В Т Матвеенко - Энергетическая и экологическая эффективность когенерационных энергоустановок - страница 1

Страницы:
1 

УДК 621.438 : 436

В.Т. МАТВЕЕНКО, д-р техн. наук

Севастопольский национальный технический университет

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

КОГЕНЕРАЦИОННЬГХ ЭНЕРГОУСТАНОВОК

ДЛЯ КОММУНАЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ

Рассматриваются газодвигательные и газотурбинные когенерационные энергоуста­новки, которые целесообразно применять для обеспечения энергией коммунальных объек­тов с учетом энергосберегающих технологий.

Наиболее радикальным и приемлемым для экономики Украины пу­тем вывода энергетики из кризисного состояния и решения неотложных проблем реанимации и замещения отработавших электрогенерирующих мощностей является широкое внедрение когенерационных технологий, т.е. комбинированного производства электрической и тепловой энергии

[1].

Применение когенерационных технологий - один из самых результа­тивных путей повышения эффективности использования энергии топлива на стадии генерирования энергии. Эффект экономии топлива в когенера-ционной энергоустановке по сравнению с раздельным производством того же количества теплоты и электроэнергии достигается за счет замещения части топлива, сжигавшегося в котле, энергией, утилизируемой из отрабо­тавших газов двигателя.

Широкое внедрение когенерационных технологий в энергетике возможно при децентрализации генерирующих мощностей. В этом слу­чае необходимы энергетические установки средней и малой мощности, обслуживающие обособленные объекты промышленности, коммуналь­ного хозяйства, технологические и транспортные комплексы.

В Украине создана разветвленная система котельных и теплотрасс для централизованного теплообеспечения и горячего водоснабжения, ко­торая является идеальной базой для использования когенерационных технологий.

Предприятия системы "Теплокоммунэнерго" могут стать произво­дителями электроэнергии, объемы производства которой в состоянии обеспечивать: собственные потребности предприятия; при использова­нии резервных мощностей осуществлять поставки на сторону в пиковом режиме или в период чрезвычайной ситуации; работу в базово-пиковом режиме. В последнем случае предприятие приобретает статус ТЭЦ, хотя основной его задачей является выработка тепловой энергии для комму­нальных объектов.

Для энергообеспечения коммунальных и промышленных объектов нужны когенерационные энергоустановки электрической мощностью от

0,5 до 12 МВт и более. В этом диапазоне мощностей могут применяться дизель-генераторы и газотурбогенераторы с утилизаторами теплоты. При электрической мощности от 0,5 до 3 МВт по технико-экономическим по­казателям предпочтительно использование газодизелей или газодвигате­лей (ГД), топливом или основным топливом которых является природ­ный газ.

Промышленность Украины выпускает ДВС мощностью от 0,5 до 1,6 МВт, работающие на природном газе. Комплексную поставку оборудова­ния для когенерационных установок на базе газодизелей и газодвигателей осуществляет АООТ "Первомайскдизельмаш" (г.Перво-майск Николаев­ской обл.). Мощность ГД-генераторов составляет 500 и 630 кВт. ГД-генераторы комплектуют водогрейными котлами-утилизаторами. За счет утилизации теплоты выхлопных газов и системы охлаждения ГД-генератора мощностью 630 кВт тепловая мощность когенерационной энергоустановки достигает 650 кВт при максимальной температуре воды на выходе из котла-утилизатора, равной 85.. .90 0С.

В ПО "Завод им.Малышева" (г.Харьков) выпускаются ГД-генераторы мощностью 1000 кВт и 1600 кВт с эффективным КПД, рав­ным 34-35%, которые можно применять в составе когенерационных энергоустановок.

Энергетические установки когенерационного типа мощностью 2,5 МВт и более могут быть созданы на базе газотурбинных двигателей (ГТД). Производство когенерационных ГТУ (UGT) электрической мощ­ностью 2,5; 6,0; 8,0; 10,0; 14,5; 16,0; 18,5; 25,0 МВт освоено на НПКГ " Зоря-Машпроект" (г. Николаев), в которых совместно с теплоутилизи-рующим контуром теплотехнический (общий) КПД достигает в среднем

80%.

Нужно отметить, что ГТУ простого цикла в диапазоне мощностей 2,5.10 МВт уступают по величине эффективного КПД газодвигателям. Но существует реальная возможность для ГТУ приблизиться и даже пре­высить экономичность газодизелей за счет более глубокой утилизации теплоты выхлопных газов, превратив часть теплоты в механическую энергию.

Такой, более эффективный способ утилизации теплоты реализуется в газотурбинной установке с турбокомпрессорным утилизатором (ТКУ). В состав ТКУ входит турбина перерасширения, дожимающий компрес­сор и охладитель газа между ними (см. рисунок).


В приведенной схеме теплофикационный теплообменник выполняет роль теплогенератора - водяного котла-утилизатора.

Установлено, что КПД ГТД с ТКУ при всех значениях степени повышения давления в компрессоре выше, чем в двигателе простого цикла (П).

В диапазоне оптимальных Рк относительный рост КПД составляет 10-25%, а там, где двигатель имеет меньшую Рк , - 30-60 % [2].

В Севастопольском национальном техническом университете создан опытный газотурбогенератор с ТКУ. В опытной когенерационной уста­новке использован газотурбогенератор АИ-8 производства АО "Мотор Січ" (г.Запорожье). Испытания газотурбогенератора подтвердили досто­верность теоретических разработок по турбокомпрессорной утилизации теплоты. Установка отличается хорошими экономическими и эксплуата­ционными качествами на всех режимах работы. Уникальным свойством ГТУ с ТКУ является постоянно высокий теплотехнический КПД на всех режимах нагружения [3].

Используя опыт нового направления глубокой утилизации в ТКУ, НПП "Машпроект" (г.Николаев) совместно с СевНТУ разработал техни­ческие предложения по созданию когенерационных ГТУ с ТКУ. В част­ности, на базе ГТД GT2500 осуществлено техническое предложение по созданию когенерационной установки электрической мощностью 2,9 МВт. К выхлопу серийного газотурбогенератора GT2500 пристроен ТКУ, который в базовом режиме увеличивает мощность установки на 400 кВт,а газоохладитель - котел утилизатор располагает тепловой мощностью в

4,3 МВт.

В таблице приведены характеристики газотурбогенератора ГТГ-3,7/4,5, который можно создать на базе ГТД GT3200. Это модернизиро­ванный вариант ГТД GT2500, более высокотемпературный и имеющий

эффективный КПД 31 % (для сравнения ГТД GT2500 - 28,5 %). При со­вместной работе ГТД GT3200 с ТКУ эффективный КПД достигает 36%, что сопоставимо с КПД ДВС.


Необходимо отметить, что энергетические ГТУ когенерационного типа замещают часть мощностей котельных установок в теплофикацион­ных сетях, экономя топливо и сокращая валовые выбросы продуктов сго­рания и вредных веществ (ВВ) в атмосферу. Так, удельный выброс МЗх в газотурбогенераторе мощностью 10 МВт (UGT 10000) на номинальном ре­жиме составляет 1,87 г/(кВт-ч), а в когенерационной установке с ТКУ -0,8 г/(кВт-ч), т.е. в 2,37 раза меньше. Это объясняется тем, что когенера-ционная установка с ТКУ на базе ГТД UGT 10000 при прежней эмиссии ВВ дополнительно располагает 1,25 МВт электрической мощности и 11,7 МВт тепловой. В такой же степени уменьшаются удельные выбросы по оксиду углерода (СО).

Так как когенерационные установки сокращают валовые выбросы продуктов сгорания по сравнению с раздельной выработкой тепловой и электрической энергией примерно в 1,5 раза, они способствуют выпол­нению обязательств, принятых в Киотском протоколе к Конвенции об изменении климата и сокращении выбросов парниковых газов.

С учетом изложенного можно сделать вывод, что Украина распола­гает научно-производственным потенциалом для создания когенерацион-ных энергоустановок и повышения с их помощью эффективности энерге­тического хозяйства коммунальных и промышленных объектов.

1.Клименко В. Н. Проблемы когенерационных технологий в Украине // Пром. тепло­техника. -2001. - Т.23. - № 4-5. - С. 106-110.

2.Матвеенко В.Т. Термодинамические процессы и характеристики цикла высокотем­пературного газотурбинного двигателя с турбиной перерасширения // Энергетика... (Изв. высш. уч. заведений и энерг. объединений СНГ). - 1997. - № 1-2. - С.38-41.

3.Матвеенко В.Т. Результаты испытаний опытного когенерационного газотурбогене­ратора с турбокомпрессорным утилизатором // Вісник НТУ "Львівська політехніка": Про­блеми економії енергії. Вип.2. - Львів, 1999. - С.22-25.

Получено 12.02.2003

Страницы:
1 


Похожие статьи

В Т Матвеенко - Энергетическая и экологическая эффективность когенерационных энергоустановок