авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Разработка технических, экономических и экологических критериев применения систем генерирования электрической энергии малой мощности

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Мамонов Андрей Михайлович

РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ, ЭКОНОМИЧЕСКИХ И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ

КРИТЕРИЕВ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМ ГЕНЕРИРОВАНИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ МАЛОЙ МОЩНОСТИ

05.14.01 Энергетические системы и комплексы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Нижний Новгород 2006

Работа выполнена в Нижегородском государственном техническом университете на кафедре «Электроэнергетика и электроснабжение».

Научный руководитель: - доктор технических наук, профессор

Лоскутов Алексей Борисович

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

Герман Леонид Абрамович

- кандидат технических наук,

Шарутин Федор Валентинович

Ведущая организация: - Межрегиональное территориальное управление технологического и экологического надзора Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору по Приволжскому Федеральному округу (г.Н.Новгород)

Защита состоится «22» декабря 2006 г. в аудитории 1258 в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.165.02 в Нижегородском государственном техническом университете (603600, ГСП-41, г.Нижний Новгород, ул.Минина, 24).

Отзывы на автореферат, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 603600, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24, НГТУ, ученому секретарю диссертационного совета Д212.165.02 или по факсу (8312) 19-82-07.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НГТУ.

Автореферат разослан « ____ » _____________ 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент В.В. Соколов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Развитию когенерационных установок, т.е. установок производящих как электрическую, так и тепловую энергию, большое внимание уделяют во всех развитых странах.

В последние 10-20 лет резко возрос интерес к когенерационным установкам модульного типа мощностью от 1 до 20 МВт. Это объясняется тем, что их КПД удалось довести до 80-90%, малые сроки монтажа (1-2 года), более низкие капиталовложения, возможность максимального приближения к потребителям электроэнергии и тепла, меньшие затраты на эксплуатацию, широкая гамма использования различных видов топлива и ряд других положительных факторов.

Для России внедрение автономных когенерационных установок (мини-ТЭЦ) модульного типа еще более актуально, чем для западных стран.

По прогнозу в 2008-2010 годах Россия выйдет на уровень потребления электроэнергии 1990 года. Учитывая, что ввод новых мощностей электростанций за период 1990-2005 гг. был минимальный, а старение энергооборудования составляет 60 и более процентов, без кардинальных мер по вводу новых мощностей электростанций Россия окажется на краю глубокого энергетического кризиса, который может привести к глубокому экономическому кризису, т.к. придется вводить ограничения на отпуск электроэнергии для промышленных предприятий. Особенно при этом пострадают регионы, не имеющие собственных крупных электростанций.





Чтобы уйти от этого кризиса, Россия за период 2006-2010 годы должна ввести как минимум 20-30 ГВт новых энергетических мощностей. Решить эту проблему можно двумя путями: строительством крупных электростанций и строительством когенерационных мини-ТЭЦ мощностью от 1 до 20 МВт.

Первый путь, без государственной поддержки, для России не реальный, т.к. сроки строительства крупных ТЭС – 4-5 лет, АЭС – 10 лет и на их строительство потребуется от 20 до 50 млрд. долларов.

Сроки строительства мини-ТЭЦ мощностью от 1 до 20 МВт не превышают 1 года, а контейнерной поставки 1-2 месяца. Этот рынок весьма перспективен для инвесторов и крупных предприятий, имеющих собственные накопления, так как сроки окупаемости мини-ТЭЦ не превышают 4 лет.

Решению данной проблемы посвящено большое количество публикаций, как в нашей стране, так и за рубежом. Среди них можно отметить работы А.Агафонова, А.Б.Агульника, Д.А.Андреева, А.И.Андрющенко, А.Н.Антипова, И.В.Белоусенко, И.В.Бородихина, Г.Я.Вагина, А.Ф.Дьякова, А.Е.Зарянкина, Е.М.Ландехова, А.Б.Лоскутова, А.А.Макарова, В.В.Макаревича, А.Л.Наумова, В.С.Турбина, О.Н.Фаворского, В.А.Федорова, Ю.М.Хлебалина, Г.Р.Шварца, В.Н.Шпилевого, и многих других.

Однако, несмотря на большую актуальность проблемы, она решается очень медленно, так как отсутствует четкая концепция областей применения мини-ТЭЦ различного исполнения в системах энергоснабжения, методика расчета и выбора параметров модульных мини-ТЭЦ, экономических критериев обоснования применения мини-ТЭЦ, влияния мини-ТЭЦ на экологию. Решению этих вопросов и посвящена настоящая диссертация.

Диссертационная работа выполнялась в рамках Государственного контракта с Федеральным агентством по науке и инновациям «Автономные когенерационные установки (мини-ТЭЦ) модульного типа» №02.447.11.5002.

Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка технических, экономических и экологических критериев обоснования применения систем генерирования электрической энергии малой мощности.

Исходя из поставленной цели, в работе решаются следующие научные и практические задачи:

1. Разработка критериев выбора мощности и концепции применения мини-ТЭЦ различного исполнения в системах энергоснабжения народного хозяйства страны.

2. Анализ технических характеристик газопоршневых энергетических агрегатов, выпускаемых отечественными и зарубежными фирмами.

3. Расчет и выбор параметров основного оборудования газопоршневой модульной мини-ТЭЦ.

4. Разработка методики технико-экономического обоснования строительства мини-ТЭЦ.

5. Исследование влияния мини-ТЭЦ на экологию.

Методы исследования. При проведении работы использованы методы математического анализа, теории вероятностей и статистической обработки информации. Теоретические исследования сопровождались разработкой моделей и методик.

Научная новизна.

  • Разработаны технические критерии выбора мощности и концепция применения мини-ТЭЦ в системах энергоснабжения, позволяющие выбирать наиболее экономичные агрегаты.
  • Проведено исследование влияния годового числа часов использования максимума нагрузки Тма на срок окупаемости мини-ТЭЦ, позволяющее определять целесообразность сооружения мини-ТЭЦ.
  • Разработана методика технико-экономического обоснования строительства мини-ТЭЦ, которая позволяет из большого разнообразия выпускаемых агрегатов выбирать наиболее экономичные.
  • Разработана компьютерная программа расчета на ПЭВМ влияния мини-ТЭЦ на экологию, позволяющая выбирать оптимальное место установки мини-ТЭЦ.

Научная новизна подтверждена двумя патентами на полезную модель и свидетельством об официальной регистрации программы для ЭВМ.

Практическая ценность.

  • Разработаны основные положения проекта модульной газопоршневой мини-ТЭЦ электрической мощностью 4 МВт на отечественных агрегатах.
  • Разработанные в диссертации критерии выбора параметров мини-ТЭЦ позволяют правильно выбирать типы и мощности их агрегатов.
  • Методы технико-экономического анализа позволяют проводить экономическое обоснование применения мини-ТЭЦ.
  • Программный комплекс расчета влияния мини-ТЭЦ на экологию позволяет оперативно проводить обоснование выбора места строительства мини-ТЭЦ.
  • Предложенная концепция и методики позволяют повысить энергетическую безопасность России.

Реализация результатов работы.

  • Концепция применения мини-ТЭЦ передана в Федеральное агентство по науке и инновациям для ее апробации и применения в различных регионах России.
  • На ОАО «Павловский автобус» ведется монтаж модульной мини-ТЭЦ мощностью 4 МВт.
  • Материалы диссертационной работы внедрены в ОАО «РУМО», ЗАО «Промышленная энергетика» и ООО «Сирин-НН».
  • Внедрены в учебный процесс НГТУ.

Основные положения, выносимые на защиту.

  1. Концепция применения мини-ТЭЦ в различных отраслях экономики страны.
  2. Критерии выбора параметров мини-ТЭЦ.
  3. Методика технико-экономического обоснования строительства мини-ТЭЦ.
  4. Методика оценки влияния мини-ТЭЦ на экологию.

Апробация работы. Основные теоретические положения и результаты диссертационной работы были доложены на научно-технических конференциях: «Актуальные проблемы электроэнергетики» (г. Н.Новгород, 2003-2006 г.г.); III, IV, V Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки» (г. Н.Новгород, 2004-2006 г.г.); V Международном симпозиуме «Энергетика крупных городов» (г.Москва, 2005 г.); IX Всероссийской конференции «Региональные проблемы энергосбережения и пути их решения» (г.Н.Новгород, 2005 г.); XI Нижегородской сессии молодых ученых «Технические науки» (г.Н.Новгород, 2006 г.); на Международном форуме «Энергетическая эффективность» (г.Н.Новгород, 2006 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников и 5 приложений. Объем работы составляет 286 страниц сквозной нумерации, в том числе 189 страниц основного текста, включая 87 рисунков и 69 таблиц, списка использованных источников из 203 наименований на 22 страницах, 75 страниц приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель работы и основные задачи исследования, дана общая характеристика работы.

Первая глава посвящена анализу состояния проблемы применения систем генерирования электрической энергии малой мощности и постановке задачи исследования. Проведен обзор состояния данной проблемы в России и мире. Установлено, что в последнее время возрос интерес к когенерационным установкам малой мощности, как в нашей стране, так и за рубежом. Это связано с тем, что КПД данных установок достиг 80-90%, малые сроки строительства, низкие капиталовложения, возможность максимального приближения к потребителям электроэнергии и тепла, меньшие затраты на эксплуатацию, широкая гамма использования различных видов топлив и т.д. Для России эта проблема еще более актуальна в связи с ростом потребления электрической и тепловой энергии и отсутствием резерва мощности в энергосистемах.

Проведен анализ достоинств и недостатков различных типов агрегатов для мини-ТЭЦ и установлено, что при мощности агрегатов до 3 МВт, наиболее перспективны газопоршневые агрегаты, при мощности агрегатов от 3 до 8 МВт – газотурбинные и газопоршневые агрегаты, при мощности более 10 МВт – газотурбинные и парогазовые агрегаты.

Вторая глава посвящена разработке концепции применения мини-ТЭЦ в системах энергоснабжения.

События последних лет показали существенную неустойчивость в обеспечении электроэнергией и теплом потребителей различных категорий от централизованных энергосистем, поэтому область применения мини-ТЭЦ весьма широка. Это добывающие отрасли ТЭК, объекты Минобороны, промышленные предприятия, города, поселки и объекты ЖКХ, сельское хозяйство. Проведенное исследование показало, что наибольшее количество мини-ТЭЦ (более 2000) имеется в добывающих отраслях ТЭК, преимущественно на объектах ГАЗПРОМа. Это объясняется большой удаленностью объектов от энергосистем, большой стоимостью прокладки ЛЭП в Северные районы и их большой повреждаемостью. В промышленности, ЖКХ и других сферах количество мини-ТЭЦ очень мало.

Выбор типа, мощности и количества энергоагрегатов на мини-ТЭЦ определяется большим количеством факторов: требованиями надежности, наличием топлива, климатической зоной, типом сопряжения с энергетическими сетями, режимами работы потребителей и др.

При выборе типа и количества агрегатов на мини-ТЭЦ большое внимание необходимо уделять надежности электроснабжения потребителей. Особенно это касается надежности электроснабжения потребителей I категории. Достижение нормированного уровня надежности электроснабжения должно осуществляться при минимальных хозяйственных затратах. Возникающая, в данном случае, технико-экономическая задача выбора оптимальной системы электроснабжения формулируется следующим образом: при минимуме затрат должна быть обеспечена надежность электроснабжения не ниже допустимого уровня.

при , (1)

где Ен – нормативный коэффициент экономической эффективности; К – капитальные затраты; Сэ – годовые эксплуатационные расходы; рс() – вероятность безотказной работы системы электроснабжения; рд() – заданная специальными нормами минимально допустимая вероятность безотказной работы системы электроснабжения.

При произвольном числе агрегатов в системе электроснабжения вероятность безотказной работы системы определяется выражением:

, (2)

где ри() – вероятность безотказной работы одного агрегата; n – число агрегатов.

Пользуясь выражениями (1, 2), определена кратность резервирования числа агрегатов n, при которой выполнялось бы условие (1), т.е. надежность системы была бы равна или выше допустимого уровня:

(3)

Таким образом, определяется необходимое число резервных агрегатов при известном значении вероятности безотказной работы каждого агрегата для достижения минимально допустимого уровня надежности электроснабжения.

Живучесть мини-ТЭЦ в общем случае определяется балансом времени работы станции в году:

, (4)

где Траб – время работы агрегатов в году; Трез – время наличия агрегатов в резерве в году; Трем – время нахождения агрегатов в профилактическом осмотре или в текущем ремонте в году; Твп – время нахождения агрегатов во внеплановых ремонтах; nтэц – число агрегатов, устанавливаемых на мини-ТЭЦ; nраб – число одновременно работающих агрегатов; nрез – число агрегатов, находящихся в нагруженном резерве; nрем – число агрегатов, находящихся в ремонте или профилактических осмотрах; nвп – число агрегатов, находящихся во внеплановых ремонтах.

Полагая, что мини-ТЭЦ должна обеспечивать электроснабжение в течении всего года, т.е. Траб8760 и Трез8760 из выражения (4) получено необходимое количество агрегатов мини-ТЭЦ для надежного обеспечения потребителей электроэнергией в течении года:

. (5)

Вводя избыточность по nраб, можно создать систему «гарантированного» электроснабжения. Целесообразный коэффициент избыточности для системы «гарантированного» электроснабжения определен ПУЭ – питание электроприемников I категории от двух независимых источников, т.е. коэффициент оптимальной избыточности должен быть больше 2, т.е. формула (5) примет вид:

. (6)

При использовании на локальных электростанциях агрегатов одной и той же мощности минимальное их число не может быть меньше четырех: из них 2 рабочих с нагрузкой 50%, один агрегат в ненагруженном резерве и один в ремонте. С ростом числа агрегатов их загрузка будет расти и при 4 работающих агрегатах достигнет 75%, а при 6 – 83%, что обеспечивает примерно 20% резерв нагрузочной мощности.

Вероятность безотказной работы мини-ТЭЦ определяется по выражению:

, (7)

где Тв – время восстановления агрегата; Тн.о – наработка на отказ агрегата.

Как видно из формулы (7), надежная работа мини-ТЭЦ обеспечивается если время восстановления электроагрегата составляет не более 10% Тн.о.

Таким образом, на стадии проектирования, оперируя усредненными показателями Тв и Тн.о, определяется вероятность безотказной работы и может быть создана система электроснабжения, отвечающая самым жестким требованиям по надежности.

На предприятиях мини-ТЭЦ могут сооружаться в качестве основного, дополнительного или резервного источника электроэнергии.

В качестве основного источника питания мини-ТЭЦ целесообразно сооружать:

1) на предприятиях с установленной мощностью электроприемников до 50 МВт при их размещении в удаленных районах или при недостатке мощности в энергосистеме;

2) при наличии специальных требований к бесперебойности питания.

В качестве дополнительного источника питания мини-ТЭЦ могут сооружаться:

1) на предприятиях с непрерывными технологическими процессами в дефицитных по электроэнергии регионах;

2) при наличии на предприятиях сбросных вторичных энергоресурсов (различные сбросные газы, отходы нефтепродуктов, отходы древесины и т.д.).

В качестве резервного источника питания мини-ТЭЦ могут сооружаться:

1) на предприятиях, перерыв в электроснабжении которых может привести к взрыву, пожару, массовому браку продукции или выходу из строя сложного технологического оборудования и электронной техники;

2) на предприятиях оборонной промышленности.

Выбор мощности мини-ТЭЦ при ее работе в качестве основного источника питания производится, исходя из анализа суточных и годовых графиков электрической нагрузки.

Суточные графики необходимы для определения режимов работы мини-ТЭЦ и для определения минимальной мощности агрегатов.

Мощность мини-ТЭЦ при ее работе в качестве основного источника питания определяется по выражению:

, (8)

где Ррез – величина резервной мощности; Рг.м.- годовой максимум нагрузки.

Число агрегатов на мини-ТЭЦ зависит от категории потребителей электроэнергии предприятия.

При наличии потребителей I категории число агрегатов определяется по выражению (6).

При наличии потребителей II и III категории число агрегатов определяется:

. (9)

Коэффициент загрузки агрегатов следует применять: при nтэц=2, кз=0,5; при nтэц=4, кз=0,75; при nтэц=6, кз=0,83. При мощности мини-ТЭЦ до 10 МВт в качестве агрегатов в первую очередь следует применять газопоршневые агрегаты.

Выбор мощности мини-ТЭЦ в качестве дополнительного источника питания производится исходя из уравнения:

Рм.тэц = Рм.пр – Рм.эс, (10)

где Рм.тэц - максимальная мощность мини-ТЭЦ; Рм.пр - максимальная мощность предприятия; Рм.эс - максимальная мощность, которую энергосистема может передать предприятию в период ее максимума нагрузки.

Выбор мощности мини-ТЭЦ при ее работе в качестве резервного источника питания определяется исходя из уравнения:

, (11)

где Рi - мощность ответственных потребителей; n - число ответственных потребителей.

При этом, в нормальном режиме агрегаты мини-ТЭЦ должны работать с загрузкой Кз = 0,5 и питать половину мощностей ответственных потребителей. При отключении основного источника питания загрузка агрегатов мини-ТЭЦ повышается до Кз = 1,0.



Pages:   || 2 |
 



Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.