К проблеме оценки эффективности теплоэнергетических технологий в промышленной энергетике Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 662.997:697.34

Р. А. Ильин

Астраханский государственный технический университет

К ПРОБЛЕМЕ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ В ПРОМЫШЛЕННОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ

Некоторые общие особенности теплоэнергетических технологий

За последние 10-15 лет теплоэнергетические технологии во всем мире, и в том числе в России, получили определенное развитие, приведшее теплоэнергетику в состояние, которое характеризуется следующими существенными особенностями.

1. За этот период имело место стремление разработчиков к существенному повышению эффективности технологий и технических средств.

2. На уровне использования техники и теплоэнергетических технологий имела место также тенденция к модернизации действующих теплоэнергетических установок и устройств с целью повышения эффективности их использования.

3. Достигнуты фактически предельные КПД традиционной энергетической техники:

- котлов на газовом топливе - до 0,95;

- ДВС - до 0,44;

- газотурбинных установок - до 0,35-0,40;

- паротурбинных установок ТЭС и ТЭЦ - до 0,40.

4. Дальнейшее совершенствование парогазовых установок (ПГУ) произошло за счет повышения температуры газов перед газовой турбиной (пока предельное значение = 1 500 °С), в результате чего достигнут КПД

0,53-0,55.

5. На энергетическом рынке, особенно российском, появился большой ассортимент энергетической техники, действие которой основано как на потреблении органического топлива, так и на использовании нетрадиционных и возобновляемых источников энергии.

6. Появилось стремление потребителей к повышению эффективности топливоиспользования за счет комбинирования теплоэнергетических установок разного рода, в частности - создание на этой основе мини-ТЭЦ.

7. Важной особенностью научного сопровождения и обеспечения, создания и использования теплоэнергетической техники в последние годы является отсутствие новых подходов к оценке ее эффективности, особенно в случаях комбинирования установок, работающих на различных температурных уровнях.

В качестве пояснения к п. 2 приведем рекомендуемые и применяющиеся в последние годы методы повышения эффективности теплоэнергетических технологий. Из перечня видно, что все методы дают вполне оп-

ределенный положительный эффект, но в основном имеют, однако, непринципиальный характер и не могут считаться генеральным направлением развития теплоэнергетических технологий:

- перевод промышленных паровых котлов различных типов в водогрейный режим работы;

- перевод промышленных котельных в отопительный режим;

- производство блок-модульных котельных;

- установка турбогенераторов малой мощности в промышленных и жилищно-коммунальных котельных;

- применение конденсационных теплоутилизаторов для водогрейных котлов с увлажнением дутьевого воздуха;

- подача в зону горения котлов распыленной воды или пара при последовательном и параллельном соединении воздухоувлажнителя к конденсационному теплоутилизатору в целях снижения КОх в уходящих газах;

- утилизация тепла отработавших газов газотурбинных установок (ГТУ) в теплоутилизационных установках для компрессионных станций магистральных газопроводов;

- использование контактных теплообменников с активной насадкой для повышения КПД тепловых установок (котлы и т. п.);

- применение тепловых труб, работающих в гравитационном режиме, с целью совершенствования котлов;

- перевод промышленных предприятий на теплоснабжение от собственной котельной;

- оптимальное включение котлов в эксплуатацию для экономии топлива;

- предварительная обработка коронным разрядом воздуха, подаваемого для горения, для повышения эффективности сжигания газообразных и жидких видов топлив;

- увеличение эффективности теплофикационных турбин;

- утилизация теряемого тепла с удаляемым из помещения воздухом с помощью теплового насоса с вихревой трубой для системы воздушного отопления;

- использование рассеянного низкотемпературного (5-30 °С) природного или сбросного промышленного тепла для теплоснабжения с помощью тепловых насосов;

- получение горячей воды для различных нужд с помощью абсорбционных бромистолитиевых тепловых насосов, а также для нагрева и охлаждения технологических сред в промышленности, энергетике и т. д.;

- повышение эффективности охлаждения воды в башенной градирне путем создания вихревой структуры течений потоков воздуха в ней;

- замещение подогрева воздуха в воздухоподогревателе подогревом сетевой воды в теплофикационном экономайзере, включенном параллельно воздухоподогревателю;

- комбинированная выработка тепловой и электрической энергии с применением ГТУ или ДВС в сочетании с действующими котельными;

- создание и эксплуатация автоматизированных энергокомплексов, предназначенных для производства электроэнергии на базе блочных турбогенераторных установок с противодавлением;

- модернизация котельных в мини-ТЭЦ на основе газотурбогенераторов;

- создание малогабаритных цилиндрических пароводотрубных котлов с турбокомпрессором как прообраз парогазовой мини-ТЭЦ;

- отбор тепла от котлов путем размещения поверхности нагрева (высокотемпературный теплофикационный экономайзер) перед воздухоподогревателем;

- применение газотурбинных надстроек больших котлов и дизель-генераторных надстроек котлов малой производительности децентрализованных источников энергоснабжения.

Определенным пояснением к п. 4 является график на рис. 1, построенный по данным фирмы «Сименс». Он показывает предельные (к настоящему времени) температуры газа перед газовыми турбинами крупных ГТУ и ПГУ.

Рис. 1. Рост температуры газов перед газовыми турбинами по годам (по данным для газовых турбин фирмы «Сименс»)

Важным в современной ситуации является изложенное в п. 5, т. к. именно наличие разнообразной и эффективной энергетической техники, что особенно характерно примерно для последних 15 лет, дает возможность ее комбинирования на практике.

Важным возмущающим фактором, влияющим на технологии в теплоэнергетике, является достаточно жесткая государственная политика в области энергосбережения (имеются в виду действующая Федеральная целевая программа (ФЦП) «Энергосбережение в России» и действующий Федеральный закон «Об энергосбережении»). В ФЦП отмечено, что уровень эффективности энергоиспользования является своего рода показателем научнотехнического и экономического потенциала страны. Сопоставление показа-

телей энергоемкости экономики России и развитых западных стран свидетельствует, что удельная энергоемкость валового внутреннего продукта (ВВП) в нашей стране выше, чем в развитых странах Западной Европы почти в 3 раза и в 1,8 раза, чем в США, длительное время активно проводящих энергосберегающую политику при финансовой поддержке и законодательном регулировании в сфере производства и потребления энергоресурсов. Потенциал энергосбережения в России показан на рис. 2.

Рис. 2. Потенциал экономии энергоресурсов в России:

1 - природный газ; 2 - нефтепродукты; 3 - уголь; 4 - электрическая энергия;

5 - тепловая энергия (ФЦП «Энергосбережение в России»); т у. т. - тонн условного топлива

Методы оценки эффективности технологий

В мире потребляется огромное количество первичной энергии (энергии топлива) - около 15 млрд. т условного топлива в 2000 г., в том числе - 25-30 % на отопление. Однако использование его недостаточно эффективно, а показатели этой эффективности (табл. 1) разнородны, не всегда имеют ясный физический смысл и не сравнимы для технологий разных видов. В связи с этим проблема повышения эффективности преобразования и использования тепловой энергии является важнейшей в теплоэнергетике. В процессах преобразования тепловой энергии в механическую недостаточно высокий КПД обусловлен термодинамическими потерями в цикле. Известны современные пути снижения этих потерь (парогазовые циклы, утилизация теплоты и др.). Однако вопрос о критериях оценки эффективности преобразования теплоты требует дальнейшего развития. В частности, в первую очередь, очевидно, необходимо широкое практическое применение эксергетических методов оценки.

Таблица 1

Показатели эффективности теплоэнергетических технологий (установок)

Показатель эффективности Область применения Цифровые величины

КПД - брутто преобразования тепловой энергии Для оценки эффективности и сравнения установок (в целом) одного вида 0,30-0,55

Коэффициент использования тепловой энергии топлива Для сравнения эффективности установок при производстве электрической и тепловой энергии 0,30-0,95

Коэффициент энергоотдачи (за срок службы) Для сравнения установок, использующих различные виды первичной энергии Более 15

Эксергетический КПД Для анализа потерь работоспособности рабочего вещества непосредственно в элементах установок 0,32-0,55

Удельный расход топлива (на единицу тепловой или электрической энергии) Для сравнения экономичности энергетических установок и оценки эффективности мероприятий по их совершенствованию т у. т./(кВт ■ ч)

Основной недостаток упомянутых показателей эффективности заключается в том, что в них термодинамические потери, которые являются наибольшими, учитываются совместно с потерями механическими, гидро-и аэродинамическими, химическими, потерями через тепловую изоляцию и часто - с затратами энергии на собственные нужды и др. Поэтому вполне возможна разработка термодинамического(их) критерия(ев) эффективности теплоэнергетических технологий.

Концепция автора заключается в разработке и использовании метода оценки теплоэнергетических технологий по степени использования располагаемой эксергии, получаемой при сжигании топлива. Существующие методы оценки кратко критикуются ниже с учетом именно этой позиции.

Оценка показателей термодинамического цикла. Автором выполнены расчеты параметров термодинамических циклов (табл. 2). Условия расчетов: циклы - обратимые прямые циклы Карно; термический КПД циклов для всех вариантов одинаков - 0,61; температура окружающей среды Т0 = 300 К.

Таблица 2

Некоторые параметры термодинамических циклов

Параметры Варианты

1 2 3 4 5 6

Температура цикла Ть К 2 060 1 800 1 540 1 290 1 030 770

Температура цикла Т2, К 800 700 600 500 400 300

Разность температур в цикле: Т1 — Т2 1 260 1 100 940 790 630 470

Термический КПД цикла: 1 - Т2 / Т1 0,61 0,61 0,61 0,61 0,61 0,61

КПД цикла между температурами Т\ и Т0: 1 - Т0 / Т1 0,85 0,84 0,81 0,76 0,71 0,61

КПД цикла между температурами Т2 и Т0: 1 - Т0 / Т2 0,63 0,57 0,50 0,40 0,25 0

Окончание табл. 2

Параметры Варианты

1 2 3 4 5 6

Остаточная эксергия рабочего вещества после реализации цикла (в долях от начальной эксергии): е = (Т - Т) / Т 0,24 0,23 0,20 0,15 0,10 0

Остаточная теплота, которую можно использовать при охлаждении рабочего вещества после реализации цикла (в долях от теплоты, подведенной к рабочему веществу в цикле) 0,28 0,27 0,24 0,20 0,14 0

На основе данных таблицы можно сделать следующие выводы:

1. Термический КПД термодинамического цикла не может быть решающим термодинамическим критерием эффективности преобразования теплоты в работу.

2. При одинаковом термическом КПД цикла остаточный потенциал рабочего вещества может быть весьма различен, в том числе - весьма велик.

3. Эксергетические показатели могут отражать эффективность как основной части цикла, так и его вторичной, утилизационной части, но только по отдельности.

4. Остается актуальным вопрос об оценке эффективности преобразования и использования теплоты при выработке электрической и тепловой энергии, в том числе - в комбинированных технологиях.

Оценка по эксергетическому КПД энергетической установки. Эксергетический КПД учитывает потери (эксергии) в пределах энергетической установки:

Лех (Ехвход —^Ехпотерь) / Ехвход. (1)

Таким образом, не учитывается эффективность использования первичной (располагаемой) эксергии в интервале температур Тт - Т0, где Тт - теоретическая температура сгорания топлива при стехиометрических условиях (около 2 000 °С для газообразного топлива).

Оценка по энергетическим коэффициентам полезного действия энергетической установки. Широко известен электрический КПД установок

'Пэл ^эл / Qтепл, (2)

где бтепл - теплота, выделяющаяся при сгорании топлива.

Применяется также энергетический КПД по сумме электрической и тепловой энергии, вырабатываемой энергетической установкой:

Пэт " = N + й тепл ) / й топл,

(3)

по которому часто определяется эффективность теплофикационных установок ТЭЦ и др.

Этот же показатель в последнее время трактуется и как «коэффициент использования теплоты топлива» Ки.т для энергетических установок, например ГТУ с утилизационным котлом (УК), ТЭЦ, паровой мини-ТЭЦ, ГТУ-мини-ТЭЦ и др.

Сравнение двух показателей - Пех и Ки.т - приведено на рис. 3. Оно свидетельствует, что эти показатели не могут быть универсальными; отопительные котлы, например, имеют наибольший Ки.т и наименьший Пех, что не соответствует их фактическому положению в рейтинге теплоэнергетических технологий.

Отопи- ГТУ ГТУ ТЭС ПГУ

тельный без с УК

котел УК

Рис. 3. Сравнение коэффициентов использования теплоты топлива и эксергетического КПД основных видов теплоэнергетических установок (ЭУ)

Частные показатели эффективности энергетических установок и их элементов. В периодической литературе последних лет обсуждаются также, наряду с приведенными выше, частные показатели эффективности энергетических установок и их элементов, схем и др.:

- при применении конденсационных утилизаторов для котлов - затраты на циркуляцию воды сравниваются со стоимостью дополнительно получаемой теплоты;

- при переводе предприятия на теплоснабжение от собственной котельной - срок окупаемости;

- оптимальный график использования котлов;

- при оптимальной толщине тепловой изоляции - стоимость изоляции;

- при использовании новых теплоутилизационных материалов - сокращение тепловых потерь;

- при использовании гелиоустановок для дублирования традиционного теплоисточника - срок окупаемости;

- повышение КПД градирен при эффективном использовании ветра;

- оптимизация коэффициента теплофикации для мини-ТЭЦ и уменьшение срока окупаемости;

- при выборе эффективных вариантов развития малых ТЭЦ - срок окупаемости;

- при расчете показателей тепловой экономичности газотурбинных блок-ТЭЦ - годовая экономия топлива как функция коэффициента теплофикации;

- при применении испарителей на ТЭЦ - срок окупаемости.

Эти частные показатели определяют эффективность установок и их элементов, в том числе чаще - при использовании установок, при их модернизации и др. Однако они также не имеют общего, принципиального характера.

Оценка по сроку окупаемости технологий. В условиях рыночной экономики усложняются задачи, связанные с определением техникоэкономической эффективности теплоэнергетических технологий, в том числе - их комбинаций. Внедрение новых технологий часто осуществляется при использовании кредита коммерческого банка, который предоставляется на определенный срок и возвращается за счет экономии энергетических ресурсов при переходе к новым технологиям. С момента получения кредита до окончания реализации технологии и получения экономии энергии проходит определенное время (период инвестирования). В течение этого времени долг финансирующему банку не погашается и возрастает с учетом платы за использование кредита. Начать погашение кредита за счет экономии энергии можно только по истечении периода инвестирования. Необходимо учитывать ожидаемый темп инфляции и другие рыночные параметры, которые не поддаются точному прогнозированию. Это усложняет расчеты и делает их в некоторой степени неопределенными.

В АО «ВНИПИэнергопром» на основании статистической обработки собственных расчетных данных предложена упрощенная методика оценки эффективности новых энергосберегающих технологий, точность которой находится в пределах ±6 %. В соответствии с этой методикой технологические решения в рыночных условиях технико-экономически обоснованы при соблюдении условия

(Э - Т) /К ± [1 + г / (п - г)]0,94р • [12 / (п - г) + 0,63 • р], (4)

где Э - стоимость сберегаемых энергетических ресурсов, руб./год; Т - текущие (эксплуатационные) затраты, руб ./год; К - капитальные затраты, руб.; п - согласованный с банком срок погашения кредита, мес.; г - про-

должительность реализации технологии (период инвестирования), мес.; р - коэффициент, определяемый по формуле

р = (1 + 0,01 • Рд) / (1 + 0,01 • ри) - 1, (5)

где рд - депозитная оплата кредита, %/год; ри - ожидаемый темп инфля-

ции, %/год.

Минимально допустимое значение доходности из условия (4) равно

Д = (Э - Т) / К. (6)

Автором выполнены расчеты доходности по (4) и (5) для различных условий и срока окупаемости С, результаты которых представлены на рис. 4 и 5.

С = К / (Э - Т), (7)

Продолжительность Продолжительность

реализации технологии, мес. реализации технологии, мес.

а б

Рис. 4. Доходность новых технологий при различных условиях (по методике ВНИПИэнергопрома): а - зависимость доходности от срока погашения кредита при параметре р = 0,13 и сроке реализации теплоэнергетических технологий:

1 - 1 мес.; 2 - 5 мес.; 3 - 10 мес.; 4 - 15 мес.; б - зависимость доходности от продолжительности реализации при параметре р = 0,13 и сроке погашения кредита п:

1 - п = 12 мес.; 2 - 16 мес.; 3 - 20 мес.; 4 - 24 мес.

Срок погашения кредита, мес. Продолжительность реализации

технологии, мес.

а б

Рис. 5. Доходность и срок окупаемости новых технологий: а - зависимость доходности от продолжительности реализации и параметра р при сроке погашения кредита п = 24 мес.:

1 -р = 0,05; 2 - 0,13; 3 - 0,3; 4 - 0,5; б - срок окупаемости технологии при реализации в рыночных условиях.

Параметрыр, п и позиции 1-4 соответствуют рис. 4

На рисунках видно, что рассматриваемый метод также имеет большую неопределенность, особенно во временном масштабе, и не учитывает или учитывает косвенно энергетическое качество новых технологий. Величина срока окупаемости одного и того же объекта изменяется в зависимости от коммерческих условий в 3-7 раз, что, безусловно, не дает представления об энергетическом качестве теплоэнергетической установки при любом методе его оценки. Оценка и сравнение теплоэнергетических технологий по энергетическому или термодинамическому качеству не могут проводиться только по рыночным коммерческим показателям.

Задача оценки срока окупаемости, по мнению автора, по-прежнему остается не решенной.

Задачи исследования в области термодинамической эффективности теплоэнергетических технологий (ТЭТ)

Существуют различные методы оценки эффективности теплоэнергетических технологий на основе различных коэффициентов, показателей и т. д., которые не всегда имеют ясный физический смысл и не сравнимы для технологий разных видов.

Существует необходимость адекватной оценки эффективности ТЭТ, в том числе при их комбинировании.

Современный подход может заключаться в разработке и применении термодинамического метода оценки эффективности теплоэнергетических технологий по степени (коэффициенту) использования первичной эксергии теплоты, получаемой при сжигании топлива и, как следствие,

оценки ТЭТ по условному перерасходу (экономии) топлива в энергосистеме и по относительному сроку окупаемости. На этой основе можно показать широкие возможности комбинирования теплоэнергетических технологий (установок) для более эффективного использования топливных ресурсов, особенно на стадии принятия решений при выборе технологий, их комбинирования, модернизации и т. п.

Разработка методов оценки термодинамической эффективности теплоэнергетических технологий

Метод оценки по коэффициенту использования первичной эк-сергии. В промышленной и коммунальной теплоэнергетике, как правило, используются источники тепловой энергии (паровые и водогрейные котлы, высоко- и среднетемпературные системы утилизации теплоты уходящих газов котлов, печей, двигателей внутреннего сгорания, ГТУ и др.) температура и эксергия потоков рабочих веществ которых достаточно высоки. При этом эксергия первичного источника (тепловая эксергия топлива, сжигаемого в котле; эксергия греющего газа в системах утилизации) значительно превышает эксергию, которая требуется низкотемпературному потребителю, например, теплоты в теплоснабжении, отоплении, горячем водоснабжении. Значительная часть первичной эксергии вследствие этого теряется из-за необратимости процессов.

Предлагается метод оценки на основе коэффициента эффективности использования первичной эксергии источника тепловой энергии 5% как отношение эксергии, необходимой для потребителя (на входе в потребитель при температуре Тп, например - в аппараты системы теплоснабжения), к эксергии теплоты, выделяющейся при сгорании топлива при теоретической температуре горения Тт. Этот коэффициент, таким образом, учитывает степень использования всей первичной эксергии в температурном интервале Тт - Тп в конкретных теплоэнергетических технологиях. Он принципиально отличается от эксергетического КПД отдельных устройств, работающих в пределах какой-то части указанного интервала, например эксергетического КПД котла.

Очевидно, что 5%, например, равен единице, если первичная эксер-гия источника равна эксергии на входе в систему потребления, что может иметь место в низкотемпературных системах утилизации теплоты.

На основании общих термодинамических принципов можно получить основные зависимости для оценки эффективности использования первичной эксергии для различных схем тепло- и электроснабжения.

Если топливо сжигается, например, только для обеспечения эксергией и только одного потребителя с температурой Тп, то этот коэффициент равен

5пх = (ви - биот) • Тп / (в т Тт), (8)

где вт - теплота, выделяющаяся при сгорании топлива при Тт; вшт - все потери теплоты от момента сжигания топлива до входа в потребитель. Для различных технологий и схем их комбинирования выражение приобретает конкретные формы.

Если тепловая эксергия топлива втТт используется в тепловом двигателе для получения механической работы (чистой эксергии) Жтд, то в числитель (8) вместо (вт - впот) подставляется Жт.д.

Очевидно, что чем выше Тп, тем эффективнее используется первичная эксергия. Особенно важно использовать коэффициент эффективности (в том числе с учетом технических и экономических факторов) при разработке и создании источников теплоты для конкретных потребителей. Иллюстрацию понятия о коэффициенте 5% дает рис. 6.

ЕхТ

Ех

Первичная эксергия (при Тт = 2 500 К)

5ЛЕ1 = ЕхТп1/ ЕхТт ; &Пе2 = ЕхТп2/ ЕхТт

Требующуяся потребителю (при Тп2)

ЕхТ

Требующуяся потребителю (при Тп1)

ЕхТ "

Ехокр 0 (при Токр)

Рис. 6. К понятию о коэффициенте использования первичной эксергии топлива

Автором выполнен анализ по принятому методу различных ТЭТ и их комбинаций, отражающих различные варианты тепло- и электроснабжения и включающих в себя различные источники тепловой энергии, системы передачи энергии, потребители энергии и различные их комбинации. Получены необходимые расчетные формулы для коэффициента эффективности использования эксергии. Для всех вариантов приводятся также результаты расчетов для частных случаев, по которым можно судить об эффективности этих технологий и вариантов. Соответствующий анализ для конкретных реальных объектов должен, очевидно, выполняться отдельно.

На схеме (см. ниже) показаны особенности использования начальной разности температур и потери первичной эксергии в основных теплоэнергетических технологиях. Потери эксергии в верхней части схемы объясняются недостаточными возможностями конструкционных материалов в тепловых двигателях. Потери в нижней, низкопотенциальной, части схемы объясняются также слабым использованием утилизационных теплоэнергетических и теплоиспользующих установок. В этой области должны найти свое место вторичные энергоресурсы и нетрадиционные и возобновляемые источники энергии.

Однако потери в нижней части можно объяснить также и существовавшей (а на практике существующей и сейчас) неправильной концепцией использования промышленных и отопительных котлов только для отопления или для технологического теплопотребления.

Теоретическая температура сгорания топлива в стехиометрических условиях

Потери эксергии - до 25 % (неиспользуемый интервал температур)

Температура начала использования в энергетике (ДВС, ГТУ) (недостаточно используемый интервал температур) Температура пара перед турбинами ТЭЦ и ГРЭС Температура (начальная) перед теплоутилизационными контурами

Температура теплоносителей промышленных и отопительных котлов Потери эксергии - до 65 %

Очевидно, что указанный интервал температур не может быть использован в одной энергетической установке, поэтому наиболее важной проблемой повышения эффективности использования топлива и энергосбережения в теплоэнергетических технологиях является разработка и реализация схем комбинирования энергетических установок различных видов.

Метод оценки по условной экономии топлива в энергосистеме. На практике всегда, особенно для «простых» технологий (когда используется небольшая часть первичной эксергии в интервале температур Тт - Тп с помощью только одного энергетического устройства), коэффициент 5% имеет небольшую величину. Однако и при комбинированном использовании теплоэнергетических технологий (применение двух или трех устройств в интервале температур Тт - Тп) значительная часть начальной эк-сергии может оставаться неиспользованной.

Оценка экономии топлива. Неиспользование эксергии вызывает перерасход топлива в энергосистеме (автономной, региональной или объединенной). Это предлагается учитывать таким показателем, как относительный условный перерасход (или экономия в случае модернизации технологии) топлива в энергосистеме:

5В = ЛВ / В, (9)

где В - та часть расхода топлива в энергосистеме, которая связана с работой данного потребителя по конкретной технологии; ЛВ - условное уменьшение (экономия) расхода топлива в системе, которое могло бы иметь место при более полном использовании первичной эксергии (в частности, путем совершенствования данной теплоэнергетической технологии или ее комбинирования с другими); однако, если в данной конкретной технологии эта возможность не использована, имеет место условный перерасход топлива в энергосистеме.

Показатель 5В однозначно связан с коэффициентом использования начальной эксергии как основной (базовой) технологии 5%баз, так и с коэффициентом для комбинированной (или модернизированной) технологии 5п^комб, созданной на основе базовой. Очевидно, что

2 000 - 2 200 °С

1 500 - 1 400 °С 500 - 600 °С 300 - 400 °С

150-200-250 °С

5В ЛВ / В (5Лхкомб 5П^баз) / 5П^комб. (10)

Конкретные расчетные зависимости для 5В для различных вариантов комбинирования технологий здесь не приводятся вследствие большого объема.

Оценка по сроку окупаемости технологий. Выше были отмечены трудности и неоднозначность использования «доходности» и срока окупаемости новых технологий с использованием рыночных коммерческих показателей, имеющих все-таки как временный, так и неопределенный и географически «плавающий» характер.

Однако при переходе, например, к относительному сроку окупаемости можно преодолеть указанные трудности и получить необходимый результат по окупаемости. Автором предлагается именно такой показатель эффективности комбинированных теплоэнергетических технологий.

Запишем срок окупаемости простой, базовой, не комбинированной технологии -

Сс = К0 / (Эс - Тс) (11)

и комбинированной (на основе базовой) технологии -

С1 = К1 / (Э1 - Т1), (12)

где К - капитальные затраты; Э - стоимость вырабатываемой энергии (всех видов энергии) за расчетную единицу времени (год); Т - текущие затраты (год).

Тогда понятие относительного срока окупаемости соответствует выражению

5С = С1 / О,. (13)

Обозначим разность коэффициентов использования первичной эк-сергии комбинированной &Леком6 и базовой 5'ЛХбаз технологий (для упрощения записи)

= 5%комб - 5%баз. (14)

Тогда очевидно, что

Э1 = Э0 (1 + Л^х), (15)

Т1 = (5^Хбаз / 5'ПХкомб) (1 + (16)

К1 = К0 (1 + Л^х • у), (17)

где у - отношение удельных, на 1 кВт установленной мощности, капитальных затрат на дополнительную (к базовой) технологию к капитальным затратам на базовую технологию.

С учетом (14)-(17) получим

В отдельных случаях, для получения предварительного принципиального результата для оценки, можно упростить формулу (19) до

Формулы (18)-(20) учитывают только изменение (увеличение) эффективности использования первичной эксергии, как наиболее существенный показатель при переходе от какой-либо базовой технологии к более эффективной комбинированной.

Расчетные формулы для относительного срока окупаемости получены для современных комбинаций теплоэнергетических технологий (установок). Составлена номограмма, по которой можно определить условия достижения приемлемого срока окупаемости.

Оценка по полезной эксергии. Наиболее полную оценку качества теплоэнергетических установок, по мнению автора, дает использование разрабатываемого автором коэффициента использования полезной эксер-гии в установках. Он учитывает: эффективность преобразования тепловой энергии, затраты эксергии на создание установки, срок окупаемости.

Выводы

Таким образом, предложены и обоснованы комплексные показатели эффективности теплоэнергетических технологий, которые в таком виде ранее в литературе не встречались:

- коэффициент эффективности использования первичной эксергии;

- коэффициент использования полезной эксергии;

- условная относительная экономия топлива при комбинировании или модернизации технологий;

- относительный срок окупаемости.

Очевидно, что принятие решений должно основываться на комплексном учете этих показателей.

5С =

(Эо - То)(1 + Л%У)

(18)

Э0(1 + ЛЛх ) - Т0(5Лхбаз / $Лхкомб )(1 + ЛЛх )

При у = 1, в частности,

5С =

(1 - То/Эо)

(19)

1 - (Т о/ЭоХЗ^баз / З^комб )(1 + Л% )

(1 - То/Эо)

(20)

Получено 7.1 о.о5

TO THE PROBLEM OF THE EFFICIENCY ESTIMATION OF HEAT-AND-POWER ENGINEERING TECHNOLOGIES IN INDUSTRIAL ENERGY

R. A. Iljin

A new method of efficiency estimation of heat-and-power engineering plants on thermodynamic parameters is offered in the work. On the basis of the entered criteria the following parameters are defined: efficiency of heat transformation, the relative fuel consumption, exergy consumption for creation of plants, pay-back period.