Стартовая >> Архив >> Генерация >> Применение газотурбодетандерных установок

Применение газотурбодетандерных установок

Лашковский Э. И., Якимович В. П.

Поставка газа в Республику Беларусь осуществляется из Российской Федерации по магистральным газопроводам с рабочим давлением 5,5 - 7,5 МПа. В системе газоснабжения имеются 202 газораспределительные станции (ГРС), а также более 2500 газорегуляторных пунктов (ГРП). Объем потребления газа в 2000 г. достиг 16,8 млрд., м , а по прогнозу на 2010 г. достигнет 20,2 млрд. м3. Требуемое давление газа у промышленных потребителей находится на уровне 0,2 - 0,3 МПа, а для коммунально-бытовых - 2-5 кПа. Избыточная энергия газа, которая в настоящее время теряется при редуцировании газа, может быть использована для выработки электроэнергии. Осуществляется это в турбодетандере (расширителе), который приводит во вращение электрогенератор. Одновременно при расширении в турбодетандере газ охлаждается, т.е. вырабатывается “попутный” холод. Удельный расход газа на выработку 1 кВт ч электроэнергии при срабатывании перепада в 1,0 МПа можно оценить величиной 30 - 35 м3.
В условиях острого дефицита органического топлива, его высокой цены и напряженной экологической обстановки в республике использование избыточного давления газа является одним из путей получения дополнительной электроэнергии. Но если сама постановка вопроса о необходимости использования избыточного давления газа, несомненно, является правильной, то по вопросу представительной оценки потенциала энергосбережения на основе внедрения детандер-генераторных агрегатов (ДГА) мнения как различных заинтересованных организаций республики (Белэнерго, Белтрансгаз, Госкомэнергосбережение), так и отдельных специалистов значительно расходятся. При этом результаты, основанные на чисто теоретических посылках или оценочных расчетах, как правило, указанный потенциал значительно завышают.
Для оценки реального потенциала выработки электроэнергии на потоках природного газа, дросселируемого в системе газоснабжения Республики Беларусь, РУП Белнипиэнергопром в 1996 г. по заданию концерна Белэнерго была разработана “Программа внедрения детандер-генераторных агрегатов в Республике Беларусь”.
На первом этапе разработки этой программы для получения объективных исходных данных Белнипиэнергопромом было проведено анкетирование, а также анализ отчетных данных по всем электростанциям и наиболее крупным промышленным котельным, входящим в концерн Белэнерго. Аналогичная информация о загрузке и фактических параметрах работы крупных ГРС республики по заданию Белнипиэнергопрома была собрана и обработана предприятием Белтрансгаз.
Вся полученная на первом этапе работы информация была обобщена в отчете “Сбор исходной информации об объемах редуцируемого газа и его параметров на ГРС и предприятиях РБ”, который послужил исходным материалом для выбора вариантов схем включения ДГА в технологический цикл ГРС и ГРП и выбора оборудования. В результате для дальнейшего рассмотрения возможности установки ДГА были отобраны 7 (из 202!) ГРС со среднегодовой производительностью от 54 (ГРС г. Белоозерска) до 241 тыс. м3/ч (ГРС Лукомльской ГРЭС), а также 6 (из 2500!) ГРП со среднегодовой производительностью от 43 (ГРП Гомельской ТЭЦ-2) до 241 тыс. м3/ч (ГРП Лукомльской ГРЭС). Следует отметить, что практически для всех ГРС и ГРП характерны достаточно значительные колебания загрузки как суточной, так и сезонной. Максимальные расходы составляют 130 - 170% среднегодового расхода газа, а минимальные 20 - 80%. В этих условиях, с целью максимального использования располагаемого изоэнтропийного перепада для выработки электроэнергии с приемлемым уровнем КПД, турбодетандерные агрегаты должны иметь возможность регулирования расхода газа в достаточно широком диапазоне.
На втором этапе работы Белнипиэнергопромом совместно с АО “Криокор-Украина” для выбранных ГРС и ГРП были рассмотрены схемы подключения и осуществлен выбор оборудования ДГА. Следует отметить, что выбор схемы энергоутилизационной установки определяется главным образом наличием и характеристикой источников теплоты на объекте, которые могут быть использованы для предварительного подогрева природного газа перед турбодетандером. Необходимость подогрева и его минимальная температура обусловливаются параметрами гидратообразования на выходе газа из турбодетандера. Максимальная температура подогрева определяется технико-экономическими соображениями.

По результатам выполненных проработок и расчетов для конкретных объектов были определены возможная годовая выработка электроэнергии ДГА, расход тепла на подогрев газа, рекомендуемый тип ДГА.
Обобщенные данные приведены в таблице.
Как следует из приведенных данных, суммарная установленная мощность ДГА может составлять 45 775 кВт, а годовая выработка электроэнергии 183,81 млн. кВт-ч. Среднее число часов использования установленной мощности за год составляет 4015 ч.
Следует отметить, что, с точки зрения первоочередности внедрения ДГА, энергетическая отрасль (особенно на начальном этапе) представляется наиболее перспективной. Для энергетических объектов характерны менее “провальные” графики потребления газа, наличие собственных источников теплоты, более широкие возможности организации выдачи электрической мощности, наличие подготовленного эксплуатационного и ремонтного персонала и др.
В 2000 г. по проекту Белнипиэнергопрома на Лукомльской ГРЭС введен в эксплуатацию первый в Республике Беларусь газотурбодетандерный агрегат типа ДГА-5000. Проектом предусмотрена установка на Лукомльской ГРЭС еще одного агрегата ДГА-5000. Ведутся проектные работы по тур- бодетандерной установке на Минской ТЭЦ-4.
Так как оборудование и схемы подключения энергоутилизационных установок к ГРП и ГРС достаточно широко изучены в теоретическом плане [1 - 5], более подробно рассмотрим некоторые аспекты оценки экономической эффективности внедрения ДГА.
Белнипиэнергопромом были проведены исследования по оценке эффективности использования турбодетандерных установок на объектах концерна Белэнерго, являющихся основными потребителями природного газа в Республике Беларусь. Целью исследований было определение граничных условий, при которых применение турбодетандерных установок экономически целесообразно.
Основными факторами, определяющими эффективность строительства данных установок, являются: стоимость установки, степень ее загрузки и величины тарифов на тепловую и электрическую энергию.
Граничные условия определялись исходя из условия, что чистый дисконтированный доход за период строительства и эксплуатации объекта равняется нулю. Чистый дисконтированный доход (NPV) характеризует интегральный эффект от реализации проекта и определяется как величина, полученная дисконтированием разницы между всеми годовыми оттоками и притоками реальных денег, накапливаемых в течение горизонта расчета проекта

где Ви и Си - суммарные доход и затраты по варианту i в год t; pt - ставка дисконтирования (в расчетах принималась равной 10%); Лт- ликвидационная стоимость на конец расчетного периода (длительность расчетного периода равняется сроку службы турбоагрегата и составляет 15 лет). Доход от реализации проекта определяется на основе действующих тарифов на вырабатываемую электрическую энергию и объемов производства, при этом учитываются потери при транспортировке и распределении. Затраты на эксплуатацию оцениваются на основе существующих нормативов исходя из стоимости установки, расходов тепловой энергии, затрат на оплату труда, величины амортизационных отчислений и т.д.


Наименование ГРП, ГРС

Тип ДГА

Годовая выработка электроэнергии, млн.кВт-ч

Годовое потребление тепла, тыс. ГДж

Объекты Белэнерго
ГРП Лукомльская ГРЭС

2 х ДГА-5000

2 х 27,6

2 х 94,53

ГРП Минская ТЭЦ-4

ДГА-5000

19,62

70,33

ГРП Бобруйская ТЭЦ-2

Агрегат фирмы АВВ, N 1425 кВт

6,98

24,13

ГРП Гомельская ТЭЦ-2

То же

5,98

20,66

ГРП Березовская ГРЭС

“ ”

5,98

20,66

Объекты Белтрансгаза
ГРС Лукомльская ГРЭС

ДГА-В-6000

27,36

90,29

ГРС “Восточная” г. Минск

То же

23,04

90,76

ГРС “Западная” г. Минск

“ ”

13,51

59,5

ГРС-1 г. Гродно

УТДУ-2500

10,08

61,04

ГРС г. Белоозерск

УТДА-2500 “Альфа”

9,05

38,34

ГРС-2 г. Гродно

То же

6,09

24,47

ГРС-3 г. Гомель

ТДУ-1000

5,53

23,72

Итого

183,81

712,96



Рис. 1. Зависимость удельных капиталовложений от мощности турбодетандерного агрегата

На рис. 1 приведена зависимость стоимости строительства турбодетандерной установки от мощности турбодетандерного агрегата (по материалам ООО “ТурбоДЭн”). Как видно из приведенных данных, стоимость строительства турбодетандерной установки в значительной степени зависит от единичной мощности используемого агрегата.
С использованием приведенных данных была определена граница экономической эффективности использования турбодетандерных установок для условий Республики Беларусь (рис. 2). Каждая точка на приведенном графике соответствует данным, при которых значение чистого приведенного дохода равняется нулю. При расчетах стоимость топлива принималась 41,5 дол/т условного топлива, а тариф на электроэнергию в системе - 3,3 цен- та/(кВт-ч). При проведении оценок экономической эффективности сооружения турбодетандерных установок на ГРП ТЭЦ учитывалось, что увеличение отпуска тепловой энергии на нужды турбодетандерной установки позволяет увеличить выработку электрической энергии на тепловом потреблении. Кроме того, расчеты выполнены исходя из предположения, что ввод новых мощностей не приводит к разгрузке существующих, а обеспечивает растущие потребности рынка электроэнергии.

Рис. 2. Зависимость минимальной загрузки, обеспечивающей положительные показатели использования инвестиционных ресурсов, от мощности турбодетандерного агрегата


Рис. 3. Зависимость минимальной загрузки турбодетандерного агрегата типа ЭТДА-6000 от стоимости органического топлива

В результате, как можно видеть из приведенных данных, граница экономической эффективности применения турбодетандерных установок на ТЭЦ шире, чем для КЭС и котельных установок. Так, для турбодетандерных агрегатов, устанавливаемых на КЭС или котельных, минимальная загрузка вводимой мощности, обеспечивающая положительные показатели эффективности использования инвестиционных ресурсов, составляет около 3100 ч/год, а для тех же агрегатов, устанавливаемых на ТЭЦ, - 2200 ч/год.
Еще одним фактором, оказывающим значительное влияние на эффективность внедрения турбодетандерных установок, является стоимость природного газа, которая, в свою очередь, влияет на тарифы на тепловую и электрическую энергию. В соответствии с прогнозируемым для Беларуси ростом стоимости органического топлива граница эффективности использования турбодетандерных установок расширится. На рис. 3 приведена зависимость предельного числа часов использования установленной мощности турбодетандерной установки типа ЭТДА-6000 от стоимости органического топлива. При расчетах предполагается, что рост стоимости природного газа приведет к росту тарифов на электрическую энергию, темпы роста тарифа определяются долей топливной составляющей в себестоимости производства электрической энергии. Как указывалось ранее, турбодетандеры малой мощности при существующих условиях, ввиду их высокой стоимости, имеют ограниченное применение, однако с ростом стоимости топлива и тарифов на электрическую энергию или снижении стоимости их использование может стать оправданным. На рис. 4 приведена зависимость предельных капиталовложений в строительство турбодетандерной установки мощностью 1500 кВт от стоимости органического топлива (зависимости построены при загрузке установки на уровне 4000 ч/год).

Рис. 4. Зависимость предельных капиталовложений от стоимости органического топлива

Приведенные ранее данные могут быть использованы для предварительной оценки при формировании планов внедрения турбодетандерных установок как на краткосрочную, так и на долгосрочную перспективу в соответствии с прогнозируемой динамикой изменения стоимости органического топлива. При этом следует отметить, что эти данные могут быть использованы только для определения целесообразных мест установки турбодетандерных агрегатов. Для проведения ранжировки проектов по эффективности использования инвестиционных ресурсов и формирования оптимальной программы освоения имеющихся средств необходимо проведение дополнительных исследований с определением наиболее важных показателей эффективности использования собственных и привлекаемых источников инвестиционных ресурсов для реализации отобранных проектов.

Выводы

В Республике Беларусь разработана программа внедрения турбодетандерных агрегатов. В программу включены только крупные объекты, на которых реально просматривается установка ДГА в среднесрочной перспективе (т.е. это фактически только первоочередной этап более широкого внедрения ДГА).
Внедрение ДГА на средних и мелких ГРС и ГРП будет во многом зависеть от динамики роста цен на топливо и темпов освоения производства ДГА небольшой мощности в блочно-комплектном исполнении по приемлемым ценам. В основном от указанных факторов будут зависеть показатели эффективности инвестиций в строительство турбодетандерных установок, причем, для эффективного использования инвестиций для каждого конкретного объекта необходимо выполнение детальных технико-экономических расчетов.

Список литературы

  1. Степанец А.А. Энергосберегающие турбодетандерные установки. М: Недра, 1999.
  2. Агабабов В. С. Оценка эффективности использования детандергенераторных агрегатов для получения электроэнергии. - Энергосбережение и водоподготовка, 2001, № 2.
  3. Об использовании детандер-генераторных агрегатов в котельных / Агабабов В. С., Корягин А. В., Титов В. Л., Хаймер Ю. Ю.
  4. Степанец А. А. Об эффективности детандер-генераторных агрегатов в тепловой схеме ТЭЦ. - Энергетик, 1999, № 4.
  5. Трухний А.Д. Термодинамические основы использования утилизационных турбодетандерных установок. - Вестник МЭИ, 1999, №5.
 
« Применение ветросиловых установок   Применение едкого калия в схемах обессоливания »
электрические сети