Одним з основних напрямків модернізації комунальної енергетики України є перехід до комбінованої виробленні електричної і теплової енергії на базі існуючих котелень, тобто перетворення їх в міні-ТЕЦ. З позицій термодинаміки така технологія використання палива є найдосконалішою, що має великі переваги в порівнянні з роздільним виробленням електричної і теплової енергії на ТЕС і комунальних котелень. У завданнях модернізації комунальних котелень теплова потужність їх, як правило, зберігається постійною і є заданою. Тому вибір теплової схеми когенераційної установки, її параметрів, оптимізація по тепловим, економічним і технологічним параметрам повинні грунтуватися в першу чергу на виборі типу двигуна, його потужності і робочих характеристик. Загальна, універсальне рішень у виборі схем, обладнання та параметрів установки важко запропонувати, тому що такі рішення істотно залежать від інфраструктури, багатозначних конкретних умов котельні, екологічних вимог тощо І тим не менше на початковому етапі створення когенераційної установки визначитися з вибором типу двигуна, його потужності і деяких основних показників (насамперед ККД) необхідно і можливо.
Вирішення цього завдання є, по суті, першим етапом створення проекту когенераційної установки. У відповідності зі специфікою даної задачі теплові характеристики котельні, перш за все, гарячого водопостачання (ГВП) і теплопостачання, сезонний характер їх зміни задані і зберігаються незмінними. Умови максимальної економічної ефективності і мінімізації термінів окупності установки припускають вибір такого двигуна, потік скидний теплоти якого забезпечував би одержання цілорічного гарячого водопостачання. Таким чином в літній період паливо в котлі не споживається. Теплопостачання в опалювальний період здійснюється за рахунок додаткового спалювання палива в котлі.
Електрична потужність двигуна при цьому бути як би похідною від теплової потужності установки. Її величина залежить від двох чинників: від можливості передачі потужності в зовнішню мережу і від потреб в ній на власні потреби котельні, куди доцільно включати крім витрат традиційних споживачів, витрати потужності на привід обладнання в схемах теплопостачання з тепловими насосами.
В роботі расматріваються питання формування когенераційних установок на базі двох типів теплових двигунів: газопоршневих (ЦПД) і газотурбінних установок (ГТУ). Характерними особливостями їх є більш високий електричний ККД перших 36 … 42%, проти 28 … 36% у ГТУ і в той же час більш високий тепловий потенціал скидний теплоти ГТУ, що перевищує в 2 … 2,5 рази аналогічний у ГПД. Ці особености впливають на вибір оптимальних рішень теплових схем когенераційних установок. Проведені розрахунки дозволили отримати техніко-економічні характеристики когенераційних установок на базі ГПД і ГТУ в діапазоні теплових потужностей котлів від 5 до 100 МВт і електричних потужностей установок від 0,5 до 25 МВт при різних співвідношеннях теплових та електричних потужностей. Отримані дані можуть бути використані при формуванні теплових схем і виборі енергетичного обладнання когенераційних установок.
Показано, що в діапазоні малих електричних потужностей 0,5 … 2,0 МВт і, відповідно, теплових застосування ГПД в складі когенераційних установок представляється більш привабливим у порівнянні з ГТУ. В діапазоні електричних потужностей 2,0 .. .6,0 МВт техніко – економічні показники цих двох типів двигунів для когенераційних установок досить близькі і з подальшим зростанням їх електричної і теплової потужності переваги ГТУ проявляються все помітніше. В області потужностей 10 … 25 МВт перевагу слід віддавати ГТУ.
У доповіді також розглядаються такі питання формування теплових схем когенераційних установок, як доцільність використання котлів-утилізаторів і послідовність їх включення в схему, питання організації введення і використання вихлопних газів двигунів в котельних установках, а також організації дожиття газу в сбаластірованом, збіднених киснем окиснювачі.
За матеріалами конференції UKR-POWER
Білека Б.Д.
Інститут технічної теплофізики НАНУ