CC BY
15
СПОСОБЫ ЭКОНОМИИ ТОПЛИВА В НАШЕ ВРЕМЯ БЕЗ
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ
1 2
Файзуллаева А.В. , Хушт Н.И. Email: Fayzullaeva1151@scientifictext.ru
1Файзуллаева Алёна Владимировна - ассистент, кафедра автоматизированного электропривода и электротехники, Высшая школа технологии и энергетики Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна,
г. Санкт-Петербург; 2Хушт Нэвсет Инвирбиевна - магистр, кафедра кадастра и геоинженерии, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Кубанский государственный технологический университет, г. Краснодар
Аннотация: тенденция неуклонного роста энергопотребления ведет к увеличению спроса на традиционные виды топлива. В последнее время все актуальнее встает вопрос о внедрении альтернативных источников энергии, но в связи с большими капитальными затратами данная проблема решится не скоро, поэтому в данной статье рассматриваются несколько способов сбережения топлива, а именно с точки зрения решения проблемы недостаточной эффективности силовых установок и совершенствования способов экономии топлива на электрических станциях, которые имеют определенные преимущества и недостатки.
Ключевые слова: способы повышения эффективности ГТУ, форсирование параметров цикла; усложнение термодинамического цикла; впрыск воды, водяного пара в проточную часть ГТУ.
FUEL ECONOMY METHODS IN OUR TIME WITHOUT USE OF RENEWABLE ENERGY RESOURCES Fayzullaeva A.V.1, Khusht N.I.2
1Fayzullaeva Alyona Vladimirovna - Assistant, DEPARTMENT OF AUTOMATED ELECTRIC DRIVE AND ELECTRICAL ENGINEERING, GRADUATE SCHOOL OF TECHNOLOGY AND ENERGY ST. PETERSBURG STATE UNIVERSITY OF INDUSTRIAL TECHNOLOGY AND DESIGN, ST.
PETERSBURG; 2Khusht Nevset Invirbievna - Master, DEPARTMENT OF CADASTRE AND GEOENGINEERING, FEDERAL STATE BUDGETARY EDUCATIONAL INSTITUTION OF HIGHER EDUCATION KUBAN STATE TECHNOLOGICAL UNIVERSITY, KRASNODAR
Abstract: the trend of steady growth in energy consumption leads to an increase in demand for traditional fuels. Recently, the issue of introducing alternative energy sources is becoming more urgent, but due to large capital expenditures, this problem will not be solved soon, therefore, this article discusses several ways to save fuel, namely from the point of view of solving the problem of insufficient efficiency of power plants and improvement ways to save fuel in power plants, which have certain advantages and disadvantages.
Keywords: ways to improve the efficiency of gas turbines, forcing the parameters of the cycle; complication of the thermodynamic cycle; water injection, water vapor in the flow part of the gas turbine unit.
УДК 622.691.4.052
В последние годы отмечается тенденция неуклонного роста энергопотребления. Так, согласно данным Единой энергосистемы Российской Федерации, потребление электроэнергии в 2018 году достигло отметки 94,0 млрд кВт^ч, что на 1,7% больше объема потребления за февраль 2017 года. Прогнозы на ближайшее будущее весьма неутешительны, так как с ожидаемым ускорением развития экономики и непосредственным увеличением численности населения предвидится и повышение спроса на энергоресурсы.
В качестве основного топлива для выработки электроэнергии выступает газ, спрос на который и, соответственно, цены, вследствие инфляции и сложности добычи из труднодоступных залежей, увеличиваются с каждым годом. В связи с этим множится число попыток внедрения возобновляемых источников энергии, которые по своим экологическим особенностям, находятся в преимущественном положении, однако по своим технологических особенностям, а именно, большим капитальным затратам и небольшой мощности, пока проигрывают традиционным видам топлива, несмотря на их прогрессирующую стоимость.
Так как тенденция нерационального потребления углеводородного топлива является весьма значимой проблемой, рассмотрим данный вопрос с другой стороны, а именно с точки зрения решения проблемы недостаточной эффективности силовых установок и совершенствования способов экономии топлива на электрических станциях, которые имеют определенные преимущества и недостатки.
Так, к одному из таких способов сбережения топлива, можно отнести метод, основанный на повышении параметров пара, подаваемого в турбину. За счет таких изменений достигается увеличение КПД цикла и снижение затрат на выработку тепловой и электрической энергии. Однако данный способ имеет существенный недостаток, заключающийся в необходимости организации масштабных работ по генерации новых сплавов, способных выдерживать воздействие высоких температур (до 600 °С) и давления подвода пара (более 30 МПа).
Второй способ экономии топлива заключается в повышении единичной мощности выпускаемых агрегатов (котел, турбина, генератор) или энергоблоков. Следствием увеличения мощности энергоблока является снижение удельных расходов электроэнергии на его собственные нужды, что приводит к повышению общего КПД блока. Тем не менее, с технической и экономической точки зрения данный способ уже давно перестал быть актуальным.
Следующий способ, а именно, переход к комбинированным циклам — парогазовым установкам, является одним из наиболее экономически выгодных путей сбережения топлива. В качестве его несомненного плюса можно выделить достижение максимальной тепловой экономичности бинарного цикла, так как топливо сжигается только в газотурбинной установке (ГТУ), а продукты его сгорания, нагревают пар в паротурбинных установках.
Существуют следующие способы повышения эффективности ГТУ [2]:
1) форсирование параметров цикла;
2) усложнение термодинамического цикла;
3) впрыск воды, водяного пара в проточную часть ГТУ.
Для форсирования параметрами цикла необходимо увеличить значение степени сжатия компрессора. При этом рост температуры газа при фиксированном значении степени сжатия сопровождается небольшим увеличением мощности и КПД, в то время как значительное повышение температуры газа перед турбиной вызывает рост степени сжатия. Однако главным недостатком (ограничением данного способа) выступают лимитируемые свойства материала рабочих лопаток турбины, которым необходимо выдержать большой температурный напор в течение длительного времени [1].
Еще способ - усложнение термодинамического цикла, возможно лишь при уменьшении температуры газов, покидающих ГТУ, в данном случае ограничением является лимитируемая прочность материалов двигателя.
В общем и целом, к усложнению термодинамического цикла следует отнести:
33
1. Подогрев воздуха перед камерой сгорания за счет теплоты уходящих газов. Другими словами, подогрев топливовоздушной смеси за счет теплоты, ранее выбрасываемой с отработанными продуктами сгорания в атмосферу. Но данный способ уместен лишь в случае, когда температура отработавших в турбине продуктов сгорания больше температуры воздуха после компрессора. При этом введение регенерации не изменяет внутренний относительный КПД ГТД, а внутренний КПД ГТУ установки возрастает. Высокая стоимость теплообменного аппарата и понижение КПД котла-утилизатора, является основным недостатком данного способа.
2. Промежуточное охлаждение при сжатии реализуется в ГТУ с регенерацией. На практике регенеративные охлаждение ГТУ в процессе сжатия в компрессоре способствует повышению КПД установки. Введение регенерации в ГТУ снижает отрицательный эффект охлаждения воздуха в процессе сжатия, и, как следствие, с увеличением степени сжатия отрицательный эффект растет медленнее положительного, то есть промежуточная граничная степень регенерации, необходимая для уничтожения отрицательного эффекта, уменьшается. Однако введение регенерации негативно сказывается на себестоимости установки [2].
В качестве следующего способа экономии топлива можно назвать метод, базирующийся на впрыске воды, водяного пара в проточную часть ГТУ. При впрыске воды на входе в компрессор, отмечается снижение температуры воздуха на выходе из компрессора, что ведет к снижению потребляемой мощности компрессора и, как следствие, увеличению мощности эффективного КПД ГТУ, что представлено на рисунке 1.
Рис. 1. Зависимость внутренней мощности компрессора от количества подаваемого аэрозоля в
компрессор ГТД
Впрыск пара на входе в камеру сгорания, составляя 2-4% от расхода воздуха, способствует уменьшению эмиссии окислов азота в продуктах сгорания, что с экологической точки зрения является большим преимуществом [3]. Помимо этого наблюдается значительная экономия топлива, представленная на рисунке 2.
Рис. 2. Зависимость удельного расхода действительного топлива от количества подаваемого
аэрозоля в компрессор ГТД
Стоит отметить, что единственным существенным ограничением применения данного метода являются высокие требования к качеству впрыскиваемой воды.
Из рассмотренных выше способов увеличения эффективности работы электростанций в настоящее время самым перспективным является внедрение ПГУ. Для повышения эффективности ПГУ, необходимо применение впрыска аэрозоля в компрессор, так как данный метод может обеспечить наибольший прирост КПД ГТУ, наибольшую экономию топлива и, как следствие, уменьшение выбросов оксидов азота в атмосферу.
Список литературы /References
1. Газотурбинная энергетическая установка ГТЭ-110 для ПГУ-325. Руководство по эксплуатации. Ч. 1. Описание и работа (097108000 РЭ)/ НПК «Зоря»-«Машпроект», 2012. 72 с.
2. Цанев С.В., Буров В.Д., Ремезов А.Н. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций: Учебное пособие для вузов / Под ред. С.В. Цанева. М.: Издательство МЭИ, 2002. 584 с.
3. Основы практической теории горения: учебное пособие для студентов высших учебных заведений / под ред. В.В. Померанцева. Л.: Энергия, 2014. 264 с.
