Одним из основных направлений модернизации коммунальной энергетики Украины является переход к комбинированой выработке электрической и тепловой энергии на базе существующих котелен, т.е. превращение их в мини-ТЭЦ. С позиций термодинамики такая технология использования топлива является самой совершенной, имеющей большие преимущества в сравнении с раздельной выработкой электрической и тепловой энергии на ТЭС и коммунальных котельных. В задачах модернизации коммунальных котелен тепловая мощность их, как правило, сохраняется постоянной и является заданной. Поэтому выбор тепловой схемы когенерационной установки, её параметров, оптимизация по тепловым, экономическим и технологическим параметрам должны основываться в первую очередь на выборе типа двигателя, его мощности и рабочих характеристик. Общее, универсальное решений в выборе схем, оборудования и параметров установки трудно предложить, т.к. такие решения существенно зависят от инфраструктуры, многозначных конкретных условий котельной, экологических требований и т.д. И тем не менее на начальном этапе создания когенерационной установки определиться с выбором типа двигателя, его мощности и некоторых основных показателей (прежде всего КПД) необходимо и возможно.
Решение этой задачи является, по сути, первым этапом создания проекта когенерационной установки. В соответствии со спецификой рассматриваемой задачи тепловые характеристики котельной, прежде всего, горячего водоснабжения (ГВС) и теплоснабжения, сезонный характер их изменения заданы и сохраняются постоянными. Условия максимальной экономической эффективности и минимизации сроков окупаемости установки предполагают выбор такого двигателя, поток сбросной теплоты которого обеспечивал бы получение круглогодичного горячего водоснабжения. Таким образом в летний период топливо в котле не потребляется. Теплоснабжение в отопительный период осуществляется за счёт дополнительного сжигания топлива в котле.
Электрическая мощность двигателя при этом являться как бы производной от тепловой мощности установки. Её величина зависит от двух факторов: от возможности передачи мощности во внешнюю сеть и от потребностей в ней на собственные нужды котельной, куда целесообразно включать кроме затрат традиционных потребителей, затраты мощности на привод оборудования в схемах теплоснабжения с тепловыми насосами.
В работе расматриваються вопросы формирования когенерационных установок на базе двух типов тепловых двигателей: газопоршневых (ГПД) и газотурбинных установок (ГТУ). Характерными особенностями их являются более высокий электрический КПД первых 36…42%, против 28…36% у ГТУ и в то же время более высокий тепловой потенциал сбросной теплоты ГТУ, превышающий в 2…2,5 раза аналогичный у ГПД. Эти особености оказывают влияние на выбор оптимальных решений тепловых схем когенерационных установок. Проведенные расчеты позволили получить технико-экономические характеристики когенерационных установок на базе ГПД и ГТУ в диапазоне тепловых мощностей котлов от 5 до 100 МВт и электрических мощностей установок от 0,5 до 25 МВт при различных соотношениях тепловых и электрических мощностей. Полученные данные могут быть использованы при формировании теплових схем и выборе энергетического оборудования когенерационых установок.
Показано, что в диапазоне малых электрических мощностей 0,5…2,0 МВт и, соответственно, тепловых применение ГПД в составе когенерационных установок представляется более предпочтительным в сравнении с ГТУ. В диапазоне электрических мощностей 2,0.. .6,0 МВт технико — экономические показатели этих двух типов двигателей для когенерационных установок достаточно близки и с дальнейшим ростом их электрической и тепловой мощности преимущества ГТУ проявляются всё заметнее. В области мощностей 10…25 МВт предпочтение следует отдавать ГТУ.
В докладе также рассматриваются такие вопросы формирования тепловых схем когенерационых установок, как целесообразность использования котлов-утилизаторов и последовательность их включения в схему, вопросы организации ввода и использования выхлопных газов двигателей в котельных установках, а также организации дожита газа в сбаластированом, обеднённом кислородом окислителе.
По материалам конференции UKR-POWER
Билека Б.Д.
Институт технической теплофизики НАНУ
