автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Оптимизационные исследования и выбор рациональных схем когенерационных энергокомплексов

На правах рукописи БУДАНОВ Виталий Александрович

ОПТИМИЗАЦИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ СХЕМ КОГЕНЕРАЦИОННЫХ ЭНЕРГОКОМПЛЕКСОВ

Специальность 05.14.04 — Промышленная теплоэнергетика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

¡1 7 ЛЕК 1

Москва-2009 г.

003488924

Работа выполнена в Московском государственном открытом университете.

Научный руководитель — доктор технических наук,

лауреат Госпремии РФ по науке и технике Томаров Григорий Валентинович

Официальные оппоненты: доктор технических наук Попель Олег Сергеевич

Ведущая организация — ЗАО НПО «Турбокон» г. Калуга

Защита состоится 19 января 2010 года в аудитории 342 в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.137.01 в Московском государственном открытом университете по адресу: 107996, г. Москва, ул. Павла Корчагина, д. 22.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного открытого университета.

кацдидат технических наук,

лауреат Госпремии РФ по науке и технике

Семенов Валерий Николаевич

Автореферат разослан « » декабря 2009 г.

диссертационного совета

Учёный секретарь

А.Б. Пермяков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Рост цен на органическое топливо, повышение экологических требований и стремление к децентрализованному энергоснабжению стимулируют развитие когенерационных технологий в России и за рубежом. Долгосрочное развитие энергетического комплекса неразрывно связано с широкомасштабным использованием когенерационных энерготехнологий.

В последние годы в России наметилась тенденция роста количества компаний, выбравших когенерационные энерготехнологии в качестве предмета своей деятельности. При этом анализ отечественного опыта реализации проектов по внедрению когенерационных энергосистем свидетельствуют о наличии ряда принципиальных барьеров и рисков, включая технико-экономические проблемы оптимизации технологических схем и выбора оборудования когенерационных энергоустановок (КЭУ) и энергокомплексов.

Задача выбора первичного двигателя и оптимизация технологической схемы когенерационных энергокомплексов осложняется тем, что сегодня выпускается большой спектр различных типов двигателей: газотурбинные, газопоршневые, паротурбинные, дизельные и другие, которые существенно отличаются по единичной мощности, эффективности, ремонтопригодности, эколо-гичности и другим характеристикам.

Отсутствие методологии выбора оптимальных технологических схем, первичного двигателя и ряда других технических решений, необходимость которых возникает при создании когенерационных комплексов, значительно сдерживает их развитие.

Наиболее перспективными направлениями внедрения современных когенерационных энергоустановок являются сооружение на их основе систем автономного теплоэлектроснабжения новых предприятий и реконструкция устаревших котельных путем перевода их в мини-ТЭЦ.

Формирование концепции и определение технических решений при практической реализации проектов по реконструкции устаревших котельных имеет принципиальные отличия от случаев создания новых автономных когенерационных установок и энергосистем. Прежде всего, это связано с вопросами оп-

тимизации совместной работы оставшегося котельного оборудования и надстройки в виде КЭУ.

Актуальными задачами НИОКР являются повышение эффективности и надежности когенерационных энергоустановок и комплексов.

Целью работы является разработка научно-технических и технологических основ эффективного применения когенерационных энергоустановок и технологических комплексов при создании новых систем теплоэлектроснабже-ния и реконструкции устаревших котельных путем перевода их в мини-ТЭЦ.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

1. Анализ влияния технических параметров и технологических свойств КЭУ на область и эффективность их применения.

2. Разработка критериально-параметрической базы и создание программного комплекса по оптимизации выбора оборудования когенерационных энергоустановок при сооружении автономных энергосистем с учетом приоритетов в технической, экономической, эксплуатационной и экологической эффективности.

3. Создание программных средств, расчетное моделирование и оптимизационные исследования технологических схем когенерационных энергокомплексов с газопоршневыми и газотурбинными двигателями.

4. Разработка принципов выбора рабочих тел, создание математической модели и выполнение оптимизационных исследований включения в технологические схемы когенерационных энергокомплексов бинарных энергоблоков.

5. Разработка технических решений и оценка эффективности использования когенерационных установок на практических примерах реконструкции устаревших котельных в мини-ТЭЦ и создании новых автономных систем тепло- и электроснабжения.

Научная новизна

1. Проведен комплексный анализ технических параметров и технологических свойств первичных двигателей, влияющих на область и эффективность применения КЭУ, на основе которого разработана кри-

териально-параметрическая база данных современного оборудования КЭУ.

2. Разработана методология и создан программный комплекс оптимизации выбора оборудования КЭУ при сооружении автономных энергосистем, учитывающий приоритеты в технической и экономической эффективности объекта.

3. Проведено расчетно-аналитическое обоснование и сравнение эффективных вариантов использования газопоршневых когенерационных установок и газовых турбин, а также применение топливных элементов в схеме газотурбиной установки при переводе водогрейной котельной в мини-ТЭЦ.

4. Выполнен комплексный анализ технологических свойств рабочих тел на основе, которого разработаны модели тепловых схем и построены ТС? - диаграммы парогенератора бинарного блока.

5. Расчетно-аналитически обоснованы диапазоны оптимальных температур насыщения пара в конденсаторе и испарителе бинарного блока, работающего совместно с КЭУ.

6. Проведено расчетно-аналитическое обоснование повышение технико-экономических показателей при включении бинарного энергоблока с низкокииящим рабочим телом в состав газотурбинной мини-ТЭЦ.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается применением широко используемых методик расчетов элементов тепловых схем ТЭЦ, апробированных математических методов моделирования и полученных результатов, сходимостью с подобными результатами работ других авторов, расчетов проектных организаций.

Практическая значимость и реализация результатов работы

1. Создана критериально-параметрическая база данных и разработан программный комплекс для решения практических задач выбора оптимального оборудования КЭУ с учетом приоритетов в технической, экономической, эксплуатационной и экологической эффективности.

2. Определены оптимальные варианты применения газопоршневых ко-генерационных установок и газотурбинной надстройки, в том числе с включением топливных элементов при переводе водогрейной котельной мощностью 40 Гкал/ч в мини-ТЭЦ.

3. Результаты проведенного комплексного анализа технологических свойств веществ использованы при выборе рабочего тела для строящегося на Паужетской ГеоЭС отечественного пилотного бинарного энергоблока, а также могут быть востребованы при применении бинарных блоков в схемах КЭУ.

4. Получены значения диапазонов оптимальных температур в испарителе и конденсаторе бинарных блоков, при использовании в качестве рабочего тела R134a и R600.

5. Определена зависимость чувствительности мощности (нетто) бинарного блока от температуры насыщения в конденсаторе.

6. Установлена эффективность применения бинарных блоков в схемах газотурбинных мини-ТЭЦ.

7. Результаты сравнительного анализа технико-экономических показателей ТЭЦ электрической мощностью 60 МВт с использованием ко-генерационных установок ГТА-16П и ГПМ Rolls - Royce В35: 40V16AG использованы при реализации проекта создания ТЭЦ в микрорайоне Данилово округа Домодедово г. Москвы.

Автор защищает:

1. Критериально-параметрическую базу данных КЭУ и методологию оптимизации выбора оборудования КЭУ при создании автономных энергокомплексов.

2. Результаты расчётно-аналитических исследований применения газопоршневых, газотурбинных двигателей и топливных элементов при переводе водогрейной котельной мощностью 40 Гкал/ч в мини-ТЭЦ.

3. Результаты проведенного анализа возможности применения рабочих тел для бинарных энергоблоков.

4. Полученные в ходе расчётных исследований значения диапазонов оптимальных температур в испарителе и конденсаторе бинарных блоков, при использовании в качестве рабочего тела И 134а и Я600.

5. Результаты расчётно-аналитических исследований тепловых схем работы бинарных блоков в составе КЭУ, позволяющие обосновать повышение технико-экономических показателей при включении бинарного энергоблока с низкокипящим рабочим телом в состав газотурбинной мини-ТЭЦ.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на Международная науч.-практ. конф. «Энергетика-2008: Инновации, решения, перспективы» (г. Казань, 2008 год); VI международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" (г. Москва, 2009 г.); Международной науч.-техн. конф. «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (г. Иваново, 2009 г).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 работ в научных изданиях, в том числе три публикации в изданиях из перечня, рекомендуемого ВАК.

Личный вклад автора заключается в анализе опубликованных данных по характеристикам современных когенерационных энергоустановок малой и средней мощности, в постановке и проведении расчётных исследований, направленных на выполнение поставленных задач, в анализе полученных результатов.

Структура и объём диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, выводов по работе, списка использованной литературы, включающего 83 наименования, и приложения. Содержание работы изложено на 174 страницах, содержит 97 рисунков и 28 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе систематизированы технические, экологические и другие преимущества и особенности совместного производства тепла и электроэнергии в когенерационных установках. Проведён комплексный анализ технико-

экологических характеристик современных КЭУ малой и средней мощности, который свидетельствует о существовании больших различий в технико-экономических, экологических и эксплуатационных характеристиках между типами первичных двигателей, в том числе по единичным мощностям, по стоимости I кВт установленной мощности, ресурсу и удельному расходу условного топлива на выработку электроэнергии (см. рис. 1 — 3).

<\>

о ц

з- 3

3 Е

<° 5

Г» "

Й- «

С "О .3

Топливный элемент

ДВС с искровым зажиганием

Дизельный ДВС

Газовая турбина

Паровая турбина

-г

0,003 0,01 0,2

0,25 1 6 11 20 300

Электрическая мощность, МВт

Рис. 1. Диапазоны единичных мощностей первичных двигателей

Ресурс

ГПА ГТУ

ТЭ'

V Стоимость

Рис. 2. Сравнение первичных двигателей по ресурсу и стоимости 1 кВт установленной мощности

Поэтому задача выбора оборудования когенерационных энергокомплексов требует решения следующих вопросов:

1. Оптимизация количества и единичной мощности первичных двигателей КЭУ.

2. Выбор оборудования КЭУ по техническим характеристикам.

3. Экономическая целесообразность внедрения КЭУ.

4. Оптимизация эксплуатационных показателей КЭУ.

5. Сопоставление экологических показателей КЭУ.

6. Выбор рабочего тела и оптимизация термодинамических параметров бинарного блока, интегрируемого в КЭУ.

Рис. 3. Удельный расход условного топлива на выработку электроэнергии различными первичными двигателями

Построение технологических схем мини-ТЭЦ велось на базе муниципальной газовой водогрейной котельной г. Анапа с двумя котлами КВГМ-20-150 с целью:

1) обеспечения выработки дешевой электроэнергии для покрытия собственных нужд котельной;

2) рассмотрения возможности снижение нагрузки и числа часов работы котлов в случае их изношенности;

3) рассмотрения возможности замены котлов при их значительном износе;

4) коммерческого отпуска электроэнергии в сеть.

Для анализа предложены следующие технические решения:

1. Создание мини-ТЭЦ с использованием группы газопоршневых КЭУ (полная замена котельной на мини-ТЭЦ).

2. Совместная работа газопоршневых КЭУ с водогрейными котлами.

3. Создание мини-ТЭЦ с использованием группы газотурбинных КЭУ (полная замена котельной на мини-ТЭЦ).

4. Создание мини-ТЭЦ с помощью надстройки водогрейных котлов газовыми турбинами.

5. Совместная работа КЭУ и бинарного энергоблока.

6. Мини-ТЭЦ с гибридными двигателями.

Вторая глава посвящена разработке структуры и созданию критериально-параметрической базы данных параметров и характеристик КЭУ и программного комплекса для оптимизации выбора оборудования когенера-ционных энергоустановок. С этой целью были выделены наиболее важные параметры и характеристики когенерационных энергоустановок , по которым можно провести комплексное сравнение альтернативных вариантов. На основании этих характеристик были сформулированы группы безразмерных критериев (рис. 4):

1. Технические.

2. Экономические.

3. Эксплуатационные.

4. Экологические.

Формирование математических выражений для расчета значения каждого критерия для конкретного варианта КЭУ строилось на основе следующих принципов:

1. Определение параметров, характеризующих данный критерий.

2. Оценка диапазона возможного изменения параметров.

3. Задание зависимости величины критерия от выбранных параметров.

Для каждой из сравниваемых когенерационных установок (вариантов) вычисляется сумма величин критериев. Сравнение альтернативных вариантов КЭУ проводится по сумме значений критериев с учётом весовых коэффициентов для каждой группы:

утт ■ жт™ + ¥экотм ■ Ж3- + ^ • Ж3™ + ¥эт ■ Ж*», (!)

здесь:

Ж7''х", ¿к3"'"0", Жэ"с"\ Ж3"" — сумма значений соответственно технических, экономических, эксплуатационных и экологических критериев; Уте*,' ~~ весовЬ1е коэффициенты для каждой группы критери-

ев, которые определяют приоритетность той или иной группы.

Технические критерии

1. Вид топлива.

2. Электрический КПД когенерационной установки.

3. Электрическая мощность энергоустановки.

4. Соотношение электрической мощности и количества утилизируемой теплоты.

5. Температура горячей воды, е. Давление пара.

7. Критерий, характеризующий влияние температуры наружного воздуха на электрическую мощность энергоустановки.

8. Критерий, характеризующий зависимость электрического КПД от электрической нагрузки энергоустановки.

9. Критерий, характеризующий зависимость электрического КПД от температуры наружного воздуха.

1. Суммарный приведенный выброс.

2. Шумовое воздействие.

3. Техническое потребление воды на собственные нужды.

4. Инфраструктурное воздействие.

Эксплуатационные критерии

1. Срок службы энергоустановки.

2. Стоимость капитального ремонта.

3. Количество обслуживающего персонала.

4. Время эксплуатации энергоустановки между капитальными ремонтами.

5. Удельный расход масла.

6. Коэффициент готовности энергоустановки.

Экономические критерии

1. Коэффициент использования топлива когенерационной установкой.

2. Годовая выработка тепловой энергии на мини-ТЭЦ.

3. Годовая выработка электрической энергии на мини-ТЭЦ.

4. Удельные капитальные затраты на строительство энергоустановки.

Рис. 4. Структура и состав критериально-параметрической базы данных о параметрах и характеристиках КЭУ

Наиболее целесообразным вариантом является КЭУ, имеющая наибольшую сумму величин критериев.

Для проведения оптимизации выбора оборудования КЭУ создан программный комплекс «ОПТИМ КЭУ» (свидетельство № 2009610314 о государственной регистрации программы), который использует разработанную крите-

риально-параметрическую базу данных характеристик КЭУ. Блок-схема программного комплекса приведена на рис. 5.

Определение количества сравниваемых вариантов

t-N

1-у

Задание электрической

мощности энергоустановки

ьч 1/

Задание предпочтительного вида топлива энергоустановки

И 1/

Расчёт величин критериев

НЕ

Расчёт суммы критериев с учётом весовых коэффициентов для каждой группы

SE

Выбор оптимального варианта

(вариант с наибольшей величиной суммы критериев)

НЕ

' Отображение результатов v расчёта в виде таблиц и диаграммы

Определение приоритетных характеристик установки (приоритет технических,

экономических, эксплуатационных или экологических характеристик)

БАЗА ДАННЫХ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК КЭУ

( Ввод исходных данных по каждой установке: 1

^ ^ 1 Технические \ | Экономические j

1 характеристики | , характеристики t

[ Эксплуатационные ! 1 Экологические ^

1 характеристики | ^ характеристики |

v----------- ----------'

Рис. 5. Блок схема программного комплекса «ОПТИМ КЭУ»

Программный комплекс «ОПТИМ КЭУ» позволяет проводить предварительную оценку целесообразности применения различных видов первичных двигателей при выборе состава когенерационных энергокомплексов.

Третья глава посвящена расчётному моделированию и оптимизационным исследованиям технологических схем когенерационных энергокомплексов с газопоршневыми и газотурбинными двигателями.

За исходный энергообъект исследования, на базе которого рассматривались различные варианты построения когенерационного энергокомплекса взята типовая газовая водогрейная котельная г. Анапа с двумя котлами КВГМ-20-150. Для случая, когда не предполагается демонтаж котлов модели-

решались следующие варианты технологических схем с газопоршневыми двигателями:

1. Пристройка к котельной одного газопоршневого когенератора, работающего по отопительной нагрузке горячего водоснабжения (ГВС) — вариант К» I.

2. Пристройка к котельной двух газопоршневых когенераторов: первый — для покрытия нагрузки ГВС, второй —для покрытия минимального теплового потребления на отопление — вариант №2.

3. Пристройка к котельной трёх газопоршневых когенераторов: первый — для покрытия нагрузки ГВС, второй —для покрытия минимального теплового потребления на отопление, третий для частичного или полного покрытия отопительной нагрузки — варианты №>3 — 11.

Автором разработана математическая модель тепловой схемы вышеуказанных вариантов технологических схем мини-ТЭЦ.

На рис. 6 приведены некоторые результаты расчетных исследований в виде зависимости годового коэффициента использования топлива (КИТ) на мини-ТЭЦ от установленной электрической мощности газопоршневых когенераторов.

На график нанесены характерные точки, соответствующие рассматриваемым вариантам. От точки 1 к точке 2 происходит увеличение КИТ в связи с тем , что увеличивается количество тепловой энергии, вырабатываемой коге-нерационным способом. Снижение КИТ от точки 2 к точке 3 и далее к точке 11 обусловлено тем, что увеличивается количество часов работы ГПА без утилизации тепла: режимы работы ГПА на частичных нагрузках исключены, потому что при таких режимах падает выработка электроэнергии на мини-ТЭЦ и резко возрастают сроки окупаемости проекта.

На рис. 7 представлены зависимости коэффициента использования установленной электрической мощности (КИУМ) и стоимости 1 кВтч выработанной электроэнергии на мини-ТЭЦ от установленной электрической мощности газопоршневых когенераторов.

теплоты, вырабатываемой (без утилизации тепла)

когенерациоиным способом

Рис. 6. Зависимость годового коэффициента использования топлива на мини-ТЭЦ от установленной электрической мощности газопоршневых когенерато-ров

Наиболее эффективным с точки зрения использования установленной мощности ГПА и обладающим наименьшей стоимостью 1 кВт-ч выработанной электроэнергии является вариант с установкой одного ГПА для покрытия нагрузки ГВС. При установке ещё одного ГПА для покрытия минимального теплового потребления на отопление КИУМ резко снижается (на 50 %), а себестоимость незначительно возрастает на 9 %. Дальнейшее увеличение установленной электрической мощности на мини-ТЭЦ приводит к резкому увеличению себестоимости и незначительному падению КИУМ.

Таким образом, в случае изношенности водогрейных котлов и необходимости их разгрузки и уменьшения числа часов работы, наиболее целесообраз-

ными являются варианты с установкой одного когенератора для покрытия среднесуточной нагрузки ГВС или двух — для покрытия среднесуточной нагрузки ГВС и минимального теплового потребления на отопление.

КИУМ, %

_ Л / _ ._ ______________11

1,19 1,14 1.09 1,04 0,99 0,94 0,89 0,84

0 5000 10000 15000 20000 25000 Установленная мощность, кВт

Рис. 7. Зависимость коэффициента использования установленной мощности и стоимости 1 кВтч выработанной электроэнергии от установленной электрической мощности газопоршневых когенераторов

В случае значительной изношенности водогрейных котлов возникает вопрос о резервировании тепловой мощности. Если котлы не демонтируются, то они будут использоваться в качестве резерва, в случае демонтажа обоих котлов резервирование тепловой мощности будет осуществляться газопоршневыми когенераторами.

Для обоих случаев были рассчитаны технико-экономические показатели вариантов, отличающихся друг от друга единичной установленной мощностью и количеством установленных газопоршневых когенераторов, работающих по пиковой части графика отопительной нагрузки (рис. 8).

Расчёты показали, что в случае значительной изношенности и необходимости замены водогрейных котлов при резервировании тепловой мощности

т ь Ш *.

Т 5 ь >» ш а. * г* Л

г л О

II-

<Г2 о И ь О-О Ю (П о.

л/ -- а-

газопоршиевыми когенераторами наиболее экономически целесообразными являются варианты начиная с установки 4-х и более ГПА, работающих по переменной отопительной нагрузке. При резервировании тепловой мощности уже имеющимися водогрейными котлами минимальный срок окупаемости достигается при установке одного ГПА.

Количество ГПА, работающих 0,0 по пиковой части графика отопительной нагрузки_

Расчётная единичная мощность ГПА, МВт

16,5

5,5

4,13

2,06

Рис. 8. Зависимость сроков окупаемости мини-ТЭЦ от единичной мощности и количества установленных газопоршневых когенераторов в случае полной замены водогрейных котлов

Перевод отопительной котельной в мини-ТЭЦ с использованием газовых турбин может быть проведён следующими способами:

1. Установка модулей ГТУ-ГПСВ (газовый подогреватель сетевой воды) и интегрирование их в тепловую схему котельной.

2. Надстройка действующих водогрейных котлов газотурбинными установками. При этом необходимо согласование характеристик ГТУ и котлов.

Максимальная установленная электрическая мощность надстраиваемых газовых турбин 6150 кВт будет ограничена максимальным расходом дымовых

газон, который могут пропустить котлы КВГМ-20-150: каждый котёл не более 10,23 кг/с. В первом варианте устанавливается одна ГТУ мощностью 900 кВт. Расход и температура дымовых газов при сбросе их в котёл КВГМ-20-150 без дожигания позволяют покрыть среднесуточную нагрузку ГВС. Остальные варианты (2 7) отличаются от первого надстройкой к котлам ещё одной газовой турбины, а между собой — номинальной электрической мощностью второй турбины. Вторая ГТУ частично обеспечивает минимальное тепловое потребление на отопление.

Зависимости основных технико-экономических показателей мини-ТЭЦ от электрической мощности надстраиваемых газовых турбин приведены на рис. 9 — 10. Из данных зависимостей видно, что с увеличением установленной мощности наблюдается ухудшение технико-экономических характеристик мини-ТЭЦ.

Варианты

500 1500 2500 3500 4500 5500

Установленная электрическая мощность, кВт

Рис. 9. Зависимость годового коэффициента использования топлива и срока окупаемости мини-ТЭЦ от установленной электрической мощности газовых турбин

Таким образом, в случае изношенности водогрейных котлов и необходимости их разгрузки и уменьшения числа часов работы, наиболее целесообразным является вариант надстройки котельной одной ГТУ для покрытия среднесуточного потребления на ГВС.

КИУМ, %

100% ■

90%

80%

70%

60%

60%

40%

\ Л Гд

•\ *' V 11 \ 1» \ 1 1 1 1 1- J *

1 1

• 1 у *' VL »4 /1 •; / ' • j / *' / 1 • 1 1 ! 1 ■ •

1 \ / * | / 11 / 11 / ■ ■

/ »

1,26

т

1,24 | 3

Ъ 1,22 ^ •С

О

1,2 *

1.18 g

ю 16

1,161 а т

1 14 н 1 со и

1,12 л о

о %

--1.1

1,08

. О

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Установленная мощность, кВт

Рис. 10. Зависимость коэффициента использования установленной мощности и стоимости 1 кВт-ч выработанной электроэнергии от установленной электрической мощности газовых турбин на мини-ТЭЦ

В четвёртой главе проведён анализ эксплуатационных свойств и разработка принципов выбора рабочих тел бинарных энергоблоков, работающих совместно с когенерационными установками. На сегодняшний день насчитывается всего около 300 химических соединений, которые теоретически возможно использовать в цикле ПТУ. Однако, на практике известен опыт применения около 15-ти низкокипящих рабочих тел (НРТ), в том числе смесей. В настоящее время отмечается переход на использование озонобезопасных рабочих тел, в основе - природного происхождения. Большая часть ранее изученных НРТ в соответствии с экологическими резолюциями попадает под экологический запрет и возникает необходимость исследования новых НРТ. Вредность веществ по отношению к озоновому слою планеты оценивается с помощью характеристики ODP.

Экологические характеристики НРТ являются наиболее весомыми, так как в первом приближении позволяют определить круг возможных рабочих тел. Для проведения оптимизационных исследований параметров бинарного энер-

гоблока из группы разрешенных НРТ были выбраны два рабочих тела: бутан (R6G0) и тетрафторэтан (R134a). Сравнение основных характеристик исследуемых рабочих тел приведено в табл. 1.

Таблица 1. Сравнение характеристик исследуемых рабочих тел

Характеристики энергоустановки Размерность R600 R134a

Хим. формула — С4Н10 с2г4н2

Молярная масса кг/кмоль 58,12 102,03

Критическая температура °С 151,98 101,1

Критическое давление МПа 3,796 4,059

Пожароопасность - Горючий газ Негорючий газ

ОЭР — 0 0

0\УР — <10 1300

Класс безопасности (АБН-ЯАЕ) — A3 А1

'Геплофизические свойства выбранных для исследования рабочих тел обуславливают различия в тепловых схемах бинарных энергоблоков, которые их используют. Пограничная кривая для К600 в Т-Б координатах имеет положительную производную. Поэтому процесс расширения в турбине заканчивается в области перегретого пара, что исключает эрозию лопаток и не требует перегрева пара перед турбиной. Таким образом, в парогенераторе бутанового контура отсутствует пароперегреватель, а в парогенераторе контура с Я)34а для исключения эрозии лопаток турбины имеется пароперегреватель.

Расчётные исследования проводились с целью определения влияния температуры насыщения в испарителе парогенератора и температуры насыщения в конденсаторе паровой турбины на технико-экономические показатели работы бинарной энергоустановки.

В результате было установлено, что удельная электрическая мощность бинарного блока, а также удельный расход греющей среды на 1 кВт ч выработанной энергии имеют оптимумы при определённых температурах насыщения в испарителе парогенератора (рис. 11).

Исходные данные:

1. Температура греющей среды: 150'С. Z Минимальный температурный капор в испарителе: 10 °С. 3. Величина перегрева для R134a: 10 °С.

ЗОНЫ ОПТИМАЛЬНЫХ

120 130 ео 70

Температура испарения, °С

Рис. 11. Зависимости удельной электрической мощности (нетто) бинарного блока от температуры насыщения в испарителе при различных температурах насыщения в конденсаторе

Таким образом, получена зависимость оптимальной температуры насыщения в испарителе (при которой электрическая мощность бинарного блока максимальна и удельный расход греющей среды на 1 кВт-ч выработанной энергии минимален) от температурах насыщения в конденсаторе (рис. 12).

Полученная зависимость позволяет сделать вывод о том, что бинарный энергоблок, использующий в качестве теплоносителя Ю34а менее чувствителен к изменению параметров на режимах, отличных от номинального. Например, при увеличении температуры насыщения в конденсаторе на 10 °С больше проектлой, оптимальная температура насыщения в испарителе парогенератора бинарного блока с К 134а меняется на 2,5 °С, а у бинарного блока с 11600 на 4,5 °С.

(1%сп)опт,°С

Рис. 12. Зависимость оптимальной температуры насыщения в испарителе (оптимизируемый параметр — удельная мощность нетто бинарного энергоблока) от температурах насыщения в конденсаторе

Целью интегрирования бинарного блока в схему мини-ТЭЦ является утилизация избыточной тепловой энергии, величина которой на разных режимах (при разных температурах наружного воздуха) изменяется. Таким образом,

бинарный энергоблок будет работать в основном на режимах, отличных от номинального. Следовательно, с этой точки зрения использование в качестве рабочего тела R 134а предпочтительнее.

Интегрирование в схему газотурбинной мини-ТЭЦ бинарного энергоблока использующего R134a с оптимальными термодинамическими параметрами позволит увеличить годовую выработку электроэнергии на 6 % и годовой коэффициент использования топлива на ТЭЦ на 3 %, при этом не требуется увеличения расхода газа на ТЭЦ.

В пятой главе разработаны принципиальные технические решения по реконструкции (замене) котельных с использованием когенерационных установок (на примере котельных Краснодарского края). Описаны примеры использования когенерационных установок в практических задачах создания систем энергообеспечения малой мощности (г. Тимашевск, г.Анапа). Выполнен сравнительный анализ технико-экономических показателей ТЭЦ 60 МВт микрорайона Данилово округа Домодедово г. Москвы на основе использования ГТА-16П и ГПМ Rolls-Royce B35:40V16AG.

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. Разработана структура критериально-параметрической базы данных по широкому спектру когенерационных установок. Создан программный комплекс для оптимизации выбора оборудования когенерационных установок, учитывающий приоритеты в технической, экономической, эксплуатационной и экологической эффективности когенерационной системы, позволяющий проводить предварительную оценку целесообразности применения различных видов и мощности первичных двигателей при выборе состава когенерационных энергокомплексов.

2. В результате проведенных исследований оптимизации перевода водогрейной (отопительной) котельной с двумя котлами КВГМ-20-150 в мини-ТЭЦ пристройкой газопоршневых когенераторов показано, что наиболее целесообразным по тепловой экономичности является вариант с установкой двух когенераторов: первый для покрытия тепловой нагрузки ГВС,

второй — для покрытия минимального теплового потребления на отопление. В случае значительной изношенности и необходимости замены водогрейных котлов при резервировании тепловой мощности газопоршневыми когенераторами наиболее экономически целесообразными являются варианты начиная с установки 4-х и более ГПА, работающих по переменной отопительной нагрузке. При резервировании тепловой мощности уже имеющимися водогрейными котлами минимальный срок окупаемости достигается при установке одного ГПА.

В результате проведенных исследований оптимизации перевода водогрейной (отопительной) котельной с двумя котлами КВГМ-20-150 в мини-ТЭЦ надстройкой газовых турбин показано, что оптимальным вариантом и с точки зрения тепловой экономичности и срока окупаемости является вариант надстройки котельной одной ГГУ только для покрытия нагрузки

гвс.

На основе разработанной статической модели тепловой схемы мини-ТЭЦ с гибридным двигателем (ТЭ — ГТУ) получены результаты расчётных исследований свидетельствующие о целесообразности применения гибридного первичного двигателя для повышения потребления выработки электроэнергии на тепловом потреблении.

Разработана модель тепловой схемы мини-ТЭЦ с ГТУ с помощью которой проведены расчётные исследования газотурбинных мини-ТЭЦ. Показана целесообразность пристройки бинарного энергоблока для повышения экономичности ТЭЦ. Сделан вывод о необходимости гармонизации совместной работы КЭУ и бинарного энергоблока.

В результате численных исследований было установлено, что электрическая мощность бинарного энергоблока, а также удельный расход греющей среды на 1 кВт ч выработанной энергии имеют оптимумы при определённых температурах насыщения в испарителе парогенератора. Получена зависимость оптимальной температуры насыщения в испарителе (при которой электрическая мощность контура с НРТ максимальна и удельный расход греющей среды на 1 кВт ч выработанной энергии мини-

мален) от температуры насыщения в конденсаторе бинарного блока для рабочего тела R600 и R134a. 8. Разработаны технические решения по реконструкции (замене) котельных (Краснодарского края) с использованием когенерационных установок. Приведены примеры использования когенерационных энергоустановок в проектах реконструкции муниципальных систем теплоснабжения г. Тимашевск и г.Анапа. Проведён расчёт и сравнительный анализ технико-экономических показателей ТЭС 60 МВт на основе использования ГТА-16П и ГПМ Rolls-Royce B35:40V16AG.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1.Рабенко B.C., Нуждин Е.А., Буданов В.А. Новый программный комплекс по расчёту теплофизических свойств воды и водяного пара / IV Рос. на-уч.-практ. конф. «Повышение эффективности теплоэнергетического оборудования», Иваново, 2005, С. 211.

2. Рабенко B.C., Буданов В.А. Модернизация отопительных котельных в мини-ТЭЦ на базе когенерационных технологий / V Инновационный салон «Инновации 2007», Иваново, 2007, С. 107.

3. Томаров Г.В., Рабенко B.C., Буданов В.А. Мини-ТЭЦ на основе когенерационных технологий / Вестник ИГЭУ, 2008, №2, С. 26-30.

4. Томаров Г.В., Рабенко B.C., Буданов В.А. Особенности применения когенерационных энергоустановок на базе существующих котельных // Международная науч.-практ. конф. «Энергетика-2008: Инновации, решения, перспективы», Казань, 2008, С. 213.

5. Томаров Г.В., Шинков A.A., Буданов В.А. Использование критериально-параметрического подхода при выборе оборудования когенерационных энергоустановок в инвестиционных энергетических проектах / Энергосбережение и водоподготовка, 2009, № 2, С. 13-16.

6. Буданов В.А. Критериально-параметрический подход к оптимизации выбора когенерационных энергоустановок. / Международная науч.-практ.

конф. «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» Москва, 2009, С. 184185.

7. Томаров Г.В., Рабенко B.C., Шипков A.A., Буданов В.А. Программный комплекс по оптимизации выбора когенерационных энергоустановок. / Международная науч.-техн. конф. «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (XV Бенардосовские чтения), Иваново, 2009, С. 183-184.

8. Томаров Г.В., Михайлов A.B., Величко Е.В., Буданов В.А. Продление эрозиошю-коррознонного эксплуатационного ресурса трубной системы котлов-утилизаторов ЛГУ/Теплоэнергетика, 2010, № 1, С. 22-27.

9. Рабенко B.C., Виноградов A.JL, Киселёв А.И., Буданов В.А, Компьютерный программный комплекс для совместной работы математической модели энергоблока с виртуальными контроллерами н системой управления АСУТП КВИНТ / Свидетельство Л® 2008613475 о государственной регистрации программы для ЭВМ в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам от 22.07.2008 г.

10. Томаров Г.В., Рабенко B.C., Шипков A.A., Буданов В.А. Программный комплекс «ОПТОМ КЭУ» / Свидетельство №2009610314 о государственной регистрации программы для ЭВМ в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам от 11.01.2009 г.

П. Рабенко B.C., Буданов В.А., Лазарева О.В. Программный комплекс «Калькулятор термодинамических функций воды и водяного пара» / Свидетельство № 2009612417 о государственной регистрации программы для ЭВМ в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам от 14.05.2009 г.

12. Рабенко B.C., Лазарева О.В., Будаков И.В., Буданов В.А. Программный комплекс «Термодинамические свойства воздуха» / Свидетельство Л» 2009615276 о государственной регистрации программы для ЭВМ в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам от 24.09.2009 г.

13. Рабенко B.C., Лазарева О.В., Будаков И.В., Буданов В.А. Программный комплекс «Термодинамические свойства газов» / Свидетельство № 2009615275

о государственной регистрации программы для ЭВМ в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам от 24.09.2009 г.

БУДАНОВ Виталий Александрович

ОПТИМИЗАЦИОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ СХЕМ КОГЕНЕРАЦИОННЫХ ЭНЕРГОКОМПЛЕКСОВ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата философских наук

Подписано б печать 01.12.2009. Формат 60x84 1/16. Печать плоская. Усл. гтеч. л. 1,62 Тираж 100 экз. Заказ № 141. Г'ОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина» 153003, Иваново, ул. Рабфаковская, 34.

Отпечатано в УИУНЛ ИГЭУ.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ КОГЕНЕРАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ЭНЕРГОУСТАНОВОК МАЛОЙ И СРЕДНЕЙ МОЩНОСТИ.

1.1. Технические, экологические и другие преимущества совместного производства тепла и электроэнергии.

1.2. Анализ технико-экологических характеристик когенерационных энергоустановок

1.3. Постановка задач исследований.

ГЛАВА II. РАЗРАБОТКА КРИТЕРИАЛЬНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ БАЗЫ И ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ ВЫБОРА ОБОРУДОВАНИЯ КОГЕНЕРАЦИОННЫХ ЭНЕРГОУСТАНОВОК.

2.1. Формирование критериально-параметрической базы для оптимизации выбора когенерационных энергоустановок.

2.2. Разработка программного комплекса «ОПТИМ КЭУ».

2.3. Анализ результатов расчётно-аналитических исследований чувствительности критериальной системы к изменению различных характеристик КЭУ.

2.4. Оптимизация создаваемых и оценка инвестиционной привлекательности существующих КЭУ на основе программного комплекса «ОПТИМ

КЭУ».

Выводы по второй главе.

ГЛАВА III. РАСЧЕТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИОННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОГЕНЕРАЦИОННЫХ УСТАНОВОК С ГАЗОПОРШНЕВЫМИ И ГАЗОТУРБИННЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ

3.1. Оптимизация количества и единичной мощности газопоршневых коге-нераторов при переводе водогрейной котельной в мини-ТЭЦ.

3.2. Оптимизация количества и единичной мощности газовых турбин при переводе водогрейной котельной в мини-ТЭЦ.

3.3. Расчетное моделирование и оценка эффективности гибридной мини-ТЭЦ с дожиганием анодных газов топливного элемента перед газовой турбиной.

Выводы по третьей главе.

ГЛАВА IV. ОПТИМИЗАЦИЯ ИНТЕГРАЦИИ БИНАРНЫХ БЛОКОВ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ КОГЕНЕРАЦИОННЫХ УСТАНОВОК.

4.1. Технологические схемы совместной работы когенерационных и бинарных энергоблоков.

4.2. Анализ эксплуатационных свойств и принципы выбора рабочих тел бинарных энергоблоков, работающих совместно с когенерационными установками

4.3. Оптимизационные расчётные исследования рабочих параметров тепловых схем совместной работы когенерационных и бинарных энергоблоков.

4.4. Исследование применения контура с низкокипящим рабочим телом в составе газотурбинных мини-ТЭЦ.

Выводы по четвертой главе.

ГЛАВА V. РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОГЕНЕРАЦИОННЫХ УСТАНОВОК В ПРАКТИЧЕСКИХ

ЗАДАЧАХ СОЗДАНИЯ СИСТЕМ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ МАЛОЙ

МОЩНОСТИ.

5.1. Разработка принципиальных технических решений по реконструкции (замене) котельных с использованием когенерационных установок (на примере Краснодарского края).

5.2. Использование когенерационных энергоустановок в проектах реконструкции муниципальных систем теплоснабжения (г. Тимашевск, г.Анапа)

5.3. Сравнительный анализ технико-экономических показателей ТЭЦ 60 МВт микрорайона Данилово округа Домодедово г. Москвы на основе использования ГТА-16П и ГПМ Rolls-Royce B35:40V16AG.

Выводы по пятой главе.

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ.

Рост цен на органическое топливо, повышение экологических требований и стремление к децентрализованному энергоснабжению стимулируют развитие когенерационных технологий в России и за рубежом. Долгосрочное развитие энергетического комплекса неразрывно связано с широкомасштабным использованием когенерационных энерготехнологий.

В последние годы в России наметилась тенденция роста количества компаний, выбравших когенерационные энерготехнологии в качестве предмета своей деятельности. При этом анализ отечественного опыта реализации проектов по внедрению когенерационных энергосистем свидетельствуют о наличии ряда принципиальных барьеров и рисков, включая технико-экономические проблемы оптимизации технологических схем и выбора оборудования когенерационных энергоустановок (КЭУ) и энергокомплексов.

Задача выбора первичного двигателя и оптимизация технологической схемы когенерационных энергокомплексов осложняется тем, что сегодня выпускается большой спектр различных типов двигателей: газотурбинные, газопоршневые, паротурбинные, дизельные и другие, которые существенно отличаются по единичной мощности, эффективности, ремонтопригодности, экологичности и другим характеристикам.

Отсутствие методологии выбора оптимальных технологических схем, первичного двигателя и ряда других технических решений, необходимость которых возникает при создании когенерационных комплексов, значительно сдерживает их развитие.

Наиболее перспективными направлениями внедрения современных когенерационных энергоустановок являются сооружение на их основе систем автономного теплоэлектроснабжения новых предприятий и реконструкция устаревших котельных путем перевода их в мини-ТЭЦ.

Формирование концепции и определение технических решений при практической реализации проектов по реконструкции устаревших котельных имеет принципиальные отличия от случаев создания новых автономных когенерационных установок и энергосистем. Прежде всего, это связано с вопросами оптимизации совместной работы оставшегося котельного оборудования и надстройки в виде КЭУ.

Актуальными задачами НИОКР являются повышение эффективности и надежности когенерационных энергоустановок и комплексов.

Целью работы является разработка научно-технических и технологических основ эффективного применения когенерационных энергоустановок и технологических комплексов при создании новых систем тепло-электроснабжения и реконструкции устаревших котельных путем перевода их в мини-ТЭЦ.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

1. Анализ влияния технических параметров и технологических свойств КЭУ на область и эффективность их применения.

2. Разработка критериально-параметрической базы и создание программного комплекса по оптимизации выбора оборудования когенерационных энергоустановок при сооружении автономных энергосистем с учетом приоритетов в технической, экономической, эксплуатационной и экологической эффективности.

3. Создание программных средств, расчетное моделирование и оптимизационные исследования технологических схем когенерационных энергокомплексов с газопоршневыми и газотурбинными двигателями.

4. Разработка принципов выбора рабочих тел, создание математической модели и выполнение оптимизационных исследований включения в технологические схемы когенерационных энергокомплексов бинарных энергоблоков.

5. Разработка технических решений и оценка эффективности использования когенерационных установок на практических примерах реконструкции устаревших котельных в мини-ТЭЦ и создании новых автономных систем тепло- и электроснабжения.

Научная новизна

1. Проведен комплексный анализ технических параметров и технологических свойств первичных двигателей, влияющих на область и эффективность применения КЭУ, на основе которого разработана критериально-параметрическая база данных современного оборудования КЭУ.

2. Разработана методология и создан программный комплекс оптимизации выбора оборудования КЭУ при сооружении автономных энергосистем, учитывающий приоритеты в технической и экономической эффективности объекта.

3. Проведено расчетно-аналитическое обоснование и сравнение эффективных вариантов использования газопоршневых когенерационных установок и газовых турбин, а также применение топливных элементов в схеме газотурбиной установки при переводе водогрейной котельной в мини-ТЭЦ.

4. Выполнен комплексный анализ технологических свойств рабочих тел на основе, которого разработаны модели тепловых схем и построены ТС) - диаграммы парогенератора бинарного блока.

5. Расчетно-аналитически обоснованы диапазоны оптимальных температур насыщения пара в конденсаторе и испарителе бинарного блока, работающего совместно с КЭУ.

6. Проведено расчетно-аналитическое обоснование повышение технико-экономических показателей при включении бинарного энергоблока с низкокипящим рабочим телом в состав газотурбинной мини-ТЭЦ.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается применением широко используемых методик расчетов элементов тепловых схем ТЭЦ, апробированных математических методов моделирования и полученных результатов, сходимостью с подобными результатами работ других авторов, расчетов проектных организаций.

Практическая значимость и реализация результатов работы

1. Создана критериально-параметрическая база данных и разработан программный комплекс для решения практических задач выбора оптимального оборудования КЭУ с учетом приоритетов в технической, экономической, эксплуатационной и экологической эффективности.

2. Определены оптимальные варианты применения газопоршневых ко-генерационных установок и газотурбинной надстройки, в том числе с включением топливных элементов при переводе водогрейной котельной мощностью 40 Гкал/ч в мини-ТЭЦ.

3. Результаты проведенного комплексного анализа технологических свойств веществ использованы при выборе рабочего тела для строящегося на Паужетской ГеоЭС отечественного пилотного бинарного энергоблока, а также могут быть востребованы при применении бинарных блоков в схемах КЭУ.

4. Получены значения диапазонов оптимальных температур в испарителе и конденсаторе бинарных блоков, при использовании в качестве рабочего тела R134a и R600.

5. Определена зависимость чувствительности мощности (нетто) бинарного блока от температуры насыщения в конденсаторе.

6. Установлена эффективность применения бинарных блоков в схемах газотурбинных мини-ТЭЦ.

7. Результаты сравнительного анализа технико-экономических показателей ТЭЦ электрической мощностью 60 МВт с использованием когене-рационных установок ГТА- 16П и ГПМ Rolls - Royce В35: 40V16AG использованы при реализации проекта создания ТЭЦ в микрорайоне Данилово округа Домодедово г. Москвы.

Автор защищает:

1. Критериально-параметрическую базу данных КЭУ и методологию оптимизации выбора оборудования КЭУ при создании автономных энергокомплексов.

2. Результаты расчётно-аналитических исследований применения газопоршневых, газотурбинных двигателей и топливных элементов при переводе водогрейной котельной мощностью 40 Гкал/ч в мини-ТЭЦ.

3. Результаты проведенного анализа возможности применения рабочих тел для бинарных энергоблоков.

4. Полученные в ходе расчётных исследований значения диапазонов оптимальных температур в испарителе и конденсаторе бинарных блоков, при использовании в качестве рабочего тела Ш34а и 11600.

5. Результаты расчётно-аналитических исследований тепловых схем работы бинарных блоков в составе КЭУ, позволяющие обосновать повышение технико-экономических показателей при включении бинарного энергоблока с низкокипящим рабочим телом в состав газотурбинной мини-ТЭЦ.

Результаты работы докладывались на Международная науч.-практ. конф. «Энергетика-2008: Инновации, решения, перспективы» (г. Казань,

2008 год); VI международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" (г. Москва,

2009 г.); Международной науч.-техн. конф. «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (г. Иваново, 2009 г).

По теме диссертации опубликовано 13 работ в научных изданиях, в том числе три публикации в изданиях из перечня, рекомендуемого ВАК.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д.т.н., проф. каф. ТЭУ МГОУ Томарову Григорию Валентиновичу за внимательное руководство и помощь при написании работы, а также к.т.н., доц. каф. ДИМ МЭИ (ТУ) Шипкову Андрею Анатольевичу за постоянные консультации при выполнении работы, к.т.н., доц., зав. каф. ПГТ ИГЭУ Рабенко Владимиру Степановичу за оказанную поддержку и содействие при проведении исследований, к.т.н. Никольскому Александру Иосифовичу за советы и замечания, высказанные при обсуждении диссертации.

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. Разработана структура критериально-параметрической базы данных по широкому спектру когенерационных установок. Создан программный комплекс для оптимизации выбора оборудования когенерационных установок, учитывающий приоритеты в технической, экономической, эксплуатационной и экологической эффективности когенерационной системы, позволяющий проводить предварительную оценку целесообразности применения различных видов и мощности первичных двигателей при выборе состава когенерационных энергокомплексов.

2. В результате проведенных исследований оптимизации перевода водогрейной (отопительной) котельной с двумя котлами КВГМ-20-150 в мини-ТЭЦ пристройкой газопоршневых когенераторов показано, что наиболее целесообразным по тепловой экономичности является вариант с установкой двух когенераторов: первый для покрытия тепловой нагрузки ГВС, второй — для покрытия минимального теплового потребления на отопление. В случае значительной изношенности и необходимости замены водогрейных котлов при резервировании тепловой мощности газопоршневыми когенераторами наиболее экономически целесообразными являются варианты начиная с установки 4-х и более ГПА, работающих по переменной отопительной нагрузке. При резервировании тепловой мощности уже имеющимися водогрейными котлами минимальный срок окупаемости достигается при установке одного ГПА.

3. В результате проведенных исследований оптимизации перевода водогрейной (отопительной) котельной с двумя котлами КВГМ-20-150 в мини-ТЭЦ надстройкой газовых турбин показано, что оптимальным вариантом и с точки зрения тепловой экономичности и срока окупаемости является вариант надстройки котельной одной ГТУ только для покрытия нагрузки ГВС.

4. На основе разработанной статической модели тепловой схемы мини-ТЭЦ с гибридным двигателем (ТЭ — ГТУ) получены результаты расчётных исследований свидетельствующие о целесообразности применения гибридного первичного двигателя для повышения потребления выработки электроэнергии на тепловом потреблении.

5. Разработана модель тепловой схемы мини-ТЭЦ с ГТУ с помощью которой проведены расчётные исследования газотурбинных мини-ТЭЦ. Показана целесообразность пристройки бинарного энергоблока для повышения экономичности ТЭЦ. Сделан вывод о необходимости гармонизации совместной работы КЭУ и бинарного энергоблока.

6. В результате численных исследований было установлено, что электрическая мощность бинарного энергоблока, а также удельный расход греющей среды на 1 кВт ч выработанной энергии имеют оптимумы при определённых температурах насыщения в испарителе парогенератора.

7. Получена зависимость оптимальной температуры насыщения в испарителе (при которой электрическая мощность контура с НРТ максимальна и удельный расход греющей среды на 1 кВт-ч выработанной энергии минимален) от температуры насыщения в конденсаторе бинарного блока для рабочего тела R600 и R134a.

8. Разработаны технические решения по реконструкции (замене) котельных (Краснодарского края) с использованием когенерационных установок. Приведены примеры использования когенерационных энергоустановок в проектах реконструкции муниципальных систем теплоснабжения г. Тимашевск и г.Анапа. Проведён расчёт и сравнительный анализ технико-экономических показателей ТЭС 60 МВт на основе использования ГТА-16П и ГПМ Rolls-Royce B35:40V16AG.

1. Вершинский В. П. Какой привод выбрать. / Турбины и дизели, 2006, №1, С. 8-12.

2. Коровин Н. В. Топливные элементы и электрохимические энергоустановки.—М.: Издательство МЭИ, 2005.3. Сайт www.cogeneration.ru4. Сайт: www.rosteplo.ru

3. Малая энергетика и решение жилищно-коммунальных проблем. Н. Р. Джапаридзе / Турбины и дизели, 2005, №5, С. 20 — 23.

4. Замоторин Р.В. Малые теплоэлектроцентрали — поршневые или турбинные / Сайт http://yakor.by.ru

5. Грицына В.П. Малые ТЭЦ. Газовые турбины или газовые двигатели / Электронный журнал энергосервисной компании «Экологические системы»,— №7, июль 2004 года

6. Автономное энергоснабжение на примере газопоршневых ТЭЦ / Сайт http:/necin.com.ya

7. Сравнение когенерационных систем / Сайт www.capstone.ru

8. Смирнов И.Г. Когенерационные установки. Особенности и преимущества. / Сайт www.electrosystems.ru

9. Дубинин B.C. Сопоставление систем централизованного и децентрализованного энергоснабжения в современных условиях России. Часть 1. / Промышленная энергетика, №9, 2005.

10. Дубинин B.C. Сопоставление систем централизованного и децентрализованного энергоснабжения в современных условиях России. Часть 2. / Промышленная энергетика, №10, 2005.

11. Дубинин B.C. Сопоставление систем централизованного и децентрализованного энергоснабжения в современных условиях России. Часть 3. / Промышленная энергетика, №11, 2005.

12. Дубинин B.C. О сопоставление систем централизованного и децентрализованного энергоснабжения в современных условиях России. Ответ автора / Промышленная энергетика, №11, 2005.15. Сайт www.madek.com.ua

13. Источник энергии, максимально приближенный к потребителю. А.Д. Кривобок, A.B. Тоток / Турбины и дизели, 2005, №5, С. 36 — 37

14. Бродач M. М. Использование топливных элементов для энергоснабжения зданий. Часть 1. Н. В. Шилкин / АВОК, 2004, №2

15. Scalzo A. Jet allow NOx emission from advantage gas turbines // Mod/ Power Syst.-1988.-Vol. 8-№9.-P. 19-22.

16. ГОСТ P52527-2006 Установки газотурбинные. Надежность, готовность, эксплуатационная технологичность и безопасность.

17. Тепловые схемы мини-ТЭЦ на базе противодавленческих паровых турбин, применяемые в рабочих проектах. Васькин В.В., Петрущенков В.А. / Новости теплоснабжения, №8, 2004, с. 22-26.

18. Утилизация низкопотенциальной теплоты в бутановом цикле. Гринман М.И., Казанцева С.Е., Кириллов А.И., Ходак Е.А., Рыхтер O.JI. / Материалы VIII Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы. СПб.: СпбГПУ, 2004, С. 394.

19. Бинарные электрические станции. О.А.Поваров, В.А. Саакян, А.И. Никольский А. И. и др. / Тяжёлое машиностроение. 2002. №8. С. 13 — 15.

20. Предельная эффективность электрических станций на низкокипящих рабочих телах. Сапожников М.Б., Тимошенко Н.И. / Теплоэнергетика, №4, 2005, С. 68 72.

21. Энергоутилизационная установка с пентановым рабочим циклом. Бу-холдин Ю.С., Олефиренко В.М., Парафейник В.П. и др. / Газотурбинные технологии, янв.-февр., 2005, С. 10 — 12.

22. Установка паровых турбин при переводе водогрейных котлов в паро-водогрейный режим. Барочин Б.Л., Верес A.A., Вол М.А. и др. Энергосбережение и водоподготовка, №1, 2004, С. 54-57

23. Новый программный комплекс по расчёту тепло физических свойств воды и водяного пара. Рабенко B.C., Нуждин Е.А., Буданов В.А. /IV Рос. науч.-практ. конф. «Повышение эффективности теплоэнергетического оборудования», Иваново, 2005, С. 211.

24. Модернизация отопительных котельных в мини-ТЭЦ на базе когенера-ционных технологий. Рабенко B.C., Буданов В.А. / V Инновационный салон «Инновации 2007», Иваново, 2007, С. 107.

25. Использование критериально-параметрического подхода при выборе оборудования когенерационных энергоустановок в инвестиционных энергетических проектах. Томаров Г.В., Шипков A.A., Буданов В.А. / Энергосбережение и водоподготовка, 2009, № 2. С. 13-16.

26. Критериально-параметрический подход к оптимизации выбора когенерационных энергоустановок. Буданов В.А. / Международная науч.-практ. конф. «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» Москва, 2009, С. 184-185.

27. Структура потенциала энергосбережения в России. С.Н. Лазаренко, С.К. Тризно. Промышленная теплоэнергетика, №1, 2001, С. 9 — 14.

28. Продление эрозионно-коррозионного эксплуатационного ресурса трубной системы котлов-утилизаторов ПГУ. Томаров Г.В., Михайлов A.B., Величко Е.В., Буданов В.А. / Теплоэнергетика, 2010, № 1.

29. Развитие мини-ТЭЦ с применением газопоршневых двигателей в Республике Башкортостан. A.A. Салихов, P.M. Фаткуллин, P.P. Абдрахманов.

30. B.Ю. Щаулов. Новости теплоснабжения, 2003, №11, С. 24 — 30.

31. Инновационные технологии производства электрорэнергии. В.М. Не-уймин. Надёжность и безопасность энергетики, 2008, №2. С. 3 — 9.

32. Анализ экономической эффективности когенерационной установки. Б.И. Басок, И.А. Пироженко, Д.А. Коломейко, A.A. Рутенко / Турбины и дизели, 2008, №5, С. 10 13.

33. Показатели готовности ГТУ и ПГУ, работающих в базовом режиме. Г.Г. Ольховский. Теплоэнергетика, 1999, №7, С. 70 — 71.

34. Показатели готовности дизельных, газотурбинных и паротурбинных установок Северной Америки. A.A. Саламов. Теплоэнергетика, 2003, №3,1. C. 74-75.

35. Проблемы создания отечественных мини-ТЭЦ. Т.А. Борк, В.П. Вертинский, И.П. Евтюхова, Н.М. Коробов, З.П. Сорокина. Теплоэнергетика, 1991,№10, С. 18-21.

36. Использование топлива в мини-ТЭЦ, применяемых для модернизации отопительных котельных. М.А. Таймаров, H.A. Коробицин. Проблемы энергетики, 2004, №1-2, С. 154 157.

37. Мини-ТЭЦ: очередной бум или объективная потребность? А. Наумов. Энергетика и промышленность России, 2007, №5, С. 73.

38. Определение эффективности ввода газотурбинных агрегатов на площадках действующих котельных. И.А. Смирнов, JI.C. Хрилёв. Теплоэнергетика, 2000, №12, С. 16 —21.

39. ГТУ в водогрейных и паровых котельных. E.H. Бухаркин. Энергосбережение и водоподготовка, 2004, №5, С. 43 — 46.

40. Эффективность развития малых ТЭЦ на базе газотурбинных и дизельных энергоустановок при газификации регионов. A.M. Карасевич, Е.В. Сеннова, A.B. Федяев, О.Н. Федяева. Теплоэнергетика, 2000, №12, С. 35 — 39.

41. Надстройка водогрейных котлов газотурбинными установками. В.И. Длугосельский, В .Я. Зубков. Теплоэнергетика, 1999, №1, С. 47 — 50.

42. Варианты газотурбинной надстройки отопительных котельных. П.А. Березинец, Г.Е. Терешина, Л.Б. Вершинин. Энергетик, 1998, №8, С. 13 — 16.

43. Основные направления развития мини-ТЭЦ на основе современных парогазовых технологий. В.М. Боровков, Л.В. Зысин. Известия академии наук. Энергетика, 2001, №1, С. 100 105

44. Экономические аспекты оценки эффективности работы ТЭЦ. Ю.И. Воловик. Теплоэнергетика, 2007, №2, С. 39-44.

45. Мини-ТЭЦ на основе когенерационных технологий. Томаров Г.В., Рабенко B.C., Буданов В.А., Вестник ИГЭУ, 2008, №2, С. 26 — 30.

46. Особенности применения когенерационных энергоустановок на базе существующих котельных. Томаров Г.В., Рабенко B.C., Буданов В.А. Тезисы докладов международной науч.-практ. конф. «Энергетика-2008: Инновации, решения, перспективы», Казань, 2008, С. 213.

47. Опыт применения поршневых двигателей для комбинированной выработки электрической и тепловой энергии. С.В. Кузнецов. Новости теплоснабжения, 2002, №5, С. 50

48. Реализация когенерационных установок на базе газовых электроагрегатов. В.И. Ерыгин, А.В. Разуваев. Новости теплоснабжения, 2003, №6, С. 21 -23.

49. Развитие электростанций с поршневыми двигателями за рубежом. П.А. Гордеев, Г.В, Яковлев. Электрические станции, 2001, №10, С. 68 — 73.

50. Газ в топках котлов гореть не должен. А.А. Салихов. Новости теплоснабжения, 2003, №1, С. 2 — 7.

51. Развитие малой энергетики — естественный путь выхода из наступившего кризиса В.П. Грицына. Промышленная энергетика, 2001, №8, С. 13 — 15.

52. Метаморфозы теплофикации и пути совершенствования систем теплоснабжения городов. А.И. Андрющенко / Новости теплоснабжения, 2003, №12, С. 11-14.

53. Рыжкин В .Я. Тепловые электрические станции. —М.:Энергия. —1976. -328 с.

54. Ривкин JI.C. Термодинамические свойства воздуха и продуктов сгорания топлив. Госэнергоиздат. —1955. —40 с.

55. Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. М.: Издательство МЭИ. —1999. —163 с.

56. District heating utilities in Hungary start electricity generation / Energy News, Issue 14, C. 28.

57. Danish CHP plant replaces gas turbine with gas engine genset / Energy News, Issue 14, C. 28.

58. Biofuelled CHP plant for Swedish utility / Energy News, Issue 11, C. 27.

59. Decentralized energy solutions: CHP for the BSc's! / Energy News, Issue 17, C. 17.

60. CHP plants for district heating in Hungary / Energy News, Issue 20, C. 35.

61. Over 10 gas engine plants will lower power costs in Japan / Energy News, Issue 20, C. 35.

62. Lauri Kinnunen. CHP helps sawmills raise profitability / Energy News, Issue20, C.30-33.

63. Daniel Ramirez. Mexican industry selects Wartsila CHP plants / Energy News, Issue 21, C. 22 — 23.

64. Wartsila seals deal with Russian sawmill / Energy News, Issue 17, C. 25.

65. Grainger Sawmills take BioPower CHP plant / Energy News, Issue 17, C. 25.

66. Dr Jacob Klimstra. Electricity generation and fuels: a prediction of the future / Energy News, Issue 21, C. 4 — 7.

67. Vesa Riihimaki. Fuel sharing technology / Energy News, Issue 22, C. 18 —21.

68. Надстройка котельных газотурбинными установками. С.В.Кузнецов. / Электронный журнал энергосервисной компании «Экологические системы»,— №8, август 2004 года.

69. Сравнительная эффективность термодинамических циклов геотермальных энергоблоков / О.А. Поваров, М.Ю.Боярский, А.И. Никольский, А.А. Шипков // Новое в российской электроэнергетике, 2005, № 9.

70. Промышленные фторорганические продуты: справ, изд. / Б.Н. Максимов, В.Г. Барабанов, И.Л. Серушкин и др. СПб: Химия, 1996.

71. Высокотемпературные топливные ячейки — когенерационные источники энергии будущего. И. В. Маслов / Турбины и дизели, 2006, №1, С. 4 — 6.

72. Модернизация муниципальных котельных с установкой когенерацион-ного оборудования. В.А, Бутузов, Г.В. Томаров, В.Х. Шетов / Новости теплоснабжения, №6, 2008, С. 21 — 23.

73. Комбинированная выработка тепловой и электрической энергии в котельных. B.C. Дубинин, К.М. Лаврухин. Новости теплоснабжения, 2002, №4, С. 44-47.

74. Комбинированная выработка тепловой и электрической энергии в котельных. B.C. Дубинин, K.M. Лаврухин. Новости теплоснабжения, 2002, №5, С. 45-49.

75. Комбинированная выработка тепловой и электрической энергии в котельных. B.C. Дубинин, K.M. Лаврухин. Новости теплоснабжения, 2002, №5, С. 28-30.