Разработка методологии и технических решений совершенствования тепловых схем и оборудования ТЭЦ с целью повышения их энергоэффективности и надежности

Abstract

Объект исследования – централизованные энергогенерирующие источники комбинированного производства электроэнергии и тепловой энергии. Цель работы – разработка методологии исследований и определение технических решений развития энергосбережения на теплогенерирцющих источниках систем централизованного теплоснабжения энергосистемы Беларуси с вводом Белорусской АЭС. Результаты работы. Фундаментальный аспект: с вводом в строй Белорусской АЭС доля природного газа в приходной части топливного баланса энергосистемы снижается с 97 до 59 %. Это изменение доли природного газа не обеспечивает требование по критерию энергетической безопасности (доля отдельных первичных энергоресурсов не должна превышать 50 %). Необходимы технические решения для повышения энергоэффективности с целью дальнейшего снижения потребления природного газа на генерирующих мощностях энергосистемы Беларуси. Прикладной аспект: повышение энергетической эффективности ТЭЦ за счет: изменения структуры энергогенерирующего оборудования, отвечающей структуре изменившихся тепловых и электрических нагрузок путем использования двигателей внутреннего сгорания поршневых и газотурбинных; развития тепловых схем ТЭЦ для углубления использования природного газа за счет привлечения к генерации тепловой энергии низкотемпературных потоков внутренних (имеющих место на ТЭЦ) и внешних (предприятий промышленных узлов, сопряженных с ТЭЦ). Обобщены данные о составе установленного основного оборудования на крупных и малых ТЭЦ энергосистемы Беларуси, по тепловым и электрическим нагрузкам за 2010−2020 г. г. за год, за отопительный период, межотопительный период, а в 2020 г. − месячные нагрузки. Определены коэффициенты использования установленной электрической мощности ТЭЦ, коэффициенты теплофикации, значения комплекса относительных характеристик для оценки энергетической эффективности ТЭЦ Беларуси, и на его основе рассчитаны удельные расходы топлива на генерацию электроэнергии и отпуск тепловой энергии. Установлен относительный вес каждой ТЭЦ в генерации электрической и тепловой энергий в энергосистеме Беларуси годовой и за отопительный и межотопительный периоды 2020 года. Установлен тренд изменения характера тепловых нагрузок, электрических нагрузок за 20 лет с 2000 по 2020 г.г. Имеет место снижение и перераспределение нагрузок производственных и отопительных, темп уменьшения паровых нагрузок более сильный. Электрические нагрузки подвержены колебаниям по годам, оставаясь на одном уровне за указанный период. Рассмотрены результаты изменения структуры генерации электроэнергии с вводом в строй Белорусской АЭС. Установлена необходимость привлечения ТЭЦ к регулирования генерации электроэнергии. Определены значения комплекса относительных характеристик за различные характерные отрезки времени (год, отопительный и межотопительный периоды), используемые для оценки энергетической эффективности каждой ТЭЦ Беларуси. Расчеты проведены как для существующего положения в отношении состава основного оборудования, так и для предлагаемого состава оборудования, измененного по итогам данной работы. Определены для каждого источник ОЭС Беларуси: удельные расходы топлива на генерацию электроэнергии и отпуск тепловой энергии, КПД электрический абсолютный, коэффициент полезного использования топлива и эксергетический КПД. Последний КПД определен для ТЭЦ ОЭС Беларуси впервые. Применение эксергетического КПД для оценки термодинамической эффективности ТЭЦ декларируется многими исследователями, но практически выполнено впервые. Его использование позволяет применить для оценки один индикативный показатель, что облегчит анализ и избавит от не однозначной оценки эффективности централизованных источников комбинированного энергоснабжения. В результате показано, что наиболее целесообразно осуществлять дальнейшую реконструкцию ТЭЦ страны путем внедрения в их состав высокотемпературных надстроек на базе ГТУ по сбросной схеме ПГУ для крупных источников производственно-отопительных и для отопительных ТЭЦ на базе газопоршневых ДВС.