Оценка эффективности применения газотурбинной установки гтэ-004 в системе энергоснабжения Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №5/2015 ISSN 2410-700X

УДК. 620.424.1

Вдовенко Иван Анатольевич,

канд. техн. наук. доцент, СГТУ им. Гагарина Ю.А., Некрасов Данил Олегович, студент, СГТУ им. Гагарина Ю.А., г. Саратов РФ,

E-mail: mazddaf@mail.ru

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ ГТЭ-004 В СИСТЕМЕ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ

Аннотация

В статье представлены результаты расчетов термодинамической и экономической эффективности использования на малых ТЭЦ в системах тепло и энергоснабжения нового высокоэкономичного газотурбинного модуля 5-го поколения ГТЭ-004 мощностью 4 МВт и КПД 41,5%.

Ключевые слова

Газотурбинный двигатель, режимы эксплуатации, термодинамическая и экономическая эффективность, чистый дисконтированный доход.

В последнее десятилетие развитие малой энергетики РФ связано с внедрением в системы энергоснабжения городов когенерационных установок на базе газотурбинных (ГТУ) двигателей для выработки электрической и тепловой энергии. Такие двигатели устанавливаются при новом строительстве источников, так и на площадках существующих котельных, обеспечивая экономию топлива от комбинированной выработки энергоносителей. Приоритетность использования когенерационных установок для энергоснабжения потребителей закреплено на законодательном уровне в ФЗ-190«О теплоснабжении»[1].

Развитие энергетических газовых турбин в мире происходит очень высокими темпами, достигнуты температуры газа на входе в газовую турбину 1200-1300 0С и степени повышения давления воздуха в компрессоре 15-25, накоплен большой опыт в совершенствовании газотурбинных циклов. В [2] представлен проект нового высокоэкономичного газотурбинного модуля 5-го поколения ГТЭ-004 мощностью 4 МВт и КПД 41,5% с возможностью разборки и сборки на месте эксплуатации. Данный энергоблок предназначен для использования в системах теплоснабжения ЖКХ и промышленных предприятий. Высокая экономичность данного цикла заключается в снижении работы сжатия путем промежуточного охлаждения воздуха между ступенями компрессора и экономии топлива за счет использования рекуперативного регенератора (РВП) для подогрева сжатого воздуха перед камерой сгорания газовой турбины. Компактность энергоблока достигается применением высокооборотных газогенератора (18000об/мин), силовой турбины и турбогенератора (на 12600 об./мин). Тепловая схема установки представлена на рис. 1. Энергоустановка ГТЭ-004 является новой на рынке энергетического машиностроения, в связи с этим представляет интерес определение ее энергетических и экономических показателей.

22

международный научный журнал «символ науки»

№5/2015

ISSN 2410-700X

1-центробежный компрессор 1 ступень, 2- центробежный компрессор 2 ступень, 3- камера сгорания, турбина ГТ, 5- силовая турбина 6- рекуперативный воздухоподогреватель, 7- котел утилизатор, 8- воздухоохладитель, 9- турбогенератор, 10- теплообменник водоводяной, 11 , 12, 13 -насосы, 14- трехходовой клапан байпаса воздуха на РВП

Для определения показателей энергетической и экономической эффективности энергоустановки рассмотрен вариант применения двух энергоблоков в составе ГТУ-ТЭЦ установленной электрической мощностью 8 МВт и тепловой 25 МВт, расположенной в Московской области. Работа источника предполагалась по тепловому графику, регулирование тепловой мощности обеспечивалась путем изменения нагрузки пиковых водогрейных котлов (ПВК) и перепуском газов в РВП. Охлаждение воды промежуточного

воздухоохладителя осуществляется в градирне.

С целью определения количественных показателей работы ГТУ-ТЭЦ выполнен термодинамический расчет ГТУ и тепловой схемы источника на трех характерных режимах. Результаты расчета цикла ГТУ при различных температурах наружного воздуха представлены в табл. 1.

Таблица 1

Результаты расчета цикла ГТУ

Наименование показателя Обозначение Ед. изм. Температура наружного воздуха

+15°С -3,2°С -25°С

Коэффициент избытка воздуха в камере сгорания ^кс - 3,863 2,24 2,385

Общая степень повышения давления Пк - 8,65 8,94 9,44

Расход воздуха в компрессор Ск кг/с 13,272 13,936 14,997

Работа в компрессоре h кДж/кг 281,9 265,67 250,9

Температура на входе в ГТ t3 °С 1065 1015 950

Расход продуктов сгорания ^пс кг/с 13,398 14,264 15,319

Работа в турбине 1т кДж/кг 602,75 622,14 645,31

Расход топлива В кг/с 0,257 0,466 0,471

Электрическая мощность ГТУ кВт 4130 4666 4883

Электрический КПД ГТУ Пэ - 0,415 0,258 0,267

Температура на выходе из ГТ t4 °С 644 605 550

Тепловая мощность котла-утилизатора Qyi кВт 2090 8773 8250

Из таблицы видим, что в зимнем режиме при отключении РВП и включении КУ электрический КПД ГТУ значительно снижается.

Оценка экономической эффективности использования ГТУ-ТЭЦ в системах теплоснабжения выполнена с использованием критерия чистого дисконтированного дохода (ЧДД), индекса доходности, срока окупаемости и внутренней нормы доходности.

Формула для расчета ЧДД имеет вид:

T Т

ЧДД = £(R, -З,)а,-£К,а,,

t=0 t=0

где: Rt- приток денежных средств на шаге t; 3t - отток денежных средств на шаге t; Kt— капитальные вложения в проект на шаге t; at- коэффициент дисконтирования на шаге t.

Для расчета экономических показателей приняты следующие исходные данные с ценами на уровне начала 2015г.: удельные капиталовложения в ГТУ ТЭЦ 42000 руб./кВт, тариф на электроэнергию 300 коп/(кВт ч), тариф на тепловую энергию 1800 руб./Гкал, стоимость природного газа 4,950 руб./кг у.т., Т=15 лет, внутренняя норма доходности E=11,5 %. Также в экономических расчетах учтены все необходимые налоговые выплаты.

Результаты расчетов экономических показателей сооружения ГТУ-ТЭЦ представлены в табл.2.

23

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ»

№5/2015

ISSN 2410-700X

Таблица 2

Экономические показатели

п/п Наименование показателя Численное значение

1 Производственные издержки всего, в т.ч.: 139,60

2 Материальные затраты всего, в т.ч.: 109,33

3 издержки на топливо всего, в т.ч.: 93,353

4 Для выработки тепловой энергии, млн.руб 52,139

5 Для выработки электроэнергии, млн.руб 41,214

6 Затраты на ремонт, млн.руб 7,5784

7 Прочие материальные издержки, млн.руб 8,0745

8 плата за покупаемую воду 0,32055

9 Затраты на оплату труда, млн.руб 7,3101

10 Отчисления на социальные нужды, млн.руб 2,2077

11 Амортизация, млн.руб 14,574

12 Прочие издержки всего, в т.ч.: 6,1837

13 услуги связи, охрана и т.д., млн.руб 1,9273

14 налог на имущество организаций, млн.руб 3,8475

15 земельный налог, млн.руб 0,40887

16 Результаты проекта всего, в т.ч.: 323,02

17 от реализации электроэнергии, млн.руб 136,27

18 от реализации тепловойэнергии, млн.руб 186,75

19 Валовая прибыль, млн.руб 183,42

20 Налог на прибыль, млн.руб 36,684

21 Затраты по проекту, млн.руб 161,71

22 Чистый поток денежных средств (ЧПДС), млн.руб 161,31

23 Коэффициент дисконтирования 0,15715

24 Накопленный (ЧДД), млн.руб за период 15 лет. 553,73

Срок окупаемости инвестиций в сооружение ТЭЦ определен с помощью графика изменения накопленного ЧДД от номера шага расчета и составил 6,4 года. Анализ результатов, представленных в табл. 2 показывает, что проект сооружения ГТУ -ТЭЦ на базе энергоустановок ГТЭ - 004 является эффективным, ЧДД от эксплуатации источника за расчетный период составил 553,73 млн.руб, индекс доходности 2,62 руб./руб., внутренняя норма доходности 0,32.

Показатели установки обеспечивают сокращение разрыва в уровне отечественного и мирового энергетического машиностроения. Использование данной установки в системах энергообеспечения позволит повысить эффективность и надежность функционирования объектов энергетики.

Список использованной литературы:

1. Федеральный закон от 27 июля 2010 г. № 190-ФЗ «О теплоснабжении» (с изменениями от 4 июня, 18 июля, 7 декабря 2011 г., 25 июня, 30 декабря 2012 г.).

2. Перспективные когенерационные ГТУ для систем теплоэнергоснабжения ЖКХ / Ануров Ю.М. и др. // «Энергетика: эффективность, надежность, безопасность» XX Всероссийская научно-техническая конференция / ТГУ. - Томск,2014. - С.270-274.

© И.А. Вдовенко, Д.О. Некрасов, 2015

УДК 004.716

Верижников Артем Олегович Шумаков Дмитрий Вячеславович

Академия ФСО России, г. Орел, РФ, E-mail: metallstan@mail.ru

РАСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ШЛЮЗОВ МУЛЬТИСЕРВИСНОЙ ТРАНСПОРТНОЙ СЕТИ

Аннотация

Статья посвящена построению мультисервисных сетей, которые сегодня являются основой

24