автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Исследование и разработка методов перевода отопительных и промышленных котельных в режим мини-ТЭЦ

На правах рукописи

БОРОДИНА Ольга Александровна

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПЕРЕВОДА ОТОПИТЕЛЬНЫХ И ПРОМЫШЛЕННЫХ КОТЕЛЬНЫХ В РЕЖИМ МИНИ-ТЭЦ

Специальности 05.14.04 - "Промышленная теплоэнергетика" 05.14.14 - "Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

- 2004

Работа выполнена в ГОУ ВПО "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет".

Научные руководители: доктор техн. наук, профессор кандидат техн. наук, профессор

Боровков Валерий Михайлович Костюк Ростислав Иванович

Официальные оппоненты: доктор техн. наук, профессор кандидат техн. наук, ст. научн. сотр.

Трифонов Николай Николаевич

Вельский Александр Петрович

Ведущая организация: ТУП "Топливно-энергетический комплекс Санкт-Петербурга", г. Санкт-Петербург.

Защита диссертации состоится 15 июня 2004 г. в 18-00 на заседании диссертационного совета Д 212.229.04 в ГОУ ВПО "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет" по адресу: 195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29 в аудитории 411 ПГК

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ГОУ ВПО "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет".

Автореферат разослан "/4 " мая 2004 г.

Отзыв на автореферат, заверенный печатью учреждения, в двух экземплярах просим направить по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета. Факс: (812)5527684 E-mail: kg@kgl210.spb.edu

Ученый секретарь диссертационного совета

К.А.Григорьев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертационной работы определяется назревшей необходимостью исследования альтернативных путей развития российской энергетики, вследствие следующих факторов: перехода к финансированию строительства новых энергоисточников за счет средств энергосистемы и собственного бюджета предприятий; роста тарифов на энергию, отпускаемую энергоснабжающими организациями; нарастающего старения оборудования электростанций и котельных; высоких потерь энергии и топлива при существующей структуре энергопроизводства; установок на повышения надежности энергоснабжения потребителей и увеличения коэффициента полезного использования топлива; ужесточения требований к охране окружающей среды и стремления предприятий к утилизации горючих производственных отходов в газообразном, жидком и твёрдом состоянии. В таких условиях развитие малой энергетики с комбинированным производством тепла и электроэнергии, в том числе на базе существующих отопительных и промышленно-отопительных котельных, может стать альтернативой централизации энергоснабжения либо дополнением, повышающим эффективность схем энергоснабжения.

Ещё раз заметим, что централизованное производство и распределение электроэнергии сейчас довольно дорогое удовольствие для отдельного предприятия-потребителя. Известно, что себестоимость электроэнергии, произведенной централизованно, составляет около 30-40 коп. за кВт*ч, тогда как потребителю она обходится уже в 90-100 коп. А мини-ТЭЦ позволяют решить проблему не только независимого, в том числе и от выделенных лимитов, но и дешевого энергоснабжения. К тому же современные проекты реконструкции промышленных и районных котельных в мини-ТЭЦ позволяют это сделать без значительных затрат времени или средств на строительство.

Таким образом, как промышленные предприятия, так и предприятия ТЭК, на основе технологических и экономических аспектов, несмотря на имеющуюся возможность энергоснабжения от имеющихся энергосетей, вполне могут принять решение о создании собственной мини-ТЭЦ. Логично, что рентабельность работы мини-ТЭЦ будет тем выше, чем больше разница между закупочными ценами на энергию и расходами, необходимыми на реконструкцию котельных. Но предприятие, как правило, не имеет возможностей влияния на закупочные цены, в то же время необходимые на производство энергии расходы - а именно здесь предоставляется возможность принятия соответствующих мер - как раз сильно зависят от качества технических решений и от эффективности производства энергии. Отметим, что в случае комбинированного производства электроэнергии и тепла эффективность использования энергии может достигать до 90%, соответственно становится очевидной возможность получения ргромного

народно-хозяйственного эффекта для

БИБЛИОТЕКА 3

С.Пете| 09

широкомасштабного перевода существующих котельных в режим мини-ТЭЦ.

Целью диссертационной работы является исследование и

разработка методов перевода отопительных и промышленных котельных в режим мини-ТЭЦ. В соответствии с поставленной целью решаются следующие задачи:

1) анализ научных публикаций и трудов по теме диссертации;

2) исследование возможных вариантов и концепций реконструкции котельных с переводом в режим мини-ТЭЦ;

3) выбор наиболее экономичных тепловых схем когенерации для типичных промышленных и отопительных котельных различной тепловой мощности;

4) исследование целесообразности реконструкции действующих промышленно-отопительной котельной ОАО "Свет" (г.Смоленск) с установкой противодавленческих турбин типа ПР и отопительной Гражданской котельной (г. Санкт-Петербург) с парогазовыми надстройками (со сбросом газов в котёл ДКВр/ ПТBM; по схемам ГТУ-ТЭЦ с ГВТО и ПГУ-ТЭЦ);

5) анализ существующих вариантов технико-экономической оценки перевода котельных в режим мини-ТЭЦ и выбор оптимальной методики;

6) определение технико-экономических показателей мини-ТЭЦ на базе Гражданской котельной и котельной ОАО "Свет", с учётом использования промышленного энергетического оборудования, выпускаемого в России.

На защиту выносятся следующие положения, определяющие научную новизну диссертационной работы:

- рекомендации оптимальных вариантов реконструкции отопительных и промышленно-отопительных котельных с переводом в режим мини-ТЭЦ;

- разработанные мероприятия по переводу в режим мини-ТЭЦ действующих промышленно-отопительной (ОАО "Свет", г.Смоленск) и отопительной (Гражданская, г.Санкт-Петербург) котельных посредством паротурбинных и парогазовых надстроек;

- полученные новые расчётные данные, различных вариантов реконструкций существующих котельных при их переводе на комбинированную выработку тепловой и электрической энергии;

- предложения по наиболее оптимальным методам расчёта показателей технико-экономической эффективности реконструкции котельных при их переводе в режим мини-ТЭЦ;

- полученные новые данные технико-экономических расчётов, подтверждающие целесообразность и эффективность перевода на когенерацию отопительных и промышленно-отопительных котельных.

Практическая значимость работы. Систематизированы

возможные схемы и концепции перевода котельных на когенерацию. Разработаны мероприятия и проведены технико-экономические расчёты по переводу действующих котельных в режим мини-ТЭЦ: 1) отопительной котельной (Гражданская, г.Санкт-Петербург), оборудованной пятью паровыми котлами ДКВр-20-13 и четырьмя водогрейными котлами ПТВМ-50; 2) промышленно-отопительной котельной (ОАО "Свет"), оборудованной тремя паровыми котлами - ДКВр-6,5/13, ДКВр-10/13 и ДЕ-6,5/14. Вследствие типичности оборудования, котельных, предложенные мероприятия, рекомендации по методике расчётов и расчётные данные могут использоваться другими предприятиями промышленной и коммунальной теплоэнергетики, а также научно-исследовательскими и проектными организациями.

Надежность и достоверность полученных результатов

обеспечиваются: проведением расчётных и экспериментальных исследований в соответствии с действующими в России стандартами, методиками и нормативными документами; применением современной электронно-вычислительной техники; сопоставлением результатов исследований с результатами других авторов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на выставке-конференции инновационных проектов и разработок "Наука - технологии - производство - рынок'' (2000 г., ЦНТИ, Смоленск); на УП-ой, К-ой и Х-ой международных научно-технических конференциях "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" (2001, 2003, 2004гг., МЭИ, пМосква); межвузовской научно-технической конференции, посвященной ХХХП-ой Неделе науки СПбГПУ; научно-технических конференциях "Информационные технологии, ресурсосбережение, энергетика и экономика" (2003 г., СФ МЭИ, Смоленск), "Проблемы развития централизованного теплоснабжения" (2004 г., Самараэнерго , г.Самара), "Экономика, экология и общество России в 21-м столетии " (2004 г., МВШУ, г.Санкт-Петербург), а также научных семинарах кафедр "Промышленная теплоэнергетика" Смоленского филиала МЭИ и Санкт-Петербургского политехнического университета. Материалы диссертации изложены в опубликованных лично и в соавторстве 12 публикациях, в том числе в межвузовском сборнике научных трудов "Проблемы экономии топливно-энергетических ресурсов на промышленных предприятиях и ТЭС" (2004 г., СПбГТУРП), сборнике тезисов научно-исследедовательских и творческих работ студентов и аспирантов -победителей конкурса ОАО "Ленэнерго", посвященного 120-летию электрического Петербурга (2004 г., Ленэнерго), а также в сборниках материалов докладов перечисленных выше научно-технических конференций.

Лично автором:

- проведены анализ и систематизация возможных вариантов и концепций реконструкции отопительных и промышленно-отопительных котельных при переводе на комбинированную выработку тепловой и электрической энергии;

- разработаны технические мероприятия по переводу в режим мини-ТЭЦ отопительной Гражданской котельной (г.Санкт-Петербург) с парогазовыми надстройками (со сбросом газов в котёл ДКВр/ ПТВМ; по схемам ГТУ-ТЭЦ с ГВТО и ПТУ-ТЭЦ) и промышленно-отопительной котельной ОАО "Свет" (г.Смоленск) с установкой теплофикационной турбины с противодавлением и производственным отбором пара (типа ПР);

- предложены оптимальные методы оценки технико-экономических показателей эффективности при переводе промышленных и отопительных котельных на когенерацию, на основе которых проведено технико-экономическое обоснование реконструкции двух действующих котельных.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем диссертационной работы: 130 страниц машинописного текста; 36 рисунков; 44 таблицы; 6 страниц списка литературы, включающего 102 наименования; 5 страниц в приложении. Общий объем диссертации - 130 страниц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы основные цели и задачи, намечены пути их решения.

В первой главе даётся анализ современного состояния отечественной энергетики и тенденций её развития, подтверждающий актуальность поставленной задачи исследований. В частности, приведены основные моменты «Энергетической стратегии России на период до 2020 года», проведён анализ развития теплофикации конца ХХ-го и начала ХХТ-го века. Сделан вывод, что совокупное влияние факторов сложившейся ситуации будет стимулировать потребителей энергии к развитию комбинированного производства электрической и тепловой энергии на основе применения собственных энергоустановок, в том числе на базе существующих отопительных и промышленно-отопительных котельных. Наряду с этим возможность реализации указанного направления обуславливается практическим интересом потенциальных производителей энергооборудования в заказах на его разработку и изготовление.

Во второй главе проанализированы и систематизированы основные направления и концепции перевода отопительных и промышленно-отопительных котельных в режим мини-ТЭЦ (рис.1.).

Рис. 1. Классификация комбинированных теплоэнергетических установок малой мощности

Наиболее простой способ утилизации энергии парового потока для выработки электроэнергии - применение паровых противодавленческих турбин в котельных с паровыми котлами (рис.2.). Это связано с тем, что пар, вырабатываемый в котлах при давлении 0,8-1,4 МПа, бесполезно дросселируется до давления 0,12 МПа в редукционных устройствах. Удельный расход условного топлива для мини-ТЭЦ с турбинами типа Р мощностью < 100 МВт составляет 140-160 г/(кВтч). При необходимости получения на производственно-отопительной котельной производственного отбора пара устанавливаются регулирующие клапана. При выборе оптимального вида надстройки котельной турбинами противодавления необходимо учитывать следующие моменты: 1) простота установки; 2) минимальные капитальные затраты; 3) более высокий КПД и коэффициент использования топлива КИТ; 4) возможность работы в различных режимах.

Рис.2. Принципиальная схема установки турбины с противодавлением типа Р: ТП -тепловые потребители; РОУ -редукционно-охладительная установка

Противодавленческие турбогенераторы различных модификаций производятся ОАО «Калужский турбинный завод», Электротехнической корпорацией «РОЭЛ», компанией «Независимая энергетика», Пролетарским, Невским, Кировским заводами, НПО «ЦКТИ», ЛМЗ и др.

Существует большое разнообразие тепловых схем на базе ГТУ (ГТУ-ТЭЦ) и ПГУ (ПГУ-ТЭЦ) (рис.1.). Схема со сбросом отходящих газов в отопительный котел (рис.3.,) рекомендована для котельных, оборудованных паровыми котлами ДКВР-10-13 с пароводяными подогревателями и теплофикационными экономайзерами ВТИ. В котельных, оснащенных котлами ПТВМ-50, сжигание топлива в среде отходящих газов ГТУ возможно только при установке дымососов или замене их на котлы КВГМ-50 или КВГМ-100. При этом теплообменное оборудование, используемое в

реконструируемой котельной для нагрева сетевой, подпиточнои и питательной воды, полностью сохраняется.

Рис.3. Схема совместной работы котла отопительной котельной с предвключённой ГТУ: 1 - компрессор; 2 - камера сгорания ГТУ; 3 - газовая турбина;. 4 - электрогенератор: 5 - вентилятор для подачи воздуха в автономном режиме котла; 6 - тепловые потребители; 7, 7' - дымовые трубы; 8 - блок основных горелок, используемых при сжигании топлива в среде отходящих газов ГТУ; 9 - горелки автономного режима работы котла; 10 -шиберы; L1, В1 и В2 - подача воздуха и топлива при работе ГТУ; La, Ba -подача воздуха и топлива при автономной работе котла.

В случае применения данной схемы необходимо решить следующие проблемы: размещение ГТУ, подвод дымовых газов к горелкам котлов, установка системы шиберов, позволяющей осуществлять работу котла как в автономном режиме, так и совместно с ГТУ. Для сбросной схемы перевода котельных в режим мини-ТЭЦ используются ГТУ мощностью 430, 730 и 1500 кВт на базе вертолётных (НПО им. ВЛ.Климова, АО СНТК "Двигатели НК", НПО "Сатурн", АО "Энергоавиа" и пр.) и судовых газотурбинных двигателей (Пролетарский завод и др.).

В этой главе также рассмотрен ряд вариантов реконструкции с применением схем ПГУ с энергетическим котлом-утилизатором (рис.4.). При выборе схемы ПГУ-ТЭЦ с котлом-утилизатором приходится решать ряд технических и экологических проблем: установки дожимающей компрессорной станции для получения давления газа перед камерой сгорания до 2,8 МПа; при совместной работе ГТУ и ПГУ необходима шумоизоляция, так как работа сопровождается шумом, величина которого имеет определённые санитарные нормы; сооружения емкостей для резервного

дизельного топлива и создание системы подогрева для поддержания его параметров; возможность использования в качестве резервного источника электроэнергии энергосистему; для выдачи генерируемой электроэнергии требуется сооружение распределительных электрических устройств; установки отопительной дымовой трубы для отходящих газов ГТУ.

Рис.4. Принципиальная тепловая схема ПГУ-ТЭЦ с противодавленческой турбиной и пароводяным подогревателем сетевой воды: 1 - компрессор; 2 -камера сгорания ГТУ; 3 - газовая турбина высокого давления; 4 - газовая турбина низкого давления; 5,9 - электрогенераторы; 6 - блок дожигания; 7 -котёл-утилизатор; 8 - противодавленческая паровая турбина; 10 -пароводяной подогреватель сетевой воды; 11 - сетевой насос; 12 -конденсатосборник-деаэратор; 13 -циркуляционный насос.

При реконструкции котельных по схеме ПГУ-ТЭЦ, ориентируясь на продукцию отечественных производителей, возможно использование ГТУ, выпускаемых НПО им. Климова, АО "Энергоавиа", НПО "Сатурн", АО "Авиадвигатель", ОАО "Уральский завод гражданской авиации" и др., амарские ГТУ и установки фирмы "Модуль" (Кировский завод), а также противодавленческие турбины, производства ОАО "Калужский турбинный завод" - НПВП "Турбокон".

В целом, применение турбоустановок в котельных при совместной работе с водогрейными и паровыми котлами дают следующие преимущества по сравнению с обычными котельными: возможность обеспечения надёжного электроснабжения для собственных нужд; экономию благородных топлив, сжигаемых в котельных; бесперебойное электроснабжение котельных при любых аварийных ситуациях в энергосистеме; надёжное теплоснабжение жилых районов и промышленных предприятий; сохраняется связь котельной с энергосистемой, что обеспечивает надёжное покрытие собственных нужд при прекращении подачи электроэнергии либо от турбоустановки, либо от

энергосистемы; установленная энергетическая мощность, как правило, превышает потребность собственных нужд котельной, в связи с чем, есть возможность отпускать потребителям кроме тепла и электроэнергию при небольших дополнительных капиталовложениях.

В заключение этой главы рассмотрены характеристики предлагаемых российскими производителями газовых турбин, проанализированы масштабы ввода теплофикационных установок на базе ДЭС, ГТУ и ПГУ. Анализируя опыт разработок и ввода в эксплуатацию малых электростанций отечественными научными и производственными предприятиями, отметим, что существующие промышленные и отопительные котельные, имеют переменные паровые нагрузки и сложившийся уровень эксплуатации теплогенерирующего и теплопотребляющего оборудования. Поэтому при переводе котельных на комбинированную схему производства тепловой и электрической энергии для ведения теплоэнергетических процессов требуются новые критерии оптимизации, отличные от обычных проектных критериев. При этом технология включает в себя следующие стадии: 1) энерготехнологическое обследование объекта, оценка существующего положения, прогнозирование изменений производства и потребления энергоресурсов; 2) оптимизацию существующих тепловых потоков и параметров теплоносителей у потребителей теплоэнергии; 3) оптимизацию баланса потребления и производства тепловой и электрической энергии, выбор количества и типов электрогенерирующих установок; 4) разработку схемы привязки электрогенерирующего оборудования к тепловой и электрической схемам заказчика; 5) оценку капитальных затрат на внедрение электрогенерирующих установок и сроков окупаемости; 6) оптимизацию режимов эксплуатации теплоэлектрогенерирующего оборудования.

В третьей главе разрабатываются мероприятия по переводу в режим мини-ТЭЦ производственно-отопительной котельной ОАО "Свет" (г.Смоленск). Необходимость реконструкции, прежде всего, связана с ростом тарифов на покупную электроэнергию и участившимися отключениями электрической энергии, ведущими к нарушению технологического процесса и возможному выходу из строя производственного оборудования.

На котельной установлено три паровых котла - ДКВр-6,5/13, ДКВр-10/13, ДЕ-6,5/14. Используемое топливо - природный газ с = 33670,25 кДж/нм3. Пар поступает на производство с параметрами р1=0,6МПа, ^=160 °С, а для нужд теплофикации с р2=0,25 МПа, 12=130°С. Суммарная паропроизводительность котлоагрегатов составляет = 22,6 т/ч.

После анализа графиков потребления предприятием электрической энергии и расхода электроэнергии на собственные нужды котельной по формуле (1) рассчитана электрическая мощность турбины:

где 0П!, кг/с - расход пара на производство; От, кг/с - расход пара на теплофикацию; II,,, кДж/кг - перепад энтальпий в ЦВД; Нм, кДж/кг—

Из водопровода

Рис.5. Принципиальная схема мини-ТЭЦ на базе промышленно-отопительной котельной ОАО "Свет": 1 - котлоагрегаты; 2 - сепаратор; 3 -охладитель выпара; 4 - деаэратор; 5 - охладитель деаэрированной воды; 6 - питательный насос; 7 — бак-сборник конденсата; 8 - сетевые подогреватели; 9 - подогреватель ГВС; 10 - сетевой насос; 11 - насос ГВС; 12 - насос, повышающий давление водопроводной воды; 13 -капельная градирня; 14—турбина типа ПР; 15 - электрогенератор.

перепад энтальпий в турбине; г}^ = 0,85 - внутренний относительный КПД турбины; г}ы = 0,87 - механический КПД; тцг = 0,98 - КПД генератора.

Исходя из ЮО-% выработки электроэнергии турбинами типа Р на тепловом потреблении, её расчетная электрическая мощность составила для зимнего режима 1123 кВт, для летнего 953 кВт (котёл марки ДЕ-6,5-14 отключен). Для сохранения выработки электроэнергии на проектном уровне в летнем режиме устанавливается открытая капельная градирня.

Так как на котельной ОАО "Свет" имеются как производственные отборы пара, так и теплофикационная нагрузка, для реконструкции выбрано два турбоагрегата с противодавлением и производственным отбором пара ПР-0,6-13 и генератором марки СГ2-600-4УЗ. Номинальная мощность турбин-Ыи = 600 кВт; частотой вращения ротора 3000 обУмин; давлением свежего пара 1,3 МПа; давлением пара в производственном отборе 0,6 МПа; в теплофикационном отборе 0,25 МПа. Максимально •- возможная годовая выработка электроэнергии при установке турбины = 8647 кВт-ч. Схема мини-ТЭЦ с турбиной ПР приведена на рис. 2. Суммарный расход топлива до реконструкции равен = 0,433 м3/с, а после неё м3/с. Таким

образом, потребление топлива котельной возрастёт на 7 %.

Так как при реконструкции котельной увеличивается расход топлива, а следовательно и выброс NO2 был рассчитан выброс и произведена проверка высоты дымовой трубы. Было получено, что высота: дымовой трубы необходимая для рассеивания выбросов азота до концентрации меньшей среднесуточного ПДК составляет 48 м. Так как длина существующей трубы составляет 70 м., то в её замене или реконструкции нет необходимости. Теплообменное оборудование котельной (сетевые подогреватели) остается прежним. Мощность установленного электродвигателя для привода сетевого насоса (90 кВт), также удовлетворяет условиям работы после реконструкции.

В четвёртой главе разрабатываются мероприятия по реконструкции отопительной Гражданской котельной ГУЛ "ТЭК СПб" с переводом на комбинированную выработку тепловой и электрической энергии. На котельной установлено 5 котлов ДКВр-20-13 и 4 котла ПТВМ-50. Номинальная тепловая нагрузка котельной - 300 МВт. Максимальная среднемесячная тепловая нагрузка по факту - 120 МВт. Максимальная заявленная электрическая мощность - 2400 кВт.

Рассмотрены следующие варианты реконструкции, предполагающие, что расчётная тепловая мощность ввёдённого оборудования соответствует этим нагрузкам: 1) реконструкция по схеме с газотурбинной установкой со сбросом отходящих газов в паровые котлы ДКВр-20-13; 2) реконструкция по схеме с газотурбинной установкой со сбросом отходящих газов в водогрейный котёл ПТВМ-50; 3) реконструкция по схеме с газотурбинной установкой с котлом-утилизатором; 4) реконструкция по парогазовой схеме со сбросом отходящих газов паровые котлы ДКВр-20-13. Основными критериями выбора являлись: простота схемы и максимально возможное

сохранение теплообменного оборудования котельной для подготовки сетевой, подпиточной и питательной воды.

В таблице 1 приведены данные об установке основного и вспомогательного оборудования при реконструкции Гражданской котельной, показатели по выработке электрической и тепловой энергии и расход условного топлива.

Установка оборудования и характеристики мини-ТЭЦ после реконструкции

_Таблица 1.

Основные показатели ГТУ-ТЭЦ со сбросом газов в котёл ДКВр ГТУ-ТЭЦ со сбросом газов в котёл ГТГВМ ГТУ-ТЭЦ с ГВТО ПГУ-ТЭЦ

Установка оборудования 2хТВ2-117 2хТВ2-117 ЗхЬМ-2500 1хГТУ-2.5 2хТГ0,75ПА/0,4

Мощность ГТУ 1524 кВт 1524 кВт 62400 кВт 2500 кВт 1500 кВт

Завод- изготовитель Завод им.Климова Завод им.Климова Фирма "Модуль" ОАО "Рыбинские моторы" ОАО "КТЗ"

Установка дополнит, оборудования дожимающий компрессор природного газа дожимающий компрессор природного газа; дымосос, ЭД дожимающий компрессор природного газа; ГВТО дожимающий компрессор природного газа

Годовой отпуск теплоты, ГДж/год 2097578 2097578 2097578 2097578

Годовая выработка эл. эн., кВт-ч 9399632 9399632 534674400 32064000

Годовой расход усл. топлива, т.у.т/год 87869 87905 218964 87977

В пятой главе рассмотрены наиболее важные методические проблемы оценки эффективности малых ТЭЦ. Для расчета показателей эффективности мини-ТЭЦ с различными типами оборудования (газотурбинное, парогазовое,

газогенераторное) нужен достаточно простой метод, во-первых, позволяющий отказаться от введения внешних (по отношению к ТЭЦ) нормативов, таких, как удельные расходы топлива на замещающей КЭС и районной котельной, во-вторых, не использующий показателей термодинамического цикла. Наиболее оптимально применять пропорциональный метод, в основе которого лежит распределение топлива по видам продукции пропорционально энергии, затраченной на их выработку. Распределение расхода топлива осуществляется по формулам:

Втац=Втэц'кэ У)

где В^эц - расход топлива на выработку электроэнергии; В^ц - расход топлива на выработку теплоэнергии; - общий расход топлива на ТЭЦ;

- коэффициенты распределения топлива на электрическую и тепловую энергию, определяемые соответственно по формулам:

^э = Вприв АВприв + Вприа) (4)

кт = Вприв АВприв + Вгриа)

где - энергия, расходуемая на вы-

работку электроэнергии в конденсационном режиме, приведенная к условному топливу; В^рив =Овыр •141,9/т1т0-106, т.у.т. - энергия,

расходуемая на выработку теплоэнергии в теплофикационном режиме, приведенная к условному топливу.

При расчете себестоимости энергии мини-ТЭЦ кроме распределения топлива необходимо сделать разнесение прочих затрат. Ежегодные расходы по топливно-транспортному хозяйству и котельному цеху распределяются пропорционально расходу условного топлива на каждый вид энергии. Расходы по теплофикационному отделению относятся на тепловую энергию, расходы по машинному и электрическому цеху - на электрическую, общестанционные расходы делятся между электрической и тепловой энергией пропорционально суммарным затратам цехов на каждый вид энергии.

Важной задачей оценки эффективности вариантов систем энергоснабжения также является расчет предполагаемых затрат и достигаемых результатов на основе интегральных показателей эффективности. Оценка экономической эффективности проектов осуществляется в пределах расчетного периода (Т). Для оценки проектов применяются следующие показатели: чистый дисконтированный доход (условием эффективности проекта является ЧДЦ > 0.); индекс доходности (проект эффективен, если ИД > 1); внутренняя норма доходности ВИД; срок окупаемости.

На основе интегральных показателей сделана технико-экономическая оценка эффективности капвложений в реконструкцию промышленно-отопительной котельной ОАО "Свет". Для анализа эффективности инвестиций в реконструкцию промышленно-отопительной котельной использованы данные по ОАО"Свет" за 2000-2001гт, исходя из которых среднегодовой рост тарифа на электрическую энергию за год составляет 30%, среднегодовой рост цен на газ - 20 %.

Инвестиционный проект рассчитан на 4 года. Стоимость основного оборудования (блока турбина + генератор + градирня) прянята 120 у.е. / кВт установленной мощности. Таким образом, объём капвложений в оборудование составит, при котировке к = 30 руб за 1 у.е., К = 4320 тыс. руб, а общие капитальные затраты составят 7628 тыс. руб. Источниками инвестирования являются внутренние (3428 тыс. руб.) и заёмные (4200 тыс. руб.) средства. Согласно проведенным расчётам, к концу расчётного периода реконструкции данной промышленно-отопительной котельной (2005 г.) общее среднегодовое сокращение издержек составит 1146 тыс. руб./мес.

Для предлагаемой схемы реконструкции определены показатели экономической оценки эффективности инвестиционных проекта: 1) чистый приведенный доход NPV = 8996 тыс. рублей; 2) внутренняя норма доходности IRR - 34 % 3) индекс доходности PI =1,18; 4) срок окупаемости 2,3 года. При анализе инвестиционного проекта сделаны следующие выводы: 1) реализация проекта только за счёт собственных средств не представляется возможной; 2) проект становится нерентабельным при ставке банковского кредита более 34 %; 3) при анализе чувствительности проекта к темпам изменения цен на электроэнергию видно, что чем больше рост цен, тем выгоднее становится проект реконструкции котельной в режим мини-ТЭЦ.

Вследствие реконструкции промышленно-отопительной котельной ОАО "Свет" снизятся издержки предприятия на покупку электроэнергии и соответственно себестоимость производимой продукции, повышая её конкуренцию на рынке. Таким образом, предлагаемая реконструкция котельной в режим мини-ТЭЦ существенно повысит эффективность производства в целом.

Исходя из технических характеристик оборудования, устанавливаемого на Гражданской котельной и расходов электроэнергии на собственные нужды котельной проведён технико-экономический анализ схем реконструкции, на основе которого получены результаты (использовался пропорциональный метод разнесения затрат), приведенные в таблице 2.

В расчётах приняты цена топлива (газ)ЮОО руб./т.у.т., средневзвешенный оптовый тариф на тепловую энергию (по данным "Ленэнерго" за 2003 г.) составляет 70 руб/ГДж, а на электроэнергию 0,97 руб/кВгч. Стоимость основного оборудования принимается исходя из среднего уровня цен на данный тип оборудования (по средним ценам 2003 г.).Для ужесточения условий выбора эффективных вариантов принят уровень суммарных налогов на прибыль 50 %.

Технико-экономические показатели мини-ТЭЦ

на базе Гражданской котельной _ _Таблица 2.

Основные показатели ГТУ-ТЭЦ со сбросом газов в котёл ДКВр ГТУ-ТЭЦ со сбросом газов в котёл ГГГВМ ГТУ-ТЭЦ с ГВТО ПГУ-ТЭЦ

1 .Установленная рабочая мощность, кВт 1524 1524 62400 4000

2. Капиталовложения в реконструкцию, у.е. 695000 699200 50448000 1449000

3. Удельные капиталовложения, у.е./кВт 456 458,8 808,46 362

4. Себестоимость энергии - тепловой, руб/ГДж; - эл.эн, руб/кВтч. 55,28 55,90 25,44 0,81 50,09 0,36

5.Чистая прибыль, тыс. руб/год 13609,53 13306,41 79455,51 22942,68

7.Срок окупаемости капиталовложений, лет 1,43 1,47 17,78 1,77

Таким образом, в условиях сложившихся цен на газотурбинные установки и электроэнергию наиболее эффективными будут капиталовложения в реконструкцию котельной по сбросной схеме и по схеме ПТУ-ТЭЦ, реконструкция котельной в ГТУ-ТЭЦ с ГВТО нецелесообразна.

В' заключении приведены основные выводы по работе, главные из которых следующие:

1. Впервые наиболее полно проведена систематизация основных схем и концепций реконструкции отопительных и промышленно-отопительных котельных с переводом на комбинированную выработку тепловой и электрической энергии.

2. Показано, что перевод действующих котельных в режим мини-ТЭЦ путем надстройки ГТУ и установки паровых турбин существенно повышает их эффективность и надёжность энергоснабжения за счёт энерговыработки на тепловом потреблении.

3. Выбор технологической схемы реконструкции котельной и профиля оборудования - сложная технико-экономическая задача, зависящая от многих факторов и требующая предпроектной проработки и аналитической оценки с учетом стоимости топлива, оборудования, экологических и других показателей.

4. На базе проведенных исследований разработаны мероприятия для перевода отопительной котельной (Гражданская, г.Санкт-Петербург) и промышленно-отопительной котельной (ОАО "Свет", г.Смоленск) в режим мини-ТЭЦ с установкой паровых противодавленческих и газовых турбин, что позволяет существенно повысить эффективность их работы.

5. Для технико-экономической оценки показателей эффективности реконструкций предложено использовать пропорциональный метод разнесения расхода топлива между электрической и тепловой энергией, а также применение интегральных показателей оценки. На основе этих методик новые данные технико-экономических расчётов для двух действующих котельных, подтверждающие целесообразность и эффективность перевода на когенерацию отопительных и промышленно-отопительных котельных

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Бородина О.А., Боровков В.М. Перевод промышленных и отопительных котельных в режим мини-ТЭЦ, как способ повышения их эффективности // Наука - технологии - производство — рынок: Сб. тез. выставки-конф. инновац. проектов и разработок - Смоленск: Изд. ЦНТИ, 2000.

2. Бородина О.А., Боровков В.М., Хроменкова Е.М. Перевод промышленных и отопительных котельных в режим работы мини-ТЭЦ, как один из вариантов децентрализованного тепло- и электроснабжения // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Сб.тез. VII-ой междунар. науч.-техн. конф. -М.: Изд. МЭИ, 2001. - Т.З - С.192-193.

3. Бородина О.А., Боровков В.М. Разработка вариантов реконструкции действующих отопительных котельных на основе парогазовых надстроек // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика (секция 46 - "Электрические станции и возобновляемые источники энергии"): Сб. тез. IX-ой междунар. науч.-техн. конф. -М.: Изд. МЭИ, 2003. - Т.З. - С.300-301.

4.Бородина О.А., Боровков В.М., Бедненко Е.А., Михаилов В.А. Некоторые аспекты развития отечественной энергетики // Информационные технологии, ресурсосбережение, энергетика и экономика: Сб.док. науч.-техн. конф. - Смоленск: Изд. СФ МЭИ, 2003. - Т.2 - С.14-16.

5. Бородина О.А., Боровков В.М. Разработка, строительство и ввод в эксплуатацию малых электростанций // Проблемы экономии топливно-энергетических ресурсов на промышленных предприятиях и ТЭС: Межвуз.сб.науч.тр.: - С-Пб.: Изд. СПбТТУРП, 2004.

6. Бородина О.А., Боровков В.М. Перевод отопительных и промышленных котельных в режим мини-ТЭЦ. Предпосылки. Практическая реализация. Технико-экономическая оценка проектов реконструкции // Проблемы экономии топливно-энергетических ресурсов на промышленных предприятиях и ТЭС: Межвуз.сб.науч.тр. - С-Пб.: Изд. СПбГТУРП, 2004.

7. Бородина О.А., Боровков В.М., Михайлов В.А. Перевод промышленно-отопительной котельной в режим мини-ТЭЦ в Смоленске // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Сб. тез. Х-ой междунар. науч.-техн. конф.-М.: Изд. МЭИ,2004. - 012-113.

8. Бородина О.А., Боровков В.М., Михайлов В.А. Основные направления развития мини-ТЭЦ на основе современных парогазовых технологий // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Сб. тез. Х-ой междунар. науч.-техн. конф. -М.: Изд. МЭИ, 2004. - 013-114.

9. Бородина О.А., Боровков В.М. Реконструкция котельных с переводом в режим работы мини-ТЭЦ // XXXII-я Неделя науки СПбГПУ: Мат. межвуз. науч. конф. - СПб.: Изд.СПбГПУ, 2004. - С.153-154.

10. Бородина О.А. Повышение эффективности отопительных и промышленных котельных путем их перевода в режим работы мини-ТЭЦ // 120 лет электрическому Петербургу: Сб. тезисов научно-исследовательских и творческих работ студентов и аспирантов - победителей конкурса ОАО "Ленэнерго". - СПб.: Изд. Ленэнерго, 2004. - С.24-29.

11. Бородина О.А., Боровков В.М. Перевод котельных на комбинированную схему производства тепловой и электрической энергии // Проблемы развития централизованного теплоснабжения: Сб.док. науч.-техн. конф. - Самара, 2004.

12.Бородина О.А. Экономические проблемы функционирования малых когенерационных установок // Экономика, экология и общество России в 21-м столетии: Тез. докл. - СПб: МВШУ, 2004г.

Лицензия ЛР № 020593 от 7.08.97

Подписано в печать 27.04.2004 Объем в пл. {¿f. Тираж 100 экз._Заказ № ._

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в типографии Издательства СПбГПУ 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29.

Отпечатано на ризографе ЯЫ-2000 РР Поставщик оборудования — фирма "Р-ПРИНТ" Телефон: (812) 110-65-09 Факс:(812)315-23-04

'М02У®