автореферат диссертации по энергетике, 05.14.01, диссертация на тему:Комплексные исследования энерготехнологического производства синтетических жидких топлив из углей Сибири для электроснабжения удалённых потребителей

На правах рукописи

Скрипченко Ольга Викторовна

КОМПЛЕКСНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА СИНТЕТИЧЕСКИХ ЖИДКИХ ТОПЛИВ ИЗ УГЛЕЙ СИБИРИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ УДАЛЁННЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

Специальность 05.14.01 -Энергетические системы и комплексы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

9 ИЮ9 2011

Иркутск-2011

4849277

Диссертация выполнена в Институте систем энергетики им, Л.А. Мелентьева Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЭМ СО РАН)

Научный руководитель:

доктор технических наук Элина Александровна Тюрина

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Александр Даниилович Соколов

кандидат технических наук, доцент Светлана Николаевна Сушко

Ведущая организация:

Институт энергетических исследований Российской Академии наук (ИНЭИ РАН)

Защита состоится 29 июня 2011 г. в 9 часов 00 мин. на заседании Диссертационного совета Д003.017.01 при Институте систем энергетики СО РАН по адресу: 664033, г.Иркутск, ул. Лермонтова, 130, к. 355.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, с подписью составителя, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130, на имя учёного секретаря диссертационного совета.

Автореферат разослан «27» мая 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 003.017.01 доктор технических наук, профессор

А.М. Клер

Актуальность проблемы. Россия является одним из мировых лидеров по запасам и производству угля. В то же время во внутреннем балансе потребления топлива доля угля, используемого на ТЭС, в настоящее время сокращается. Вместе с тем, по оценкам большинства специалистов, в скором времени возникнет дефицит природного газа, направляемого на производство электроэнергии, в европейских регионах Российской Федерации. При этом основной прирост производства электроэнергии может быть осуществлён за счёт энергии бурых углей месторождений Сибири.

Одной из актуальнейших проблем использования Сибирских углей является проблема их дальнего транспорта, т.к. .месторождения углей Сибири удалены на значительные расстояния от прогнозируемых центров энергопотребления. Поэтому возникает задача поиска оптимальных способов «доставки» энергии угля к конечным потребителям.

Могут быть использованы различные варианты преобразования и передачи энергии угля (так называемые технологические цепочки), которые нуждаются в технико-экономических исследованиях и сопоставлениях (производство электроэнергии на месте добычи на паротурбинных ТЭС и её передача по линиям постоянного тока; железнодорожный транспорт угля и производство электроэнергии на паротурбинных ТЭС в местах потребления). Перспективной является технологическая цепочка, включающая переработку угля на месте добычи в экологически чистое синтетическое жидкое топливо (СЖТ), трубопроводный транспорт СЖТ в район потребления и производство электроэнергии на энергетических установках, сжигающих СЖТ. Очевидно, что выбор наиболее эффективной технологической цепочки переработки углей и передачи их энергии весьма актуален, поскольку может оказать существенное влияние на развитие всей энергетики страны. Такой выбор требует согласованного проведения математического моделирования и оптимизации звеньев каждой цепочки и сопоставления их технико-экономических показателей между собой. При этом наибольшие методические трудности возникают при исследовании технологической цепочки, связанной с переработкой угля в СЖТ.

В нашей стране и за рубежом выполнено достаточно большое число работ по исследованию различных аспектов технологии производства СЖТ из органического топлива. В работах ИНХС РАН [А.Я. Розовский, Г.И. Лин] найдены оптимальные параметры процесса переработки синтез-газа, получаемого из органического топлива, в метанол. Показано, что метанол является одним из наиболее перспективных СЖТ в силу высокой селективности процесса и большой единичной производительности каталитических реакторов. В работах ИСЭМ СО РАН рассмотрены вопросы термодинамического моделирования процессов синтеза СЖТ различных видов и их сравнительной эффективности [Б.М. Каганович, С.П. Филиппов], разработаны математические модели ЭТУ, выполнена оптимизация их параметров и показана высокая эффективность комбинированного

3

производства СЖТ и электроэнергии в одной энерготехнологической установке (ЭТУ) [A.M. Клер, Э.А. Тюрина], обоснована целесообразность использования СЖТ в топливно-энергетическом балансе РФ [Б.Г. Санеев, А.Д. Соколов].

Комплексные исследования энерготехнологической переработки органических топлив проведены в ИВТ РАН [Э.Э. Шпильрайн, С.П. Малышенко, В.Г. Липович], СГТУ [А.И. Андрющенко, А.И. Попов], НГТУ [Г.В. Ноздренко], в фирмах Sasol, Shell, Mobil, Bechtel, Methanex [L. Grainger, J. Gibson, J. Kiosek, J.C. Sorenson, Lee A. Schmoe, Samuel S. Tarn],

Следует отметить, что в указанных работах не решён ряд важных для выбора оптимальной технологической цепочки преобразования и передачи энергии угля проблем: не сформулирована задача согласованной оптимизации звеньев технологических цепочек, не проводилась согласованная оптимизация ЭТУ, транспорта СЖТ и энергоустановок, сжигающих СЖТ.

Кроме того, в ранее проводимых в ИСЭМ СО РАН исследованиях ЭТУ системы очистки продуктов газификации от H2S и СОг рассматривались в упрощенном виде с использованием экспертных данных по удельным затратам энергии и капитальным вложениям. Поскольку данные системы являются весьма дорогостоящими и имеют значительное энергопотребление, их упрощенное представление не позволяет с необходимой точностью определить технико-экономические показатели ЭТУ в целом.

Цель работы. Диссертационная работа посвящена разработке методического подхода, математических моделей и методов для получения комплексной оценки условий использования СЖТ, произведённых на ЭТУ из углей Сибири, для электроснабжения удалённых потребителей и сопоставления этого варианта дальнего электроснабжения с другими вариантами.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые получены и выносятся на защиту следующие наиболее важные результаты.

1. Методический подход к оптимизации технологических цепочек переработки углей и транспорта их энергии для электроснабжения удаленных потребителей, основанный на последовательной оптимизации параметров звеньев технологических цепочек по критерию минимума цены выходной продукции звена, при заданном (одинаковом для всех звеньев и цепочек) уровне внутренней нормы возврата капиталовложений и заданной цене продукции предыдущего звена, полученной при его оптимизации.

2. Математические модели звеньев технологической цепочки, использующей СЖТ: ЭТУ производства СЖТ и электроэнергии из угля с системой глубокой очистки продуктов газификации; ПГУ на СЖТ; системы глубокой очистки продуктов газификации от H2S и С02 методом Ректизол.

3. Результаты оптимизационных технико-экономических исследований: ЭТУ на угле с

разной степенью удаления С02 из продуктов газификации с учетом капитальных и

4

энергетических затрат в систему глубокой очистки продуктов газификации; ПГУ, использующей в качестве топлива СЖТ.

4. Сравнительная эффективность технологических цепочек переработки углей и транспорта их энергии для электроснабжения удаленных потребителей, включающих цепочку производства СЖТ на ЭТУ, трубопроводный транспорт СЖТ и ПГУ на СЖТ, а также цепочку производства электроэнергии на месте добычи на паротурбинных ТЭС, её передачу по линиям постоянного тока и цепочку с железнодорожным транспортом угля и производством электроэнергии на паротурбинных ТЭС в местах потребления.

Практическая ценность работы заключается в возможности оценить условия крупномасштабного использования ЭТУ синтеза СЖТ на базе углей крупных месторождений для электроснабжения удалённых потребителей. Также получены оптимальные параметры ЭТУ на угле с учётом затрат в систему глубокой очистки продуктов газификации, что позволяет вырабатывать рекомендации для проектирования установок данного типа. Разработанная математическая модель системы глубокой очистки продуктов газификации от диоксида углерода и соединений серы методом Ректизол может быть применена для исследования как энерготехнологических, так и различных теплоэнергетических установок.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на конференциях научной молодежи ИСЭМ СО РАН (Иркутск, 2007 - 2010); на XIV и XV международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии СТТ 2008, 2009» (Томск, 2008, 2009); на VII всероссийской конференции с международным участием «Горение твёрдого топлива» (Новосибирск, 2009); на 41 международной конференции KRAFTWERKSTECHNISCHES KOLLOQUIUM 2009 (Dresden, 2009); на объединенном симпозиуме «Энергетика России в XXI веке - Энергетическая кооперация в Азии (АЕС-2010)» (Иркутск, 2010).

С 2009 г. по 2011 г. по теме диссертации проводились работы по гранту МГ-2009/04/1 НП Фонда «Глобальная энергия» в рамках проекта «Математическое моделирование и комплексные исследования технологий комбинированного производства экологически чистых топлив и электроэнергии из твёрдого и газообразного органического топлива».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, из них две статьи в рецензируемых изданиях, входящих в перечень рекомендованных изданий ВАК.

Личный вклад автора. Постановка задач исследований, методика последовательной оптимизации звеньев технологических цепочек, а также анализ результатов работы осуществлены совместно с научным руководителем. Самостоятельно автором разработаны математические модели технологических цепочек электроснабжения удалённых потребителей. Основное внимание уделено цепочке на основе ЭТУ: разработаны математические модели элементов ЭТУ (абсорбер, десорбер, система очистки продуктов

5

газификации методом Ректизол и др.) и установка в целом. Построена математическая модель ПГУ, использующая в качестве топлива метанол. С использованием этих моделей автором самостоятельно проведены оптимизационные исследования технологических цепочек удалённого электроснабжения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения и списка литературы (147 наименований). Общий объём диссертационной работы 156 стр., из них 141 стр. основного текста, 19 таблиц и 19 рисунков.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи исследования, отмечены элементы новизны полученных результатов и перечислены положения, выносимые на защиту.

В первой главе освещено современное состояние технологий использования энергии углей, проведён анализ существующего положения угольной энергетики Сибири и перспектив её развития, обоснована перспективность переработки угля в синтетические жидкие топлива в комбинированной установке производства СЖТ и электроэнергии.

В главе приведена схема решения задачи комплексной оценки применения СЖТ, произведённого на ЭТУ из углей Сибири, для электроснабжения удалённых потребителей. Большое внимание уделено вопросам комплексных технико-экономических исследований ЭТУ производства СЖТ и электроэнергии с учетом капитальных и энергетических затрат на глубокую очистку продуктов газификации от НгЗ и СОг.

Основными задачами комплексных технико-экономических исследований ЭТУ производства СЖТ и электроэнергии с учетом затрат на глубокую очистку продуктов газификации от Н^Б и СО2, представленных в данной работе, являются:

• определение оптимальных схемно-параметрических решений по ЭТУ с учетом затрат в систему глубокой очистки в зависимости от степени удаления С02 из продуктов газификации;

• оценка капитальных и энергетических затрат в систему глубокой очистки продуктов газификации угля от Н28 и СОг из продуктов газификации ЭТУ производства СЖТ и электроэнергии.

Процесс решения задачи комплексной оценки применения СЖТ, произведённого на ЭТУ из углей, для электроснабжения удалённых потребителей можно условно разделить на три этапа (см. рис. I).

Первый этап. Разрабатывается технологическая схема глубокой очистки продуктов газификации методом Ректизол на основе анализа существующих методов очистки газов от

диоксида углерода и соединений серы с учётом требований, предъявляемых к степени чистоты продуктов газификации перед реакторами каталитического синтеза СЖТ на ЭТУ.

Сравнительная гв*чвлогичвс«и* цепочек .

Результаты оптимизации технологических цепочек

т

Оптимизационные исследования различных вариантов эле «строенабжония удаленных потребителей за счет энергии углей

Технологические цепочки электроснабжения потребителей

йоСома угля — производство зл/зн. на Т ЭС —• гране порт лл/эм по ЛЗП постоянного токе

Проиэа-ао СЖТ и ал/ам из угля нв ЭТУ-труйопроаадиьЛ транспорт СЖТ-» проча»-» < н* ЛГУ из СЖТ

Оптимизация параметров электропередач и постоянного тока

Оптимизация параметров угольной ТЭС

До&ъ~а угля — м'д — проиждетао эгвктроэнаргин на ТЭС

Оптимизация параметров трубопровода СЖТ

Оптимизация параметров угольной ТЭС

Оптимальные технико-экономические показатели ЭТУ / ПГУ

Исходная технико-экономимеская информация

Рис. I. Блок-схема решения задачи комплексной оценки применения СЖТ, произведённого на ЭТУ из углей, для электроснабжения удалённых потребителей.

На основе технологической схемы очистки методом Ректизол проводится выбор состава новых процессов и элементов, математические модели которых необходимо разработать. В первую очередь это относится к абсорберам и десорберам НгЗ и СОг. Следующим шагом является построение математической модели системы глубокой очистки продуктов газификации от Нг8 и СОг методом Ректизол в целом. При этом используются ранее разработанные в ИСЭМ СО РАН математические модели теплообменников, испарителей, конденсаторов, компрессоров и др. и математические модели новых элементов - абсорберов, десорберов. Данная модель включена в состав математической модели ЭТУ производства СЖТ и электроэнергии на базе угля в целом для проведения дальнейших исследований с целью обоснования капитальных и энергетических затрат в систему очистки.

Также целью данного этапа работы являлась разработка математической модели ЛГУ, использующей в качестве топлива СЖГ (метанол). При этом была разработана математическая модель камеры сгорания газовой турбины.

Второй этап. Производится поиск оптимальных технико-экономических пара,метров ЭТУ производства СЖТ и электроэнергии с системой очистки продуктов газификации в зависимости от степени удаления СО2 путём решения задач нелинейного математического программирования. При этом назначается состав оптимизируемых параметров (энтальпии, давления и расходы острого пара, объем катализатора в ЭТУ синтеза метанола, степень удаления СОг и т.д.), состав ограничений (температурные напоры, перепады давлений, расчетные температуры металла труб, механические напряжения и т.д.) и критерий оптимизации (минимизация цены производимого СЖТ).

Также на данном этапе производится поиск оптимальных технико-экономических параметров ПГУ на СЖТ при различной степени сжатия продуктов сгорания метанола на входе в газовую турбину, как одного из важнейших параметров, влияющих на термодинамическую эффективность ПГУ.

Третий этап. Целями этого этапа являлись разработка, математическое моделирование и оценка сравнительной эффективности технологических цепочек для электроснабжения удаленных потребителей, включающих: 1) ЭТУ производства СЖТ и электроэнергии с трубопроводным транспортом СЖТ и последующим получением из него электроэнергии на ПГУ; 2) экологически чистые угольные ТЭС с последующим транспортом электроэнергии к удаленным потребителям по линиям постоянного тока; 3) железнодорожный транспорт угля с места добычи до потребителей и производство из него электроэнергии на экологически чистых угольных ТЭС.

В качестве экономического критерия рассматриваемых технологических цепочек в работе применялся критерий минимума стоимости электроэнергии у потребителей, удаленных от месторождений на значительные расстояния, при заданном уровне рентабельности производства - внутренней норме возврата инвестиций.

Для построения математических моделей используется созданная в ИСЭМ СО РАН система машинного построения программ (СМПП-ПК), которая на основании информации о математических моделях отдельных элементов, технологических связях между ними и целях расчета автоматически генерирует математическую модель установки в виде программы расчета на языке FORTRAN.

К разрабатываемым математическим моделям элементов установок предъявлялись следующие требования:

• модели должны включать в себя зависимости между входными и выходными термодинамическими параметрами элементов (расходами, давлениями, температурами и

т.д.), а также зависимости между этими переменными и конструктивными характеристиками элементов;

• в модели элементов должны быть включены зависимости, обеспечивающие проверку допустимости принятых решений - проверка на неотрицательность расходов, перепадов давлений, температурных напоров, допустимости рабочих температур процессов и т.д.;

• математические модели элементов должны отвечать требованиям быстродействия при использовании их в оптимизационных расчетах;

• математические модели энергетических и технологических элементов должны быть согласованы между собой как по детализации протекающих в них процессов, так и по входным и выходным параметрам.

При построении эффективных математических моделей установок в целом использовались современные методы математического моделирования: агрегирование, декомпозиция и др.

Одним из основных принципов сопоставимости вариантов оборудования энергетических установок и других сложных технических систем является принцип оптимальности, согласно которому каждый сопоставляемый вариант должен быть поставлен в оптимальные условия. Это, в частности, означает необходимость оптимизации параметров для каждого варианта ЭТУ. В данной работе оптимизация технологических, конструктивных параметров и экономических показателей установок проводится с использованием разработанного в ИСЭМ СО РАН [A.M. Клер, Н.П. Деканова, A.C. Максимов] программно-вычислительного оптимизационного комплекса, позволяющего проводить нелинейную оптимизацию многочисленных параметров ЭТУ с учетом системы ограничений в форме равенств и неравенств большой размерности.

Также в главе представлена методика расчета инвестиционного проекта ЭТУ производства СЖТ и электроэнергии с учётом затрат в систему глубокой очистки продуктов газификации.

Вторая глава посвящена математическому моделированию основных процессов и элементов звеньев технологической цепочки переработки углей и транспорта их энергии, включающей ЭТУ производства СЖТ и электроэнергии с системой очистки продуктов газификации, трубопроводный транспорт СЖТ, ПГУ на СЖТ. В главе также представлены результаты оптимизационных технико-экономических исследований на разработанных математических моделях.

Моделирование ЭТУ производства СЖТ и электроэнергии с системой очистки продуктов газификации. Рассматривается Ректизол-процесс - метод очистки газа метанолом при низких температурах. Этот метод был выбран в связи с тем, что, во-первых, он прошел

широкую промышленную проверку при очистке синтез-газа, получаемого газификацией угля, во-вторых, в ЭТУ синтеза СЖТ присутствуют потоки с низкими температурами, которые могут быть эффективно использованы в системе очистки, в-третьих, этот способ обеспечивает комплексную очистку газов от Н^, СОд и других сераорганических соединений одним и тем же растворителем.

Рассматривается двухступенчатая система очистки продуктов газификации методом Ректизол (см. рис. 2). Грязный газ сжимают до 3 МПа, охлаждают и направляют в абсорбер сероочистки АБ. Сюда же подают метанол при низких температурах (- 30 -г -50°С), содержащий СОг, чтобы избежать большого градиента температур. Газ очищают (остаточное содержание сернистых соединений не более 1-Ю"6 м3/м3) и сжимают до 5 МПа. После охлаждения газ очищают от С02 в абсорбере АУ1-АУ2. Растворитель из абсорберов <45 и АУ2 регенерируют снижением давления и отдувкой азотом в десорберах Л? и ОУ. Метанол из десорбера ССЬ О У подают в нижнюю часть колонны очистки от СО2 АУ2 и в абсорбер сероочистки Ав. Таким образом осуществляется двукратное использование метанола; для очистки от СОг, а затем - после десорбции части СО2 - для сероочистки.

Рис. 2. Технологическая схема двухступенчатой системы очистки продуктов газификации от Нгв и С02 методом Ректизол: \У1 ~ газо-водяной теплообменник; Т1-Т4 - теплообменники; А8 - абсорбер сероочистки; АУ1, А\'2 - абсорбер С02 1-ой и 2-ой ступени; №11,>1Н2 - испарители; - десорбер С02; 08 - десорбер сероочистки; К1-КЗ - компрессоры; - насосы.

На основе анализа технологической схемы системы очистки продуктов газификации методом Ректизол автором были разработаны математические модели новых элементов (абсорбер и десорбер Нгв и С02).

Математическая модель абсорбера включила в себя зависимости между входными и выходными параметрами элемента (равновесные составы и расходы абсорбента (метанола) и

растворяемого газа (продуктов газификации), давления и температуры потоков), а также зависимости между этими переменными и конструктивными характеристиками аппарата.

В математической модели абсорбера исходными данными служат расход и состав растворителя и растворяемого газа, входное давление, температура и энтальпия. Ниже дана система уравнений, описывающих математическую модель.

> Материальный баланс процесса

(1)

гдеЮю - суммарный расход распределяемого компонента из газовой фазы в раствор во всём аппарате; - расход абсорбента (метанола), содержащего распределяемые

компоненты, на входе в секцию; С") - расход компонента газа на входе в секцию, ^ Тепловой баланс процесса

сг ■ сг • (,;- - Г ) - о? ■ с, • аг - С)+е1Яф = о (2)

где - дифференциальная теплота растворения газа; Огср, - средние расходы фаз на секции абсорбера; с, - относительная теплоёмкость абсорбента; сг - относительная теплоёмкость растворяемого газа; , - температура в данном сечении абсорбента и растворяемого газа; , г™ - начальная температура абсорбента и растворяемого газа.

>• При определении равновесного состава растворов в абсорбере используется закон Генри _для идеальных растворов (т.к. при протекании процесса отсутствуют химические взаимодействия между газом и поглотителем, а также используются умеренные давления и невысокие температуры)

Х.=к,-Р,, (3)

где X, - мольная доля извлекаемого компонента в растворе; к, - константа Генри компонента; /> - парциальное давление компонента газа.

> Уравнениемассопередачи

^^„/(^•ЛгД (4)

где Ш(1) - суммарный расход распределяемого компонента из газовой фазы в раствор во

всём аппарате; Кг - коэффициент массопередачи; дГср - движущая сила в единицах

концентраций газовой фазы.

>> Коэффициент массопередачи

АГг=1/(1/А+и/А). (5)

где р, и ¡}, - коэффициенты массоотдачи соответственно в жидкой и газовой фазах, кг/(м2 с); т - коэффициент распределения, кг метанола /кг газа.

> Высота абсорбера определяется из геометрического соотношения

Я = (6)

где а - удельная поверхность; о^, - стандартный диаметр обечайки абсорбера; <е0 - доля активной поверхности насадки.

Для решения системы уравнений используется итерационный метод Ньютона с учётом ограничения по тепловому балансу. В результате решения этой системы определяются конструктивные характеристики абсорбера.

Математическая модель десорбера включает зависимости для определения равновесного состава двухфазных смесей, теплового и материального балансов. Учитываются ограничения на неотрицательность температурных напоров. Определяются конструктивные характеристики (поверхность массопередачи, высота ступени десорбера и ДР-).

Таким образом, на основе ранее разработанных в ИСЭМ СО РАН математических моделей входящих в нее элементов: теплообменников, испарителей, компрессоров, смесителей и др., а также новых элементов: абсорбера и десорбера НгБ и СОг построена математическая модель системы глубокой очистки методом Ректизол.

На основе разработанной математической модели системы очистки методом Ректизол проведены оптимизационные исследования, целью которых являлось определение энергетических и капитальных затрат в зависимости от степени удаления СО? при условии тонкой очистки продуктов газификации от соединений серы.

Всего в системе очистки продуктов газификации оптимизировалось 20 параметров (расход метанола в системе очистки, изменение энтальпий холодных потоков в испарителях, расход азота на входе в десорберы и т.д.). Система ограничений включает условия на неотрицательность концевых температурных напоров теплообменников, ограничения на расчётные температуры и механические напряжения труб теплообменников, поверхности массопередачи абсорберов и десорберов и т.д. всего - 135 ограничений.

Полученные результаты оптимизационных исследований системы очистки позволяют построить алпроксимационные зависимости для определения капиталовложений и потребляемой энергии в системе очистки в зависимости от степени удаления С02 (см. рис. 3).

Исследования системы очистки методом Ректизол показали, что с уменьшением степени удаления С02 вырождаются ступени абсорбции за счёт понижения расхода абсорбента, необходимого для поглощения СО: из продуктов газификации. Из полученных аппроксимационных зависимостей (см. рис. 3) виден рост капиталовложений и затрат энергии в систему очистки за счёт увеличения поверхностей массопередачи абсорберов и десорберов при увеличении доли удаления С02.

10% 5СЧ (он 10% 11% М%

СтамнЬ уляявнип СО ,

Рис. 3. Зависимость суммарных капиталовложений и суммарного потребления электроэнергии в системе очистки от степени удаления СОг

Разработанная математическая модель системы очистки продуктов газификации от НгБ

и излишнего СОг способом Ректизол включена в математическую модель ЭТУ в целом (см. рис. 4).

охлаждения продуктов газификации; 5 - блок очистки продуктов газификации методом Ректизол; 6 -компрессор синтез-газа; 7 - регенеративный газо-газовый теплообменник; 8 - каталитические реакторы синтеза метанола; 9 - холодильник-конденсатор метанола; 10 - сепаратор метанола; 11 -расширительная газовая турбина; 12 - камера сгорания газовой турбины; 13 - основная газовая турбина; 14 - воздушный компрессор; 15 - котел-утилизатор; 16 — паровая турбина; 17 - конденсатор паровой турбины. Обозначение потоков: g - газ, b - воздух, w - питательная вода, у - уголь, к -кислород, р - пар низкого давления, t - пар высокого давления. 1 - блок получения синтез-газа, II -блок синтеза метанола, 111 - энергетический блок.

Математическая модель ЭТУ в целом ориентирована на конструкторский расчёт элементов установки и содержит порядка 2000 переменных, несколько сот алгебраических и трансцендентных уравнений. Решение системы уравнений производится методом Зейделя.

Целью оптимизационных исследований на математической модели ЭТУ с системой очистки продуктов газификации от Н^ и СОг является получение оптимальных термодинамических и расходных параметров установок и изменения их технико-экономических показателей в зависимости от степени удаления СОг из продуктов газификации в системе очистки. Это обусловлено тем, что некоторая часть СОг участвует в реакциях синтеза метанола, что может увеличить его выход или выход дополнительного количества окиси углерода в составе продувки синтез-газа, поступающего на сжигание в камеру сгорания газовой турбины. Второе обстоятельство может повлиять на выработку дополнительного количества электроэнергии.

Оптимизация проводилась по критерию минимального значения цены на производимое СЖТ при заданных уровнях внутренней нормы возврата капитальных вложений, ценах на потребляемое топливо и отпускаемую электроэнергию с учетом физико-технических ограничений на параметры установки и затрат в систему очистки от НгЭ и СО2.

Постановка задачи в математическом виде

где х - вектор независимых оптимизируемых параметров; у - вектор зависимых (вычисляемых) параметров; Я - вектор ограничений-равенств (уравнения материального, энергетического балансов, теплопередачи и др.); G - вектор ограничений-неравенств; хт„, *тся - векторы граничных значений оптимизируемых параметров; Ссжт - стоимость метанола; кт - коэффициент удаления СО2; М<с, - капиталовложения в систему очистки or H2S и СОг; ДА'П,- затраты энергии в системе очистки; IRR, IRRZ - соответственно расчетная и заданная внутренняя норма возврата капиталовложений.

В таблице 2 представлены основные результаты технико-экономических показателей ЭТУ производства СЖТ и электроэнергии на основе угля при различных значениях степени удаления СОг с использованием разработанной математической модели системы очистки продуктов газификации методом Ректизол.

На рис. 5 представлены результаты оптимизации вариантов ЭТУ при различных значениях степени удаления СОг.

minСсжт (*> >'.К >ЬКСГ, Щ-г)

(7)

при ограничениях

Н{х,у) = О,

(8)

(9)

(10) (И)

IRR = IRR.

Таблица 2

Основные технико-экономические показатели ЭТУ на угле с разной степенью удаления СОг

Наименование Варианты ЭТУ с разной степенью удаления СО;

25% | 50% | 90%

Годовой раскол топлива (угля):

условного, тыс. ту.т. натурального, тыс. т. 2480

4580

Цена угля, дод./т у.т. 20

Годовое производство метанола:

условного, тыс. ту. т. натурального, тыс. т. 1323,5 1317,5 1255,2

1852,9 1844,5 1757,3

Годовой отпуск электроэнергии, млн. кВт ч. 1549,1 1508 1802

Мощность, МВт:

газовой турбины, паровой турбины, собственных нужд, полезная. 317,09 338,4 402,4

243,01 229,5 246,9

338,8 352,5 391,9

221,3 215.4 257,4

Капиталовложения в систему очистки продуктов газификации, млн. дол. 53,8 76,1 126,1

Капиталовложения суммарные в установку, млн. дол. 1108 963,6 947,2

Термический КПД производства метанола, %. 64,6 64 63,5

Цена отпускаемой электроэнергии, цент/кВт ч 4

Цена производства метанола, дол./ту.т. 257 | 225 | 241

Степан»удаления СО ^

Рис. 5. Зависимость годового производства метанола, годового отпуска электроэнергии и цены производства метанола от степени удаления СОг

При исследовании ЭТУ с системой очистки продуктов газификации в целом в зависимости от степени удаления С02 определена оптимальная доля извлечения СОг (см. рис. 5). Эта доля соответствует варианту с 50% удалением и характеризуется наименьшей ценой производимого метанола. Как рост, так и снижение доли удаляемого С02 характеризуются большей стоимостью метанола. Увеличение производства электроэнергии с ростом доли удаляемого СО2 и соответствующий доход от её продажи не компенсируют дополнительные капиталовложения в её производство.

Трубопроводный транспорт СЖТ. Автором рассматривался метанолопровод диаметром 1220 мм. На основе уточнённой исходной информации на разработанной ранее в ИСЭМ СО РАН математической модели были проведены оптимизационные исследования пропускных способностей трубопроводов, в результате чего получены удельные затраты на транспорт метанола, которые составляют около 10 дол./т у.т. на 1000 км.

Моделирование ПГУ на СЖТ. Автором разработана технологическая схема ПГУ на СЖТ (см. рис. 6), на основе которой построена математическая модель установки. Представлены основные результаты оптимизационных технико-экономических исследований ПГУ на СЖТ при различной степени сжатия продуктов сгорания метанола на входе в газовую турбину, как одного из важнейших параметров, влияющих на термодинамическую эффективность ПГУ.

1 - камера сгорания; 2 - воздушный компрессор; 3 - газовая турбина; 4 - промежуточный пароперегреватель второй ступени; 5 - перегреватель острого пара второй ступени; 6 -промежуточный пароперегреватель первой ступени; 7 - перегреватель острого пара первой ступени; 8 - испаритель пара высокого давления; 9 - перегреватель пара низкого давления; 10 - экономайзер пара высокого давления; !1 - испаритель пара низкого давления; 12 - экономайзер пара низкого давления; 13-16 - отсеки паровой турбины; 17 - конденсатор паровой турбины; 18 - регенеративный подогреватель низкого давления; 19 - барабан-сепаратор; 20 - насос.

Задача оптимизации параметров ПГУ сводится к минимизации цены отпускаемой электроэнергии при заданном значении внутренней нормы возврата капиталовложений

Рис.6. Технологическая схема ПГУ на СЖТ:

тт С^х.у.Р")

(12)

при ограничениях

Н(х,у) = 0, С(х,у)>0,

(13)

(14)

(15)

(16)

где х - вектор независимых оптимизируемых параметров; у - вектор зависимых (вычисляемых) параметров; Я - вектор ограничений-равенств (уравнения материального, энергетического балансов, теплопередачи и др.); G - вектор ограничений-неравенств; xmil„ - векторы граничных значений оптимизируемых параметров; С,/ - стоимость электроэнергии; IRR, IRRZ - соответственно расчетная и заданная внутренняя норма возврата капиталовложений; Ps' - давление газа на входе в камеру сгорания.

В таблице 3 приведены основные результаты технико-экономических показателей ПГУ на СЖТ с разным давлением продуктов сгорания метанола на входе в газовую турбину, полученные в результате оптимизации.

Таблица 3

Основные технико-экономические показатели ПГУ на СЖТ (температура продуктов сгорания на входе в газовую турбину - 1773 К)

Наименование Давление продуктов сгорания метанола на входе в газовую турбину, МПа

1,2 1,6 2,0 2.5

Годовой расход топлива (метанола):

условного, тыс. ту.т. 1200

натурального, тыс. т. 1660

Цена метанола, дол./ту.т. 225

Годовой отпуск электроэнергии, млн. кВт ч 499В 5201 5230 5273

Мощность, МВт:

газовых турбин, 717,4 808,1 874,3 950,2

паровой турбины. 301,5 300,9 286,8 276,3

собственных нужд, 304,8 365,9 413,9 473,0

полезная. 714,1 743,1 747,2 753.4

Капиталовложения суммарные в установку, млн. дол. 358,7 382,7 420,1 438,5

Термический КПД производства электроэнергии, % 51,4 53,5 53,8 54,3

Цена отпускаемой электроэнергии, цент/кВт ч 8,39 8,25 8,44 9,15

На рис. 7 представлены результаты оптимизации вариантов ПГУ на СЖГ при различных значениях давления продуктов сгорания метанола на входе в газовую турбину.

Лилленче продукты* ычриныл метан ила на яхиде * .-¡иофу» тгрбыку, МПа

Рис. 7. Зависимости технико-экономических показателей ПГУ от давления продуктов сгорания метанола на входе в газовую турбину

Оптимизация параметров ПГУ на СЖТ при различных степенях сжатия продуктов сгорания метанола на входе в газовую турбину показала, что с ростом давления продуктов сгорания метанола возрастает производство электроэнергии в газовой турбине, при этом происходят снижение выработки электроэнергии паровой турбины (см. табл. 3). Существует оптимальный уровень давлений на входе в газовую турбину 1,4 + 1,8 МПа. Этот интервал, как видно из рис. 7, характеризуется высоким КПД 53 -г 54% и наиболее низкой ценой отпускаемой электроэнергии - 8,3 цент/кВт ч.

В третьей главе представлен методический подход к согласованной оптимизации параметров звеньев технологических цепочек дальнего транспорта энергии органического топлива и проведено сопоставление экономической эффективности технологий переработки углей крупных месторождений Сибири и транспорта их энергии для электроснабжения удаленных потребителей.

Для электроснабжения удалённых потребителей в работе рассматриваются следующие варианты передачи и преобразования энергии угля (см. рис. 8).

Вариант 1. Добыча угля —> железнодорожный транспорт угля с места добычи до потребителя —> производство электроэнергии из угля на экологически чистых угольных ТЭС (ЖД+ТЭС).

Вариант 2. Добыча угля —> производство электроэнергии из угля на месте добычи на экологически чистых угольных ТЭС —> транспорт электроэнергии до потребителей по линиям электропередачи постоянного тока (ТЭС+ЛЭП).

Вариант 3. Добыча угля —* производство метанола и электроэнергии на месте добычи на ЭТУ —> транспорт метанола по трубопроводу диаметром 1220 мм до потребителей —» производство электроэнергии из метанола на ПГУ (ЭТУ+ТП).

Вариант 3

Железнодорожный транспорт угля

Вариант 1

Вариант 2 $йщ\ ^ЦШея- Передача постоянного тока

^^^^убопровод^у^^^^^

Уголь ЭТУ производства ПГУ на СЖТ

СЖТ

Рис. 8. Технологические цепочки производства и транспорта энергии углей Сибири.

Указанные выше варианты могут рассматриваться как технологические цепочки, включающие последовательно соединённые звенья.

Следует отметить, что одновременная оптимизация параметров всех звеньев цепочки является сложной задачей. Так для цепочки, основанной на переработке угля в СЖТ, это

18

потребует согласованной оптимизации ЭТУ производства СЖТ, трубопровода СЖТ и ПГУ, сжигающих СЖТ.

В связи с этим предложен подход к оптимизации технологических цепочек, основанный на последовательной оптимизации их звеньев по критерию минимума цены выходной продукции звена, при заданном (одинаковом для всех звеньев и цепочек) уровне внутренней нормы возврата капиталовложений и заданной цене продукции предыдущего звена, полученной при его оптимизации.

Следует отметить, что последовательная оптимизация звеньев технологических цепочек даёт тот же результат, что и совместная оптимизация всех звеньев цепочки но критерию минимума цены продукции последнего звена при заданном значении IRR. Это позволяет провести декомпозицию задачи оптимизации параметров всех звеньев технологических цепочек на последовательность гораздо более простых задач оптимизации параметров каждого звена.

Исходя из сказанного, задачи последовательной оптимизации звеньев технологической цепочки могут быть представлены следующим образом

m!nC О7)

х

при условиях

H'(x,,y',z') = 0, (18)

о, (19)

К1 =K\x',y',z',s'), (20)

W =U'(x',y',z',c'„), (21)

ßi, =&(*', У, *'). (22)

(23)

CL (25)

= cL, (26)

ß»=ß.™. j = h-,N~\, (27)

xi<x'-ix', i = \,..,N (28)

где подстрочным индексом : обозначается номер звена технологической цепочки; с^и>1 - цена энергоносителя на выходе; Н' - система ограничений-равенств; х - вектор независимых оптимизируемых параметров; у' - вектор зависимых вычисляемых (из системы Н' ) параметров; z' - вектор исходных данных (прочностные характеристики материалов, не оптимизируемые характеристики оборудования и др.); G' - система ограничений-неравенств,

19

задаёт границы изменения его параметров; К' - капиталовложения в оборудование (в общем случае вектор, компоненты которого задают капиталовложения по годам расчётного периода); s' - стоимостные удельные характеристики оборудования; U' эксплуатационные издержки (в общем случае вектор, задающий издержки по годам расчётного периода); с'„ - цена энергоносителя на входе; Q'n, - расход энергоносителя на входе и выходе; Q'wn , с'тп - расход и цена сопутствующего энергоносителя, производимого 1-ым звеном и потребляемого на месте, т.е. не поступающего на вход /'+ 7-ого звена; IRRZ - заданное (для всех звеньев и всех цепочек) значение внутренней нормы возврата капиталовложений; в' - вектор экономических параметров (ставки различных налогов и др.) используемых при вычислении IRR; N - число звеньев в цепочке; У, -векторы минимально и максимально-возможных значений оптимизируемых параметров; - стоимость первичного топлива (угля) задаётся.

Задачи (17) - (28) решаются для каждой из цепочек. Оптимальной будет та технологическая цепочка, у которой цена энергоносителя на выходе из последнего звена будет минимальной.

Рассматриваемые варианты имеют следующие характеристики.

Для производства электроэнергии из угля приняты экологически чистые угольные ТЭС с КПД нетто 45%. Удельные затраты на железнодорожный транспорт угля приняты в соответствии с тарифным руководством РЖД. В зависимости от расстояния они составляют 15,2 - 19 дол./(т у.т.-тыс. км). Цена Канско-Ачинских углей на месте добычи принималась равной 20 дол./т у.т. Для передачи постоянного тока рассматривались одноцепные линии номинальной мощностью 3000 МВт с напряжением ±500 кВ. Удельные затраты на транспорт электроэнергии по линиям электропередач постоянного тока приняты на базе предыдущих исследований и составляют 1 цент/кВт ч на тыс. км. ПГУ на метаноле приняты с КПД 53% (см. табл.3). Удельные затраты на транспорт метанола по трубопроводу диаметром 1220 мм получены в результате оптимизационных исследований пропускной способности метанолопроводов (см. табл. 4) и составляют около 10 долл./т у.т. на 1000 км. Внутренняя норма возврата капиталовложений (IRRZ) принималась равной 15 %. Используемые в расчетах основные исходные данные представлены в таблицах 4-6. Данные по ЭТУ производства метанола и электроэнергии для оптимального варианта взяты из табл. 2.

Полученные результаты сопоставления экономической эффективности указанных технологических цепочек по критерию минимума стоимости электроэнергии у потребителей приведены на рис. 9.

Таблица 4

Показатели метанолопровода (МП)

Показатель, размерность МП, 1220 .и.«

Номинальное давление, МПа 5,4

Число часов использования номинальной производительности в году, ч 8000

Объем перекачиваемого метанола, млн. т.у.т 100

Базовая удельная стоимость линейной части, ли«, дол./км 1,63

Постоянная составляющая капиталовложений в перекачивающую станцию, тн. дол. 15

Переменная составляющая капиталовложений в перекачивающую станцию, дол./кВт 700

Цена электроэнергии электропривода насосных станций, цент/кВт ч 5

Расчетная низшая теплотворная способность метанола, ЛЩж/кг 21

Эксплуатационные издержки, "Л от капиталовложений 3,5

Амортизационные издержки, % от капиталовложений 6

Таблица 5

Технико-экономические характеристики ЛЭП постоянного тока

Показатель, размерность Значение

Удельные капиталовложения в воздушную линию, тыс. дол./км 230

Удельные капиталовложения в преобразовательную подстанцию, дол./кВт 85

Потери энергии в преобразовательных подстанциях, % 2

Суммарное сечение проводов одного полюса, мм' 2800

Годовые потери энергии в воздушной линии при номинальных выходной мощности и числе часов использования, %/тыс. км 3,75

Номинальная выходная мощность, МВт 3000

Число часов использования мощности в году, ч 6500

Капиталовложения в инфраструктуру, млн. дол. 80

Эксплуатационные издержки, % от капиталовложений: воздушная линия; преобразовательная подстанция 0,8 2,0

Амортизационные издержки, % от капиталовложений 6

Таблица 6

Технико-экономические показатели ТЭС

Показатель, размерность ПГУнаСЖТ ТЭС на угле

Удельные капиталовложения на единицу полезной мощности, дол./кВт 650 1400

Удельный расход условного топлива (нетто), ту.т./кВт ч 227 275

Условно-постоянные издержки, % от капиталовложений 3,5 4,5

Амортизационные издержки, % от капиталовложений 5 6

Число часов использования установленной мощности, ч 6500 6500

Следует заметить, что с использованием трубопроводов метанола диаметром 1220 мм можно перекачать порядка 100 млн. т у. т. Из такого количества топлива можно произвести около 400 млрд. кВт ч электроэнергии. При передаче электроэнергии по линиям электропередач постоянного тока с напряжением ±500 кВ номинальной мощностью 3000 МВт в год потребителям доставляется порядка 20 млрд. кВт ч.

жд+тэс

12 3 4

Расстояние, тыс. км

Рис.9. Результаты сравнительной эффективности вариантов электроснабжения удаленных потребителей

Как видно из рис. 9, железнодорожный транспорт бурого угля целесообразен на расстоянии до 2,5 тыс. км. Следует отметить, что используемый в расчетах тариф на перевозку угля по железной дороге принят на основании действующей тарифной политики Российских железных дорог. При их формировании не учтены капиталовложения в строительство новых железных дорог. Следует ожидать, что при значительных объемах перевозки угля возникнут ограничения по пропускной способности действующих железных дорог и появится необходимость в строительстве новых веток. Это приведет к существенному росту тарифов на перевозку угля. На большие расстояния экономически оправдан трубопроводный транспорт метанола, получаемого из угля. Передача электроэнергии по линиям электропередач постоянного тока, производимой из бурого угля, не может конкурировать с дальним трубопроводным крупномасштабным транспортом жидкого топлива.

В результате, с высокой степенью обоснованности можно утверждать, что технологическая цепочка, включающая переработку угля на месте добычи в экологически чистое синтетическое жидкое топливо, трубопроводный транспорт СЖТ в район потребления и производство электроэнергии на ПГУ, сжигающих СЖТ, имеет наибольшую эффективность по сравнению с другими рассматриваемыми способами дальней передачи энергии углей.

В заключении приведены основные выводы, сделанные на основании проведенных исследований.

Основные результаты работы

1. Разработан методический подход к оптимизации технологических цепочек переработки органических топлив и транспорта их энергии для электроснабжения удаленных потребителей. Он основан на последовательной оптимизации параметров звеньев технологических цепочек по критерию минимума цены выходной продукции звена, при заданном (одинаковом для всех звеньев и цепочек) уровне внутренней нормы возврата капиталовложений и заданной цене продукции предыдущего звена, полученной при его оптимизации. Исследования, проводимые с использованием данного подхода, позволяют провести декомпозицию задачи оптимизации параметров всех звеньев технологической цепочки на последовательность гораздо более простых задач оптимизации параметров каждого звена. При этом получается такой же результат, что и при совместной оптимизации всех звеньев цепочки по критерию минимума йены продукции последнего звена при заданном уровне внутренней нормы возврата капиталовложений.

2. Разработаны математические модели звеньев рассматриваемых технологических цепочек и проведены их оптимизационные исследования для сравнения экономической эффективности технологий переработки углей Сибири и транспорта их энергии для электроснабжения удаленных потребителей.

• Разработаны математические модели новых элементов системы очистки методом Ректизол (абсорбер и десорбер) и модель системы в целом, которая была включена в математическую модель ЭТУ. На их основе проведены оптимизационные технико-экономические исследования ЭТУ с учетом затрат в систему очистки в зависимости от степени удаления СОг, которые показали, что существует оптимальный вариант с 50 % удалением СОг, характеризующийся наибольшей эффективностью.

• Разработана математическая модель ПГУ, использующая в качестве топлива метанол. На её основе проведены оптимизационные технико-экономические исследования в зависимости от степени сжатия продуктов сгорания метанола на входе в газовую турбину, которые показали, что существует оптимальный уровень давлений 1,4 4- 1,8 МПа. Он характеризуется термическим КПД производства электроэнергии 53 -5- 54% и ценой отпускаемой электроэнергии 8,3 цент/кВт' ч.

3. Получены результаты сравнительной экономической эффективности технологий переработки углей Сибири и транспорта их энергии для электроснабжения удаленных потребителей. Результаты исследований показали, что вариант производства СЖТ на ЭТУ и использования его для выработки электроэнергии на ПГУ имеет высокую конкурентоспособность по сравнению с другими рассматриваемыми вариантами электроснабжения удалённых потребителей за счёт энергии углей Сибири и экономически эффективен на расстояния свыше 2,5 тыс. км.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Скрипченко О.В. Математическое моделирование систем очистки синтез-газа в составе энерготехнологических установок получения синтетических жидких топлив // Системные исследования в энергетике: Тр. молод, учен. ИСЭМ СО РАН. - Иркутск, 2007.

- Вып. 37. - (в печати).

2. Скрипченко О.В. Исследование систем очистки синтез-газа методом «Rectizol» в составе энерготехнологических установок синтеза синтетических жидких топлив // Системные исследования в энергетике: Тр. молод, учен. ИСЭМ СО РАН. - Иркутск, 2008. -Вып. 38.-С. 109-116.

3. Скрипченко О.В. Исследование систем очистки синтез-газа в составе энерготехнологических установок // XIV Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Современные техника и технологии»: Сб. трудов в 3-х томах. - Томск, 2008. - Т. 3. - С. 402 - 405.

4. Тюрина Э.А., Скрипченко О.В. Очистка синтез-газа методом «Rectizol» в энерготехнологических установках производства синтетического жидкого топлива и электроэнергии // Энергетика и теплотехника: Сб. науч. трудов. Под ред. акад. РАН В.Е. Накорякова. - Новосибирск, 2008. - Вып. 12. - С. 7 - 20.

5. Скрипченко О.В. Оптимизационные исследования энерготехнологических установок производства метанола и электроэнергии с системами очистки синтез-газа // Системные исследования в энергетике: Тр. молод, учен. ИСЭМ СО РАН. - Иркутск, 2009. - Вып. 39. -С. 138- 145.

6. Скрипченко О.В. Оценка влияния степени удаления СОг из синтез-газа на выход продукции энерготехнологических установок синтеза метанола // XV Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Современные техника и технологии»: Сб. трудов в 3-х томах. - Томск, 2009. - Т. 3. - С. 322 - 324.

7. Тюрина Э.А., Скрипченко О.В. Исследования энерготехнологических установок производства синтетических жидких топлив и электроэнергии из угля с системами очистки синтез-газа // Горение твёрдого топлива: Сб. докладов VII Всерос. конф. с междунар. участием в 3-х частях. - Новосибирск, 2009. - Ч. 3. - С. 62 - 68.

8. Скрипченко О.В. Исследования технологий производства и потребления синтетических жидких топлив из угля для целей энергоснабжения удалённых потребителей // Системные исследования в энергетике: Тр. молод, учен. ИСЭМ СО РАН.

- Иркутск, 2010. - Вып. 40. - С. 175 - 183.

9. Клер A.M., Тюрина Э.А., Скрипченко О.В. Сравнительная эффективность технологий переработки и транспорта топливно-энергетических ресурсов восточных

24

регионов России в страны СВА [Электронный ресурс] // Объединенный симпозиум «Энергетика России в XXI веке - Энергетическая кооперация в Азии (АЕС-2010)»: Сб. трудов. - Иркутск, 2010. - Режим доступа: http://sei.irk.ru/symp2010/papers/RUS/S2-12r.pdf. свободный.

10. Скрипченко О.В., Тюрина Э.А. Оптимизация параметров энерготехнологических установок синтеза метанола с учетом затрат в системы очистки синтез-газа методом «RECTISOL» // Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири: материалы Всерос. науч.-практ. конференции с международным участием. Под общ. ред. В.В. Федчишина. - Иркутск, 2010. - С. 151 - 155.

11. Клер A.M., Тюрина Э.А., Скрипченко О.В. Оценка эффективности технологических цепочек переработки и дальнего транспорта энергоносителей // Энергетическая политика. - 2010. - Вып. З.-С. 54-61.

12. Скрипченко О.В. Перспективные технологии производства и потребления экологически чистых синтетических жидких топлив из угля для целей энергоснабжения удалённых потребителей // Вестник ИрГТУ. - 2010. - № 6 (46). - С. 224 - 232.

13. Тюрина Э.А., Медников A.C., Степанов В.В., Скрипченко О.В. Оптимизационные исследования энерготехнологических установок производства синтетических топлив и электроэнергии с извлечением СОг // Известия РАН. Энергетика. - 2011. - № 2. - С. 148 -159.

Соискатель:

О.В. Скрипченко

Отпечатано в Институте систем энергетики СО РАН 664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 130. Заказ № 83. Тираж 100 экз.

ВВЕДЕНИЕ.

1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ КОМПЛЕКСНОЙ ОЦЕНКИ ПРИМЕНЕНИЯ СЖТ ИЗ УГЛЕЙ СИБИРИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ УДАЛЁННЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ.

1.1 Анализ существующего положения угольной энергетики сибири и перспектив её развития.

1.2 Современные технологии химической переработки угля в синтетические жидкие топлива.

1.3 Схема решения задачи комплексной, оценки применения СЖТ, производимого на ЭТУ из углей, для электроснабжения удалённых потребителей.

1.4. Вопросы построения эффективных математических моделей элементов и установок.

1.5 Методика расчета инвестиционного проекта ЭТУ произ- . водства СЖТ и электроэнергии с учётом затрат на очистку продуктов газификации.

2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЯ ОТДЕЛЬНЫХ ЗВЕНЬЕВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЦЕПОЧКИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ УДАЛЁННЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ СЖТ.

2:1 Математическое моделирование и оптимизационные исследования ЭТУ с учётом затрат на глубокую очистку продуктов газификации.

2.1.1 Выбор метода очистки продуктов газификации.

2.1.2 Математическое моделирование системы глубокой очистки продуктов газификации методом Рек-тизол.■.

211.3 Математическая модель ЭТУ с системой очистки продуктов газификации.

2.1.4, Оптимизационные технико-экономические исследования системы очистки продуктов газификации методом Ректизол.

2.1.5 Оптимизационные технико-экономические исследования ЭТУ производства СЖТ и электроэнергии с учётом затрат в систему очистки продуктов газификации.

2.2 Математическое моделирование и оптимизационные исследования метанолопровода.

2.3 Математическое моделирование и оптимизационные исследования ПГУ на СЖТ. 11В

2.3.1 Математическое моделирование ПГУ на

2.3.2 Оптимизационные технико-экономические исследования ПГУ на СЖТ.

3 СРАВНИТЕЛЬНАЯ ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЙ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ УДАЛЕННЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЗА СЧЕТ ЭНЕРГИИ УГЛЕЙ СИБИРИ.

3.1 Методический подход к согласованной оптимизации параметров звеньев технологических цепочек дальнего транспорта энергии органического топлива.

3.2 Сопоставление экономической эффективности технологических цепочек электроснабжения удалённых потребителей за счёт энергии углей сибири.

Актуальность работы. Россия является одним из мировых лидеров по запасам и производству угля. В то же время во внутреннем балансе потребления топлива доля угля, используемого на ТЭС, в настоящее время сокращается [1]. Вместе с тем, по оценкам большинства специалистов в скором времени возникнет дефицит природного газа [2-5], направляемого на производство электроэнергии, в европейских регионах Российской Федерации.

Прирост электропотребления может покрываться за счёт строительства новых Ь

Ь АЭС и энергетического потенциала сибирских углей. Возможности атомного машиностроения для наращивания энергогенерирующих мощностей считаются ограниченными, поэтому основной прирост производства электроэнергии может быть осуществлён за счёт энергии бурых углей месторождений Сибири.

Однако увеличение потребления ископаемых углей вызывает рост экологической нагрузки на1 окружающую среду. Снизить ущерб окружающей среде от угольной энергетики можно переходом к использованию экологически более чистых видов топлива угольного происхождения. К ним относится облагороженный уголь, синтетические газообразные и жидкие топлива. В связи с этим возникает большой интерес к проблеме переработки углей в синтетическое жидкое топливо (СЖТ) как альтернативное энергетическое топливо.

Вместе с тем, одной из актуальнейших проблем использования Сибирских углей является проблема их дальнего транспорта, т.к. месторождения углей Сибири удалены на значительные расстояния от прогнозируемых центров энергопотребления. Поэтому возникает задача поиска оптимальных способов «доставки» энергии угля к конечным потребителям.

Могут быть использованы различные варианты преобразования и передачи энергии угля (так называемые технологические цепочки), которые нуждаются в технико-экономических исследованиях и сопоставлениях (производство электроэнергии на месте добычи на паротурбинных ТЭС и её передача по линиям постоянного тока; железнодорожный транспорт угля и производство электроэнергии на паротурбинных ТЭС в местах потребления). Перспективной является технологическая цепочка включающая переработку угля на месте добычи в экологически чистое СЖТ, трубопроводный транспорт СЖТ в район потребления и производство электроэнергии на энергетических установках, сжигающих СЖТ. Очевидно, что выбор наиболее эффективной, технологической цепочки переработки углей и передачи их энергии весьма актуален, поскольку может оказать существенное влияние на развитие всей энергетики страны. Такой выбор требует согласованного проведения математического моделирования и оптимизации звеньев каждой цепочки и сопоставления их технико-экономических показателей между собой. При этом наибольшие методические трудности возникают при исследовании технологической цепочки, связанной с переработкой угля в СЖТ.

Одной из наиболее перспективных технологий крупномасштабного производства СЖТ является технология получения метанола из синтез-газа, производимого в свою очередь из угля. Это связано с тем, что получение метанола является отработанным гетерогенно-каталитическим процессом: достаточно селективным, высокопроизводительным, непрерывным и технологичным. Метанол удобен для транспортирования и хранения, а также имеется возможность использовать его как экологически чистое моторное и котельно-печное топливо. Общая мощность существующих заводов производства метанола в мире составляет около 57 млн. т в год, при этом на Россию из них приходится 4 млн. тонн [6, 7].

Следует отметить, что традиционное получение метанола из угля осуществляется, как правило, в одноцелевых установках. В данных установках производится утилизация тепла, выделившегося в процессах газификации угля, а также охлаждения уходящих газов с получением пара, который используется в основном только на собственные нужды технологии (паротурбинный привод5 компрессоров и др.). Такие процессы характеризуются невысоким термическим КПД! Как показали проводимые в течение длительного времени в институте систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения Российской Академии наук (ИСЭМ СО РАН) [8-19] исследования, технологий получения, СЖТ, наиболее эффективным является комбинированное производство СЖТ и электроэнергии; в одной энерготехнологической . установке (ЭТУ). В? этом случае возникает возможность, утилизации; высокотемпературного тепла процесса газификации угля; и горючих газов, получаемых после: синтеза СЖТ, для производства электроэнергии. В результате повышается К1Щ процесса производства СЖТ, сокращаются удельные капиталовложения 'за* счет совмещения функций части энергетического и технологического оборудования;

Большой интерес к исследованиям энерготехнологических установок производства СЖТ и электроэнергии обусловливается рядом причин:

1) существенными техническими, экономическими и экологическими трудностями; при крупномасштабном использовании низкосортных углей для производства.электроэнергии на традиционных паротурбинных установках;

2) значительным улучшением; экологических показателей ЭТУ, связанным с технологическими требованиями;

3) энергетическим и экономическим эффектом. от комбинированного производства СЖТ и электроэнергии;

4) перспективностью* использования СЖТ в качестве экологически, чистого моторного и котельно-печного топлива, в специальных двигателях внутреннего сгорания, в топливных элементах, а также в качестве сырья для химических производств;

5) техническими и экономическими преимуществами дальнего трубопроводного транспорта СЖТ по сравнению с транспортом природного газа, а также простотой его железнодорожной и танкерной перевозки.

Таким образом, развитие процессов комбинированного производства СЖТ и электроэнергии определяется экономической целесообразностью, технологической необходимостью и условиями охраны окружающей среды.

Следует отметить, что в ранее проводимых в ИСЭМ СО* РАН' исследованиях ЭТУ, системы очистки продуктов газификации от Н28 и СОг рассматривались в упрощенном виде с использованием экспертных данных по удельным затратам энергии и капитальным вложениям. Поскольку данные системы являются весьма дорогостоящими и имеют значительное энергопотребление, их упрощенное представление не позволяет с необходимой точностью определить технико-экономические показатели ЭТУ в целом. Кроме того, при каталитическом синтезе СЖТ одним из основных требований со стороны катализаторов является отсутствие соединений серы, так как они способствуют их «отравлению» и снижают скорость образования СЖТ. Важным направлением исследований является определение оптимальных термодинамических и- расходных параметров установок и изменения их технико-экономических показателей в зависимости от степени удаления СО2 из продуктов газификации в системе очистки. Это обусловлено тем, что некоторая часть диоксида углерода участвует в реакциях синтеза метанола, что может увеличить его выход или выход, дополнительного количества оксида углерода в составе продувки синтез-газа, поступающего на сжигание в камеру сгорания газовой турбины. Второе обстоятельство может повлиять на выработку дополнительного количества электроэнергии.

Кроме того, важным моментом при исследовании технологических цепочек, электроснабжения удалённых потребителей на основе СЖТ из углей Сибири является оценка эффекта за счёт снижения затрат при переходе от транспорта угля к трубопроводному транспорту СЖТ. При этом возникает необходимость оптимизации пропускных способностей трубопроводов СЖТ для корректной оценки затрат на его транспорт. Также важно определить оптимальные технико-экономические показатели энергоустановок, использующих СЖТ в качестве топлива.

Решение отдельных вопросов указанных выше проблем привлекает внимание ученых как в нашей стране, так и зарубежом. Выполнено достаточно большое число работ по- исследованию различных аспектов технологии производства СЖТ из. органического топлива, моделированию и исследованию энергетических и химико-технологических установок.

В работах Института нефтехимического синтеза им. A.B. Топчиева Российской Академии наук (ИНХС РАН) [20-22] найдены оптимальные параметры процесса переработки синтез-газа, получаемого из органического топлива, в метанол. Показано, что метанол является- одним из наиболее перспективных. СЖТ в силу высокой- селективности процесса' и большой-единичной производительности каталитических реакторов.

В работах ИСЭМ СО' РАН рассмотрены вопросы термодинамического моделирования процессов синтеза СЖТ различных видов и их сравнительной' эффективности [23-26], разработаны математические модели ЭТУ, выполнена, оптимизация, их параметров и показана высокая эффективность комбинированного производства СЖТ и электроэнергии в одной ЭТУ [15-18], обоснована- целесообразность использования СЖТ в топливно-энергетическом балансе РФ [27-29].

Комплексные исследования энерготехнологической переработки органических топлив проведены в Институте высоких температур Российской Академии наук (ИВТ РАН) [30]; Саратовском государственном техническом университете (СГТУ) сотрудниками А.И. Андрющенко, А.И. Поповым [31];

Новосибирском государственном техническом университете (НГТУ) учёным Г.В. Ноздренко [32], в фирмах Sasol, Shell, Mobil, Bechtel, Methanex [33-37].

Значительный опыт математического моделирования и оптимизации процессов и схем теплоэнергетических установок за долгие годы накоплен в ИСЭМ СО РАН в работах таких учёных как JI.C. Попырин, Г.Б. Левенталь, В.И. Самусев, В.В. Эпелыптейн, A.M. Клер, С.К. Скрипкин, Н.П. Деканова и др.[38-50].

Большой комплекс исследований в области оптимизации процессов и конструкций турбомашин и автоматизации их проектирования проведен в Институте проблем машиностроения АН Украины в работах Л.А. Шубенко-Шубина, A.A. Палагина и коллег [51-55].

В работе Ф.А. Вульмана, Н.С. Хорькова [56] предложено построение математических моделей теплоэнергетических установок (ТЭУ) на основе принципов модульного программирования. Принципы технико-экономической оптимизации циклов и схем теплоэнергетических блоков ТЭС изложены в работе А.И. Андрющенко и соавторов [57].

В.' химической технологии наибольшие достижения в области методов математического моделирования и оптимизации химического оборудования и химических производств отражены в работах школы В.В. Кафарова, Л.С. Полака, Г.М. Островского и др. [58-62].

Сложные вопросы математического моделирования, оптимизации трубопроводных и других гидравлических систем уже давно решаются с применением теории гидравлических цепей, основные положения которой заложены и развиты в работах В.Я: Хасилева, А.П. Меренкова, Е.В. Сенновой и др: [63-66].

Совместное использование принципов термодинамики, моделей и методов теории гидравлических цепей дало возможность оценки пределов энергетического и экологического совершенствования технологий трубопроводного транспорта различных энергоносителей, представленной в работах Б.М: Кагановича и соавторов.[67, 68].

Анализ проводимых исследований в отмеченных направлениях позволяет выявить некоторые нерешенные вопросы, которые возникают при комплексном рассмотрении технологических цепочек электроснабжения удалённых, потребителей. В указанных работах не решён ряд важных для выбора оптимальной технологической цепочки преобразования и< передачи, энергии, угляшроблем: не сформулирована задача согласованной« оптимизации« звеньев технологических цепочек, не проводилась согласованная оптимизация ЭТУ, транспорта СЖТ и энергоустановок, сжигающих СЖТ. Работы по сравнительной эффективности' дальнего транспорта различных энергоносителей часто основываются на экономических оценках с применением аналитических или линейных зависимостей [69]. Не всегда учитывается нелинейный характер зависимостей, не проводится оптимизация параметров с применением строгих математических методов.

В связи с отмеченным целью диссертационной ^ работы> является разработка методического подхода, математических моделей и методов для получения комплексной оценки условий использования СЖТ, произведённых на ЭТУ из углей Сибири, для* электроснабжения удалённых потребителей и сопоставления, этого- варианта дальнего электроснабжения с другими вариантами, и включает следующие основные задачи:

1) разработка методики к согласованной оптимизации параметров звеньев технологических цепочек дальнего транспорта энергии, углей для-электроснабжения-удаленных потребителей,, включающих ЭТУ производства

СЖТ и электроэнергии, экологически чистые угольные ТЭС1, ПТУ на СЖТ, системы транспорта и т.д.;

2) разработка математических моделей звеньев технологических цепочек, включающих ЭТУ производства СЖТ и- электроэнергии на базе угля с системой глубокой очистки продуктов газификации и ПТУ на СЖТ.

3) Проведение оптимизационных исследований на разработанных' математических моделях звеньев технологических цепочек, с получением^ оптимальных термодинамических и расходных параметров установок и- их технико-экономических показателей в зависимости от условий* функционирования.

В итоге решения этих задач в диссертационной работе впервые получены, составляют предмет научной новизны и выносятся на защиту следующие наиболее важные результаты.

1) Методический подход к оптимизации технологических цепочек переработки углей и транспорта их энергии для электроснабжения удаленных потребителей, основанный на последовательной оптимизации параметров звеньев технологических цепочек- по критерию минимума цены выходной продукции звена, при заданном (одинаковом для всех звеньев> и цепочек) уровне внутренней нормы возврата капиталовложений и заданной цене продукции предыдущего звена, полученной при его оптимизации.

2) Математические модели звеньев технологической' цепочки, использующей СЖТ: ЭТУ производства СЖТ и электроэнергии из угля с системой глубокой, очистки продуктов газификации; ПТУ на СЖТ; система глубокой очистки продуктовтазификации от Н28 и СО2 методом Ректизол.

3) Результаты оптимизационных технико-экономических исследований: ЭТУ на угле с разной степенью удаления С02 из продуктов газификации с

1 Экологически чистая угольная ТЭС - теплоэлектростанция, имеющая современные системы очистки газообразных продуктов горения [70 — 72]. учетом капитальных и энергетических затрат в систему глубокой очистки продуктов-газификации; ИГУ, использующей в качестве топлива СЖТ.

4) Сравнительная* эффективность технологических цепочек, переработки углей и транспорта их энергии для электроснабжения удаленных потребителей, включающих цепочку производства СЖТ на ЭТУ, трубопроводный транспорт СЖТ и ПТУ на СЖТ, а также цепочку производства электроэнергии на месте добычи- на паротурбинных ТЭС, её передачу по линиям постоянного'тока-и I цепочку с железнодорожным транспортом угля и производством электроэнергии на паротурбинных ТЭС в местах потребления.

Практическая ценность заключается в возможности оценить условия крупномасштабного использования ЭТУ синтеза СЖТ на базе углей. крупных месторождений для электроснабжения удалённых потребителей. Также получены оптимальные параметры ЭТУ на угле с учётом затрат в систему глубокой очистки продуктов газификации, что позволяет вырабатывать рекомендации для проектирования установок данного типа. Разработанная математическая модель системы глубокой очистки продуктов газификации от диоксида углерода и соединений серы методом. Ректизол может быть, применена для исследования1 как энерготехнологических, так и различных теплоэнергетических установок.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и симпозиумах:

- на конференциях научной молодежи ИСЭМ СО РАН (Иркутск, 2007 -2010);

- на XIV и XV международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии СТТ 2008, 2009» (Томск, 2008, 2009);

- на VII всероссийской конференции с международным участием «Горение твёрдого.топлива» (Новосибирск, 2009);

- на 41 международной конференции KRAFTWERKSTECHNISCHES KOLLOQUIUM 2009 (Dresden, 2009);

- на объединенном симпозиуме «Энергетика России в XXI веке — Энергетическая кооперация в Азии (АЕС-2010)» (Иркутск, 2010).

С 2009 г. по 2011 г. по теме диссертации проводились работы, по гранту МГ-2009/04/1 НП Фонда' «Глобальная энергия» в рамках проекта «Математическое моделирование и комплексные' исследования технологий комбинированного производства экологически чистых топлив и электроэнергии из твёрдого и газообразного органического топлива».

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ, из них две статьи« в рецензируемых изданиях, входящих в перечень рекомендованных изданий ВАК.

Личный вклад автора. Постановка задач исследований, методика последовательной* оптимизации звеньев технологических цепочек, а также анализ результатов работы осуществлены совместно с научным-руководителем. Самостоятельно автором разработаны, математические модели технологических цепочек электроснабжения удалённых потребителей. Основное внимание уделено цепочке на основе ЭТУ: разработаны математические модели элементов ЭТУ (абсорбер, десорбер,.система очистки продуктов газификации методом Ректизол и др.) и установка в целом. Построена- математическая модель- ПТУ, использующая в качестве топлива метанол. С использованием этих моделей автором самостоятельно проведены оптимизационные исследования технологических цепочек удалённого электроснабжения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения? и списка литературы из 147 наименований: Общий объём1 диссертационной работы; 156 страниц; из них 141 страниц основного текста, 19 таблиц и 19 рисунков.

Выход

Рис. 2.5. Блок-схема алгоритма нахождения равновесного состава абсорбента и растворяемого газа на секции абсорбера:

РСЮ - заданная точность вычисления; £>гтек, £>ГТ1 - текущее и уточнённое значение количества молей растворяемого газа на выходе из ступени. где - теплоёмкость поглощаемого компонента в конденсированной фазе (жидкости); сг(() - теплоёмкость поглощаемого, компонента в неконден-сированной фазе (газе); — дифференциальная теплота растворения газа; ~ расход, абсорбента (метанола), содержащего распределяемые компоненты, на входе и выходе из секции; , 27б!гвых, Ш™, Ш™* -суммарные расходы фаз на входе и выходе из ступени; — теплоёмкость чистого абсорбента; - относительная теплоёмкость газа на входе в аппарат.

Количество тепла, содержащегося в выходном потоке метанола с извлечёнными компонентами (НгЭ, С02)

Йх^Й.+^Г*. (2Л1)

Отсюда, полный тепловой баланс на секции абсорбции с учётом дифференциальной теплоты растворения

Сгср • сг • - /гвьк; - О? . сь • - €) + бдиф = 0' (2.12)

Отметим, что расчёт термодинамического равновесия на секции абсорбции производится методом Ньютона с учётом ограничения по тепловому балансу (2.12).

Кроме того, разработана методика определения конструктивных характеристик абсорбера[129].

Нахождение конструктивных характеристик абсорбера.

Выбор типа насадки

При выборе типа насадки для проведения массообменных процессов руководствуются следующими соображениями: во-первых,, конкретными условиями проведения процесса — нагрузками по пару и жидкости, различиями в физических свойствах систем, поверхностью контакта фаз,в единице объема аппарата и,т. д.; во-вторых, особыми требованиями к технологическому процессу - необходимостью обеспечить небольшой перепад давления в колонне, широкий интервал устойчивой работы, малое время пребывания жидкости в аппарате и т. д.; в-третьих, особыми требованиями к аппаратурному оформлению - создание единичного или серийно выпускаемого аппарата малой или большой единичной мощности, обеспечение возможности работы в условиях сильно коррозионной среды, создание условий повышенной надежности и т. д.

Следует отметить, что математическая модель абсорбера позволяет произвести расчет, используя любой тип насадки, поэтому исходя из вышеперечисленных факторов, автором используются керамические кольца Ра-шига размером 50 х 50 х 5 мм. Данная насадка показана на рис. 2.6, а её характеристика приведена в табл. 2.2.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведённые в рамках диссертации исследования позволили сделать следующие выводы;, основанные на полученных в ходе работырезультатах.

1. Разработан методический подход к оптимизации технологических цепочек переработки органических топлив и транспорта их энергии для электроснабжения удаленных потребителей. Он основан на последовательной оптимизации параметров звеньев технологических цепочек по критерию минимума цены выходной продукции звена, при заданном (одинаковом для всех звеньев и цепочек) уровне внутренней: нормы возврата капиталовложений и заданной цене продукции предыдущего звена; полученной при его оптимизации. Исследования, проводимые с использованием данного подхода, позволяют провести декомпозицию задачи оптимизации параметров всех звеньев технологической цепочки на последовательность гораздо более простых задач оптимизации параметров каждого звена. При- этом получается такой же результат, что; и при совместной оптимизации всех звеньев цепочки по критерию минимума цены продукции последнего звена при заданном уровне внутренней нормы возврата капиталовложений:

2. Разработаны математические модели звеньев рассматриваемых технологических цепочек и проведены их оптимизационные исследования для сравнения экономической эффективности технологий переработки углей Сибири и транспорта их энергии для электроснабжения удаленных потребителей. .

• Разработаны математические модели новых элементов системы очистки методом Ректизол (абсорбер и десорбер) и модель системы в целом, которая, была включена в математическую модель ЭТУ. На их основе проведены оптимизационные технико-экономические исследования ЭТУ с учетом затрат в систему очистки в зависимости от степени удаления СОг, которые показали, что существует оптимальный вариант с 50% удалением СО2, характеризующийся наибольшей эффективностью.

• Разработана математическая модель ПТУ, использующая в качестве топлива метанол. На её основе проведены оптимизационные технико-экономические исследования в зависимости от степени сжатия продуктов сгорания метанола на входе в газовую турбину, которые показали, что существует оптимальный уровень давлений 1,4 1,8 МПа. Он характеризуется термическим КПД производства электроэнергии 53 ^ 54% и ценой отпускаемой электроэнергии 8,3 цент/кВт' ч.

3. Получены результаты сравнительной экономической эффективности технологий переработки углей Сибири и транспорта их энергии для электроснабжения удаленных потребителей. Результаты исследований показали, что вариант производства СЖТ на ЭТУ и использования его для выработки электроэнергии на ПТУ имеет высокую конкурентоспособность по сравнению с другими рассматриваемыми вариантами электроснабжения удалённых потребителей за счёт энергии углей Сибири и экономически эффективен на расстояния свыше 2,5 тыс. км.

1. С. Дубинин. Рецепт от блэкаутов // Эксперт. 26.03.^http://expert.ru/expert/2007/12/reforma епегеейМ/

2. Производство метанола в СНГ // Евразийский химический рынок. -2007.-№8(32),www.chemmarket.info

3. Ю. Гапон. Метафракс: курс на передовые технологии / Фондовый центр «Инфина». М., 2010. - 13 с.http://www.infina.ru/ftproot/files/research/Metafrax.pdf

4. Клер А.М., Прусова Н.М., Тюрина Э.А. и др. Математическое моделирование и технико-экономические исследования энерготехнологических: установок синтеза метанола // Изв. РАН. Энергетика. 1994. - № 3. - С.129 -137. •

5. Беляев JI.C., Клер А.М;, Кошелев А.А. и др. Малая энергетика и нетрадиционные виды и источники > энергии:, их роль и место в энергетике Сибири на ближайшие годы и на перспективу // Рос. хим. журн. 1994: - № 3* -С. 34 - 55. ' ■

6. Клер A.M., Тюрина Э.А. Энерготехнологическая переработка угля в метанол // Региональные энергетические программы: методические основы и опыт разработки. Под ред. Б.Г. Санеева. Новосибирск: «Наука». Сиб. издат. фирма РАН, 1995. - С. 213 - 223.

7. Клер А.М:, Тюрина Э.А. Математическое моделирование и' технико-экономические исследования- энерготехнологических установок синтеза метанола -Новосибирск: Наука. Сиб; издат. фирма РАН, 1998. 127 с.

8. Клер A.M., Тюрина Э.А. Технико-экономические исследования перспективных энерготехнологических установок синтеза метанола из угля с последующим получением жидких углеводородов>// Препринт. 1. Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2000. - 33 с. ;

9. ТюринаЭ.А. Комбинированное производство »искусственного жидкого топлива и электроэнергии: сопоставление технологий // Перспективы энергетики. 2002. - Т.6. - С. 377 - 384.

10. Клер A.M., Деканова Н.П., Тюрина Э.А. и др. Теплосиловые системы: Оптимизационные исследования. Новосибирск: Наука, 2005. - 236 с.

11. Розовский А.Я. О физико-химических основах процесса синтеза метанола // Химическая промышленность. 1980. - №11. - С. 12 - 14.

12. Мочалин В.П;, JIhhi Г.И:, Розовский А .Я. Кинетическая модель процесса синтеза метанола на катализаторе СНМ-1 // Химическая» промышленность. -1984. -№1.-С.11-13.

13. Розовский А.Я., Лин-Г.И. Теоретические основы процесса синтеза метанола. М.: Химия, 1990. - 272 с.

14. Каганович* Б.М., Филиппов С.П:, Кавелин, И.Я. Прогнозные исследования-технологий использования угля. — Иркутск: СЭИ СО1 АН СССР; 1984. -219 с.

15. Каганович Б.М., Филиппов С.П., Анциферов Е.Г. Моделирование термодинамических процессов. — Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1993. — 101 с.

16. Каганович Б.М., Филиппов С.П:, Анциферов Е.Г. Эффективность ! энергетических технологий: термодинамика, экономика, прогнозы.

17. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1989. -256 с.

18. Филиппов. С.П., Каганович Б.М., Павлов П.П. Термодинамический анализ развития энергетических технологий // Системные исследования в энергетике в новых социально-экономических условиях. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние,. 1995. - С. 162 - 176.г1

19. Клер A.M., Санеев Б.Г., Соколов А.Д., Тюрина Э.А. Оценка эффективности различных технологий дальнего транспорта энергии. // Изв. РАН. Энергетика, 2000. №2. - С.36 - 43.

20. Alexander М* Kler, Boris G Saneev, Alexander D Sokolov ets. Longdistance transport of energy carriers from the eastern regions of Russia to Northeast Asia countries // Perspectives in Energy. 2002. - Volume 6. — pp. 53 - 60.

21. Андрющенко А.И., Попов- А.И: Основы проектирования энерготехнологических установок электростанций. М:: Высшая* школа, 1980. -240 с.

22. Эффективность применения, в, энергетике КАТЭК экологически перспективных энерготехнологических блоков электростанций с новымитехнологиями использования« угля: Учеб. пособие / Ноздренко Г.В. -Новосибирск: Новосиб; Электротехн; ИН-т., 1992!- 249-с:

23. Goal utilization. Technology, Economics and Policy./. E.: Grainger and J. Gibson. London, 1981. - 503 p.

24. Klosek J., Sorenson J.G. Flexibility for CGCC power generation LPM . energy storage // Proc: Amer. Power Conf. Vol. 53. Pt 1.53rd Annu. Meet., Chicago,

25. I., 1991.-pp. 720-725. . '35; Schmoe I,ее A., Tam Samuel S., Walters Arden В., Weber William. Enhancement of IGCC through clean by-product fuel coproductiom// Proc;. Amer:, Power Conf; Vol. 53. Pt 1:53rd Annui Meet:, Chicago, IV., 1991. pp. 726-731.

26. LongwelU.P., Rubin.E.S.,-Wilson J. Coal: energy for the future // Progress injEnergy and Combustion Science, 1995. T. 21. - № 4. - pp. 269 - 360:

27. Попырин Л.С., Самусев В;И:, Эпельштейн В В. Автоматизация-математического моделирования теплоэнергетических установок. — М.г: Наука, 1981.-236 с.

28. Левенталь Г.Б., Поиырин Л.С. Оптимизация теплоэнергетических установок. — М.: Энергия, 1970. — 352 с.

29. Метода математического моделирования и оптимизации теплоэнергетических: установок. Отв. ред. Г.Б. Левенталь,. Л: С J Попырин! — М::; Наука, 1972.-224 с.

30. Комплексная оптимизация теплосиловых систем. Под. ред. Л.С. Попырина. Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1976. - 316 с.

31. Попырин JI.C. Математическое моделирование и оптимизация теплоэнергетических установок^ —Mi; Энергия; 19781-416,0;

32. Методы оптимизации сложных теплоэнергетических установок / A.Mi Клер, H.II. Деканова, Т.П. Щеголева иг др. Новосибирск: ВО «Наука».

33. Сибирская издательская фирма; 1993i-116 с.

34. Клер- А-.М., Корнеева З.Р., Деканова- Н.П. и др. Математическое моделирование и оптимизация режимов работы ТЭЦ // Новые технологии и научные разработкив энергетике. Новосибирск, 1994. - Выпуск № 2.

35. КлерА.М.,ДекановаН.П., Корнеева З.Р., Михеев А.В. Оптимизация режимов при оперативном управлении ТЭЦ // Методы управления физико-техническими системами энергетики в новых условиях. Новосибирск: ВО «Наука». Сиб. издат. фирма, 1995. - С. 86 - 89.

36. Клер A.M., Деканова Н.П., Михеев А.В. Задачи оптимизации при оперативном управлении режимами работы ТЭЦ // Методы оптимизации и их приложения: Тез. докл. 10-й Байкальской школы-семинара. Иркутск: 0Э№00 ; РАН, 1995.-G. 80- 84. : ; '

37. Н.П., Скрипкин С.К. и др. Новосибирск: Наука. Сиб: предприятие РАН, 1997. - 120с. .

38. Палагин A.A. Логически-числовая модель турбоустановки // Проблемьвмашиностроения; 1975:.— Bbini№2 — С. 103 - 106;

39. Шубёнко-Шубин^ . Л.А., Стоянов Ф.А. Автоматизированное проектирование; лопаточных аппаратов тепловых турбин. — JI.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1984. — 237 с. .

40. Палагин A.A., Ефимов A.B. Имитационный эксперимент на математических моделях турбоустановок. Киев: Наук, думка,,1986. - 132 с:

41. Вульман Ф.А., Хорьков Н:С. Тепловые расчёты на ЭВМ1? теплоэнергетических установок. -М.: Энергия, 1975. 200 с.

42. Андрющенко А.И., Змачинский A.B., Понятов В.А. Оптимизация тепловых циклов и процессов ТЭС. М.: Высш. шк. 1974. - 279 с. . .58: Кафаров В.В. Методы кибернетики в химии и химической технологии. М.: Химия, 1985: - 448 с.

43. Кафаров В В., Вётохин В.И. Основы автоматизированного проектирования химических производств. М.: Наука, 1987. - 620 с. .

44. Полак, Л.С., Гольденберг М:Я., Левицкий A.A. Вычислительные методы в химической кинетике. М.: Наука; 1984. - 280 с.

45. Кантарджян СЛ., Еганян Т.К., Хуршудян А.К. Экономико-математическое моделирование химико-технологических систем. — Л.:Химия, 1987.- 160 с.

46. Островский Г.М., Бережинский Г.А. Оптимизация химико-технологических процессов. Теория и практика. М.: Химия, 1984: — 240 с.

47. Хасилев В.Я. Элементы теории гидравлических цепей // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1964. - № 1. - С. 69 - 88.

48. Хасилев В.Я. Линейные и линеаризованные преобразования схем гидравлических цепей // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1964. - № 2. -С. 231 -243.

49. Меренков А.П., Хасилев В .Я. Теория гидравлических цепей М.: Наука, 1985. - 278 с.

50. Сеннова Е.В., Сидлер В.Г. Математическое моделирование и-оптимизация развивающихся теплоснабжающих систем. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1985.-222 с.

51. Каганович Б.М. Критерии экстремальности в теории гидравлических цепей. Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 1997. - 22 с.

52. Каганович Б.М., Меренков А.П., Сумароков C.B., Ширкалин И.А. Потокораспределение в сетях и экстремальные принципы механики и термодинамики // Изв. РАН. Энергетика. 1995. - № 5. - С. 107 - 115.

53. Yasumasa Fujii. Analysis of the optimal configuration of energy transportation infrastructure in Asia with a linear programming energy system model // International Journal of Global Energy Issues. Volume 18. - No. 1, 2002. - pp. 23 - 43.

54. Г.Я. Бернер. Конструкции и условия эксплуатации зарубежных очистных устройств дымовых газов / Новости теплоснабжения. 2004. - № 3 (43).http://www.ntsn.ni/3 2004.html

55. О.Н. Фаворский. Об энергетике России в ближайшие 20 30 лет / Вестник Российской Академии Наук. - 2007. - Т. 77. -№ 2. - С. 121 - 132.

56. Оценка стоимости строительства и эксплуатации угольных ТЭС (на примере США). Под ред. Г.Г. Ольховского. М.: ВТИ, 2009.

57. Энергетика XXI века: системы энергетики и управление ими / С.В. Подковальников, С.М. Сендеров, В.А. Стенников и др.;.Отв. ред: Н.И1 Воропай. Новосибирск: Наука, 2004. - 364 с.

58. И. Таразанов. Итоги работы угольной промышленности России за январь-март 2009 года // Уголь. 2009. - № 6. - С. 40 - 48.http://www.ugolinfo.ru/itogi2009q 1 .html

59. Энергетическая стратегия'России'на период до 2020 года Текст.: [утверждена Постановлением Правительства Российской, Федерации» № 1234-р 23 авг. 2003 г.]. М., 2003.76. http://www.raexpert.rU/researches/energy/teploenergetic/4/

60. Соколов А.Д., Такайшвили JI.H. Моделирование и оптимизация, развития угольной промышленности в условиях рынка // Пятые Мелентьевские теоретические чтения: Мат. науч.-практ. конф. М.: Изд-во ИНЭИ РАН; 2004. -С. 281 -291'.

61. Соколов А.Д., Такайшвили Л.Н. Инструментальные средства^ для исследования угольной промышленности // Информационные технологии в науке и образовании: Тр. Всерос. конф. Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2002. - С. 116-121.

62. Г.В: Агафонов, А.Д. Соколов. Долгосрочные тенденции развития угольной промышленности- мира и России // Изв. РАН. Энергетика. — 2004. — №1.-С. 26-33.

63. Романов С.М. Перспективы развития добычи, переработки и использования бурых углей в России // Уголь. 2009. - № 1. — С. 15 - 17.

64. Воропай Н.И. Инвестиции и развитие электроэнергетики в рыночной среде // ТЭК. 2002. - № 3. - С. 69 - 72.

65. Степанов A.B., Ковтун Г.А., Матусевич Г.Г. и др. Ресурсосбережение и энергохимическое использование нефти. Киев.: Наукова думка, 2008. - 239 с.

66. КАТЭК и развитие отраслей хозяйства Сибири. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1984. -164 с.

67. Липович В.Г., Калабин Г.А., Калечиц И.В. и др. Химия и переработка угля. М:: Химия, 1988. - 336 с.

68. Крапчин И.П., Потапенко Е.Ю. Перспективы производства синтетического жидкого топлива из углей // Химия твердого топлива. 2004. — № 5. - С. 59 - 65.

69. Крапчин И.П., Кудинов Ю.С. Уголь сегодня, завтра. М.: Новый век, 2001.-215 с.

70. Хоффман Е. Энерготехнологическое использование угля: Пер. с англ. Под ред. Э.Э. Шпильрайна. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 328 с.

71. Уайтхерст Д.Д., Мишель Т.О., Фаркаши М. Ожижение угля: Пер. с англ. Под ред. В.Г. Липовича. М.: Химия, 1986. - 336 с.

72. Гаркуша А.А., Кричко А.А. и др. Переработка бурого угля в жидкие продукты на опытном заводе СТ-5 // Химия твёрдого топлива, 1990. — № 4. — С. 84 90.

73. Синтетическое топливо из углей. Сб. научных трудов Института горючих ископаемых.-М.: вып. 1983, 1984 и 1986»гг.

74. Юлин М.К. Синтетическое жидкое топливо из бурых углей Канско-Ачинского бассейна // Химия твёрдого топлива, 1990. № 6. - С. 55-63.

75. Печуро Н.С., Капкин В.Д., Песин О.Ю. Химия и технология синтетического жидкого топлива и газа. М.: Химия, 1986. — 352 с.

76. Чуханов З.Ф. Энерготехнологическая переработка углей // Труды совещания по химии углей и сланцев. — М., 1985 — 28 с. ,

77. Химическая технология твёрдых горючих ископаемых. Под ред. Макарова Г.Н., Харламповича Г.Д. М.: Химия, 1986. - 496 с.

78. Волков Э.П. Проблемы использования низкосортных топлив в работах энергетического института им. Г.М. Кржижановского» // Электрические• станции. 1989: - № 8. - С. 46 - 52.

79. Малышев Ю.Н.', Зыков В.М. Будущее угольной промышленности // Уголь. 1997. -№ 11.- С.5- 14.

80. Физико-химические свойства газов и жидкостей. Производство технологических газов. Очистка технологических газов. Синтез аммиака: справочник азотчика. Под ред. Е.Я. Мельникова. 2-е изд. перераб. М.: Химия, 1986.-512 с.

81. Альтшулер B.C. Новые процессы газификации твердого топлива. — М.: Недра, 1976. -280 с.

82. Шиллинг Г.Д., Бонн Б., Краус У. Газификация угля: Горное дело -сырьё энергия. Пер. с нем. - М.: Недра, 1986. - 175 с. „

83. Шелдон P.A. Химические продукты на' основе синтез-газа: Пер. с англ. Под ред. С.М. Локтева: М.: Химия; 1987. - 248 с:,

84. Матрос Ю.Ш. Каталитические процессы в нестационарных условиях. Новосибирск: Наука, 1987. - 230 с.105i Proc. IV Natural Gas Conversion Symposium^ (Kruger National Park, South Africa, 1995). Amsterdam. Elgevier, 1997.

85. Антифеев B.H. Моторное, топливо транспорта XXI века. Экологические, сырьевые и технические аспекты // Мировая экономика. — 2005. — № 2. — С. 3-8.

86. Смирнова Т., Захаров С. Диметиловый эфир экологически чистое моторное топливо-XXX века. Теория и практика внедрения ДМЭ на городском транспорте // Автогазозаправочный комплекс. - № 3. - 2002.

87. АСУТГГ для» производства российского' диметилового эфира // Химический журнал. 2002. - № 1.109. http://www.sibai.ru/content/view/405/519

88. К 2007 году 3000-московских грузовиков будут переведены на диметилэфир // Московский топливный рынок. 2004. — № 3. — 17 с.

89. Ы5. Hansen J.B., Mikkelsen S.-E., DME as Transportation Fuel, Project Carried out for the Danish Road Safety & Transport Agency and the Danish Environmental Protection agency, 2001.

90. Volvo Bus Corporation Company Presentation, 2004.

91. JFE Holdings, Inc, http://www.ife-holdings.co.ip/en/dme/.

92. Basu A., Wainwright J.M., DME as a Power Generation Fuel: Performance in Gas Turbines, Presented at the PETROTECH-2001 Conference; New Delhi, India. January, 2001.

93. Г. Анисимов. Энергия 2.0 // Большой город. 5.04.2007. - С. 15 - 20.http://www.bg.ru/article/6610/

94. О производстве метанола в России // Бюллетень иностранной коммерческой* информации. 8.VIII.2009.http ://www.neftegaz-expo.ru/ru/reviews/printable.php?print::= 1 &id4=2342

95. Murray J. The Regulation- of Electricity Markets Worldwide: when Theory Meets Practice. Speech, to IERE General Meeting, Jinan, China. 13 Nov. 2002.

96. Попырин JI.C. и др. Математическое моделирование и комплексная оптимизация теплоэнергетических установок // Системы энергетики: управление развитием и функционированием. Иркутск: СЭИ СО РАН СССР, 1986.-С. 36-38.

97. Справочник современных процессов переработки газов 1992 г. Нефть, газ и нефтехимия за рубежом. 1992. - № 9. - 76 с.

98. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1973. - 752 с.

99. Справочник по физико-техническим основам криогеники. Под. ред. М.П. Малкова. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1973. - 392 с.

100. В.М: Рамм. Абсорбция газов. М.: Химия, 1966. - 768 с.

101. Миркин А.З., Усинып В.В. Трубопроводные системы: справочное издание. -М.: Химия, 1991. 256 с.

102. Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков, инженеров и врачей; Под. Ред. И.В. Лазарева и Э.И. Левиной. Изд. 7-е, пер. и доп. В 3-х томах: - Том I. Органические вещества. - Л;: Химия, 1976. — 592 с.

103. Рудин M.F. Карманный справочник нефтепереработчика; Л.: Химия, 1989. - 464 с.

104. А.Н. Баратов, А.Я. Корольченко, Г.Н. Кравчук и др. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. Справ, изд.: в 2-х книгах. -Кн. 1. -М.: Химия, 1990. -496 с.

105. Ривкин С.Л., Александров A.A. Теплофизические свойства воды и водяного пара. М.: Энергия, 1980. - 424 с.

106. Термодинамические свойства индивидуальных веществ; Под. ред. B.IX Глушко и др. -М.: Изд.-во АН СССР, 1962. Т. 2. - 916 с.

107. Рид Р., Шервуд Т. Свойства,газов и жидкостей. — Л.: Химия, 1971. — 704 с. ' • ;

108. Прейскурант № 10-03 . Тарифное руководство № 1 РЖД. -М., 2003: