CC BY
49
-□ □-
Проведено аналiз електрогене-руючих установок малог потуж-ностi, що застосуються при переведенн ^нуючих котелень у м^-ТЕЦ. Представлено основн порiвняльнi характеристики ГПД та ГТУ для малих енергогенерую-чих об'eкmiв. Оцтено можливють реалiзацiг принцитв когенераци на nрикладi котельн КП «ХТМ». Проведено mехнiко-економiчнi розрахунки щодо реалiзацiг ГПД надбудови, показано вплив вар-mосmi газу на термт окупносmi проекту
Ключовi слова: когенеращя, енергозбереження, мт^ТЕЦ, тех-нiко-економiчне обгрунтуван-ня, газопоршневий двигун, газова
турбта
□-□
Проведен анализ электрогене-рирующих установок малой мощности, применяемых при переводе существующих котельных в мини-ТЭЦ. Представлены основные сравнительные характеристики ГПД и ГТУ для малых энергогене-рирующих объектов. Оценена возможность реализации принципов когенерации на примере котельной КП «ХТС». Проведены технико-экономические расчеты по реализации ГПД надстройки, показано влияние стоимости газа на срок окупаемости проекта
Ключевые слова: когенерация, энергосбережение, мини-ТЭЦ, технико-экономическое обоснование, газопоршневой двигатель,
газовая турбина -□ □-
УДК 621.165
|dOI: 10.15587/1729-4061.2015.39779|
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ПЕРСПЕКТИВ
ВПРОВАДЖЕННЯ КОГЕНЕРАЦ1ЙНИХ ТЕХНОЛОГ1Й В КОМУНАЛЬН1Й ЕНЕРГЕТИЦ1 УКРАТНИ
С. Ю. Андреев
Кандидат техшчних наук, генеральний директор КП «Хармвсьм тепловi мережЬ» вул. Доброхотова, 11, м. Хармв, УкраТна, 61037 В. А. Маляренко Доктор техшчних наук, завщувач кафедри* E-mail: malyarenko@ksame.kharkov.ua I. О. Те м н охуд Асистент* E-mail: innatemnokhud@mail.ru О. Л. Шубе н ко Доктор техшчних наук, член-кореспондент НАН УкраТни,
завщувач вщдтом** E-mail: shuben@ipmach.kharkov.ua М. Ю. Бабак
Кандидат техшчних наук, старший науковий ствроб^ник**
E-mail: shuben@ipmach.kharkov.ua О. В. Сенецький Кандидат техшчних наук, старший науковий ствроб^ник**
E-mail: shuben@ipmach.kharkov.ua *Кафедра електропостачання мют Хармвський нацюнальний ушверситет мюького господарства iм. А. Н. Бекетова вул. Маршала Бажанова, 17, м. Хармв, УкраТна, 61002 **Вщдт оптимiзацiТ процесiв i конструкцiй турбомашин 1нститут проблем машинобудування iм. А. Н. Пiдгорного НАН УкраТни вул. Дм. Пожарського, 2/10, м. Хармв, УкраТна, 61046
1. Вступ
У галузях паливно-енергетичного комплексу найбшьш енерговитратними е технолопчш процеси, пов'язаш з виробництвом, транспортуванням та ви-користанням тепловоТ енергп (теплопостачання), що одержуеться у виробничих та опалювальних котель-нях житлово-комунального господарства (ЖКГ), яких у краТш налiчуються бiльше 20 тисяч. Для зб^ьшення ефективностi та надiйностi теплопостачання необ-хiдно впровадження комплексу енергоресурсозберь гаючих заходiв, що дозволить бiльш ращонально ви-користовувати паливно-енергетичнi ресурси. Досить перспективним напрямком тдвищення енергетичноТ ефективност котелень е Тх переведення у мшьТЕЦ,
тобто в установки комбшованого виробництва тепловоТ та електричноТ енергi'i або когенерацi'i.
2. Аналiз лiтературних даних та постановка проблеми
В УкраТт останнiм часом розроблено низку нор-мативних документiв (закошв, постанов, ДСТУ тощо), що направлен на економiю енергоресурсiв [1, 2]. Щ за-кони регламентують шляхи модершзацп пiдприeмств рiзних галузей промисловосп, зокрема ЖКГ.
В роботi, що пропонуеться, проведено аналiз характеристик структури, енергетичного обладнання та енергоефективносп КП «Харювсью тепловi мережЬ» («ХТМ»). На цш пiдставi обрано котельню для прове-
дення техн1ко-економ1чних розрахунк1в з переведення 11 у мшьТЕЦ шляхом впровадження газопоршневого двигуна (ГПД). По результатам цих розрахунюв визначеш перспективи впровадження когерацшно1 технологи, що розглядаеться.
В техшчнш л1тератур1 достатньо давно i досить повно висвяченi питання переведення водогршних ко-телень у мшьТЕЦ [3] як з застосуванням газотурбш-них установок [4], так i ГПД [5]. В Украiнi ввдповвдш завдання вир1шуються досить повьчьно, що пов'язано з тривалим перюдом переходу вщ планово'1 економiки до ринково'1. Пiд час кожних економiчних потрясiнь питання, якi пов'язанi з оцшюванням еко-номiчноi ефективностi техшчних рiшень, е досить складнi, бо спираються на про-гнози, але необхщш, тому що е запорукою подальшого розвитку.
Для когенiрацi'i на потужних енергодже-релах зазвичай використовуються ГПД за-кордонних виробникiв, як бiльш потужш та мають крашд технiчнi показники нiж вiтчизнянi. 1снуе досить багато пропози-цiй цих машин, наприклад, таких вироб-ниюв як «Mitsubishi» [6], «Cummins» [7], «MAN» [8], «Jenbacher» [9], «MWM» [10], «Caterpillar» [11], та шшг Переваги при виборi ГПД надаються, як правило, бшьш поширеним в кра'1ш машинам та тим, що мають техшчш показники, якi краще вiдповiдають потребам проекту.
3. Мета та задачi дослщження
Мета дослщження визначити в умовах сучасно! Украши перспективнiсть впровадження когенерацii на котельнях.
Для досягнення поставлено! мети необхщно вирь шити таьл задача
- визначити тенденцп змiни вартостi енергоноспв в Украши на найближчi п'ять-сiм рокiв;
- охарактеризувати потужш мiськi те-пловi джерела та мереж^ та визначити для яких з них найб^ьша перспектива впрова-дити когенерацiю;
- порiвняти когенерацшш технологи та вибрати з них перспективну для впровад-ження на потужних котельнях;
- визначити розрахунковим шляхом тех-нiко-економiчнi показники (ТЕП) вибрано! когенерацiйно'i технологi'i для оцшки перспектив !! впровадження.
Таким чином, за прогнозами Мшктерства ЖКГ Украши, тарифи на енергоносп в Укра'iнi будуть безу-пинно пiдвищуватися. Якщо проаналiзувати тенденцп зростання тарифiв на рiзнi енергоносп, не складно прийти до висновюв, що тариф на електроенерпю в Украш буде пiдвищуватися не так швидко, нiж тариф на при-родний газ. Доцiльнiсть впровадження когенерацшних технологiй у ЖКГ залежить ввд вартостi природного газу, електрично! енергп у мережi та курсу гривш.
Рис. 1. Прогноз зростання вартосп тепловоТ, електричноТ енерги та природного газу в УкраТш в 2007 2021 рр.
За останш 8 роюв вартiсть електрично'1 енергп 2 класу в електромережi зросла майже у 4 рази на рж (рис. 2). Реальш рiчнi темпи зросту вартостi електроенергп складають 7,8-14,8 %, суттево перевищують прогнозованi (рис. 1, 2).
Кабшет мiнiстрiв Украши 8 квiтня 2014 року затвердив поетапний графж зб^ьшення цiн на газ для населення на перюд 2015-2017 рр. Про це йдеться у По-становi № 106, що опублжована на Урядовому порта-лi [13]. Зпдно з постановою, Нацкомiсii регулювання енергетики рекомендуеться тдвищити цiни на газ на 40 % з 1 травня 2015 року, на 20 % - з 1 травня 2016 та на 20 % - з 1 травня 2017 року (рис. 2).
Грн/кВттод 2,5
Тис. грн/тис.м3
2 1,5 1
0,5 О
. J i-
Елек" гроен ;рпя j - j t- — ф j :
Природный газ
4. Тенденцп змши вартосп природного газу, теплово! та електрично!енергп
У 2011 рощ Мшштерством ЖКГ Украши були зроблеш прогнози стосовно тенденцш змши тарифiв на теплову енерпю, електроенерпю и газ в Укра1ш в 2007-2032 рр. (фрагмент графiчного ввдображення цього прогнозу на рис. 1) [12]. В 2015-2020 рр. зростання за рж вартосп тепла прогнозуеться на 47-56 %, природного газу на 35-40 %, електроенергп на 4,8-5,6 %.
2007 2008 200Э 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 201В 2019 PiK
Рис. 2. Тенденщя змши вартостей електроенергп 2 класу та природного газу«для населення» до 2020 рр.
Таким чином, за три роки цши збшьшаться у два рази в порiвняннi з рiвнем, встановленим на 1 травня 2014 року. З 1 травня тариф «для населення» зб^ьшив-ся приблизно в твтора рази i склав 1182 грн/тис. м3. Об'явлена вище тенденщя тдвищення вартосп газу для населення до 2017 р. представлена сущльною кривою на рис. 2, на якому видно, що зб^ьшення вартосп природного газу мае вигляд близький до лшшного за умови вщсутносп нових змш в Законодавствi Украши пов'язаних з переглядом тарифiв.
Станом на 2014 рж варпсть природного газу для промислових тдприемств становить 385 дол. США за 1 тис. м3, а зпдно прогнозiв Мшктерства ЖКГ Укра'!-
ни ця вартють ввдповвдае 2019 року (рис. 1), що говорить про б^ьш жваву тенденцiю зростання вартоси газу нiж електричноТ енергп. Це знижуе економiч-ну защкавлешсть впровадження електрогенеруючих установок на основi використання природного газу, конкуренцiю яким складають потужнi вугiльнi елек-тричш станцп. У 2015 р. очжуеться знижка вартоси газу до 345-350 дол ША за 1 тис. м3.
Проведемо аналiз впровадження когенерацшних установок на прикладi КП «Харювсью тепловi мережЬх
5. Загальна характеристика теплових мереж на прикладi КП «ХТМ»
Комунальне пiдприемство «ХТМ», одне з найбшь-ших пiдприемств комунальноТ енергетики не тiльки в Укра'Тш, але i в 6вропi. Воно забезпечуе центра лiзованим теплопостачанням б^ьш 30,26 млн. м2 площ, що опалю-ються (майже 8500 будiвель, у т. ч. бшьше 5900 жит-лових будинкiв) та близько 880 тис. мешканщв гарячим водопостачанням. Система теплопостачання мюта -закрита. Наряду з централiзованою системою теплопостачання, що включае найбiльш великi теплогенеруюч1 потужностi та функцiонуе взаемопов'язано, маються квартальнi котельнi, якi функцiонують автономно. До мапстральних i розподiльних теплових мереж тдклю-ченi центральнi та шдиввдуальш тепловi пункти, де здшснюеться пiдiгрiв гарячоТ води та розподш тепло-носiя по внутрiшньоквартальних теплових мережах до споживачiв. Сумарна теплова потужшсть джерел теплопостачання КП «ХТМ» становить 4500 Гкал/год.
Споживання електроенергп та фiнансовi витрати на 11 придбання займають друге мiсце в формуванш собiвар-тостi теплоти. При цьому слвд зазначити, що в зимовий перюд платежi за електроенергш по вiдношенню до па-лива становлять 10-12 %, а в линш перiод 22-25 %. Тому питання зниження витрат на електроенерпю е досить актуальним. На рис. 3 представлений помкячний графш витрати електроенергп вама котельнями КП «ХТМ».
Слвд зазначити, що в загальнш сумi спожитоТ електроенергп (бшьше 150 млн.кВт•год/рiк) велика част-ка (66 %) припадае на потужш котельш мiста (понад 100 млн. кВттод/рж), до яких вiдносяться котельш: по вул. ЖовтневоТ революцп, 99 (114,2 Гкал/год), по вул. Про-скури, 1(140 Гкал/год),повул. Шекспiра, 17(300 Гкал/год), по вул. Костичева, 2/1 (400 Гкал/год), по вул. Сто-л^ова, 6 (780 Гкал/год), ТЕЦ-4 (825 Гкал/год) та ТЕЦ-3 (880 Гкал/год).
16000 14000
К 512000
Й м 53
10000
8000
В
I 6000 й 4000 2000 0
/
1
я 1
1 1. и V
8 9 10 11 12 Мкяць
Рис. 3. Динамка споживання електроенергп котельнями КП «ХТМ»
у 2013 р.
Аналiз, проведений з метою оцшки дощльност переводу котелень в розряд мшьТЕЦ, показав:
- уа котельнi КП «ХТМ» знаходяться у рiвних кль матичних умовах;
- на бшьшосп з них встановлеш водогрiйнi котли типу ПТВМ (необхщно вiдзначити, що капiтальний ремонт теплогенеруючого обладнання (на котельнях, що розглянуто) проведено протягом 2010-2013 рр., тепловий ККД цих водогршних котлiв у середньому складае 93 %);
- в витратах котелень в линш перюд вартють па-лива складае ~56-58 %, а в зимовий перюд ~76-78 %.
- потреби в електричнш потужностi на самiй по-тужнш котельнi не перевищують 4,0 МВт (за результатами 2013 р.).
На котельнях м. Харкова необхщно встановити наступи електрогенеруючi потужност для забезпечення власних потреб у зимовий перюд:
- котельня за адресою вул. ЖовтневоТ революцп, 99 -~ 0,5 МВт;
- котельня за адресою вул. Академжа Проскури, 1 -~ 0,8 МВт;
- котельня за адресою вул. Костичева, 2/1 -~ 2,5 МВт;
- котельня за адресою вул. Шекстра, 17 — 2,5 МВт;
- котельня (ТЕЦ-4) за адресою пр-т Московсь-кий, 275 - ~ 4,0 МВт.
Створення комбшованого вироблення тепловоТ та електричноТ енергп на базi iснуючоТ котельнi за допом-огою ГТУ або ГПД е одшею з можливостей полшшен-ня ТЕП вироблення тепловоТ енергп. В залежност вiд прийнятоТ концепцп в якостi функцiТ цiлi можуть бути обрат рiзнi показники, таю як: собiвартiсть електро-енергiТ, наведен витрати, термiн окупностi, прибуток за юлька рокiв. Розраховуючи всi перераховаш показники, далi при виборi рацiонального варiанту розши-рення ТЕЦ будемо керуватися тривалютю простого термшу окупностi [14].
У якостi об'екту для дослщження можливостi вста-новлення обладнання для когенерацп виберемо ко-тельню по вул. Академiка Проскури, яка досить по-тужна i потребуе для реалiзацiТ проекту не таких значних iнвестицiй.
6. Вибiр електрогенеруючих установок для котелень
Вибiр типу двигуна, а також Тх кiлькостi для приводу електрогенераторiв будь-якоТ потужностi е досить складною техшко-економТчною задачею. Спроби пор1вняння апж собою в якост! приводу поршневих та газотурбшних дви-гунiв найчастше робляться за умови використання у якост палива природного газу. 1х принциповi переваги та недолiки неодноразово аналiзувалися в технiчнiй лiтературi [5, 15], в рекламних проспектах, на сторшках 1нтернету [16]. Як правило, в цих джерелах наводяться узагальнеш вь домостi про рiзницю у витратах палива, у вартосп двигунiв без жодного врахування Тх потужност та умов роботи. Слвд вщзна-чити, що реалiзацiю електрогенеруючого устаткування при потребi в електричнш
потужносп об'екту, що розглядаеться, менше 10 МВт дощльно формувати на базi поршневих двигунiв, а бiльшоi потужносп - на базi газотурбiнних. Очевидно одне: кожен тип двигуна мае сво! переваги та недолжи, i при виборi приводу потрiбнi хоча б орiентовнi, юль-кiснi критерп !х оцiнки.
В даний час на укра!нському енергетичному ринку пропонуеться досить широка номенклатура як порш-невих, так i газотурбiнних двигунiв. Обробка наявно! шформацп дозволила сформувати наведену нижче табл. 1, яка мктить основш порiвняльнi характеристики ГПД та ГТУ. На жаль, частина характеристик взята з рекламних матерiалiв, перевiрити достовiрнiсть яких важко або практично неможливо.
З метою зменшення термiнiв окупностi електро-генеруючого обладнання при виборi його потужност слiд виходити з максимального навантаження протя-гом усього року. У зв'язку з тим, що режими роботи котельш по вул. Академжа Проскури (!! переведення в мшьТЕЦ розглядаеться) в зимовий та лггнш перiоди суттево рiзняться, а !! потреби в електричнiй потуж-ност складають 800 кВт, передбачаеться встановлен-ня двох ГПД однаково! потужносп (по 400 кВт).
Таблиця 1
Порiвняння основних показникiв ГПД та ГТУ для мшнТЕЦ
7. Розрахунок термшв OKynHOCTi електрогенеруючих установок
Показник Тип двигуна
Поршневий Газотуpбiнний
Д1апазон одиничних потужностей двигуна (ISO), МВт 0,01.6,0 0,1.265,0
Необхщний тиск паливного газу, МПа 0,01.0,035 Бшьше 1,2
ККД по виробництву електроенергп при робота на газ1 (ISO) От 31 до 48 % В простому ци^ вщ 25 до 38 %
Питома витрата палива при 100 % та 50 % навантаженш 0,264...0,329 м3/кВттод 0,375.0,503 м3/кВттод
Змша економ1чност1 при часткових навантаженнях ККД бiльш стiйкий, при зниженш навантаження на 50 % знижуеться на 8-10 % ККД менш стш-кий, при зниженнi навантаження на 50 % знижуеться на 50 %
Сшввщношення елек-трично! потужност й кшькосП утил1зовано1 теплоти, МВт/МВт (ISO) 1/(0,95.1,3) 1/(1,4.4,0)
Падшня напруги i час вщновлення пiсля 50 % набросу навантаження 22 % 8 с 40 % 38 с
МожливосП використання утилiзованоï теплоти Високопотенцшну вихлоп-них газiв - на виробництво пари для вироблення електроенергп Низькопотенцшну вiд системи охолодження - на на^в води до температури 90-115 С На виробництво пари для вироблення електроенергп, холоду, опрюнення води тощо; на на^в води до температури 150 оС.
Моторесурс, годин Бшьше (до 300 000 для средньоборотних двигушв) Менше (до 100 000)
Питома витрата масла, г/кВттод 0,3.0,4 0,05
Обслуговування Зупинка тсля кожних 1000 год. роботи, замша ма-стила; каштальний ремонт через 70000 год, виконуеть-ся на ТЕЦ Зупинка шсля кожних 2000 год.; каштальний ремонт через 30000 год, виконуеться на спещальному заводi
Вартють капремонту Дешевше Дорожче
Основними показниками, що впливають на B^ip TexHÍ4Horo piшення при пеpеводi котельш у режим роботи мшьТЕЦ шляхом встановлення електрогене-руючого обладнання на основi ГПД служать [15]:
- наявшсть на джеpелi надлишкових парогенери-рующих потужностей або вiдпускання пари спожива-чам пiсля дроселювання;
- питома вартшть 1 кВт встановлено! потужностi при pеалiзацiï кожного з розглянутих ршень (для iм-портних ГПД складае 500-1000 дол. США);
- наявшсть в^ьних площ для установки (впливае на величину каттальних вкладень);
- максимальна величина електpичноï потужностi, споживана на джеpелi;
- щна та вид споживаного палива;
- цiна електpичноï енеpгiï в мережг,
- величина завантаження джерела з вщпуску те-плоти на пpотязi року;
- забезпеченiсть теплогенеруючими потужностями.
З урахуванням цих обмежень проведено роз-рахунки теpмiнiв окупност впровадження електрогенеруючого обладнання на основi ГПД.
Дослiдження ринку ГПД в УкраМ на вiдповiднi параметри необхiдноï електрич-ноï потужностi 400 кВт (при pеалiзацiï 2-х ГПД), стосовно до котельш по вул. Академжа Проскури, 1, дозволило зробити висно-вок, що для теплового розрахунку ваpiантiв ТЕП, що поpiвнюються, можуть бути обpанi ГПД трьох провщних Свiтових виpобникiв: «MAN Diesel & Turbo» MAN-404N (по 404 кВт) [8], «MWM» TCG 2016 V08 C (по 400 кВт), [10] «Caterpillar» CAT-400 (по 395 кВт) [11]. 1нвес-тицшш витрати на pеалiзацiю переведення котельш у мшьТЕЦ шляхом впровадження 2-х ГПД близью та в середньому оpiентовно (уточнюються тсля тендерних процедур) ста-новлять 480 тис. дол. США.
При виконанш розрахункових дослiджень було розглянуто два ваpiанти умов роботи мь нi-ТЕЦ: електpоенеpгiя виробляеться тшьки на власнi потреби станцп, для себе i корпора-тивних споживачiв (влiтку працюе один ГПД). Розрахунки ТЕП мшьТЕЦ виконувалися з урахуванням змш цiн на природний газ, електрое-неpгiю та теплоту, яю прогнозуються на пpотязi спливання термшу окупностi проекту. В табл. 2, як приклад, наведено результати розрахунко-вих дослвджень при виpобництвi електpичноï енергп на ГПД тшьки на власнi потреби, при цьому було прийнято: щни природного газу з ПДВ для населення 1182 грн/тис. м3, для бiзне-су 6006 грн/тис. м3; вiдпускнi щни теплоти без ПДВ: для населення 312,08 грн/Гкал, для бiзне-су 965,5 грн/Гкал; щна купiвлi електроенергп 2 кл. з меpежi 1,1861 грн/кВттод без ПДВ (цiни на кшець 2015 р., курс 1 дол. США=14 грн). Розрахунки проведено за умови, що 90 % природного газу закуповуеться згвдно таpифiв для населення. Коефвдент завантаженост електрогенеруючого обладнання 0,674.
Згвдно з результатами розрахунку co6iBapTicTb вироблення 1 кВтгод електроенергп на котельш, що функцюнуе з навантаженням на власш потреби пiсля переведення у мшьТЕЦ (табл. 2), вiдрiзняeться залеж-но вiд варiанту установки i сезону, за цiни на паливо (природний газ) на кшець 2014 р.:
1) при шсталяцп двох ГПД «MWM» TCG 2016 V08 C влггку 0,374 грн/кВтгод, взимку 0,231 грн/ кВт.год;
2) при шсталяцп двох ГПД «MAN Diesel & Turbo» MAN-404N вл^ку 0,337 грн/кВт.год, взимку 0,218 грн/кВт.год;
3) при шсталяцп двох ГПД «Caterpillar» CAT-400 влгтку 0,346 грн/кВт.год, взимку 0,225 грн/кВт.год.
Рiзниця в собiвартостi електроенергп вщ машин рiзних виробникiв незначна та визначаеться економiч-ною ефективнiстю теплових процеив.
Таблиця 2
Результати розрахунку ТЕП проекту розширення котельнi по вул. Академка Проскури, 1 з установкою ГПД надбудови, що функцюнуе з навантаженням на власш потреби, при середнш щж природного газу 1387 грн/тис. м3 без ПДВ, наведена вщпускна цша теплоти 377 грн/Гкал (цши кiнця 2014 р.)
Найменування показ-ника До розширення котельш Пюля переведення у ТЕЦ
"MWM" "MAN" "Caterpillar"
ГВП ГВП та опален-ня ГВП ГВП та опалення ГВП ГВП та опа-лення ГВП ГВП та опа-лення
лПо зима лПо зима лПо зима лПо зима
Електрична потужшсть споживання, кВт 250 800 250 800 250 800 250 800
Сумарне вироблення теплоти, Гкал/год. 4,2 33,9 4,2 33,9 4,2 33,9 4,2 33,9
Електрична потужшсть ГПД станцп, кВт - - 250 800 250 800 250 790
Соб1вартють електроенергп, грн/кВттод. - - 0,374 0,231 0,337 0,218 0,346 0,225
Сумарш витрати на ГПД станцп, тис. грн/мю. - - 141,5 280,5 152,2 314,7 153,0 314,3
Соб1вартють теплоти вщ ГПД, грн/Гкал - - 507,0 314,1 457,0 295,3 469,1 305,0
Сума щомюячних витрат (без газу), тис. грн/мю. 426 1391 426 1391 426 1391 426 1391
Витрати на паливо в мюяць, тис. грн/мю. 563,1 4526 534,5 4435 522,9 4398 525,1 4406
Соб1вартють теплоти вщ котл1в, грн/Гкал 235,7 174,4 263,53 180,5 263,6 180,4 263,76 180,5
Мюячш витрати на котельш, тис. грн/мю. 823,7 5781 838 5318 817 5269 821 5281
Соб1вартють теплоти на ТЕЦ, грн/Гкал 235,7 174,4 274,3 183 276,3 183,4 276,5 183,5
Прибуток за сезон вщ виробгтку електроенергп власного споживання, тис. грн/сез. 0 0 839 3536 877 3587 868 3561
Прибуток за сезон вщ продажу теплоти, тис. грн./сез. 1846 27769 1654 29655 1668 29742 1647 29597
Прибуток ТЕЦ за рж з урахуванням витрат на утримання теплових мереж, тис. грн/рж. 29615 31310 31410 31244
Економ1чний ефект от встановлення ГПД, тис. грн/рж. 1695 1795 1629
1нвестицп, тис.грн / Простий термш окуп-носп, рж 6720 / 4,0 6720 / 3,7 6636 / 4,1
За результатами проведених розрахункових до-слщжень отримано, що ефективнiсть роботи ство-рюваноТ мiнi-ТЕЦ з надбудовами ГПД фiрм «MWM», «MAN» та «Caterpillar» вiдрiзняеться не настiльки iстотно. Термш простоТ окупностi цих проектiв при щнах на енергоносiï 2014 р. вщповщно складае 4.0, 3.7 та 4.1 року (без урахування змши рiчних цiн на природний газ та електроенерпю, що прогнозують-ся), суттево залежить вщ вартостi природного газу. Додаткова юлькють природного газу, необхщного для спалювання в ГПД складае 631-680 тнс.м3/рж.
Як показали розрахунки, при щнах 2014 р. виграш вщ частковоТ (влiтку один ГПД працюе на повну потужшсть 400 кВт, власш потреби 250 кВт) корпо-ративноТ передачi електроенергп дослщжуваноТ мшь ТЕЦ з надбудовами ГПД фiрм «MWM», «MAN» та «Caterpillar» досить значний. Термш окупност цих установок вщповщно буде складати 3.1, 2.9 та 3.1 року, що на 0,9-1 рж менше шж у випадку роботи ТЕЦ ильки на власш потреби. Це станеться за рахунок шдвнщен-ня рiчного прибутку, який досягну-то за рахунок зб^ьшення генерацп електричноТ потужност влiтку, що призвело до зниження собiвартостi електроенергiï в цей перюд до 0,272-0,296 грн/кВт.год (взимку без змш). Коеф^ент завантаженостi ГПД при корпоративнiй передачi електроенергп 0,764, вiн бiльше шж у випадку роботи тiльки на власш потреби.
Розрахункове досл^ження також показало, якщо врахову-вати змшу курсу гривнi у 2015 р. (1 дол. США=24 грн) та рiчнi змь ни цiн у 2015-2020 рр. вщповщно прогнозу на газ, електроенерНю (рис. 2), та теплоту для мшьТЕЦ по вул. Академжа Проскури, 1, то рашше вказанi термiни окупностi надбудов ГПД при корпоративнш видачi електроенергiï зб^ьшаться бiльш нiж у два рази, складуть вщ-повiдно 6,9; 6,7 та 7,7 роки. Остан-не пов'язано з ростом швестицп та вартост комерцiйного газу вщпо-вщно росту курсу гривнi, а також б^ьш високими темпами подоро-жання природного газу шж елек-тричноï енергiï.
Потрiбно зазначити, що для б^ьш потужних котелень ТЕП переведення '¿х у мiнi-ТЕЦ будуть не набагато краш^, оскiльки постш-на частина накладних витрат при ростi вартостi газу складае 5-10 %, що призведе до вщповщного не-значного зменшення собiвартостi електроенергп, а з нею i термшу окупностп
8. Висновки
1. Реальш рiчнi темпи зросту вартосп енергоноспв складають:
- природного газу до 40 %, що близько до прогно-зованих змш;
- електроенергii 7,8-14,8 % що суттево перевищуе прогнозованi 4,8-5,6 %.
Це разом з падшням курсу гривш з кiнця 2014 р. майже у два рази суттево ускладнюе впровадження проекпв з когенерацп в Украшь
2. Мiськi котельнi великих мшт Украши мають великий потенщал з точки зору впровадження проекпв з когенерацii, що видно на прикладi м. Харкова. П'ять найпотужшших котелень цього мiста потребують для власних потреб до 10,3 МВт електрично! потужность
3. Ршення задачi виробництва власноi електричноi енергп на котельнях м. Харкова з тдвищенням 1х ТЕП доцiльно здшснити органiзацiею надбудови у виглядi деюлькох енергетичних ГПД сумарною потужнiстю ~0,8-4,0 МВт. Цi машини обладнанi системами утиль зацii тепла продуктiв згоряння, яю використовуються для пiдiгрiву води на опалення та гаряче водопоста-чання. Тепловий ККД реалiзацii та^ мiнi-ТЕЦ змi-нюеться незначно, щоб чинити вплив на ефективну роботу станцii при кнуючих цiнах на енергоносii.
4. Аналiз ТЕП на прикладi переведення котельш по вулицi Академiка Проскури, 1 у мшьТЕЦ шляхом встановлення ГПД виробниюв «MWM», «MAN» та «Caterpillar» при електричнш потужностi ~0,8 МВт дозволив встановити:
- Економiчна ефективнiсть роботи мшьТЕЦ в цiлому залежить вщ повноти ii завантаженостi на
протязi року, особливо у лiтнiй перюд, та вартостi енергоноспв.
- Загальш швестицп на реалiзацiю проекту на базi двох ГПД складають у 2015 р. ~13,5 млн. грн (~600 дол. США за встановлений 1 кВт), що пов'яза-но з наближено однаковою потужнiстю розглянутих установок.
При щнах 2014 р. без ПДВ: «промисловий» природний газ 5005 грн/тис. м3, «для населення» 985 грн/тис. м3 (90 % палива закуповуеться котель-нями за цiею вартiстю), електроенерпя в мережi 1,1861 грн/кВттод, електрогенеруюча установка на мiнi-ТЕЦ на базi двох «MWM» TCG 2016 V08 С в зимовий перiод дасть змогу покривати потуж-нiсть ~800 кВт електрично! енергп, влiтку 400 кВт (власш потреби станцп 250 кВт) при собiвартостi 0,231 грн/кВт-год, що дозволить отримати рiчний прибуток вщ виробництва електроенергп власного споживання 1795 тис. грн. Термш просто! окупност при цьому складе 2,9 року. Робота мшьТЕЦ тiльки на власш потреби менш ефективна.
При кнуючому курсу гривнi, збiльшеннi щн природного газу «для населення» та електроенергп, яке прогнозуеться (рис. 2), слщ очiкувати пiдвищення строку окупносп проекту з когенерацп до 6,9-7,7 року. Зб^ьшення термiну окупносп проекту пов'язано iз низьким курсом гривш та з б^ьшим темпом зростан-ням цiни на природний газ «для населення» шж на електричну енерпю. Проект буде привабливим для ре-алiзацii тiльки тсля оздоровлення економiки Укра!-ни, коли стввщношення цiн в кра!ш на природний газ та електричну енерпю буде вщповщати такому показ-никовi розвинутих кра!н.
Лiтература
1. Закон Украши «Про енергозбереження» [Електронний ресурс] / Вщомосп Верховно: Ради. - 1994. - № 30. - С. 283. - Режим доступу: http://zakon2.rada.gov.ua/laws/show/74/94-вр
2. Наказ Мшютерства Фшанав Украши «Про визначення приоритетних иапрям1в енергозбереження» вщ 04.07.2006 № 631 [Електронний ресурс] / С. 1. - Режим доступу: www.waste.com.ua/law/nakaz nakaz040706-631.html.
3. Боровков, В. М. Основные направления развития мини-ТЭЦ на основе современных парогазовых технологий [Текст] / В. М. Боровков, Л. В. Зысин // Изв. АН. Энергетика. - 2001. - № 1. - С. 100-105.
4. Цанев, С. В. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций [Текст] / С. В. Цанев, В. Д. Буров, А. Н. Ремезов. - М.: Издательский дом МЭИ, 2006. - 584 с.
5. Долинский, А. А. Энергоеффективность когенерационных схем, работающих на базе газо-поршневых двигателей [Текст] / А. А. Долинский, Б. И. Басок, Е. Т. Базеев, Д. А. Коломейко // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. - 2006. - № 11. - С. 16-27.
6. Mitsubishi Gas Engine [Electronic resource] / Honlin Heavy Industries Co. Ltd, Taiwan. - Available at: http://honlin-hp.com/ web/images/MitsubishiGasEngine.pdf (Last accessed: 19.03.2015)
7. Packham Keith Evaluating cogeneration for your facility: A look at the potential energy-efficiency, economic and environmental benefits. Power topic #GLPT-5660-EN [Electronic resource] / Technical information from Cummins Power Generation - Columbus, USA, 2013. -Available at: http://www.cummins.co.kr/board/DATA/Evaluating%20cogen%20final%20web%20 A4.pdf (Last accessed: 19.03.2015)
8. MAN gas engines for power generation in cogeneration plants [Electronic resource] / Site MAN Engines, 2014. - Available at: http://www.engines.man.eu /global/en/power/gas-power-generation/overview/Overview.html (Last accessed: 19.03.2015)
9. Generating power and heat, wherever you need it [Electronic resource] / On-site power supply withJenbacher gas engines. - GE Energy. - 5 р. -Available at: http://site.ge-energy.com/prod_serv/products/recip_engines/en/downloads/as_cogen_feb08.pdf (Last accessed: 19.03.2015)
10. Газопоршневые электростанции (ГПЭС-ГПУ) [Электронный ресурс] / Сайт ГК «Простор», Ярославль, РФ. - Режим доступа: http://prostor-vrn.ru/?page_id=595- Загл. с экрана.
11. Газопоршневые електростанции. [Электронный ресурс]. / Сайт ИЦ «Энергия ТЭК», г. Санкт-Петербург, РФ. - Режим доступа: http://www.energy-tek.com/oborudovanie/gazoporshnevie-elektrostancii.html - Загл. с экрана.
12. Компашя «ПрофиК-Юг». Тарифи на електроенерпю та газ в Украгш (прогнози Мшютерства з питань житлово-кому-нального господарства Украши) [Електронний ресурс] / Режим доступу: http://www.profik.com.ua/2011/07/ 21/tarify-na-elektroenergiyu-i-gaz-v-ukraine/ - Загол. з екрану.
13. Постанова Кабшету MiHicTpiB № 106 вщ 17 квiтня 2014 р. Про внесення змш до постанови Кабшету MiHicTpiB Украши № 81 вщ 25 березня 2014 р. Про вдосконалення державно! полiтики регулювання цiн на природний газ i тарифiв на теплову енер-гш та забезпечення посилення сощального захисту населення тд час оплати житлово-комунальних послуг [Електронний ресурс] / Урядовий кур'ер. - 2014. - № 73. - Режим доступу: http://zakon4.rada.gov.ua/laws/show/106-2014-п
14. Раппопорт, А. Н. Практические рекомендации по оценке эффективности и разработке инвестиционных проектов и бизнес-планов в электроэнергетике (с типовыми примерами). Официальное издание [Текст] / А. Н. Раппопорт, П. В. Горюнов, Е. М. Антонова. - М.: АО «НЦПИ», 1997. - 171 с.
15. Шубенко, А. Л. Когенерационные технологии в энергетике на основе применения паровых турбин малой мощности [Текст] / А. Л. Шубенко, В. А. Маляренко, А. В. Сенецкий, Н. Ю. Бабак//- Институт проблем машиностроения НАН Украины, 2014. - 320 с.
16. Буров, В. Д. Возможности и преимущества газопоршневых установок в когенерационных автономных электростанциях [Электронный ресурс] / В. Д. Буров, А. А. Дудолин, В. В. Макаревич, Е. В. Макаревич. - Режим доступа: http://www.manbw.ru/ analitycs/gazoporshnevye-installations-cogeneration-autonomus-power-stations.html
-□ □-
Розглянуто рiзнi варiанти схем регенерацг когенерацшног енергетичног установки на базi газотурбтного двигуна, що працюе за регене-ративним циклом. Здшснено розрахунок еко-номiчних показнитв наведених схем. На тд-ставi отриманих даних проведено аналiз та обрано найбшьш економiчний варiант тепло-вог схеми з розрахунку найменшого значення витрати палива. Обрана схема е основою для розробки комплексног системи керування
Ключовi слова: когенерацшна установка, регенеращя, газотурбтна установка, теплова
схема, економiчнi показники
□-□
Рассмотрены различные варианты схем регенерации когенерационной энергетической установки на базе газотурбинного двигателя, работающего по регенеративному циклу. Проведен расчет экономических показателей представленных схем. На основании полученных данных проведен анализ и выбран наиболее экономичный вариант тепловой схемы из расчета наименьшего значения расхода топлива. Выбранная схема является основой для разработки комплексной системы управления
Ключевые слова: когенерационная установка, регенерация, газотурбинная установка,
тепловая схема, экономические показатели -□ □-
УДК 621.311
|doi: 10.15587/1729-4061.2015.404011
ВЫБОР ЭКОНОМИЧНОЙ
СХЕМЫ РЕГЕНЕРАЦИИ ТЕПЛА КОГЕНЕРАЦИОННОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ
Ю. К. Тодорцев
Доктор технических наук, профессор* E-mail: utodorcev@rambler.ru О. С. Тарахтий Аспирантка* E-mail: larionova-olya@mail.ru А. Н. Бундюк Кандидат технических наук, доцент** E-mail: bundyukua@mail.ru *Кафедра автоматизации теплоэнергетических процессов*** **Кафедра учета, анализа и аудита*** ***Одесский национальный политехнический университет пр. Шевченко, 1, г. Одесса, Украина, 65044
1. Введение
В Украине обычный (традиционный) способ получения электричества и тепла заключается в их раздельной генерации (электрическая энергия генерируется на электростанции, а тепловая - в котельной). При этом значительная часть энергии первичного топлива не используется [1-3]. Кроме того, высокая стоимость энергоресурсов и использование морально устаревшего технологического оборудования на отечественных предприятиях делает энергоемкость продукции многократно завышенной и не конкурентоспособной. Использование технологии когенерации
позволяет значительно уменьшить общее потребление топлива и тем самым снизить энергоемкость выпускаемой продукции [4].
Применение в когенерационных энергетических установках (КЭУ) регенерации теплоты уходящих газов позволяет еще более повысить эффективность работы такого рода установок [5, 6]. Существует достаточно большое количество различных вариантов схем регенерации когенерационных установок [7, 8]. Однако остается не ясным, чем следует руководствоваться при выборе той или иной схемы регенерации.
Все известные схемы в той или иной степени повышают эффективность работы когенерационных энерге-
