УЛУЧШЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТИВНОСТИ РАБОТЫ ГТУ ТЭС В ТЕПЛЫЙ ПЕРИОД ГОДА

Известно, что при повышении температуры воздуха на всасывании в компрессор ГТУ объем вырабатываемой электрической мощности снижается, а объем потребления газа повышается. Существуют различные технические схемы охлаждения воздуха, среди которых применение абсорбционных холодильных машин (АБХМ) считается наиболее перспективным. Однако до настоящего времени не были разработаны и обоснованы методы для выбора холодильной мощности, а именно этот показатель определяет величину капитальных затрат на реализацию идеи.

При традиционном подходе, для оценки эффективности охлаждения на входе в компрессор выполняется расчет мощности, необходимой для охлаждения воздуха в диапазоне от 30 С до 15 С, с учетом уровня влажности, характерного для данного региона. Почему именно в этом диапазоне, никто не задается вопросом, поскольку действует «гипноз» стандартного графика зависимости электрической мощности  от температуры воздуха , который часто приводится в технической литературе (для стендовых условий испытания турбины). И этот график имеет «переломы» именно в точках 15 С и 30 С. Тогда как реальный график, например, для турбины SGT800 производства Siemens, следуя той же логике, обусловливает необходимость снизить температуру воздуха, скорее, до 18 С, но с какого уровня – неизвестно (рис. 1).

Рис.1. График зависимости электрической мощности от температуры воздуха.

Согласно расчетам, выполненным по традиционной методике, необходима холодильная установка мощностью 4,8 МВт. Исходная относительная влажность воздуха была принята равной 70 %. При этом такие важнейшие моменты, как количество дней в восточных регионах с температурой 30 С, техникоэкономические показатели при других заданных диапазонах снижения температуры, в рамках такого подхода не учитываются.

Разработанная методика дала совершенно другие результаты. Ее идея заключается в следующем:

• использовать статистику климатических параметров региона;
• использовать «реальные», а не стендовые характеристики ГТУ;
• рассчитать сумму стоимости дополнительно вырабатываемой энергии и сэкономленного топлива при различной степени охлаждения воздуха (при различной мощности);
• определить стоимость оборудования, необходимого для реализации системы охлаждения на каждом уровне мощности;
• разработать критерий, позволяющий объективно оценить расходы и доходы и определить срок окупаемости применения АБХМ для охлаждения воздуха на входе в компрессор газовой турбины SGT800;
• оценить эффективность внедрения данного мероприятия в условиях «холодное – среднестатистическое – жаркое лето»;

• На основе всех расчетов принять обоснованное решение.

Для разработки методики в качестве исходных данных использовались эксплуатационные характеристики турбины SGT800, позволившие оценить при различной температуре окружающего воздуха расход топлива и электрическую мощность. При этом учитывались климатические характеристики месторасположения ТЭС.

На основе параметров систем холодоснабжения, теплообменников, приточных установок и градирен были выведены показатели температуры, влажности, плотности приточного воздуха при расчетных значениях для каждого месяца сезона (с мая по сентябрь), с учетом минимальных, средних и максимальных среднемесячных температур.

Оценка стоимости всей системы (а не только одной АБХМ) была необходима для того, чтобы определить рациональность применения охлаждения, а также сроки окупаемости всей установки. Цель теплофизических расчетов – определение температуры приточного воздуха, достигаемой в каждой расчетной точке, чтобы затем оценить экономический эффект от возможного увеличения электрической мощности и экономии топлива.

Разумеется, с увеличением установленной мощности холодильного оборудования достигается лучший технический результат. Однако и стоимость реализации при этом повышается. Для объективного сравнения вариантов был предложен экономический критерий оптимизации. Такой подход является новаторским, и полученные результаты значительно меняют наши представления об уровне оптимальной холодильной мощности. Предложенный критерий оптимизации – максимум ежегодной прибыли от внедрения мероприятий за вычетом амортизационных отчислений:

П = Д – 0,15.К, где П – критерий оптимизации, ежегодная условная прибыль от реализации мероприятий; Д– дополнительный доход от реализации мероприятий, равный сумме стоимости дополнительно реализованной электроэнергии и стоимости сэкономленного газа; К – капитальные затраты на реализацию системы; 0,15.К – амортизационные отчисления. Расчеты производились для максимальных, минимальных и средних месячных значений. Практическую значимость имеют показатели для средних месячных значений. Полученные результаты представлены на графиках рис. 2, откуда видно, что экономически оправданным оптимальным значением является мощность 2 МВт, а не 4,8 МВт.

Рис. 2. Суммарный экономический эффект для среднемесячных температур

Более того, очевидно, что в условиях холодного лета при минимальных месячных температурах применение АБХМ мощностью свыше 2,3 МВт приводит не к экономическому эффекту, а к существенным финансовым потерям.

Рис. 3. Структурная схема системы охлаждения.

Выводы:

1. Применение системы, рассчитанной с использованием традиционного подхода к определению мощности, в некоторых случаях не только не дает экономического эффекта, но может привести к отрицательному результату.

2. Учитывая среднемесячные температуры и экономические критерии оптимизации для установки SGT800, следует ориентироваться на ГТУ с холодильной мощностью около 2 МВт. Значительные отклонения от рекомендуемого значения в большую или меньшую сторону приведут к резкому увеличению срока окупаемости системы. Дополнительных поступлений от реализации мероприятий для традиционно рекомендуемых установок большой мощности будет недостаточно даже для формирования амортизационных отчислений. Особенно в том случае, когда лето холодное. Но данный вывод не распространяется на другие регионы и другие типы ГТУ.

*Примечание: на 17.12.2015 – 40,19сум = 1 рубль.

3. После применения рекомендуемой системы охлаждения воздуха при средних климатических показателях ежегодные дополнительные поступления от реализации электроэнергии вместе со стоимостью сэкономленного топлива составят 7597 тыс. рублей = 305323,43 тыс. сумов на одну ГТУ. При колебаниях среднемесячных температур от минимальных до максимальных ежегодные поступления от реализации дополнительной электроэнергии составят от 3264 тыс.(=131180,16 тыс. сумов) до 8789 тыс.(=353229,91 тыс. сумов) рублей. Суммарный экономический эффект находится в диапазоне 10147 тыс. рублей = 407807.93 тыс. сумов.

4. Учитывая амортизационные отчисления, равные 0, 15.К, при средних сезонных температурах срок окупаемости рекомендуемого оптимального варианта составит 5 лет (для данного конкретного случая). Срок окупаемости в значительной мере зависит от температурных показателей сезона. При реализации системы охлаждения рационально обеспечить энергией холода и прочие потребности ТЭС (системы кондиционирования вспомогательных помещений, реализовать охлаждение проб). В таком случае, во-первых, эти процессы будет осуществляться одновременно, а во-вторых, в качестве источника энергии для системы охлаждения проб и кондиционирования воздуха можно использовать «бросовое» тепло горячей воды градирни. Это позволит также снизить собственные нужды электростанции в электропотреблении.

5. Предложенная методика имеет универсальный характер и может быть рекомендована к использованию проектными и энергетическими компаниями для любых ГТУ и в любом регионе. Особенно она эффективна для южных регионов.

Список литературы:

1. Новая концепция для снижения расхода воды и повышения эффективности в электроэнергетике. (University Of Pittsburgh Chemical & Petroleum Engineering Dept, Weismantel International).
2. Оценка газотурбинным систем впуска воздушного охлаждения. (авторы: Sanjeev Jolly, P.E. Joseph Nitzken, P.E., Donald Shepherd, Caldwell Energy & Environmental, Inc.)
3. Оценка увеличения мощности от газотурбинных электростанций, использующих различные системы воздушного охлаждения на входе (авторы: Q.M. Jaber, J.O. Jaber (Faculty of Engineering Technology, Al_ Balqa' Applied University), M.A. Khawaldah (Directorate of Royal Maintenance Corps, Jordan Armed Forces)).
4. Повышение выхода газовой турбины через впускное воздушное охлаждение. (авторы: Kamal N. Abdalla, Zuhair A. M. Adam).