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 |

Эффективность применения парогазовых установок в условиях топливно-энергетического баланса региона

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

БОРУШ

Олеся Владимировна

Эффективность применения парогазовых установок в условиях топливно-энергетического баланса

региона

Специальность 05.14.14 – тепловые электрические станции, их

энергетические системы и агрегаты

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

Новосибирск – 2008

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Новосибирский государственный технический университет»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Щинников Павел Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Секретарев Юрий Анатольевич

доктор технических наук, с.н.с.

Огуречников Лев Александрович

Ведущая организация: Институт систем энергетики

им. Л.А. Мелентьева СО РАН, г. Иркутск

Защита диссертации состоится « 24 » октября 2008 года в 11 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.173.02 при Новосибирском государственном техническом университете по адресу: 630092, Новосибирск, пр. К.Маркса, 20

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного технического университета

Автореферат разослан «_22_» сентября 2008 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент Шаров Ю.И.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Опыт развития мировой энергетики показывает, что повышение тепловой экономичности энергоблоков возможно путем применения парогазовых технологий.

Соединение в одном теплофикационном энергоблоке газотурбинных и паротурбинных установок, работающих по высоко- и низкотемпературным циклам, позволяет повысить эффективность использования топлива и обеспечить рост КПД при работе ПГУ до 60%, а теплофикационных ПГУ в конденсационном режиме до 45…50%, т.е. до уровня, недостижимого для других тепловых двигателей.

Парогазовый энергоблок улучшает и экологические характеристики, т.к. снижение удельных выбросов оксидов азота и серы по сравнению с традиционной ТЭС может достигать 50%.

Комплексные исследования ПГУ разных типов были выполнены ВТИ (Ольховский Г.Г., Березинец П.А.), МЭИ (Буров В.Д., Цанев С.В.), СГТУ (Андрющенко А.И., Дубинин А.Б.), кафедрой ТЭС НГТУ, фирмами «Дженерал электрик», «АВВ», «Сименс» и др. Однако, до настоящего времени не была выполнена оценка эффективности применения ПГУ в условиях топливно-энергетического баланса региона и системных ограничений. Поэтому проведение такой работы актуально. В работе проведена оценка эффективности применения ПГУ (в перспективе на 2030 год) для Сибирского федерального округа.

Целью работы является разработка методических подходов, математической модели и методов для комплексного исследования ПГУ в условиях топливно-энергетического баланса региона.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые получены и выносятся на защиту следующие наиболее важные результаты:





  1. Методика эксергетического анализа ПГУ, с определением их технико-экономической эффективности в региональной энергетике, с учетом системных ограничений и неопределенности исходной информации.
  2. Методика оценки эффективности применения ПГУ в условиях топливно-энергетического баланса региона и системных ограничений.
  3. Определение рациональной структуры мощностей региональной энергетики с учетом ввода ПГУ.

Методы исследования: методология системных исследований в энергетике, математическое и компьютерное моделирование ПГУ ТЭС, методы эксергетического анализа и оптимизации в условиях неопределённости исходной информации.

Практическая значимость работы. Разработанная методика, методический подход, математическая модель, алгоритмы и программа расчета позволяют получать оптимальные схемно-параметрические решения по ПГУ ТЭС. Рассчитанные технико-экономические показатели ПГУ ТЭС могут служить информационной базой для обоснования рациональных областей их использования в условиях топливно-энергетических балансов регионов.

Результаты работы использованы в проектных организациях ОАО «НоТЭП», в научной организации ООО «Институт передовых исследований», в учебном процессе – в НГТУ при подготовке инженеров по специальности 140101 – «Тепловые электрические станции».

Личный вклад автора. Постановка задачи, комплексные исследования, проведение компьютерных экспериментов, анализ результатов и разработка рекомендаций по применению ПГУ ТЭС в условиях топливно-энергетического баланса Сибирского региона выполнены автором.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на: 9-й Российско-Корейской международной конференции «KORUS – 2005» (г. Новосибирск, НГТУ); на втором международном форуме стратегических технологий «IFOST – 2007» (Монголия, г. Улан-Батор), на третьем международном форуме стратегических технологий «IFOST – 2008» (г. Новосибирск, НГТУ); Всероссийских научных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации.» НТИ-2004, НТИ-2005, НТИ-2006 (г. Новосибирск); пятой Российской научно-технической конференции «Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности» (г. Ульяновск, 2006 г.); в рамках научных сессий НГТУ и расширенного семинара кафедры ТЭС НГТУ.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, из них: 2 статьи в журналах, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК РФ, 2 – в сборниках научных трудов, 7 – в сборниках трудов конференций.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы и приложения. Основной текст изложен на 153 страницах, содержит 77 рисунков, 19 таблиц.

Достоверность результатов и выводов диссертационной работы обосновывается использованием методики технико-экономических и эксергетических системных исследований, фундаментальных закономерностей технической термодинамики, теплопередачи, теории надёжности. Математические модели и компьютерное моделирование ПГУ ТЭС базируются на методах, апробированных и хорошо себя зарекомендовавших на решении ряда других задач подобного класса.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулиро­ваны цель исследования, определены научная новизна и практическая ценность работы, анноти­руются основные положения работы.

В первой главе обоснована актуальность ввода парогазовых установок в энергетику региона. Рассматривается структура энергетики и топливно-энергетического баланса региона на примере Сибири. А также рассмотрена технологическая готовность ПГУ.

На основании проведенного анализа сформулированы задачи исследования:

    1. Разработка методики оценки эффективности применения ПГУ в условиях топливно-энергетического баланса региона и системных ограничений.
    2. Разработка методики эксергетического анализа теплофикационных ПГУ с определением их эффективности в региональной энергетике с учетом системных ограничений.
    3. Проведение комплексного эксергетического анализа ПГУ с учетом системных ограничений и оценка эффективности применения ПГУ в условиях топливно-энергетического баланса региона.
    4. Определение рациональной структуры мощностей региональной энергетики с учетом ввода ПГУ.

Во второй главе изложена методика оценки эффективности ввода ПГУ в условиях топливно-энергетического баланса региона и системных ограничений.

Оценка вводимых в регионе генерирующих мощностей (ГМ) ПГУ выполняется на основе марковской модели:

, (1)

где – вероятностный логико-числовой оператор функциональных отношений; R – множество логико-числовых операторов; = <X, Y, G, , M> – информационная структура имитационно-вычислительной системы (ИВС); X, Y – матрицы независимых и зависимых числовых переменных с k-размерностью вектора типов энергоблоков и i-размерностями векторов независимых и зависимых числовых переменных для энергоблока k-го типа; k – граф энергоблока k-го типа; Gk G – множество внешних связей энергоблока k-го типа; M – множество логических параметров, определяющих режимы функционирования ИВС.

Региональная энергетика в любой момент времени 0,..., M находится в одном из состояний 0, 1,…., М. Для каждого момента времени 0,..., M принимается одно из возможных решений 0,…, P. Рассматриваются такие стратегии управления ГМ, в которых принимаемое в момент решение зависит лишь от состояния в момент (и не зависит от предыдущих состояний). Стратегия развития ГМ определяется вектором S = (S0,…, SM), где SV (0,…, P) – принимаемое решение для региональной энергетики, находящейся в V-м состоянии. Будем полагать, что эффективность принятого решения определяется функционалом , характеризующим вероятные удельные приведенные затраты

, (2)

где xk X – характеризует количество энергоблоков k-го типа; Wk – математическое ожидание годового отпуска электроэнергии энергоблоком k-го типа; ; , – математическое ожидание и дисперсия k-х удельных приведенных затрат; – аргумент функции нормального распределения вероятностей отклонений от при вероятностном доверительном интервале.

Решение, для которого

, (3)

является наивыгоднейшим при ограничениях на параметры , . Получив решения ,…, , найдем наивыгоднейшую стратегию развития ГМ. При проведении вычислительных экспериментов для момента времени 0 принимается исходная структура ГМ и задаются расчетные моменты времени 0,...,M.

Вероятностный отпуск электроэнергии рассчитывается как

, (4)

где , , – соответственно номинальная (на шинах) мощность; математическое ожидание годового числа часов использования этой мощности; коэффициента готовности энергоблока k-го типа; = 1 – ; индексы DEM, R относятся к демонтируемым и резервным установкам; – КПД линии электропередач.

Установленная мощность (на перспективу)

. (5)

Здесь – перетоки мощности из соседних ЭС; индекс ** относится к k-й установленной мощности. Существующая мощность уменьшается за на величину демонтируемых мощностей.

Необходимая вероятностная резервная мощность:

, (6)

где – аргумент функции нормального распределения вероятностей отказов; – математическое ожидание количества эквивалентных энергоблоков; – математическое ожидание аварийности эквивалентного энергоблока системы.

Входящие в (1,…, 6) величины рассчитываются на основе комплексного эксергетического анализа энергоблоков.

Предлагаемый подход к комплексному анализу является дальнейшим развитием (применительно к ПГУ ТЭС) эксергетической методики, разработанной на кафедре ТЭС НГТУ. Во-первых – это условное разбиение энергоблока на несколько функционирующих частей, и представление в виде эксергетической структурной схемы (рис. 1). Во-вторых – математическое описание (моделирование) функционирования и использование этой модели при расчетах в вычислительном комплексе, имитирующем работу энергоблока. В-третьих – оптимизация параметров функционирования по условиям действия ограничивающих факторов. В-четвертых – определение и анализ эксергетических показателей и эксергетических критериев эффективности в сравниваемых вариантах.

 Принципиальная-34

Рис. 1. Принципиальная структурно-функциональная схема ПГ-ТЭЦ и вариант разделения ее на функционирующие части: 0, 1...6 – функционирующие части;

У, Г – уголь, газ; N, Ет – потребители электроэнергии и теплоэксергии

Эксергетические связи между функционирующими частями определяются на основе функции Лагранжа:

, (7)

где , – множества входных и выходных переменных; – затраты функционирующих частей энергоблока (рис. 2); – множители Лагранжа, являются некоторыми удельными затратами на эксергию энергопродуктов, производимых i-ой функционирующей частью.

При комплексном эксергетическом анализе энергоблоков сравнение и отбор наивогоднейших вариантов производится по критерию технико-экономической эффективности:

, (8)

где ЦS, ЦN, ЦЕ – получаемая плата за химическую эксергию (например, отпускаемого синтез-газа), электроэнергию и теплоэксергию в данном -ом году; E1S, N, ET – отпущенные в -ом году потребителю химическая эксергия, электроэнергия и теплоэксергия.

Для того чтобы исследуемый энергоблок был рентабельным, критерий эффективности (по-сути отражающий интегральный эффект) должен быть больше единицы

Z > 1 (9)

Рис. 2. Эксергетическая диаграмма затрат

и чем он выше, тем эффективнее рассматриваемый вариант энергоблока ТЭС.

Для проведения эксергетического и технико-экономического анализа энергоблоков с традиционными и новыми технологиями разработан и эксплуатируется в течение ряда лет вычислительный комплекс ОРТЭС (организация расчетов ТЭС). Принципиальная структурная схема ОРТЭС показана на рис. 3. Функциональной частью вычислительного комплекса является программа TEPLOT.

 Рис 3. Принципиальная структурная схема-42

Рис 3. Принципиальная структурная схема вычислительного комплекса ОРТЭС: 1 – расчет графиков нагрузки и определение r-го режима расчета; 2 – расчет тепловой схемы энергоблока и определение показателей тепловой экономичности; 3 – расчет показателей эксергетической экономичности функционирующих частей и в целом энергоблока; 4 – расчет надежностных показателей энергоблока, эквивалентирование энергосистемы и определение вероятного аварийного резерва; 5 – расчет математических ожиданий и дисперсий капиталовложений в агрегаты, технические системы в функционирующие части и в целом в энергоблок; 6 – расчет математических ожиданий и дисперсий интегральных затрат в функционирующие части и в целом в энергоблок, инфраструктуру (энергосистемную и экологическую), определение вероятностного значения критерия эффективности

В этой программе для рассматриваемого типа энергоблока (или эквивалентного энергоблока – для ТЭС с поперечными связями) при номинальных электрической и тепловой мощности задаются: электрическая мощность Nr на r-ом режиме работы в соответствии с электрическим графиком нагрузки (среднезимним, среднелетним, минимальным, максимальным, за отопительный период, среднегодовым и т.п.); температура окружающего воздуха (текущая, средняя за отопительный период, среднегодовая, самого холодного месяца для данного ареала функционирования и т.п.), для которой (при качественном регулировании отпуска тепла) рассчитывается температурный и тепловой графики нагрузки при заданном коэффициенте теплофикации и определяется отпуск теплоты Qтr, температуры прямой и обратной сетевой воды, давление пара в Т-отборе на r-ом режиме. Эти операторы составляют первый блок TEPLOT.

Во втором блоке формируется алгоритм и рассчитывается тепловая схема энергоблока с бинарной парогазовой установкой. В этих операторах в качестве независимых параметров xiХ (i характеризует принадлежность параметра к какой-либо функциональной части энергоблока) рассматриваются начальные и конечные параметры пара, параметры промперегрева, питательной воды, коэффициент теплофикации, степень повышения давления и начальная температура газов ГТУ. Функционально зависимые параметры – yiY. К этим параметрам в частности относятся расходы рабочих сред, температурные напоры, передаваемые тепловые потоки, концентрации загрязняющих веществ, конструктивно-компоновочные параметры элементов оборудования, массо-стоимостные характеристики, всевозможные коэффициенты и т.д.

Зависимости между параметрами описаны уравнениями энергетического, расходного и гидравлического балансов. Система уравнений балансов в элементах оборудования устанавливает такое соотношение между термодинамическими и расходными параметрами, которое обеспечивает получение заданной стационарной нагрузки энергоблока с определенными конструктивными параметрами элементов и параметрами вида технологической (в том числе и тепловой) схемы энергоблока.

Расчет тепловой схемы производится итерационно по отношению к расходу топлива на энергоблок.

В третьем блоке TEPLOT производиться расчет показателей эксергетической экономичности функционирующих частей и в целом энергоблока.

В четвертом блоке TEPLOT рассчитываются надежностные показатели энергоблока и определяется аварийный резерв.

В пятом блоке рассчитываются математические ожидания и дисперсии капиталовложений в агрегаты, технические системы, в функционирующие части и в целом в энергоблок.

В шестом блоке TEPLOT рассчитываются математические ожидания и дисперсии интегральных затрат в функционирующие части и в целом в энергоблок, в инфраструктуру (энергосистемную и экологическую), определяются вероятностные значения критерия эффективности.

В третьей главе проводится комплексный эксергетический анализ теплофикационных ПГУ. При эксергетическом анализе теплофикационных установок используют КПД по отпуску электроэнергии (N) и теплоэксергии (Т). При этом рассматриваются четыре технологических профиля теплофикационных ПГУ: с низконапорным парогенератором (ПГУ-НПГ), с газификацией угля (ПГУ-ГФ), бинарные (БПГУ), с газовым сетевым подогревателем (ПГУ-ГСП).

Результаты анализа представлены на рис. 4, 5.

Из этих данных следует, что ПГУ позволяет получить эксергетическую эффективность по отпуску электроэнергии в 1,1…1,5 раза выше, чем для традиционного энергоблока, а по отпуску теплоэксергии – в 1,05…1,2 раза.

 Относительный эксергетический КПД-43

Рис. 4. Относительный эксергетический КПД ПГУ по отпуску электроэнергии: – КПД традиционного паротурбинного энергоблока;

N - КПД ПГУ



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.