Газотурбинные мини-ТЭЦ (ГТУ-ТЭЦ)
Федеральное государственное бюджетное образовательное
Учреждение высшего образования
«Астраханский государственный технический университет»
Система менеджмента качества в области образования, воспитания, науки и инноваций сертифицирована DQS
По международному стандарту ISO 9001:2015
Институт Морских технологий, энергетики и транспорта
Направление 13.03.01 Теплоэнергетика и теплотехника
Профиль «Энергообеспечение предприятий»
Кафедра «Теплоэнергетика и холодильные машины»
Лабораторная работа
По дисциплине: «Автономные системы и источники энергоснабжения»
По теме: «Изучение эффективности использования, основных характеристик, схем, производителей мини-ТЭЦ на базе ДВС, ГТУ, ПТУ»
Выполнил: магистрант группы ДТЕТМ-21
Милосердов Н. Д.
Проверил: доцент
Атдаев Д. И.
Астрахань 2021 г.
Содержание
| Цель работы | 3 |
| 1 Генерация электрической и тепловой энергии на мини- и микро-ТЭЦ, микротурбины. | 3 |
| 2 Газотурбинные мини-ТЭЦ (ГТУ-ТЭЦ) | 5 |
| 3 Мини-ТЭЦ на базе двигателей внутреннего сгорания (ДВС) | 8 |
| 4 Мини-ТЭЦ на базе малых паротурбинных установок (ПТУ-ТЭЦ), а также на базе паровых роторных объёмных машин (ПРОМ) и паро-винтовых машин (ПВМ). | 14 |
| 5 Газовые микротурбины для комбинированного производства электрической и тепловой энергии (микро-ТЭЦ). | 16 |
| 6 Использование за рубежом технологий микротурбин и блочных установок на их основе | 18 |
| Список литературы | 19 |
Цель работы заключаетсяв освоении материала практических занятий по изучению эффективности использования, основных характеристик, схем, производителей мини-ТЭЦ на базе ДВС, ГТУ, ПТУ.
|
|
|
Генерация электрической и тепловой энергии на
Мини- и микро-ТЭЦ, микротурбины
В мировой энергетике прослеживается стойкая тенденция к увеличению производства и потребления энергии. Даже с учётом значительных структурных изменений в промышленности и перехода на энергосберегающие технологии, потребности в электроэнергии в ближайшие десятилетия будут увеличиваться (табл. 1.1).
Таблица 1.1 – Изменение выработки электроэнергии в мире
| Показатель | Единица измерения | 1990 г. | 2000 г. | 2010 г |
| Суммарная выработка электроэнергии в мире | млрд. кВт·ч | 11900 | 15100 | 19500 |
| Доля от суммарной выработки электроэнергии на лектростанциях: | % | 100 | 100 | 100 |
| АЭС | 17 | 16 | 14 | |
| ТЭС на газе | 14 | 19 | 23 | |
| ТЭС на мазуте | 12 | 10 | 9 | |
| ТЭС на твёрдом топливе | 38 | 37 | 36 | |
| Электростанции на етрадиционных | 19 | 18 | 18 | |
| и возобновляемых источниках энергии (НиВИЭ) | ||||
| Показатель | Единица измерения | 1990 г. | 2000 г. | 2010 г |
| Выработка электроэнергии по регионам, том числе: | % | 100 | 100 | 100 |
| Западная Европа | 20 | 19 | 18 | |
| Восточная Европа | 18 | 13 | 12 | |
| Азия и Австралия | 21 | 28 | 34 | |
| Америка | 36 | 34 | 30 | |
| Средний Восток и Африка | 5 | 6 | 6 | |
| Установленная мощность электростанций в мире, в том числе: | ГВт | 2830 | 3580 | 4450 |
| АЭС | % | 12 | 11 | 10 |
| ТЭС на газе | % | 17 | 20 | 22 |
| ТЭС на мазуте | % | 15 | 14 | 13 |
| ТЭС на твёрдом топливе | % | 33 | 32 | 32 |
| Электростанции на нетрадиционных и возобновляемых источниках энергии (НиВИЭ) | % | 23 | 23 | 23 |
|
|
|
Технический прогресс в электроэнергетике развитых стран Европы, Азии и Америки характеризуется следующими основными направлениями:
|
|
|
‒ Созданием высокоэкономичных энергоблоков с суперкритическими параметрами пара для работы по заданным графикам электрической нагрузки с максимально-возможной автоматизацией технологического процесса производства электроэнергии.
‒ Совершенствованием структуры и экономичности топливно-энергетических балансов стран и регионов.
‒ Повышением надёжности защиты окружающей среды от вредного воздействия электростанций.
‒ Увеличением количества электростанций, совместно вырабатывающих электрическую и тепловую энергию – теплофикационных электростанций (ТЭЦ).
‒ Сокращением капитальных затрат и уменьшением себестоимости электрической тепловой энергии на ТЭЦ.
Однако, в настоящее время, традиционные крупные теплофикационные электростанции системы теплоснабжения, как правило, не обеспечивают расчётной экономии топлива на ТЭЦ общей эффективности централизованного обеспечения потребителей электроэнергией и теплотой. Это связано, в основном, со следующими причинами:
‒ Эффект системной экономии топлива от централизации тепло- и энергоснабжения практически сведён к минимуму вследствие того, что КПД новых современных котлоагрегатов для промышленных и отопительных котельных повышен до уровня КПД энергетических котлов ТЭЦ;
|
|
|
‒ Вторая составляющая экономии топлива от комбинированной выработки электрической и тепловой энергии на ТЭЦ также оказалась ниже расчётной – вследствие значительных трансмиссионных тепловых потерь и потерь теплоты с утечками при транспорте сетевой воды на большие расстояния. Эти тепловые потери, в среднем по России, достигают уровня 16-23 %. Кроме того, большинство магистральных, распределительных и внутриквартальных тепловых сетей от ТЭЦ выработали свой ресурс и имеют значительный износ (т.е. характеризуются низкой надёжностью). Это обстоятельство приводит к нарушению качества теплоснабжения от ТЭЦ и возникновению ущербов от недоотпуска тепловой энергии (как материальных, так и социальных);
‒ Значительный физический и моральный износ теплоэнергетического оборудования ТЭЦ.
Из-за этих факторов, а также учитывая изменение структуры собственности как в производственной, так и в жилищно-коммунальной сфере, возрастает доля децентрализованного обеспечения потребителей электроэнергией и теплотой.
Сооружение мини и микро-ТЭЦ, (а также реконструкция существующих котельных в мини-ТЭЦ) позволит не только обеспечить более эффективное использование топлива за счёт комбинированного производства электрической и тепловой энергии, но и повысить надёжность энергоснабжения населённых пунктов и промышленных предприятий.
Основными достоинствами мини-ТЭЦ являются:
‒ невысокие потери при транспортировке тепловой и электрической энергии по сравнению с системами централизованного тепло- и электроснабжения;
‒ автономность функционирования мини-ТЭЦ (независимость от внешней энергосистемы) и возможность продажи в энергосистему излишков вырабатываемой электроэнергии или теплоты;
‒ низкая себестоимость вырабатываемой тепловой и электрической энергии (в 2-2,3 раза меньше, по сравнению с системами централизованного тепло- и электроснабжения);
‒ повышение надёжности энергоснабжения, так как возможные перебои в подаче электроэнергии от внешней энергосистемы не приводят к прекращению работы мини-ТЭЦ;
‒ невысокий расход топлива для производства электроэнергии и теплоты;
‒ большой моторесурс и долговечность оборудования мини-ТЭЦ;
‒ мобильность, возможность перевозки и быстрого подключения к тепловым и электрическим сетям потребителей после доставки на место (в стационарном или контейнерном исполнении).
На сегодняшний день, в промышленной и коммунально-бытовой энергетике широко применяется следующее оборудования для мини-ТЭЦ:
‒ газотурбинные установки (ГТУ-ТЭЦ).
‒ установки на базе двигателей внутреннего сгорания: дизельные, газодизельные и газопоршневые мини-ТЭЦ.
‒ малые паротурбинные установки (ПТУ-ТЭЦ), а также установки на базе паровых роторных объёмных машин (ПРОМ) и паро-винтовых машин (ПВМ).
‒ газовые микротурбины для комбинированного производства электроэнергии и теплоты (микро-ТЭЦ).
Газотурбинные мини-ТЭЦ (ГТУ-ТЭЦ)
Воздух, сжатый в компрессоре и газ под давлением 1,5-2,5 МПа (15-25 кгс/см2) подаются в камеру сгорания. В камере сгорания осуществляется сжигание газа.
В процессе сжигания газа образуются продукты сгорания (уходящие дымовые газы), которые направляются в газовую турбину. Проходя через турбину, уходящие дымовые газы расширяются и, тем самым, передают свою энергию генератору. За счёт расширения продуктов сгорания, генератор газовой турбины вырабатывает электроэнергию, которая затем поступает к потребителям.
После газовой турбины, для теплоснабжение потребителей, предусматривается установка газоводяного теплообменника-утилизатора или парового котла-утилизатора (рис. 2.1). В этих аппаратах используется теплота продуктов сгорания (с температурой 420-500 º С) для нагрева сетевой воды или для выработки пара.
Рис. 2.1 – Принципиальная схема газотурбинной мини-ТЭЦ
Примерно 40 % энергии от сгорания газа приходится на выработку электроэнергии, остальные 60 % используются для производство теплоты.
Электрический КПД газотурбинных мини-ТЭЦ равен, в среднем, 25-35 %. Общий коэффициент использования теплоты (по сумме электрической + тепловой мощности) у газотурбинных мини-ТЭЦ достигает 75-85 %.
Спектр выпускаемых газотурбинных мини-ТЭЦ достаточно широк и лежит в диапазоне от 2,5 до 25 МВт по электрической мощности. Тепловая мощность газотурбинных мини-ТЭЦ (при температуре уходящих дымовых газов 100-115 ºС) составляет от 1,5 до 27 Гкал/ч.
Как правило, газотурбинные мини-ТЭЦ выпускаются в виде модулей полной заводской готовности для стационарного размещения или в блочно-контейнерном исполнении.
В странах Западной Европы, при проектировании тепловых электрических станций, технология ГТУ-ТЭЦ наиболее востребована (прежде всего для малых и средних электрических станций, мощностью до 30 МВт). Рост суммарной мощности ГТУ-ТЭЦ в странах Западной Европы приведён в табл. 2.1.
Таблица 2.1 – Динамика ввода мощностей ГТУ-ТЭЦ в странах Западной Европы
| 2000 г. | 2010 г. | 2020 г. | |||
| Мощность ГТУ-ТЭЦ, ГВт | % от суммарной установленной мощности электростанций Западной Европы | Мощность ГТУ- ТЭЦ, ГВт | % от суммарной установленной мощности электростанций Западной Европы | Мощность ГТУ-ТЭЦ, ГВт | % от суммарной установленной мощности электростанций Западной Европы |
| 74 | 12 | 91-135 | 13-18 | 124-195 | 15-22 |
Установка газотурбинных мини-ТЭЦ наиболее выгодна на промышленных предприятиях, которые имеют значительные (больше 10-15 МВт) электрические и тепловые нагрузки, собственную производственную базу, высококвалифицированный персонал для эксплуатации оборудования мини-ТЭЦ, подвод газа высокого давления
Для получения максимального энергетического и экономического эффекта при работе газотурбинной мини-ТЭЦ необходимо сравнить различные варианты покрытия электрических и тепловых нагрузок потребителей (сравнить различные режимы работы ГТУ-ТЭЦ). Существуют следующие возможные режимы работы ГТУ-ТЭЦ:
1. Автономный (островной). При этом режиме работы ГТУ-ТЭЦ полностью покрывает электрические и тепловые нагрузки потребителей. При этом потребители электрической и тепловой энергии не подключены к внешним электро- и теплосетям.
2. Параллельно с внешней электрической сетью. При этом режиме работы ГТУ-ТЭЦ, основные (базовые) электрические нагрузки потребителей частично или полностью покрываются за счёт работы газотурбинных установок. Пиковые электрические нагрузки потребителей покрываются за счёт отбора дополнительной электроэнергии из внешней электрической сети. Кроме того, внешняя электрическая сеть является резервным источником энергоснабжения при аварийном останове ГТУ-ТЭЦ, а также выполнении плановых ремонтов оборудования.
3. Синхронно с внешней электрической сетью. При этом режиме работы ГТУ-ТЭЦ, газотурбинные установки покрывают, как основные (базовые), так и пиковые электрические нагрузки потребителей. Если ГТУ-ТЭЦ вырабатывает больше электрической энергии, чем требуется потребителям, то избыточное количество электроэнергии передаётся во внешнюю электрическую сеть.
Наиболее эффективными являются 2-ой и 3-ий режимы работы ГТУ-ТЭЦ. При этих режимах работы газотурбинные установки постоянно работают на номинальном режиме (с максимальным КПД) и выдают максимальное количество электрической и тепловой энергии потребителям. Это обстоятельство позволяет минимизировать расход топлива газотурбинными установками и существенно улучшить экономические показатели работы ГТУ-ТЭЦ:
‒ уменьшить срок окупаемости ГТУ-ТЭЦ (в 2-2,5 раза);
‒ сократить себестоимость производимой электроэнергии (в 2-2,3 раза).
Также для эффективной эксплуатации ГТУ-ТЭЦ, необходимо проанализировать максимальные тепловые нагрузки и годовые (месячные) расходы теплоты потребителями. Как правило, примерно 60-80 % годового потребления теплоты обеспечивается при помощи газотурбинных мини-ТЭЦ. Остальные 20-40 % покрываются пиковыми котлоагрегатами. Такое распределение годового расхода теплоты между газотурбинными установками и пиковыми котлами универсально, т.е. может использоваться для любого режима работы ГТУ-ТЭЦ.
К достоинствам ГТУ-ТЭЦ относятся:
‒ Способность работать на различных видах топлива (газообразном и жидком).
‒ Длительность периода, на протяжении которого оборудование ГТУ-ТЭЦ может эксплуатироваться без остановки (до 9000 часов).
‒ Незначительный расход смазочного масла для оборудования ГТУ-ТЭЦ (до 1,3 тонн в год).
‒ Малые выбросы вредных веществ в окружающую среду (NOX = 25-50 ppm; CO = 60-75 ppm).
‒ Высокое значение отношения отпускаемой теплоты к производимой электроэнергии ( QТ /Nэ=1,7-2,1).
Возможность производства пара в котлах-утилизаторах ГТУ-ТЭЦ (с давлением 9-40 кгс/см2; температурой 250-450 ºС). Это обстоятельство позволяет использовать газотурбинные мини-ТЭЦ на промышленных предприятиях для покрытия технологической тепловой на грузки.
Дата добавления: 2021-06-02; просмотров: 283; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!