСТ Р 54860 2011: Теплоснабжение зданий. Общие поло … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ГОСТ Р 54860-2011: Теплоснабжение зданий. Общие положения методики расчета энергопотребности и эффективности систем теплоснабжения - Терминология ГОСТ Р 54860 2011: Теплоснабжение зданий. Общие положения методики расчета энергопотребности и эффективности систем теплоснабжения оригинал документа: 3.1.1 аккумулированное тепло (heat gains): Сохранение и накопление тепла в… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Проверить информацию. Необходимо проверить точность фактов и достоверность сведений, изложенных в этой статье. На странице обсуждения должны быть пояснения. Мини ТЭЦ (малая теплоэлектроцентраль) теплосиловые установк … Википедия

Теплоэлектростанция - (Thermal power, ТЭС) Определение ТЭС, типы и характеристики ТЭС. классификация ТЭС Определение ТЭС, типы и характеристики ТЭС. классификация ТЭС, устройство ТЭС Содержание Содержание Определение Градирня Характеристики Классификация Типы… … Энциклопедия инвестора

комбинированное теплообразование - когенерация Комбинированная выработка тепловой и электрической энергии или механической энергии. [ГОСТ Р 54860 2025] Тематики теплоснабжение зданий Синонимы когенерация EN cogenerationcombined head and power … Справочник технического переводчика

Теплофикация - 13. Теплофикация Централизованное теплоснабжение при производстве электрической энергии и тепла в едином технологическом цикле

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Проблемы когенерации

В.Г. Семенов, генеральный директор

Когенерация - совместная выработка тепловой и электрической энергии.

Несмотря на капиталистическое изобилие товаров и услуг в России дефицит все-таки есть, не хватает электроэнергии, не хватает газа. Дефицит электроэнергии уже ощутили в нескольких регионах, особенно С. Петербург, Москва, Урал и Тюмень. Трудности с подключением к централизованной системе газоснабжения есть практически повсеместно. Раз есть дефицит -значит есть очередь. Правил очереди не существует, но они все равно появляются, и это будут так называемые «серые», «темные» и т.п.

Половина углеводородного сырья (в большей степени - газа) в стране тратится на то, чтобы самих себя согревать. Такой сводной статистики нет, часть топлива учитывается в ЖКХ, часть в большой энергетике - суммарно по нашим оценкам 40% углеводородного сырья тратися на энергоснабжение. Если приплюсовать то, что сжигается в печках и электроэнергию (она тоже производится на углеводородном сырье), которая идет на электрообогрев зданий и на перекачку тепла в централизованных системах теплоснабжения, мы получим, что половина углеводородного топлива тратится внутри страны на нужды энергоснабжения, причем часто с чрезвычайно низкой эффективностью. Поэтому программу по комплексному подходу к снижению расхода топлива на нужды энергоснабжения можно поставить в противовес развитию месторождений. Но такой программы нет - на наш взгляд это государственная задача, которая, к сожалению, никак не решается.

Что касается электроэнергии, то не хватает мощностей для ее производства. Но не хватает в холода. Когда на улице тепло, дефицита не ощущается, а зимой при похолодании на улице на 1 градус мощность потребления увеличивается на 0,6%. В сумме по самым скромным расчетам в России на электрообогрев помещений (калориферы, электрокотлы, теплые полы, вентиляция и т.д.) расходуется до 20% мощности.

В основном структуру электрической генерации составляют конденсационные тепловые станции, топливо на которых расходуется только на производство электроэнергии, а тепло сбрасывается в окружающую среду. Получается, что выработанное ими электричество (с коэффициентом полезного действия, в лучшем случае, 35%) используется опять же на то, чтобы обогревать самих себя. А стройка новых мощностей нужна только для того, чтобы удовлетворить пиковый спрос в морозы на отопление жилища.

Есть много разных способов, чтобы исправить эту ситуацию. К сожалению, они сейчас применяются менее активно, чем в централизованной системе, которая была в Советском Союзе. Это разная стоимость электроэнергии на электрообогрев и для промышленного или бытового потребления. Это разуплотнение графика, т.е. сдвиг начала рабочего дня хотя бы в холодное время года и т.д. Сейчас этим никто не занимается. А основную проблему - нехватку мощностей - все активно бросились решать «в лоб», т.е. строить новые мощности. Но проблема - что строить.

Если говорить о электроэнергии, то в Европейском сообществе несколько директив уже принято по развитию когенерации. Считается, что для выполнения Киотского протокола, по дальним стратегическим задачам общества надо потреблять как можно меньше топлива при условии удовлетворения всех потребностей общества. И один из основных способов - это совместное производство тепла и электроэнергии, потому что тепло образуется в процессе выработки электроэнергии.

Во многих городах России значительную часть времени ТЭЦ сбрасывают тепло, которое образуется при выработке электроэнергии, в градирни, причем иногда ситуация может быть абсурдной. Есть примеры, когда в 150 м от ТЭЦ стоит большая котельная, которая сжижает газ для того, чтобы получать то же самое тепло и подавать его в город.

Основная проблема в европейских странах по развитию когенерации заключается в том, что отсутствуют тепловые сети, для их строительства нужно выделение земли, высокие затраты на их создание и, наверное, самое трудное - уговорить потребителя подключиться к централизованным сетям, отказавшись от индивидуального котла. В России эти централизованные сети теплоснабжения существуют в каждом городе. Мы много лет могли бы развивать систему энергетики за счет увеличения мощности ТЭЦ. Есть несколько преимуществ: близость потребителя, меньше затраты на развитие магистральных электросетей, и, самое главное, опять же - гораздо более полное использование топлива.

Если говорить о возможностях ТЭЦ, то они на самом деле просто колоссальные. Это и замещение мелких котельных с низким КПД (которые не имеют никакой перспективы по сравнению с локальными источниками), это и модернизация ТЭЦ, которая гораздо дешевле, чем строительство новых энергоблоков и многое другое. Но не хватает только одного - не хватает того, чтобы появилась конкуренция инвесторов.

На сегодняшний день нет, по-моему, ни одной энергосистемы, которая не запланировала бы построить какой-нибудь парогазовый блок на своей станции, но в основном на ГРЭС, где нет полезного использования теплоты. Новые бизнес-единицы РАО ЕЭС - ОГК и ТГК развивают, естественно, кондиционные станции (ГРЭС) и совершенно не задумываются обо всех остальных проблемах. Но такие электростанции должны строиться ближе к углю. ТЭЦ должны же развиваться в городах и, соответственно, обеспечивать теплоснабжение и электроснабжение близко расположенных потребителей. когенерация электрический тепловой энергия

Мы, к сожалению, идем по пути абсолютно неэнергоэффективному. Сегодня во всех регионах надо разбираться с тем, что есть. С 1 января этого года вступил в силу федеральный закон № 210, который диктует принципиально другие подходы по сравнению со сложившимися, дает принципиально другие возможности. В большинстве регионов на сегодняшний день нет целенаправленной работы по введению в действие этого закона в части разработки региональных схем энергоснабжения и разработки планов развития инженерной инфраструктуры. Эти программы должны разрабатываться для каждого муниципального образования. Но никакого движения в этом направлении нет. Понятно, что эту работу должно организовать государство. Вопрос в том - кто конкретно, в каком министерстве? На сегодняшний день этого не делает никто.

Я, в основном, занимаюсь вопросами теплоснабжения, и уже похоронил мечту о том, что появится какой-то орган в государстве, который обратит внимание на отрасль, в которой сжигается половина углеводородного сырья. На сегодняшний день нет ни одного отдела ни в одном министерстве, который бы занимался теплоснабжением и комбинированной выработкой теплоты совместно с электричеством. Все участие государства свелось к какому-то небольшому финансированию по линии Минобрнауки, где деньги уходят абсолютно непонятно на что - ни одна серьезная проблема не решается.

Поэтому я рассчитываю, что Общественная палата обратит внимание Правительства на то, что надо разработать нормальную, внятную программу, которую публично обсудить, покритиковать, и вернуться в самое начало, чтобы, наконец, определиться: куда будем двигаться. А иначе так и будем развивать и увеличивать, не понимая того, как потом это использовать.

Размещено на Аllbest.ru

Подобные документы

Полезный отпуск теплоты с коллекторов станции ТЭЦ, эксплуатационные издержки. Выработка и отпуск электрической энергии с шин станции. Расход условного топлива при однотипном оборудовании. Структура затрат и себестоимости электрической и тепловой энергии.

курсовая работа , добавлен 09.11.2011


Информация о предприятии сахарного производства и описание ТЭЦ. Поверочный расчет и тепловой баланс котла. Технология выработки биогаза из жома. Определение процентного содержания природного газа, биогаза и смеси. Использование биогаза для когенерации.

дипломная работа , добавлен 27.10.2011


Расчет электрической и тепловой нагрузки потребителей района. Выбор водогрейных котлов низкого и высокого давления. Калькуляция себестоимости энергии. Капитальные вложения в ТЭЦ. Расчет расхода электроэнергии на собственные нужды по отпуску тепла.

курсовая работа , добавлен 17.02.2013


Расчет капитальных вложений в энергетические объекты, годовых эксплуатационных издержек и себестоимости электрической и тепловой энергии. Расчет платы за электрическую и тепловую энергию потребителями по совмещенной и раздельной схеме энергоснабжения.

контрольная работа , добавлен 18.12.2010


Энергетика как основа развития большинства отраслей промышленности и народного хозяйства. Проблемы, связанные с электроснабжением обособленных потребителей энергопроблемных регионов России. Методы решения проблем энергоснабжения обособленных потребителей.

реферат , добавлен 18.01.2010


Выбор тепловой схемы станции, теплоэнергетического и электрического оборудования, трансформаторов. Определение расхода топлива котлоагрегата. Разработка схем выдачи энергии, питания собственных нужд. Расчет тепловой схемы блока, токов короткого замыкания.

дипломная работа , добавлен 12.03.2013


Производство электрической и тепловой энергии. Гидравлические электрические станции. Использование альтернативных источников энергии. Распределение электрических нагрузок между электростанциями. Передача и потребление электрической и тепловой энергии.

учебное пособие , добавлен 19.04.2012


Сущность когенерационной технологии и основные условия для ее успешного применения. Сферы применения когенерационных установок. Преимущества использования когенерации. Классификация когенерационных систем по типам основного двигателя и генератора.

реферат , добавлен 16.09.2010


Сущность когенерации как комбинированного производства электроэнергии и тепла. Принципы работы паровых, поршневых и газовых турбин, используемых в энергосистемах. Преимущества и недостатки двигателей. Оценка тепловых потерь. Применение при теплофикации.

курсовая работа , добавлен 14.12.2014


Определение характеристики относительного прироста расхода топлива конденсационной тепловой электростанции. Расчет оптимального распределения нагрузки между агрегатами тепловой электростанции. Определение графика электрической нагрузки потребителей ЭЭС.

Когенераторные технологии: возможности и перспективы

В. М. БАРКОВ, гл. специалист отдела теплоэнергетики

ООО «Инкомстрой-Инжиниринг» (г. Одинцово)

С повышением экологической культуры и необходимостью сокращения потребления ископаемых видов топлива появляется необходимость в высокоэффективных способах преобразования и выработки энергии. Традиционное раздельное производство электроэнергии конденсационными электростанциями и тепла котлами - малоэффективная технология, ведущая к потере энергии с теплом отходящих газов. Автономные установки комбинированного производства тепловой и электрической энергии - когенераторы - оказались успешным технологическим решением проблемы.

Основы когенерации

Когенерация - это технология комбинированной выработки энергии, позволяющая резко увеличить экономическую эффективность использования топлива, так как при этом в одном процессе производятся два вида энергии - электрическая и тепловая. Наибольший экономический эффект когенерации может быть достигнут только при оптимальном использовании обоих видов энергии на месте их потребления. В этом случае бросовая энергия (тепло выхлопных газов и систем охлаждения агрегатов, приводящих в движение электрогенераторы, или излишнее давление в трубопроводах) может быть использована по прямому назначению. Утилизируемое тепло может быть также использовано в абсорбционных машинах для производства холода (тригенерация). Существуют три основных типа когенераторных установок (КУ): энергоблоки на базе двигателей внутреннего сгорания (ГПА), газотурбинные установки (ГТУ) и парогазовые установки (ПГУ). Система когенерации (или мини-ТЭС) состоит из четырех основных частей: пер- вичный двигатель, электрогенератор, система утилизации тепла, система контроля и управления. В зависимости от существующих требований в качестве первичного двигателя могут использоваться поршневой двигатель, газовая турбина, паровая турбина и комбинация паровой и газовой турбин. В будущем это также могут быть двигатель Стирлинга или топливные элементы.

Мини-ТЭС обладают рядом достоинств, но отметим основные:

Малые потери при транспортировке тепловой и электрической энергии по сравнению с системами централизованного тепло и электроснабжения;

Автономность функционирования и возможность реализации в энергосистему излишков вырабатываемой электроэнергии;

Улучшение экономических показателей существующих котельных за счет выработки в них кроме тепловой и электрической энергии;

Повышение надежности теплоснабжения за счет собственного источника электроэнергии;

Более низкая себестоимость тепловой и электрической энергии по сравнению с централизованными источниками энергии.

Двигатели внутреннего сгорания (ГПА)

ГПА - традиционные дизельные электростанции, использующиеся в качестве резервных источников электроэнергии. При оснащении теплообменником или котлом-утилизатором они становятся мини-ТЭС. Бросовое тепло выхлопных газов, систем охлаждения и смазки двигателя идет на отопление и горячее водоснабжение. В механическую работу преобразуется треть энергии топлива. Остальная ее часть превращается в тепловую энергию. Кроме дизельных двигателей используются также газовые и газодизельные двигатели внутреннего сгорания. Газовый двигатель может быть оборудован несколькими карбюраторами, что дает возможность работать на нескольких сортах газа. Газодизельные агрегаты одновременно с газом потребляют до 1,5% дизтоплива, а в аварийном режиме плавно переходят с газа на дизтопливо. Дизельные когенераторы более предпочтительны в негазифицированных районах из-за более высокой, по сравнению с газом, стоимости нефтяного топлива. В качестве горючего могут быть также использованы биогаз, газы мусорных свалок, продукты пиролиза, что значительно повышает эффективность их использования на фермах, мусороперерабатывающих заводах, очистных сооружениях. ГПА с воспламенением от искры имеют наилучшее соотношение «расход топлива/энергия» и наиболее эффективны при мощностях от 0,03 до 5–6 МВт. ГПА с воспламенением от сжатия (дизеля) работают в диапазоне мощностей от 0,2 до 20 МВт. ГПА работают в двух основных режимах:

Номинальный режим - режим максимальной нагрузки и скорости в течение 24 час. в сутки на протяжении года с остановкой на плановое обслуживание; работа с перегрузкой в 10% возможна в течении 2-х час. в сутки;

Резервный режим - круглосуточная работа без перегрузки в период простоя основного источника энергии.

Достоинства и особенности применения ГПА:

Наиболее низкий уровень выбросов окислов азота, который можно устранить полностью при работе ДВС на богатой смеси с последующим дожиганием продуктов сгорания в котле;

Более высокий, по сравнению с ГТУ, ресурс работы, достигающий 150–200 тыс.час;

Наиболее низкий уровень капитальных затрат и эксплуатационных расходов на производство энергии;

Простота перехода с одного вида топлива на другой. ГПА не рекомендуется применять при потребности в получении большого количества теплоносителя с температурой более 110 С, при большой потребляемой мощности, а также при ограниченном числе пусков.

(Рис. 1. Принципиальная тепловая схема ГПА мини-ТЭС)

Газотурбинные установки (ГТУ)

ГТУ могут быть разделены на две основные части - газогенератор и силовую турбину, размещенные в одном корпусе. Газогенератор включает в себя турбокомпрессор и камеру сгорания, в которых создается высокотемпературный поток газа, воздействующий на лопатки силовой турбины. Тепловая производительность обеспечивается утилизацией тепла выхлопных газов с помощью теплообменника, водогрейного или парового котла-утилизатора. ГТУ предусматривают работу на двух видах топлива - жидком и газообразном. Постоянная работа производится на газе, а в резервном (аварийном) режиме происходит автоматический переход на дизель- ное топливо. Оптимальный режим работы ГТУ - комбинированная выработка тепловой и электрической энергии. ГТУ производят гораздо большее количество тепловой энергии, чем газопоршневые агрегаты, и могут работать как в базовом режиме, так и для покрытия пиковых нагрузок.

Принцип работы ГТУ

Атмосферный воздух через входное устройство КВОУ (комбинированное воздухообрабатывающее устройство) (6) поступает в компрессор (1), где сжимается и направляется в регенеративный воздухоподогреватель (7), а затем через воздухораспределительный клапан (5) в камеру сгорания (2). В камере сгорания в потоке воздуха сжигается топливо, поступающее через форсунки. Горячие газы поступают на лопатки газовой турбины (3), где тепловая энергия потока превращается в механическую энергию вращения ротора турбины. Мощность, полученная на валу турбины, используется для привода компрессора (1) и электрогенератора (4), который вырабатывает электроэнергию. Горячие газы после регенератора (7) поступают в водогрейный котел - утилизатор (8), а потом уходят в дымовую трубу (13). Сетевая вода, подаваемая сетевыми насосами (12), нагревается в водогрейном котле-утилизаторе (8) и пиковом котле (10) и направляется в центральный тепловой пункт (ЦТП). Подключение потребителей к ЦТП осуществляется при организации независимого контура. В качестве топлива используется природный газ. При аварийном прекращении подачи газа оба котла и ГТУ (при частичной нагрузке) переводятся для работы на сжиженный пропан-бутан (СУГ - сниженные углеводородные газы).

В зависимости от особенностей потребителей возможны следующие решения по схемам использования ГТУ:

Выдача электрической мощности в систему на генераторном (6,3 или 10,5 кВ) или повышенном до 110 кВ напряжении;

Выдача тепловой мощности через центральный тепловой пункт (ЦТП) или через индивидуальные тепловые пункты (ИТП) с полной гидравлической развязкой сетей ТЭЦ и потребительских сетей;

Работа ГТУ на общие с другими энергоисточниками тепловые сети или использование ГТУ в качестве автономного источника тепла;

Использование ГТУ как в закрытых, так и в открытых системах теплоснабжения;

Возможны варианты тепло- и электроснабжения: это или режим отпуска электрической энергии, или режим совместного отпуска электрической и тепловой энергии.

Достоинства и особенности применения ГТУ

Газотурбинные ТЭС на базе ГТУ обладают следующими достоинствами: - высокая надежность: ресурс работы основных узлов составляет до 150 тыс. час., а ресурс работы до капитального ремонта - 50 тыс. час.;

Коэффициент использования топлива (КИТ) при полной утилизации тепла достигает 85%;

Экономичность установки: удельный расход условного топлива на отпуск 1 кВТ электроэнергии составляет 0,2 кг у. т., а на отпуск 1 Гкал тепла - 0,173 кг у.т.;

Короткий срок окупаемости и небольшие сроки строительства - до 10–12 месяцев (при наличии необходимых согласований и разрешений);

Низкая стоимость капитальных вложений - не более $600 за установленный киловатт в пределах площадки ГТУ ТЭС;

Возможность автоматического и дистанционного управления работой ГТУ, автоматическое диагностирование режимов работы станции;

Возможность ухода от строительства дорогостоящих протяженных ЛЭП, что особенно важно для России.

Как недостаток следует отметить необходимость дополнительных расходов на сооружение газокомпрессорной дожимающей станции. ГТУ требуется газ с давлением 2,5 МПа, а в городских сетях давление газа составляет 1,2 МПа.

(Рис. 2. Принципиальная тепловая схема ГТУ мини-ТЭС)

Парогазовые установки (ПГУ)

На базе небольших паровых турбин можно создавать мини-ТЭС на базе уже действующих паровых котлов, давление пара на выходе из которых значительно выше, чем необходимо для промышленных нужд. Давление понижается с помощью специальных дроссельных устройств, что ведет к непроизводительной потере энергии - до 50 кВт на каждую тонну пара. Установив параллельно дроссельному устройству турбогенератор, можно получать более дешевую электроэнергию. Реконструкция муниципальных и промышленных котельных поможет решить 4 основные задачи энергосбережения:

Котельные, дающие в сеть свыше 60% тепловой энергии, смогут дополнительно поставлять дешевую электроэнергию как в пиковом, так и в базовом режимах;

Снижается себестоимость тепловой энергии;

Уменьшаются потери в электросетях за счет появления на объектах, обслуживаемых котельной, местных источников электроэнергии;

Существенно снижаются удельные расходы топлива на производство электроэнергии и тепла;

Существенно снижаются выбросы в атмосферу NO, CO и CO2 за счет экономии топлива.

Абсорбционные холодильные установки (АХУ)

Системы совместного производства теплоты и электричества работают эффективно, если используется вся или максимально возможная часть вырабатываемых энергий. В реальных условиях нагрузка меняется, поэтому для эффективного использования топлива необходима балансировка соотношения производимой теплоты и электричества. Для покрытия избытка тепловой энергии в летнее время используется абсорбционная холодильная установка (АХУ). С помощью комбинации мини-ТЭС и АХУ излишки тепла в летнее время используются для выработки холода в системах кондиционирования. Горячая вода из замкнутого цикла охлаждения ГПА служит источником энергии для АХУ.

Такой способ использования первичного источника энергии называется тригенерацией. Принцип действия абсорбционной холодильной машины можно представить следующим образом.

В АХУ имеются два циркуляционных контура, соединенных между собой. В контуре, содержащем термостатический регулирующий вентиль и испаритель, происходит испарение жидкого хладоагента (аммиака) за счет разрежения, создаваемого пароструйным насосом. Вентиль ограничивает поступление новых порций жидкого аммиака, обеспечивая его полное испарение, проходящее с поглощением тепла. Образовавшиеся пары аммиака откачиваются пароструйным насосом: водяной пар, проходя через сопло, захватывает с собой пары аммиака. Второй контур содержит нагреватель для поглощения пара и абсорбер, где пары аммиака поглощаются водой. Обратный процесс (выпаривание аммиака из воды) происходит за счет утилизационного тепла от ГПА (ГПУ). После этого аммиак конденсируется в теплообменнике, охлаждаемым наружным воздухом. Приведенная выше технология реализована в установке «генератор-абсорбер-теплообменник (GAX)», которая прошла испытания и уже появилась на рынке.


(Рис. 3. Принципиальная схема АХУ)

Инженерное обоснование проектов когенерационных установок

При разработке технико-экономического обоснования проекта мини-ТЭС прежде всего необходимо оценить потребность объекта в тепловой и электрической энергии. При оценке экономической эффективности установки должны учитываться затраты на энергоносители и эксплуатационные материалы (газ, электричество, тепло, моторное масло), на проектирование, покупку оборудования, монтаж, наладку, инженерные коммуникации, эксплуатационные издержки. Основные критерии: это конечная себестоимость электрической и тепловой энергии, расчет годовой экономии и срок окупаемости проекта. Кроме того, оценивается общий ресурс оборудования и межремонтный ресурс (для ГПА наработка до капремонта составляет около 60 тыс. час., для ГТУ - 30 тыс. час.). Также определяется число и единичная мощность энергетических агрегатов. Здесь следует руководствоваться следующими положениями:

Единичная электрическая мощность должна быть в 2–2,5 раза больше минимальной потребности объекта;

Общая мощность агрегатов должна превышать максимальную потребность объекта на 5–10%;

Мощность единичных агрегатов должна быть примерно одинаковой;

Мини-ТЭС на базе ГПА должна покрывать, как минимум, до половины максимальной ежегодной потребности предприятия в тепловой энергии, остальная потребность обеспечивается пиковыми водогрейными котлами.

После оценки всех факторов принимается решение о варианте работы мини-ТЭС - автономной или параллельно с централизованной сетью (что весьма сомнительно при негативном отношении РАО ЕЭС к децентрализованным мини-ТЭС).

Объем статьи, к сожалению, не позволяет охватить все аспекты применения когенерационных установок, наиболее значимыми из которых являются экономические и технологические, а также сравнительные характеристики применяемого оборудования зарубежного и отечественного производства. Особо значимым видится вопрос эффективного использования тепла в летнее время и варианты его использования, например, для побочной выработки, строительных материалов, химической продукции. Но это - тема будущих публикаций.

Газопоршневая электростанция представляет собой систему производства электрической энергии из внутренней энергии топлива. Работают они на сжиженном или магистральном природном газе, биогазе, попутном газе.

Преимуществами газопоршневых электростанций являются простота в использовании и невысокая стоимость топлива. В районах с магистральным газопроводом газопоршневая электростанция выступает в качестве самого экономичного постоянного или резервного источника энергии.

Принцип действия газопоршневой установки достаточно прост. Основой конструкции является газопоршневой двигатель - это двигатель внутреннего сгорания. При сгорании топлива выделившаяся энергия используется генератором электрического тока. Двигатели могут применяться в установках, предназначенных как для постоянной, так и для переменной работы, а также для одновременного производства электрической и тепловой энергии (данный процесс называется "когенерация энергии"). В последнем случае такая установка получает название "когенерационная газопоршневая установка".

Когенерация энергии

Термин «когенерация» обозначает комбинированную генерацию различных видов энергии. В техническом отношении, когенерация представляет собой процесс, при котором тепло и электричество вырабатываются одновременно в особом устройстве. Такое устройство называется «когенератор» и типичным его примером прикладного применения когенерации является газовая электростанция. Когенератор включает в себя генератор, газовый двигатель, систему отбора тепла и систему управления. Когенерация представляет собой оптимальный способ обеспечения и теплом и электрической энергией. Принцип когенерации лежит в основе различных современных технических решений.

Сама конструкция двигателя внутреннего сгорания, работающего на газовом топливе, менее подвержена повреждениям и износу за счет отсутствия в газе частиц, способных повредить механизм. Особенно это проявляется на низких нагрузках (ниже 20%). Кроме того, газопоршневые когенерационные установки работают и на биогазе с малодымным выхлопом (Евро4), в котором концентрируется минимальное количество вредных веществ.

Когенерационная газопоршневая станция (тепловая установка когенератора) способна обеспечить производство тепла и электроэнергиеи для жилого дома или промышленного предприятия - в зависимости от ее технических характеристик. При наличии магистрали когенератор вполне может осуществлять бесперебойную подачу электроэнергии. Расход топлива при этом наблюдается значительно более экономичный, чем в случае с бензиновыми или дизельными станциями. Себестоимость электроэнергии ниже тарифа в сети, даже на мини ТЭЦ (когенерационных установках малой мощности, мини ТЭС).

Когенерационные мини ТЭЦ

Когенерационные мини ТЭЦ благодаря своим размерам легче размещаются на небольших площадях. Когенератор работает на природном газе, а когенерационная установка мини ТЭЦ – одна из систем, работающих на синтезе двух источников, когенерации. Когенерационные тепловые установки отлично вписываются в схему электрики на промышленных предприятиях. Для удовлетворения нужд, таких как отопление небольших объектов, используются когенерационные установки малой мощности. Установка когенерации позволяет значительно экономить затраты на получение тепловой энергии.

Блочные электростанции подходят для мощной выработки электроэнергии, а также могут обогревать крупные производственные помещения, к тому же они отличаются хорошей экологичностью. Блочные электростанции применяются в помещениях, где идут активные производственные процессы.

Газопоршневые генераторы применяются и в качестве резервных станций. Они очень удобны для ситуаций, когда наблюдаются частые перебои в электроснабжении. Газовые электростанции – гарант вашей энергетической независимости.