5612
.pdf20
Есть много технических и организационных возможностей повышения эффективности действующих ТЭС. Для реализации организационных возмож-
ностей необходимо изучить и обобщать опыт лучших и развивать методы бенчмаркинга. Целесообразность крупных инвестиций в действующие ТЭС для повышения их эффективности, например, замену котлов или турбин более со-
вершенными, необходимо критически оценивать.
На развитие тепловых электростанций в последнее время заметно влияют опасения общественности о том, что растущие выбросы углекислого газа, вы-
званные сжиганием органического топлива, могут привести к катастрофиче-
ским глобальным изменениям климата, и отражающая эти опасения политика правительств. В случае, если эти опасения окажутся основательными, через не-
сколько десятилетий реально создание конкурентоспособных ТЭС или энерго-
технологических предприятий, работающих на угле с незначительными выбро-
сами СO2 в атмосферу.
Внастоящее время уменьшение эмиссии СO2 возможно и целесообразно
спомощью экономически оправданных мер: энергосбережения у потребителей,
повышения экономичности энергоблоков, развития комбинированного произ-
водства электроэнергии и тепла. Последнее распространено в России и по при-
нятым оценкам снижает потребление топлива в стране на ~ 20 млн. т у.т. в год.
Повышение экономичности угольных энергоблоков и ТЭЦ может сократить удельные расходы топлива и выбросы СO2 на 20 % и более.
В случае, если эти мероприятия окажутся недостаточными, потребуются системы с выводом СO2 из контура энергетических установок и его захороне-
нием под землей или в глубинах океана.
Для использования на электростанциях рассматриваются:
- ПГУ с газификацией углей, паровой конверсией СО с получением водо-
рода и выделением СO2 из синтез-газа;
- энергоблок со сжиганием топлива в среде кислорода и СO2. В этом слу-
чае продукты сгорания состоят из водяных паров, которые могут быть сконден-
21
сированы, и СO2, часть которого рециркулирует в топку, а другая – выводится из контура для захоронения;
- традиционный энергоблок с промывкой дымовых газов для связывания СO2 и его последующего выделения.
В последние годы в России и в частности, в ВТИ, начаты серьезные ис-
следования в этих направлениях.
Выделение СO2 связано с дополнительными потерями и дополнительны-
ми затратами, которые увеличивают стоимость электроэнергии. Удельная сто-
имость ТЭС может увеличиваться на 10-80 %, удельный расход тепла на 10- -35 %, а стоимость электроэнергии – на 30-100 %. Можно ожидать, что про-
мышленное освоение технологий приведет со временем к значительному по-
вышению экономичности электростанций с удалением СO2.
Планируя строительство новых ТЭС на органическом топливе и проекти-
руя их, следует допускать, что возможно их потребуется дооснащать системами вывода и обработки СO2 и предусмотреть возможность включения в тепловую схему дополнительных элементов, место для их установки и др. Это касается и паровых энергоблоков, и ПГУ с газификацией угля.
Оценка перспектив развития технологий и ожидаемых результатов (по этапам 2010, 2020 и 2030 гг.) приведена в таблице 10. От 15 до 20 лет назад энергетика находилась у нас на передовом уровне: разрабатывались новые тех-
нологии и оборудование, не уступавшие зарубежным, промышленные проекты основывались на исследованиях мощных отраслевых и академических институ-
тов и вузов. В последующие годы имевшийся в электроэнергетике и энергома-
шиностроении потенциал был в значительной мере утрачен, однако сейчас оте-
чественные научно-технические организации могут разрабатывать необходи-
мое для энергетики перспективное оборудование.
Изложенные в статье соображения не реализуются сами по себе. Для это-
го вместо используемых в настоящее время оценок по минимуму затрат и сро-
ков окупаемости необходимо разработать и регламентировать применение в
22
энергетике методики определения целесообразности инвестиций, основанной на экономической эффективности за срок службы и учитывающей риски.
Для каждого из объектов электроэнергетики должна быть составлена,
проэкспертирована и утверждена долговременная программа технического пе-
ревооружения, учитывающая сделанные в статье оценки.
Таблица 10 Оценка перспектив развития технологий получения электроэнергии из органического топлива
2010 г. |
2020 г. |
2030 г. |
||
В России |
В мире |
|
|
|
1. Начало широкого |
|
|
|
|
применения ПГУ на |
1. Промышленное |
1. Промышленное |
1. Промышленное |
|
газо-мазутных |
освоение ГТУ |
освоение усовершен- |
освоение ПГУ с |
|
электростанциях, |
мощностью ~ 350 |
ствованных ГТУ и |
комбинированным |
|
ввод в действие |
МВт и ПГУ с ними |
ПГУ на природном |
производством |
|
ПГУ с ГТУ |
на природном газе |
газе с повышением их |
электроэнергии и |
|
мощностью 250-290 |
с КПД > 60 % |
КПД до 63-65 % |
водорода из угля |
|
МВт и КПД > 55 % |
|
|
|
|
|
2. Расширение |
|
2. Промышленное |
|
2. Начало |
использования в |
2. Освоение |
освоение гибридных |
|
ПГУ котлов- |
демонстрационной |
установок с ГТУ и |
||
реализации |
||||
утилизаторов с |
гибридной установки с |
высокотемпературны- |
||
проектов угольных |
||||
прямоточной |
ГТУ и высокотемпера- |
ми топливными |
||
энергоблоков на |
||||
частью ВД, |
турными топливными |
элементами с КПД при |
||
параметры пара |
||||
повышение |
элементами с КПД при |
работе на природном |
||
28-30 МПа, |
||||
маневренности |
работе на природном |
газе 70-75 % и на угле |
||
580-600 °C |
||||
ПГУ на |
газе 65-70 % |
(после газификации) |
||
|
||||
|
природном газе |
|
60-65 % |
|
|
3. Промышленное |
3. Продление межре- |
3. Промышленное |
|
|
применение ма- |
монтного ресурса го- |
освоение энергетиче- |
|
|
невренных ГТУ |
рячих деталей ГТУ до |
ских установок, реали- |
|
- |
мощностью > 100 |
40-60 тыс. ч для повы- |
зующих различные |
|
|
МВт для покрытия |
шения готовности и |
технологии вывода из |
|
|
пиков электриче- |
снижения ремонтных |
их циклов СО2 |
|
|
ской нагрузки |
затрат |
(если потребуется) |
|
|
4. Начало произ- |
|
|
|
|
водства и про- |
|
|
|
|
мышленного при- |
4. Освоение первых |
4. Энерготехнологиче- |
|
|
менения стандар- |
ские установки с |
||
|
энергоблоков на пара- |
|||
- |
тизованных энер- |
получением |
||
метры пара 35 МПа, |
||||
|
гоблоков на |
искусственного |
||
|
700-720 °С |
|||
|
суперсверхкрити- |
жидкого топлива |
||
|
|
|||
|
ческие параметры |
|
|
|
|
(ССКП) |
|
|
23
Для проектов, которые начались с 2010-2015 гг., применяются опробо-
ванные технологии и оборудование, относительно работоспособности, эффек-
тивности и правильности выбора которых нет сомнений. Это ГТУ, ПГУ, высо-
коэкономические угольные блоки, котлы с пылевым сжиганием и ЦКС, усо-
вершенствованные тепловые схемы, современные паровые турбины и вспомо-
гательное оборудование, газоочистные системы.
Как правило, энергоустановки тепловых электростанций, работающие при давлении пара до 9 МПа, и энергоустановки, работающие при давлении па-
ра до 13 МПа, после выработки оборудованием технического ресурса должны выводиться из эксплуатации.
При замещении энергоустановок на газомазутных ГРЭС и ТЭЦ предпо-
чтительна установка ГТУ и ПГУ на газе с резервированием дизельным топли-
вом. При замещении энергоустановок на угольных электростанциях необходи-
мо предусматривать природоохранные мероприятия.
Для ТЭС, потребляющих низкокачественные угли или разные их виды,
наряду с пылевым сжиганием целесообразно рассматривать применение котлов с циркулирующим кипящим слоем.
При техническом перевооружении угольных ТЭС следует обеспечивать КПД блоков, работающих при давлении пара 13 МПа, не менее 41 %, а при давлении пара 24 МПа - не менее 43 %.
Все объекты при техническом перевооружении должны оснащаться пол-
номасштабной АСУ TП, обеспечивающей выполнение всех технических функ-
ций, включая диагностику и регулирование частоты и мощности.
Решения, закладываемые заводами-изготовителями и проектными орга-
низациями при создании нового оборудования для ТЭС, должны отвечать со-
временным требованиям по технико-экономическим и экологическим показа-
телям и соответствовать уровню передовой зарубежной техники.
При выборе оборудования следует отдавать предпочтение отечественным производителям. В настоящее время они значительно расширили номенклатуру выпускаемых изделий, стали лучше предлагать свое оборудование и услуги.
24
Там, где требуются длительные, связанные с большими затратами и риском разработки, целесообразно совместное с инофирмами производство или прямая закупка необходимых видов оборудования и ноу-хау.
Выполнение этих требований затрудняется тем, что два десятилетия обо-
рудование отечественных энергомашиностроительных заводов почти не обнов-
лялось, их кадры состарились и в значительной части утеряны. Поэтому освое-
ние комплектного производства высокоэкономичного перспективного энерго-
оборудования потребует радикального и дорогостоящего дооснащения россий-
ских заводов современными автоматическими станками и роботизированными линиями, позволяющими гарантировать высокое качество изготовления и сбор-
ки, повысить производительность, снизить стоимость изделий и подготовки но-
вого производственного персонала.
Целью развития отечественного энергомашиностроения является обеспе-
чение изготовления всей номенклатуры изделий, необходимых в национальной экономике, и создание инфраструктуры – от металлов до комплектующей аппа-
ратуры – обеспечивающей такую возможность.
Технический уровень и стоимость производства энергооборудования в России должны обеспечивать его конкурентоспособность не только внутри страны, но и на внешних рынках.
Для решения этой задачи необходимы:
- привлекательные проекты котлов, паровых турбин, ГТУ и ПГУ и убеди-
тельные программы их совершенствования и улучшения эксплуатационных качеств;
- создание благоприятных условий для инвестирования. В электроэнерге-
тике они уже создаются, в энергомашиностроении их пока нет;
- партнерство энергетического и энергомашиностроительного бизнесов.
Машиностроители должны гарантировать соответствие своего оборудо-
вания современным технико-экономическим и природоохранным требованиям,
поставлять его собранными и испытанными на заводах крупными модулями, не требующими ревизии доработки при монтаже, разделять ответственность за
25
риск, связанный с использованием нового оборудования, финансировать свои начальные разработки, создавать использовать привлекательные схемы финан-
сирования поставок.
Энергетики должны активно сотрудничать с научно-исследовательскими,'
проектными и машиностроительными предприятиями в создании нового энер-
гооборудования, участвовать в финансировании его разработок и освоения,
предоставлять площадки для головных установок, организовать их эксплуата-
цию и обобщать полученный опыт.
Для промышленной доводки новых технологий и оборудования необхо-
димо быстрее ввести в действие и активно эксплуатировать головные демон-
страционные объекты с ГТУ и ПГУ для технического перевооружения газома-
зутных ТЭС, угольный блок 600 МВт на суперкритические параметры пара,
котлы с ЦКС, природоохранное оборудование, для этого нужно:
-выбрать площадки для их реализации;
-разработать схемы финансирования;
-разработать и согласовать технические требования на поставляемое оборудование;
-выполнить проекты оборудования и его привязки к конкретной площадке.
Важнейшую роль в организации и руководстве техническим перевоору-
жением электроэнергетики должно играть государство. Министерству энерге-
тики с участием электроэнергетического, энергомашиностроительного и топ-
ливного бизнесов следует разработать программу развития отечественной элек-
троэнергетики и энергомашиностроения, учитывающую имеющиеся в стране рыночные отношения. Государство должно достичь соглашения с владельцами энергокомпаний и заводов о выполнении этой программы: владельцы должны заботиться о развитии бизнеса, а не о выгодной перепродаже; вкладывать день-
ги, а не только извлекать дивиденды. В программе должны быть предусмотре-
ны преференции для участвующих в ее выполнении предприятий: налоговые льготы, кредитование, прямые вложения в разработки конструкций и техноло-
26
гий, страхование рисков, разработка эффективных схем финансирования,
льготные условия эксплуатации головных энергоблоков.
Должен быть создан работоспособный аппарат из квалифицированных специалистов для руководства выполнением программы и отдельных входящих в нее проектов и контроля за выделением и расходованием средств.
Программа должна быть гласной, ход ее выполнения и достигнутые ре-
зультаты должны ежегодно обсуждаться на представительных конференциях, а
высказанные там соображения – учитываться при корректировании проектов.
Министерство энергетики должно организовать взаимодействие предпри-
ятий (например, энергомашиностроительных и авиадвигательных) при выпол-
нении программы и гарантировать добросовестность партнерства.
Современные рекомендации по улучшению настоящего состояния тепло-
энергетики включают следующие пункты.
1. Организовать под государственным руководством с участием заинтере-
сованных структур и науки разработку государственной программы развития электроэнергетики России, в которой следует предусмотреть:
-инвестиции на развитие энергетики и энергомашиностроения;
-обязательства владельцев энергомашиностроительных предприятий и энергокомпаний;
-меры государственной поддержки отечественной энергетики и энерго-
машиностроения, распространяющиеся на разработку, подготовку производ-
ства, изготовление, поставку и освоение новых технологий и оборудования.
2.Организовать контроль и управление выполнением этой программы.
3.Считать целесообразным организацию проектирования и производства нового энергетического оборудования на отечественных заводах в сотрудниче-
стве с инофирмами, серийно выпускающими такое оборудование.
4. Активизировать работу Российской Академии наук по разработке и решению научно-технических, организационных и институциональных меро-
приятий, необходимых для вывода электроэнергетики страны, в частности теп-
ловой, на передовой уровень.
27
2. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ
САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
1.Какова доля вырабатываемой электрической энергии, приходящаяся на тепловые электрические станции?
2.При каком условии целесообразно применение угольных блоков с кот-
лами циркулирующего кипящего слоя?
3.Назовите существующие перспективы развития технологий получения электрической энергии из органического топлива?
4.В чем заключается роль государства в организации и руководстве тех-
ническим перевооружением электроэнергетики?
5. Перечислите основные рекомендации по улучшению состояния тепло-
энергетики в Российской Федерации в настоящее время и с перспективой на будущее.
28
СОДЕРЖАНИЕ
1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПЕРСПЕКТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ В ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ…………………………………………………………... 3
2.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯ-
ТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ……………………………………………………………. 27
Дыскин Лев Матвеевич
Морозов Максим Сергеевич
Болдин Владимир Петрович
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Учебно-методическое пособие по подготовке к лекционным занятиям
(включая рекомендации по организации самостоятельной работы) по дисциплине «Современные методы оценки эффективности
теплоэнергетических систем» для обучающихся по направлению подготовки 13.04.01 Теплотехника и теплоэнергетика
профиль Тепломассообменные процессы и установки
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
603950, Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65. http://www. nngasu.ru, srec@nngasu.ru