Статья опубликована в рамках: Научного журнала «Студенческий» № 23(235)
Рубрика журнала: Технические науки
Секция: Энергетика
Скачать книгу(-и): скачать журнал часть 1, скачать журнал часть 2, скачать журнал часть 3, скачать журнал часть 4, скачать журнал часть 5, скачать журнал часть 6
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРОМЬІШЛЕННО-ОТОПИТТЕЛЬНОЙ ТЭЦ, РЕКОНСТРУРИЕМОЙ В ТЕЦ НА БАЗЕ ГТУ
DETERMINATION OF TECHNICAL AND ECONOMIC INDICATORS OF THE INDUSTRIAL HEATING AND POWER PLANT BEING RECONSTRUCTED IN THE TEC ON THE BASIS OF THE GTU
Rustem Sarzhanov
Master’s student of the II course, Department of Thermal Power Plants, Almaty University of Energy and Communications named after Gumarbek Daukeev,
Kazakhstan, Almaty
Nina Borisova
scientific supervisor, Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor of the Department of Thermal Power Plants, Gumarbek Daukeev Almaty University of Energy and Communications,
Kazakhstan, Almaty
АННОТАЦИЯ
Исследование технико-экономических показателей и структур производства электрической и тепловой энергии на крупных отопительных и промышленно-отопительных ТЭЦ г. Алматы с целью определения возможности реконструкции в ТЭЦ на базе ГТУ.
ABSTRACT
Research of technical and economic indicators and structures of electric and thermal energy production at large heating and industrial-heating thermal power plants in Almaty in order to determine the possibility of reconstruction in a thermal power plant based on GTU.
Ключевые слова: ГТУ, ТЭЦ, затраты, площадь, нагрузка, топлива.
Keywords: GTU, CHP, costs, area, load, fuel.
Целесообразность использования ГТУ на промышленно- отопительных котельных определяется сроком окупаемости и прибылью, получаемой в результате их использования. Для расчета данных экономических показателей необходимо разработать методику расчета, учитывающую все затраты, связанные с производством энергии и объемы выработки тепловой и электрической энергии в течение календарного года. Несмотря на то, что идея развития теплоэнергетики на базе реконструкции ГТУ в ТЭЦ появилась еще в 60-х гг. Прошлого столетия, подробной методики расчета технико- экономических показателей ТЭЦ малой мощности, на базе ГТУ, до сих пор не было предложено. Действующая методика расчета технико- экономических показателей крупных ТЭЦ основывается на том, что на ТЭЦ выработка электрической энергии является основным процессом, в то время как на реконструируемой котельной выработка электроэнергии, при работе ГТУ на базе теплового потребления, является “попутным” процессом. Это не позволяет рекомендовать действующую методику для применения на ТЭЦ малой мощности.
В работе предлагается все затраты, полученные при эксплуатации ТЭЦ малой мощности разделить на два вида [2]:
Затраты на выработку тепловой энергии;
Затраты на выработку электрической энергии.
Каждую из данных затрат тоже разделить на два вида:
Условно-постоянные Ѕпост, независящие от объема производства; условно-переменные Sпер, зависящие от объема выработанной тепловой и электрической энергии.
Сумма всех затрат в течение календарного года, р/год:
SΣ = Sпост + Sпер .
Определим составляющие каждого типа затрат.
1. Примем в качестве условно-постоянных затрат на производство электрической энергии Sэпост, следующие статьи расходов:
Годовые издержки по фонду оплаты труда персонала, занятого в производстве электрической энергии, Sэот;
Единый социальный налог, включающий социальное и медицинское страхование, пенсионный фонд и социальное страхование от несчастных случаев, Sэсоц;
Годовые амортизационные отчисления от стоимости основных производственных фондов, занятых при выработке электрической энергии; аккумулируются в специальное амортизационном фонде, в дальнейшем используемом на приобретение нового оборудования, взамен морально и физически изношенного, Sэам;
Годовые затраты на ремонт основных производственных фондов участвующих в выработке электрической энергии, предназначенные для различного рода ремонтного обслуживания по официальному графику планово-предупредительного ремонта, Sэрем;
Общепроизводственные расходы, Sэобпр.
2. В условно-переменные затраты на производство электрической энергии включены затраты на топливо для производства электрической энергии, включая транспортные расходы, Sэтт .
Для определения отпускного тарифа на продаваемую сторонним потребителям электроэнергию от ТЭЦ малой мощности необходимо к себестоимости продукции добавить:
Налог на добавленную стоимость (НДС), начисляемый на продаваемую потребителю электрическую энергию, Sэндс.
3. Примем в качестве условно-постоянных затрат на производство тепловой энергии, отчисления:
В фонд оплаты труда персонала, занятого в производстве тепловой энергии, Sтот;
Единый социальный налог на социальное и медицинское страхование, пенсионный фонд и страхование от несчастных случаев на производстве для работников котельной, Sтсоц;
Годовые амортизационные отчисления от стоимости основных производственных фондов котельной, Sтам;
Годовые затраты на ремонт основных производственных фондов участвующих в выработке тепловой энергии, Sтрем;
Налог на землю, зависящий от площади отвода земли, Sтз;
Общепроизводственные и общехозяйственные годовые издержки, предназначенные для содержания зданий, сооружений и прочих объектов непроизводственного назначения, другие непроизводственные расходы, Sтобпр, Sтобхоз.
4. Условно-переменные затраты на производство тепловой энергии: издержки на топливо, используемое для выработки тепла, Sттт;
Затраты на электрическую энергию, предназначенную для собственных нужд, рассчитываемые исходя из себестоимости электроэнергии собственного производства, Sтсэ;
Издержки на воду со стороны, используемую на технологические цели, включая затраты на ее транспортировку, Sтв;
Затраты на вспомогательные материалы, необходимые для производства (реагенты), Sтрм.
Аналогично, как и для определения отпускного тарифа на продаваемую сторонним потребителям тепловую энергию необходимо к себестоимости продукции добавить:
Налог на добавленную стоимость (НДС), начисляемый на продаваемую потребителю тепловую энергию, Sтндс.
Расчетную себестоимость производства энергии следует увеличивать на размер рентабельности, полученная коммерческая себестоимость увеличивается на прогнозируемый уровень инфляции. Так предлагается определять тариф на отпускаемую от ТЭЦ малой мощности энергию, продаваемую сторонник потребителям.
Производство тепловой и электрической энергии является наиболее затратным по расходу топлива. Величина топливной составляющей достигает 50 % и более от суммарных затрат на ТЭЦ, поэтому особое внимание следует уделить расчету данного типа затрат. Затраты на топливо зависят от объемов производства тепловой и электрической энергии, которые в свою очередь зависят от режимов работы ГТУ и температуры наружного воздуха.
Графоаналитический метод oпределения расхода потребляемого топлива и годовой выработки тепловой и электрической энергии от ГТУ
Для уменьшения срока окупаемости и, следовательно, увеличения прибыли от применения газотурбинных установок на котельных необходимо правильно определять какую по мощности, как тепловой, так и электрической, следует проектировать ГТУ.
В любом случае мощность проектируемой ГТУ зависит от годового графика отпуска тепловой энергии от котельной и графика потребления электрической энергии предприятием [1]. Причем если выбирать газовую турбину по электрической нагрузке, то можно ее подобрать так, что тепловая мощность после ГТУ будет значительной и из-за отсутствия потребности в ней не будет рационально использована. Следовательно, стоимость получаемой собственной электрической энергии возрастет, и такая турбина принесет незначительную прибыль и, возможно, никогда не окупится. Поэтому предлагается подбирать турбину по ее тепловой мощности, чтобы максимально эффективно ее загружать. Если при этом появится избыток электрической мощности, его следует продавать в общую энергосистему, например, как энергодефицитную для Алматы, и тем самым получать больший экономический эффект от применения ГТУ.
Тем не менее, рассмотрим оба варианта загрузки ГТУ.
1. Выбираемая газотурбинная установка круглогодично работает в номинальном режиме по отпуску электрической энергии. Получаемая электрическая энергия расходуется на нужды предприятия, собственника котельной, реконструируемой в ТЭЦ малой мощности. Если часть тепловой энергии, получаемой параллельно с электрической энергией, невозможно полезно использовать, ее избыток выбрасывается в атмосферу. Данная потеря тепла является убытком, который должен быть включен в себестоимость получаемой электрической энергии.
2. Газотурбинная установка регулируется по потребности в тепле на данном предприятии и присоединенным к его котельной микрорайонам. Вырабатываемая при этом электрическая мощность поступает на нужды предприятия. В случае избытка — электроэнергия продается в энергосистему, в случае недостатка — требуемое количество электроэнергии покупается предприятием из энергосистемы.
Для такой оценки воспользуемся графиками продолжительности тепловой нагрузки. Такие графики у каждого предприятия свои, зависящие от географического положения данного предприятия и особенностей подключаемой нагрузки к котельной предприятия.
С изменением температуры наружного воздуха, для поддержания комфортных условий в отапливаемом помещении, изменяют отпуск тепла от котельной (рис. 1, 2 линия a-b-c-d-e).
Чем ниже температура наружного воздуха, тем больше тепла котельная должна отпустить, чтобы компенсировать теплопотери от отапливаемых зданий в окружающую среду. Чтобы это учесть при построении графику (рис. 1, 2 правая часть) по оси абсцисс откладывают годовое число часов, в течение которых наблюдается наружная температура, равная и ниже данной, а по оси ординат — часовой расход теплоты при данной наружной температуре [1].
Такой график будем считать в качестве исходных данных для предприятия, на котором проектируется ГТУ (рис. 1, 2 линия a-k-l-m-n).
Рисунок 1. Годовой график выработки тепловой и электрической энергии ГТУ, с учетом расхода топлива, при работе в номинальном режиме
Рисунок 2. Годовой график выработки тепловой и электрической энергии, с учетом расхода топлива, при работе ГТУ на базе теплового потребления
Площадь p-a-k-l-m-n-o-p под кривой a-k-l-m-n на правой части рисунков 1, 2 является годовой потребностью в тепле для данного предприятия.
Рассмотрим первый вариант регулирования загрузки газотурбинной установки (рис. 1).
Выберем из существующей номенклатуры определенную газовую турбину. Выполним расчет данной турбины при работе на номинальном режиме для различных температур наружного воздуха согласно математической модели, изложенной в главе 2.
В результате расчета получим кривые s-r и s'-r' выражающие характер изменения тепловой и электрической мощности в зависимости от условий окружающей среды, которым будет соответствовать определенный расход топлива s”-r".
Продолжим ось ординат вниз и нанесет на неё деления, соответствующие изменению расхода данного типа топлива при размерности т/ч. Изобразим на левом нижнем квадранте рисунка 1 график, соответствующий изменению расхода топлива ГТУ (кривая s"-r"), в зависимости от температуры окружающей среды, при данных тепловой и электрической мощности.
Поскольку температура наружного воздуха tн, зависит от географического положения данного предприятия и число часов стояния температуры равной и ниже данной известно, пример для г. Алматы изображен на рисунке 3, выполним следующие действия.
Перенесем значения тепловой и электрической мощности, вырабатываемой ГТУ, из левого верхнего квадранта в правый верхний квадрант (рис. 1). В результате переноса получим кривые (r-t и r'-t') выражающие выработку тепловой энергии Nтэ и электрической Nгэ при работе в условиях максимального отпуска энергии от ГТУ в течение года.
Рисунок 3. Число часов за отопительный период со среднесуточной температурой наружного воздуха, равной и ниже данной (для г. Алматы)
При этом нагрузка ТЭЦ малой мощности для каждой определенной температуры наружного воздуха будет соответствовать годовой длительности стояния температур равной и ниже данной (линии r-t и r'-t').
Аналогичные преобразования выполним для зависимости, выражающей расход топлива. Перенесем кривую s"-r" из левого нижнего квадранта в правый нижний квадрант (рис.1).
Таким образом, площади под кривыми r-t и r’-t’ выражают годовой отпуск электроэнергии и тепла от ГТУ. Площадь над кривой r"-t" определяет годовой расход топлива для покрытия данных нагрузок.
Разность между площадями p-r-k-t-o-p и p-r-k-/-m-n-o-p представляет собой количество тепла, безвозвратно выбрасываемого в атмосферу.
Рассмотрим второй вариант регулирования загрузки газотурбинной установки (рис. 2).
Аналогично первому варианту выберем из существующей номенклатуры газотурбинную установку. Данная установка регулируется таким образом, чтобы отпуск от неё тепловой энергии полностью соответствовал потребности в тепле предприятием и прилегающим к нему потребителями (рис. 2, линия b-c-d-e). Далее турбина работает в номинальном режиме по отпуску тепловой и электрической энергии (рис. 2, линия b-r), а остальное количество необходимого тепла отпускается от котлов.
В результате поверочного термодинамического расчета газотурбинной установки на переменном режиме работы (изложенного в главе 2), при различной температуре наружного воздуха и потребности в тепле, можно получить количество вырабатываемой электрической энергии (рис. 2, линия e'-d'-c'-b'-r'). На левом нижнем квадранте рисунка 2, по результатам того же расчета, нанесем расход топлива (линия e"-d"-c"-b"-r") соответствующий данной тепловой и электрической мощности.
Перенесем значения тепловой и электрической мощности, вырабатываемой ГТУ, а также соответствующий им расход топлива из левой части рисунка 2 в правую часть. В результате переноса получим кривые (r-k-ï-m-n и r'-k'-f-m'-n') выражающие выработку тепловой энергии Nтт и электрической Nгт, при работе ГТУ на базе теплового потребления, и соответствующий им расход топлива BΣт. (r"-k”-f'-m"-n“).
Таким образом, годовой отпуск электроэнергии и тепла от ГТУ выражается площадью p-r-k-l-m-n-o-p представляющей собой годовую потребность в тепле для данного предприятия и площадью p-r'-k'-l'-m'-n'-o-р соответствующую данной тепловой мощности. Площадь p-r"-k”-l"-m"-n”-o-p над кривой BΣт определяет годовой расход топлива для покрытия данных нагрузок.
Как известно из курса математики [3], площадь по кривой определяется определенным интегралом, взятым от данной кривой по известным пределам. Исходя из этого, можно записать следующие уравнения, определяющие годовой отпуск тепла и электроэнергии и соответствующий им расход топлива.
l. Для варианта работы ГТУ по тепловому графику.
Годовая потребность в тепле для микрорайонов и предприятия, имеющего собственную котельную, реконструируемую в ТЭЦ малой мощности (рис. 1, 2, площадь p-a-k-l-m-n-o-p), (МВт ч)/год:
(2)
Где nк, nн — соответственно конец и начало отпуска тепла от теплоисточника (при круглогодичной загрузке с отпуском пара на производственные нужды горячей воды nк = 8760 ч, nн = 0 ч), ч; Qпотр - графическая зависимость (рис. 1, 2, линия a-k-l-m-n), выражающая изменение потребности в тепле от числа часов.
Годовой отпуск тепла от ГТУ (рис. 2, площадь p-r-k-l-m-n-o-p), (МВт ч)/год:
(3)
Где Nтт — графическая зависимость (рис. 2, линия r-k-l-m-n), отображающая изменение отпуска тепла от ГТУ в зависимости от числа часов.
Годовой отпуск электроэнергии от ГТУ при работе на базе теплового потребления (рис. 2, площадь p-r’-k’-l’-m’-n’-o-p), (МВт ч)/год:
(4)
Где Nгт – графическая зависимость (рис. 2, линия r’-k’-l’-m’-n’), отображающая изменение отпуска электроэнергии от ГТУ в зависимости от числа часов.
Годовая потребность в топливе для ГТУ (рис. 2, площадь p-r”-k”-l”- m”-n”-o-p), т/год:
Где BΣт - графическая зависимость (рис. 2, линия r”-k”-l”-m”-n”), отображающая изменение расхода топлива для ГТУ в зависимости от числа часов.
(5)
2. Для варианта работы ГTУ по отпуску электроэнергии в номинальном режиме можно записать следующие уравнения.
Годовой отпуск тепла от ГТУ (рис. 1, площадь p-r-k-t-o-p), (МВтч)/год:
(6)
Где Nтэ — графическая зависимость (рис. 1, линия r-t), отображающая изменение отпуска тепла от ГТУ в зависимости от числа часов.
Годовой отпуск электроэнергии от ГТУ при работе в номинальном режиме (рис. 1, площадь p-r’-t’-o-p), (МВт ч)/год
(7)
где Nгэ — графическая зависимость (рис. 1, линия r'-t'), отображающая изменение отпуска электроэнергии от ГТУ в зависимости от числа часов.
Годовая потребность в топливе для ГТУ (рис. 1, площадь p-r”-t"-o- р), т/год:
(8)
где BΣэ — графическая зависимость (рис. 1, линия r"-t"), отображающая изменение расхода топлива для ГТУ в зависимости от числа часов.
Годовое количество тепла потребителей, покрываемое от ГТУ при ее эксплуатации в номинальном режиме (рис. 1, площадь p-r-k-l-m-n-o-p),(МВт/ч)/год:
(9)
где Nтэ(пол) — графическая зависимость (рис. 1, линия r-k-l-m-n), отображающая тепло полезно использованное при работе ГТУ в зависимости от числа часов.
Годовое количество тепла, безвозвратно теряемое в атмосферу из-за отсутствия потребности в тепловой энергии (рис. 1, площадь k-l-m-n-t-k), (МВт/ч)/год:
(10)
Список литературы:
- Соколов Е. Я. Теплофикация и тепловые сети: Учебник для вузов. М.: Энергоиздат, 1982. 360 с.
- Самсонов В. С, Вяткин М. А. Экономика предприятий энергетического комплекса: Учеб. Для вузов. М.: Высш. Шк., 2001.416 с.
- Бронштейн И. Н., Семендяев К. А. Справочник по математике для Инженеров и учащихся втузов. М.: Гостехиздат, 1978. 608 с.
Оставить комментарий