Комбіноване виробництво теплової та електричної енергії в котельнях частина №1
B.C. Дубінін; с.н.с. К.М. Лаврухин; с.н.с. МАІ
Котельні можуть забезпечити Україну електроенергією з меншою витратою газу, автономно від електричних мереж РАО «ЕЕСУкаіни».
Комбінована вироблення електричної і теплової енергії (теплофікація) - це найбільш Ффективность спосіб економії палива, як в житлово-комунальному господарстві, так і в промисловості. Як дотепно зауважив академік Л.А. Мелентьев, «поки діє другий закон термодинаміки, буде існувати розумна область теплофікації» [I]. Але в даний час вУкаіни комбіноване виробництво теплової та електричної енергії виробляється майже виключно на паротурбінних теплоелектроцентралях (ТЕЦ), які дають тільки 36% теплової енергії, так як застосування таких ТЕЦ можливо тільки в найбільших містах, де є достатня щільність теплових навантажень. Основна частина теплової енергії (46%) виробляється в котельнях [2], які не тільки не виробляють електроенергію, а й являляются її найбільшими споживачами в сфері житлово-комунального господарства. З іншого боку, при середньому поУкаіни ККД теплових конденсаційних електростанцій (КЕС) 25% (в США 35%) [2], це означає, що 75% теплоти згорання палива викидається в атмосферу через градирні.
Завдання даної статті - показати, що науково-технічна революція в області поршневих машин, що сталася в кінці 20 століття непомітно для енергетиків, разом з іншими досягненнями Радянських і українських вчених робить технічно можливим і економічно доцільним перехід в основному на комбіновану вироблення теплової та електричної енергії.
Ситуація, що склалася була єдино можливою в довоєнні роки, так як родовища природного газу і нафти ще не були відкриті. Енергетика всього СРСР працювала, в основному, на вугіллі (і не тільки енергетика, але залізничний і річковий транспорт: паровози, пароплави). Єдиним варіантом використання такого палива в енергетиці були двигуни КЕС, при обмеженому використанні ТЕЦ через необхідність їх розміщення у великих містах для завантаження по тепловій енергії та неможливості їх масового будівництва в містах через відсутність видалення окислів сірки і золи з їх викидів в атмосферу. При використанні в енергетиці дешевого бурого вугілля, що видобувається відкритим способом, його ефективне згорання в той час було можливо тільки в котельних установках великої потужності, що додатково обмежувало застосування ТЕЦ і приводило до великої протяжності теплових мереж.
Саме тому централізація теплопостачання шляхом спорудження районних котелень на газовому паливі не тільки не має ніяких переваг у порівнянні з будинковими котельнями, але і вимагає додаткових витрат на зовнішні теплопроводи.
Основним засобом економії палива є теплофікація, тому витрати на прокладку зовнішніх теплопроводів виправдані тільки в тому випадку, коли централізація теплопостачання забезпечує значну економію палива, що тоді було можливо тільки при централізації теплопостачання від ТЕЦ.
Ще в 1930 році Н.І. Сазоновим на прикладі м Ленінграда рекомендувалося побудувати в період з 1932 по 1938 року низка ТЕЦ на газовому паливі потужністю від 12 до 48 МВт кожна замість котелень [7]. Але Лененерго була висунута ідея спорудження потужних ТЕЦ по 100-150 МВт кожна. У продовження цієї концепції в Ленінграді в 1955-1960 роках побудовані потужні ТЕЦ на високі параметри пари. В результаті через неможливість завантажити ці ТЕЦ по теплу вони мають питому витрату палива на вироблення електроенергії в 2,5-3 рази більше, ніж невеликі ТЕЦ № 3 і 7, завантажені по теплу [б].
Таким чином, ще в період хрущовської «відлиги» прогресивні українські вчені практично відкрито заявили, що Радянська енергетика, на догоду відомчим інтересам Міністерства електрифікації, йде неправильним шляхом суперцентралізації.
Сучасний стан питання.
Всі ці регіониУкаіни повністю газифіковані, і перерви в електропостачанні від мереж РАТ «ЕЕСУкаіни» не приводили б до серйозних наслідків, якщо б на основних міських об'єктах працювали б міні ТЕЦ на природному газі.
Створення міні ТЕЦ стало актуальним, завдяки переоріентацііУкаіни на газоподібне паливо в післявоєнні роки, що видно з таблиці 1, запозиченої з [14].
Таблиця 1. Питома вага вуглецевого палива в структурі прибуткової частини паливно-енергетичного балансу в СРСР,%
У таблиці використані дані наступних джерел:
1. СРСР і капіталістичні країни. Стат. зб. М. Госполитиздат, 1939.
2. Енергетичні ресурси СРСР. Т. I, II. М. Изд. АН СССР.1938.
3. Народне господарство СРСР 1922-1982 рр. Ювілейний стат. зб. М. Фінанси і статистика, 1982.
4. Народне господарство СРСР в 1987 і 1989 р, М. Фінанси і статистика, 1987,1989.
У довоєнні роки ніхто не міг припустити настільки різкі зміни паливного балансаУкаіни. Газ не міг розглядатися в якості основного палива, а зробити працездатний двигун внутрішнього згоряння з великим ресурсом на вугіллі поки не вдалося [15]. Палити вугілля або мазут, що містить сірку, в межах міста неможливо з екологічних міркувань. Тому створення великих вугільних електростанцій і ТЕЦ, віддалених від житлової зони, було практично єдиним рішенням. Тепер, коли Україна має 42% прогнозних ресурсів і 33% запасів газу від світових на 2,8% населення і 12,8% території від світових [16] і 62% паливного балансу теплових електростанцій забезпечується природних газом [2], все змінилося, за винятком поглядів тих енергетиків, які визначали енергетичну політику СРСР. Тому в даний час малі і середні підприємства Європейської частіУкаіни і житловий фонд отримують електроенергію від Єдиної електро енергосистеми (ЕЕЕС). а теплову енергію для опалення, гарячого водопостачання і технологічних потреб від котелень, що працюють, як правило, на газі, або від ТЕЦ, як і використовують як паливо газ. Часто транспорт теплоенергії проводиться на великі відстані (від ТЕЦ до 40 км) у вигляді, як правило, двухтрубной теплотраси з використанням в якості теплоносія води або однотрубної для транспорту пара, часто без повернення конденсату. Нормативні втрати в тепломережах - 5%, а реальні, в середньому, - 15-16% від переданої теплової енергії [17]. Наш всього лише семирічний досвід роботи в промтеплоенергетіке дав можливість ознайомитися з договорами підприємств на теплопостачання, де передбачається оплата підприємством втрат теплоенергії більшою, ніж величина використовуваної енергії.
1. необхідність спорудження сховищ резервного газотурбінного (дизельного) палива, так як в котельнях резервним паливом є мазут;
2. необхідність спорудження газокомпресорних дотискати станцій, мінімально допустима відстань яких від житлових будинків - 500 метрів. (ГТУ вимагає газ з тиском 2,5 МПа, а в міській мережі - 0,3-1,2МПа);
3. велика витрата вихлопних газів ГТУ (він обумовлений високим коефіцієнтом надлишку повітря в ГТУ) вимагає нової димової труби та інших котлів;
4. високий рівень шуму;
5. питома вихід оксидів азоту на кг спаленого палива в 3 рази більше у
ГТУ, ніж в котельнях.
Ці причини унеможливлюють застосування ГТУ в умовах існуючої міської забудови. Для котлів малої потужності використання парогазових надбудов на базі газових турбін виявляється вельми проблематичним через малі об'ємних витрат робочих тіл [22]. Це означає принципову неможливість використання газотурбінних надбудов котелень поза регіонів з високою щільністю населення. Так, в [23] вказується, що за такою схемою доцільно модернізувати відносно нові котли тепловою продуктивністю від 50 до 180 Гкал / год. Таких котлів в м Москві близько 100. У той же час, за даними Дружковкаоблкоммуненерго, в Дружковкаой області основна кількість теплоенергії виробляється котлами з продуктивністю 2-5 Гкал / год.
У регіонах з високою щільністю населення, де проживає не більше 20% Украінан (Москва, Харків і частина Московської області і Ленінградської області), як правило, вже застосовується комбіноване виробництво електричної та теплової енергії на паротурбінних ТЕЦ.