Эффективность технологии комбинированного теплоснабжения на основе тэц с внутриквартальными тепловыми насосами
На правах рукописи
Пашка Бямбацогт СИСТЕМНАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕХНОЛОГИИ КОМБИНИРОВАННОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ ТЭЦ С ВНУТРИКВАРТАЛЬНЫМИ ТЕПЛОВЫМИ НАСОСАМИ Специальность 05.14.14 – Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание учной степени кандидата технических наук
Новосибирск – 2011
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Новосибирский государственный технический университет»
Научный консультант: доктор технических наук, профессор Ноздренко Геннадий Васильевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Секретарев Юрий Анатольевич доктор технических наук, с.н.с.
Огуречников Лев Александрович
Ведущая организация: ЗАО “ЗиО – КОТЭС”, г. Новосибирск
Защита диссертации состоится «23» декабря 2011 года в 10 часов минут на заседании диссертационного совета Д 212.173.02 при Новосибир ском государственном техническом университете по адресу: 630092, Новоси бирск, пр. К.Маркса,
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского го сударственного технического университета
Автореферат разослан « » ноября 2011 г.
Учный секретарь диссертационного совета доктор технических наук Чичиндаев А.В.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. В современных условиях теплофикация со храняет эффективность по сравнению с раздельной выработкой электроэнер гии (на КЭС) и тепла (в котельных) как при реконструкции действующих, так и при строительстве новых ТЭЦ.
Развитие ТЭЦ осуществляется по двум направлениям – путем строитель ства паротурбинных и парогазовых ТЭЦ и путм комбинирования теплофи кационных систем на базе схемы последовательного нагрева сетевой воды на ТЭЦ и в местных теплоисточниках (внутриквартальных установках). В каче стве таких установок в последнее время используются фреоновые компрес сионные внутриквартальные тепловые насосы (КВТН).
Оценка системной эффективности технологии комбинированного тепло снабжения на основе ТЭЦ с КВТН актуальна.
В диссертации разработанные методические подходы, методики иссле дования, алгоритмы, оценка системной эффективности комбинированного теплоснабжения используются в качестве практического приложения к Улан Баторской ТЭЦ-4 энергетики Монголии.
Современное состояние энергетики Монголии характеризуется ростом выработки электроэнергии и тепла, увеличением добычи угля, возрастанием мощностей источников энергии и сетей, интенсивной электрификацией всех отраслей народного хозяйства. Следует отметить, что, несмотря на то, что Монголия располагает топливно-энергетическими ресурсами, достаточными для удовлетворения потребностей народного хозяйства в топливе и энергии, вопрос обеспечения повышения эффективности топливоиспользования явля ется актуальным. Ситуация обострена тем, что жидкое топливо (мазут) явля ется импортируемым сырьем и имеет цену на порядок большую, чем цена угля франко-бункер Улан-Баторской ТЭЦ-4.
Комбинированные системы теплоснабжения на базе пылеугольных ТЭЦ и внутриквартальных тепловых насосов (КВТН) позволяют обеспечить по вышение эффективности теплоиспользования и, что немаловажно в совре менных условиях для Монголии, вытеснить из энергобаланса мазут.
Целью работы является исследование эффективности технологии ком бинированного теплоснабжения на основе ТЭЦ с внутриквартальными теп ловыми насосами и разработка рекомендаций по выбору схем, параметров и показателей технологии комбинированного теплоснабжения ТЭЦ-КВТН.
Задачи исследования:
• Разработка методики оценки эксергетической и технико экономической эффективности теплофикационных энергоблоков в со ставе ТЭЦ-КВТН.
• Разработка математической модели функционирования теплофикаци онных энергоблоков ТЭЦ в комбинированной системе теплоснабжения с КВТН.
• Разработка методики эксергетического анализа и анализ работы КВТН в составе энергоблоков ТЭЦ в комбинированной системе теплоснабже ния.
• Оценка технико-экономической эффективности технологии комбини рованного теплоснабжения ТЭЦ-КВТН с паротурбинными энергобло ками 50…250 МВт (в том числе – с энергоблоками Улан-Баторской ТЭЦ-4) и парогазовыми энергоблоками 250…500 МВт.
• Разработка рекомендаций по выбору схем, параметров и показателей технологии комбинированного теплоснабжения ТЭЦ-КВТН.
Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые получены и выносятся на защиту следующие наиболее важные результаты:
1. Разработанные с использованием дифференциального подхода мето дика и математическая модель эксергетического анализа многоцелевых энер гоблоков электростанций, функционирующих в системе комбинированного теплоснабжения.
2. Новый технико-экономический КПД и разработанная на основе дифференциального подхода в эксергетическом методе анализа и объедине ния технико-экономической и эксергетической методологии методика и ма тематическая модель анализа технико-экономической эффективности тепло фикационных энергоблоков с комбинированной системой теплоснабжения и КВТН.
3. Разработанная на базе теории подобия методика и алгоритм для мно говариантных компьютерных расчетов термодинамических параметров фре онов и фреоновых циклов КВТН в составе комбинированного теплоснабже ния с учетом температурных графиков, графиков тепловых нагрузок и оцен кой погрешности расчетов эксергетических и технико-экономических функ ций цели.
4. Показано на основе исследований, что эксергетический КПД КВТН на различных фреонах составляет более 50%. Обоснована необходимость разработки новых фреоновых компрессоров, так как работа КВТН должна быть согласована с температурным графиком и графиком тепловых нагрузок ТЭЦ, работающей в системе комбинированного энергоснабжения, и с темпе ратурным графиком внутриквартальной сетевой воды.
5. На примере эксергетического анализа ТЭЦ с комбинированной сис темой теплоснабжения и фреоновыми КВТН показано, что такие ТЭЦ-КВТН являются термодинамически более эффективными (в 1,5…2,5 раза) по отпус ку теплоэксергии по сравнению с традиционными ТЭЦ, что обусловлено от носительно низкими значениями (0,1…0,15) эксергетических КПД собствен но пиковых водогрейных котлов. Эксергетический КПД ТЭЦ-КВТН с турби нами Т-50…Т-250 находится на уровне 0,12…0,15, с ПГУ-250…500 0,18…0,20, а для традиционной системы ТЭЦ-ПВК - 0,05…0,07.
6. Показано, что технико-экономический КПД по отпуску теплоэксер гии для ТЭЦ-КВТН в комбинированной системе теплоснабжения составляет 0,03…0,06, что выше практически в два раза эффективности традиционных систем теплоснабжения от ТЭЦ.
7. Выполнены многовариантные расчеты эксергетической и технико экономической эффективности для Улан-Баторской (УБ) ТЭЦ-4 при перево де в режим работы с КВТН в комбинированной системе теплоснабжения и показано, что эксергетическая эффективность УБ ТЭЦ-4 повышается почти в 1,5 раза по сравнению с традиционной схемой теплоснабжения: эксергетиче ский КПД по отпуску теплоэксергии при работе КВТН на R-134A составляет 0,129;
экономический критерий эффективности УБ ТЭЦ-4 с КВТН, характе ризующий относительную эффективность эксплуатации инвестиций, нахо дится на уровне 1,5;
а дисконтированный срок окупаемости (рассчитанный по ЧДД) – менее трех лет.
Методы исследования: методология системных исследований в энерге тике, математическое и компьютерное моделирование ТЭЦ, методы эксерге тического анализа.
Практическая значимость работы. Разработанная методика, методи ческий подход, математическая модель, алгоритмы, программы расчета и разработанные рекомендации позволяют получать необходимую информа цию для разработки комбинированного теплоснабжения на основе ТЭЦ с внутриквартальными тепловыми насосами.
В диссертации изложены определяющие принципы при исследовании эффективности ТЭЦ-КВТН. Главным является комплексное рассмотрение комбинированного теплоснабжения как системы, состоящей из основного источника (ТЭЦ), тепловых сетей, КВТН и потребителя.
Личный вклад автора. Все разработки и результаты исследований, из ложенные в основном тексте диссертации без ссылок на другие источники, получены автором.
Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены в Улан-Баторской энергосистеме, на УБ ТЭЦ-4 и в учебном про цессе НГТУ.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на конференции;
II Всероссийской конференции «ИННОВАЦИОННАЯ ЭНЕРГЕТИКА» (НГТУ, Новосибирск, 2010);
Всероссийской научной конфе ренции молодых ученых «НАУКА. ТЕХНОЛОГИИ. ИННОВАЦИИ» (НГТУ, Новосибирск, 2010);
Первом международном научно-техническом конгрессе (Красноярск, 2010);
IV Всероссийской научно-практической конференции «Научная инициатива иностранных студентов и аспирантов российских ву зов» (ТПУ, Томск, 2011), Международной конференции «Knowledge based industry-2011», Монголия, 2011.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных ра бот, из них: 1 статья в журнале, входящем в перечень изданий, рекомендо ванных ВАК РФ, 3 – в сборниках научных трудов, 5 – в сборниках трудов всероссийских и международных конференций.
Структура и объм работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Содержит 122 страницы основного текста, 27 рисунков, 23 таблицы.
Достоверность результатов и выводов диссертационной работы обосно вывается использованием методики технико-экономических и эксергетиче ских системных исследований, фундаментальных закономерностей техниче ской термодинамики, теплопередачи, использованием фактических режим ных и параметрических характеристик энергетического оборудования Улан Баторской ТЭЦ-4.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулиро ваны цели исследования, определена научная новизна и практическая цен ность работы, аннотируются основные положения работы.
В первой главе проведен обзор энергетического хозяйства Монголии и показано, что пылеугольные ТЭЦ являются фактором энергобезопасности страны. Показано, что развитие ТЭЦ может осуществляться как по традици онному направлению, так и путем создания комбинированных теплофикаци онных систем. Отмечен вклад в развитие теплофикации и централизованного теплоснабжения ряда известных ученых. При этом для комбинированных те плофикационных систем на базе ТЭЦ-КВТН (внутриквартальных тепловых насосов) к настоящему времени в технической литературе ещ не было уде лено достаточного внимания в направлении системных проработок и оценки их эксергетической и технико-экономической эффективности. Сформулиро ваны задачи исследования.
Во второй главе разработаны основы методических подходов к иссле дованию и методик эксергетического анализа комбинированных систем теп лоснабжения ТЭЦ-КВТН.
Оценку технико-экономической эффективности функционирования ТЭЦ-КВТН целесообразно определять по общему интегральному эффекту как разность между общим интегральным результатом от производственной деятельности объекта и общими интегральными затратами.
Определяющим технико-экономическим параметром являются средне годовые затраты З, а критерий технико-экономической эффективности имеет вид:
ЦЕЕ Z, (1) З где ЦE – получаемая плата за эксергию, в данном -ом году, руб/(кВтч);
Е – отпущенная в -ом году потребителю эксергия (электроэнергия и теплоэксер гия), кВтч/год.
Очевидно, что критерий эффективности (по сути отражающий инте гральный эффект) должен быть больше единицы: Z 1.
Для сравнительного анализа ТЭЦ-КВТН термодинамические свойства фреонов определяются на основе единого методического подхода, сочетаю щего методики термодинамического подобия, построения уравнений состоя ния реального газа, термодинамического анализа фреоновых циклов и новой информации о термодинамических свойствах фреонов, что в немалой степе ни обусловлено необходимостью при математическим моделировании функ ционирования ТЭЦ-КВТН увязывать расходно-термодинамические парамет ры процессов с конструктивно-компоновочными параметрами.
За основу принято уравнение состояния реального газа Мартина-Хоу Алтунина:
n 5 F T i i, p (2) i 1 b кр где Fi (T) –коэффициенты уравнения;
– удельный объем;
b ;
8zкр zКР РКРКР / R TКР ;
pкр, кр,Tкр – давление, удельный объем и темпе ратура в критической точке;
R – универсальная газовая постоянная.
Эксергетический анализ функционирования ТЭЦ-КВТН алгоритмически включает: нахождение на основе материального баланса массовых частей по токов на входе в систему, из которых образованы выходящие потоки;
пред ставление эксергии каждого выходящего из системы потока вещества, а так же эксергии соответствующих массовых частей на входе в систему и внутри системы;
установление эксергии различных видов энергии на входе, внутри и выходе из системы;
определение полезных эффектов (т.е. какие виды эксер гии увеличились и какие новые вещества образовались при работе рассмат риваемой системы), а также затрат (какие виды эксергии уменьшились и ка кие вещества превратились в другие);
расчт эксергетического КПД.
При использовании дифференциального подхода в эксергетическом ме тоде анализа и объединения технико-экономической и эксергетической мето дологии предложен новый технико-экономический КПД и разработана мето дика и математическая модель анализа технико-экономической эффективно сти теплофикационных энергоблоков с комбинированной системой тепло снабжения и КВТН.
Предлагаемый подход заключается в следующем. Во-первых, это – ус ловное разбиение комбинированной системы теплоснабжения ТЭЦ-КВТН (работающей по комбинированному термодинамическому циклу, рис.1) на несколько функционирующих частей и представление в виде эксергетиче ской структурной схемы (рис.1).
Рис. 1. Принципиальная тепловая и эксергетическая структурная схемы комбинированной системы теплоснабжения ТЭЦ-КВТН:
0, 1, 2, 3, 4 -подсистемы комбинированной системы теплоснабжения;
Q теплопотребитель;
Еij -эксергетические потоки;
i -множители Лагранжа (удельные эксергетические расходы топлива).
Во-вторых – математическое описание (моделирование) функционирования и использование этой модели при расчетах. В-третьих – определение и анализ эксергетических показателей эффективности.
Теплофикационный энергоблок ТЭЦ с КВТН, соответствующий тепло вой схеме на рис.1, работает по комбинированному циклу, представленному на рис.2.
Рис.2. Комбинированный цикл ТЭЦ с КВТН на фреоне R-134A:
a, в, c, d– цикл фреонового КВТН;
f, d – конденсация фреона;
3, 4 – подогрев внутриквартальной сетевой воды в конденсаторе КВТН;
0, К, К', 0 – цикл те плофикационного энергоблока;
Т, Т' – конденсация пара теплофикационного отбора;
1, 2 – охлаждение станционной сетевой воды в испарителе фреоново го КВТН.
Математическое описание (моделирование) функционирования ТЭЦ КВТН и определение эксергетических показателей эффективности алгорит мически включают следующие процедуры: формирование уравнений связи в соответствии со структурной схемой при каждом i (рис.1);
формирование функции Лагранжа:
L 0,123EB B ( EB E00 1FBO ) 0 ( E0 E111F E33 1F03 ) 1 ( E1 E22 1F12 ) 2 ( E2 E44 1 E331F23 ) (3) 3 ( E3 E00 1F30 E111F31 ) 4 (E4 E22 1F42 EQ );
определение эксергетических потоков через эксергетическую производи тельность функционирующих частей (с учетом эксергетических КПД функ ционирующих частей i );
формирование системы уравнений:
L 0 i =0, 1,...,5;
(4) Ei решение системы уравнений и определение эксергетического КПД комбини рованной системы теплоснабжения ТЭЦ-КВТН по отпуску теплоэксергии:
B Q 01 2 4 S, (5) 1 F30 F где эксергетический структурный коэффициент S 1 1.
FBO F12 03 Технико-экономическая эффективность ТЭЦ-КВТН по сравнению с (5) учитывает Цт – цену условного топлива ТЭЦ, руб/т у.т., Зi –затраты в подсис темы, руб/год, и определяется как B 01 2 4 S, Q (6) где эксерго-экономический коэффициент (7) ;
/ FF / 0 4 З0 З11 1 30 30 З3 / FBO F12 4 0 1 F12 0.123 Ц T 10 З B / / F42 014 S З2 З4 / 2 коэффициенты относительных приростов затрат в подсистемы 1 к ;
З2 k2 ;
З1 k / / КВТН к КВТН (8) 1 к ;
З4 k4 ;
З3 k / / КВТН к КВТН k1, k2 = k3, k4 –удельные капиталовложения в компрессорную, конденсатор ную, испарительную часть и тепловой центральный пункт, руб/кВт;
квтн – число часов использования установленной эксергетической мощности КВТН, ч/год;
к –отчисления от капиталовложений, 1/год.
В третьей главе выполнен эксергетический анализ ТЭЦ-КВТН на осно ве результатов многовариантных расчетов.
Каждая серия расчетов включала: многовариантные расчеты при заранее заданных сочетаниях значений параметров ТЭЦ-КВТН;
вариации значений исследуемых параметров в технически допустимых пределах при заданных значениях остальных параметров;
многовариантные сравнительные расчеты эксергетических потерь в КВТН на фреонах R-134A, R-12, R-12B2, R-31-10.
Указанный объем разнохарактерных расчетов позволил более подробно учесть инженерную специфику сравниваемых вариантов, определить основ ные закономерности влияния параметров на эффективность ТЭЦ-КВТН и оценить ее снижение для различных изменений параметров по тем или иным инженерным соображениям.
Эксергетические потери E и потоки эксергии E ij в КВТН на фреоне в составе комбинированной системы теплоснабжения показаны на рис.3.
КВТН Рис.3. Потери эксергии Еi в КВТН на фреоне в составе комбинированной сис темы теплоснабжения:
Т* – расчетная температура окружающей среды;
Q – теплопотребитель;
1– компрес сор с электроприводом;
2 - конденсатор с дросселем;
3 – испаритель.
Для каждого расчетного варианта выполнены с совместной увязкой:
расчеты тепловых схем теплофикационных энергоблоков ТЭЦ и КВТН, рас чет теплофикационной нагрузки для комбинированной системы теплоснаб жения с КВТН, расчет расходно-термодинамических и конструктивных па раметров КВТН, стоимостные расчеты ТЭЦ-КВТН. Основные расчеты были выполнены для мощностного ряда теплофикационных энергоблоков с турби нами типа Т-50/60, Т-110/120, Т-175/210, Т-180/210, Т-250/300.
Выполнена оценка погрешности расчетов и показано, что поскольку от дельные погрешности являются независимыми и носят случайный характер, возникает эффект их взаимной компенсации, что обусловливает результи рующую погрешность расчета эксергетических и технико-экономических функций цели на уровне 0,1%.
На рис.4 приведены эксергетические КПД по отпуску теплоэксергии для комбинированных систем теплоснабжения с КВТН на фреонах R-134A и R 12B2 и традиционных систем теплоснабжения ТЭЦ-ПВК.
Q N, МВт 100 200 Рис.4. Эксергетические КПД по отпуску теплоэксергии:
паротурбинная и парогазовая (бинарная) ТЭЦ с КВТН на фреонах R-134A, R 12B2, соответственно, и, ;
традиционная паротурбинная и парога, зовая ТЭЦ с пиковым водогрейным котлом (ПВК), соответственно ;
N–, мощность энергоблоков ТЭЦ.
Из рисунка видно, что эксергетические КПД по отпуску теплоэксергии для комбинированных систем теплоснабжения с КВТН на базе паротурбин ных ТЭЦ примерно в два раза, а на базе парогазовых ТЭЦ почти в три раза выше, чем для традиционных систем ТЭЦ-ПВК. Вместе с тем можно отме тить, что в комбинированных системах теплоснабжения функционирование КВТН на фреоне R-134A эффективнее, чем на R-12.
При сравнении ТЭЦ-КВТН с традиционной схемой энергоснабжения (ТЭЦ-ПВК) приняты температуры прямой и обратной сетевой воды по тем пературному графику Тпс1 = 360 К, Тпс2 = 383 К, Тос = 320 К (при средней расчетной температуре окружающего воздуха – 16оС для работы ПВК), тем пература у потребителя ТQ = 353 К, расчетная температура окружающей сре ды Т* = 310 К, равная температуре конденсации в конденсаторах энергобло ков ТЭЦ, КПД ПВК (по энергобалансу котла) пвк=0,85;
в соответствии с температурными графиками и продолжительностью стояния температур чис ло часов использования установленной эксергетической мощности ПВК со ставило пвк = 1400 ч/год;
k1 = 4·103 руб/кВт, k2 = 3·103 руб/кВт;
.
к ;
З2 k / З1 k / пвк к пвк На рис. 5 приведены значения эксерго-экономических КПД для комби нированных систем теплоснабжения с КВТН на фреонах R-134A и R-12B2 и традиционных систем теплоснабжения ТЭЦ-ПВК.
Q 400 N, МВт 100 Рис. 5. Эксерго-экономические КПД по отпуску теплоэксергии для ком бинированных систем теплоснабжения с КВТН:
паротурбинная и парогазовая (бинарная) ТЭЦ с КВТН на фреонах R-134A, R 12B2, соответственно, и, 1;
традиционная паротурбинная и парогазо, вая ТЭЦ с пиковым водогрейным котлом (ПВК), соответственно,,,.
Из этих данных видно, что комбинированная система ТЭЦ-КВТН в 1,5…2,0 раза эффективнее традиционных ТЭЦ-ПВК. Эксергетический КПД Q для комбинированной системы ТЭЦ-КВТН с теплофикационными паро турбинными энергоблоками на базе турбин Т-50…Т-175 находятся на уровне 0,12…0,14, а для традиционной системы ТЭЦ-ПВК 0,05…0,07. Для ТЭЦ КВТН с энергоблоками на базе турбин Т-180, Т-250 введение промперегрева и закритических параметров пара приводит к увеличению Q до 0,15, а пере ход к бинарным парогазовым энергоблокам в системе ТЭЦ-КВТН позволяет получить Q = 0,18…0,20.
На рис.6 приведены значения эксергетического технико-экономического КПД при изменении цены условного топлива.
0,24 0, Q 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,17 0, 0,8·Цт 0,9·Цт 1,1·Цт 1,2·Цт Цт, Руб/ту.т.
Рис.6. Эксергетический технико-экономический КПД по отпуску теп лоэксергии на паротурбинной ТЭЦ с КВТН на фреоне R-134А при измене нии цены топлива: - ;
Q -.
Из рисунка видно, что комбинированная система теплоснабжения на ба зе ТЭЦ с КВТН является перспективной технологией и при повышении стоимости топлива.
В четвертой главе основная часть расчтов выполнена для ТЭЦ–540 ( котлов Е-420-140, 3 турбины ПТ-80 и 3 турбины Т-100) УБ ТЭЦ-4, входящей в Центральную (Улан-Баторскую) энергосистему. Для эквивалентных энер гоблоков с турбинами ПТ-80-130 и с Т-110-130 УБ ТЭЦ-4 выполнен расчет эксергетической эффективности по отпуску электроэнергии и теплоэксергии для УБ ТЭЦ-4 и показано, что соответствующие эксергетические КПД экви валентных энергоблоков составили: для турбин Т-110-130: 0,34 и 0,22;
для турбин ПТ-80-130 при отключенном П-отборе: 0,34 и 0,22, при включенном П-отборе: 0,41 и 0,38.
В табл. 1 приведены результаты расчетов 1,…4 и Q – эксергетиче ской эффективности УБ ТЭЦ-4. Из таблицы видно, что эксергетическая эф фективность комбинированной системы теплоснабжения на базе УБ ТЭЦ Q = 0,129, то есть почти в два раза больше, чем для традиционной системы теп лоснабжения с пиковыми водогрейными котлами.
Таблица Результаты расчетов эксергетической эффективности УБ ТЭЦ- 1 2 3 4 s Q F12 F30 F Fво 0,991 0,877 0,869 0,956 0,785 0,932 0,068 0,215 0,45 0, По аналогии с эксергетической эффективностью предложено оценивать технико-экономическую эффективность УБ ТЭЦ-КВТН.
На основе многовариантных расчетов определено: З/в =0,03 руб/кВт·ч;
Цт =1500 руб/т у.т.;
З/о =1,23 руб/кВт·ч (для ПТ-80-130), З/о =1,18 руб/кВт·ч (для турбин Т-110-130). Результаты расчетов приведены в табл.2.
Таблица Эксергетический технико-экономический КПД УБ ТЭЦ-4-КВТН тип фреона Q Q s R-31-10 0,552 0,123 0,206 0, R-134А 0,45 0,129 0,207 0, Рассчитанное значение экономического критерия эффективности для УБ ТЭЦ-4 с КВТН на R-134A при ЦE =1,8 руб/кВт·ч, З/о =1,23 руб/кВт·ч (для турбин ПТ-80-130), З/о =1,18 руб/кВт·ч (для турбин Т-110-130) и среднегодо вой эксергетической производительности 3600 млн. кВт·ч/год ЦЕЕ Z 1,5 1 (9) З и характеризует относительную эффективность эксплуатации инвестиций, а ЦЕЕ и З определяются как значения составляющих интегрального эффек та за весь срок жизни, где E-отпуск эксергии в -й год, кВт·ч/год (электро энергии 3000 млн. кВт·ч/год и теплоэксергии 600 млн. кВт·ч/год).
Значения ЧДД вычислены по формуле:
Ц Е Е Т -Ц N Nквтн K квтн 15 ЧДД=. (10) 1 ЕН 1 ЕН =1 t Здесь: ЦЕ =1,8 руб/кВтч – цена продажи теплоэксергии от ТЭЦ-КВТН;
ЦN =1,5 руб/кВтч – цена эксплуатационных издержек, отнесенных к потреб ляемой КВТН электроэнергии как электроэнергии на собственные нужды системы ТЭЦ-КВТН;
ET=600 млн. кВт·ч/год – годовой отпуск теплоэксергии;
квтн =230 млн. кВт·ч/год – годовое потребление электроэнергеии КВТН;
N Кквтн =1500 млн. руб – капиталовложения в КВТН (при удельных капитало вложениях 13000 руб/кВт, рассчитанных по удельным капиталовложениям в функционирующие части КВТН: k1 = 8·103 руб/кВт, k2 = k3 = 6·103 руб/кВт, k = 3·103 руб/кВт (см.гл.3));
ЕН=0,1 – ставка дисконтирования;
=2 годам (сроку освоения капиталовложений при вводе КВТН в комбинированную систему теплоснабжения);
=15 годам (остаточному сроку наработки на ресурс энер гоблоков УБ ТЭЦ-4).
Значения ЧДД, млн. руб, по годам = 1, 2, 3, соответственно:
-13,8;
-12,8;
+552.
Таким образом, перевод УБ ТЭЦ-4 в режим комбинированного тепло снабжения с КВТН на фреоне R-134A является эффективным: дисконтиро ванный срок окупаемости проекта составляет менее трех лет.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ В диссертации, являющейся научно-квалификационной работой, содер жится решение задачи системной эффективности технологии комбинирован ного теплоснабжения на основе ТЭЦ с внутриквартальными тепловыми на сосами, имеющей существенное значение для теплоэнергетики (и в частно сти, для монгольской энергетики).
1. Разработана с использованием дифференциального подхода методика и математическая модель эксергетического анализа многоцелевых энерго блоков электростанций, функционирующих в системе комбинированного те плоснабжения.
2. При использовании дифференциального подхода в эксергетическом методе анализа и объединения технико-экономической и эксергетической методологии предложен новый технико-экономический КПД и разработана методика и математическая модель анализа технико-экономической эффек тивности теплофикационных энергоблоков с комбинированной системой те плоснабжения и КВТН.
3. Разработана на базе теории подобия методика и алгоритм для много вариантных компьютерных расчетов термодинамических параметров фрео нов и фреоновых циклов КВТН в составе комбинированного теплоснабжения с учетом температурных графиков и графиков тепловых нагрузок. Выполне на оценка погрешности расчетов и показано, что поскольку отдельные по грешности являются независимыми и носят случайный характер, возникает эффект их взаимной компенсации, что обусловливает результирующую по грешность расчета эксергетических и технико-экономических функций цели на уровне 0,1%.
4. Выполнен эксергетический анализ циклов КВТН в составе комбини рованного теплоснабжения и показано, что эксергетический КПД КВТН на различных фреонах составляет более 50%. Обоснована необходимость разра ботки новых фреоновых компрессоров, так как работа КВТН должна быть согласована с температурным графиком и графиком тепловых нагрузок ТЭЦ, работающей в системе комбинированного энергоснабжения, и- с темпера турным графиком внутриквартальной сетевой воды.
5. На примере эксергетического анализа ТЭЦ с комбинированной систе мой теплоснабжения и фреоновыми КВТН показано, что такие ТЭЦ-КВТН являются термодинамически более эффективными (в 1,5…2,5 раза) по отпус ку теплоэксергии по сравнению с традиционными ТЭЦ, что обусловлено от носительно низкими значениями (0,1…0,15) эксергетических КПД собствен но пиковых водогрейных котлов. Эксергетический КПД ТЭЦ-КВТН с турби нами Т-50…Т-250 находится на уровне 0,12…0,15, с ПГУ-250…500 0,18…0,20, а для традиционной системы ТЭЦ-ПВК -0,05…0,07.
6. Показано, что технико-экономический КПД по отпуску теплоэксергии для ТЭЦ-КВТН в комбинированной системе теплоснабжения составляет 0,03…0,06, что выше практически в два раза эффективности традиционных систем теплоснабжения от ТЭЦ.
7. Выполнены многовариантные расчеты эксергетической и технико экономической эффективности для УБ ТЭЦ-4 при переводе в режим работы с КВТН в комбинированной системе теплоснабжения и показано, что эксерге тическая эффективность УБ ТЭЦ-4 повышается почти в 1,5 раза по сравне нию с традиционной схемой теплоснабжения: эксергетический КПД по от пуску теплоэксергии при работе КВТН на R-134A составляет 0,129, экономи ческий критерий эффективности УБ ТЭЦ-4 с КВТН, характеризующий отно сительную эффективность эксплуатации инвестиций, находится на уровне 1,5, а дисконтированный срок окупаемости (рассчитанный по ЧДД) – менее трех лет.
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1. Ноздренко Г.В., Григорьева О.К., Пашка Бямбацогт. Эксергетический ана лиз и эффективность комбинированной системы теплоснабжения с термо трансформаторами на фреоне // Энергетика и теплотехника: сб. науч. тр. / под ред. Акад. РАН В. Е. Накорякова. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2010.
Вып. 15. С. 102–108.
2. Ноздренко Г.В., Григорьева О.К., Пашка Бямбацогт. Эксергетический ана лиз систем комбинированного теплоснабжения с термотрансформаторами на низкокипящих веществах и новыми циклами // Энергетика в глобальном ми ре: первого международный научно–технический конгресс. Красноярск, 2010. Ч. 3. С. 108–109.
3. Эффективность ТЭЦ с газосетевым подогревателем и комбинированной системой теплоснабжения с фреоновыми термотрансформаторами / Бямба цогт Пашка [и др.]. // Научный вестник НГТУ. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2011. № 1(42). С. 181–186.
(журнал, рекомендованный ВАК).
4. Эффективность парогазовой ТЭЦ с комбинированной системой тепло снабжения и фреоновыми трансформаторами / Пашка Бямбацогт [и др.]. // Инновационная энергетика: материалы второй научно-практической конфе ренции с международным участием: Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2010. С.
73–75.
5. Пашка Бямбацогт. ДЦС-тай хослон ажиллах дулааны эх сгр тний р ашгийн эксергийн шинжилгээ // эрчим хч & engineering. Улаанбаатар:
МУШУТИС, 2010. № 10. С. 42–44. [Эффективность комбинированного теп лоснабжения ТЭЦ с КВТН].
6. Пашка Бямбацогт. Эффективность комбинированных систем теплоснаб жения с фреоновыми термотрансформаторами // Наука. Технологии. Инно вации: материалы докладов всероссийской научной конференции молодых ученых: в 4 ч. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2010. Ч. 2. С. 23–25.
7. Эксергетический анализ ТЭЦ с ГСП и комбинированной системой тепло снабжения с фреоновыми термотрансформаторами / Бямбацогт Пашка [и др.]. // Энергетика и теплотехника: сб. науч. тр. / под ред. Акад. РАН В. Е.
Накорякова. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2011. Вып. 16. С. 108–118.
8. Пашка Бямбацогт. Системная эффективность комбинированного тепло снабжения на ТЭЦ с КВТН // Научная инициатива иностранных студентов и аспирантов российских вузов, IV Всероссийская научно - практическая кон ференция. Томск, 2011. С. 189–194.
9. Pashka Byambatsogt, Nozdrenko G.V. Efficiency of exergy method in com bined system of heat supply thermal power station with district heat pump // inter national conference. Knowledge based industry-2011. Ulan Bator, Mongolia, 2011. P. 483–487. [Эффективность эксергетических методов комбинирован ного теплоснабжения на ТЭЦ с КВТН].
Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, тел./факс (383) 346-08- формат 60 Х 84/16 объем 1,5 п.л. тираж 90 экз.
Заказ № подписано в печать 17.11.11 г.