3.10.8 Об эффективности комбинированного производства электроэнергии и теплоты (теплофикации)
Основным объективным преимуществом теплофикации перед раздельной выработкой теплоты в котельных, а электроэнергии на тепловых конденсационных электростанциях (КЭС) является более полная утилизация энергетического потенциала топлива за счет использования низкопотенциальной теплоты пара, отработавшего в турбине, которая на конденсационной электростанции выбрасывается с охлаждающей конденсаторы водой. Рассмотрим абстрактный пример.
Если условно принять энергетический потенциал сожженного на конденсационной электростанции (рисунок 3.10.11) топлива за 100 единиц (ед.), то на лучших из них примерно 41 ед. пойдет на выработку электроэнергии, 51 ед. будет отведена с охлаждающей конденсаторы турбин водой в бассейн-охладитель и 8 единиц потеряются с дымовыми газами и в цикле станции. Коэффициент полезного действия (к.п.д.) может быть оценен в 41%.
В качестве электростанции с комбинированным производством электроэнергии и теплоты для полного контраста рассмотрим ТЭЦ с турбинами без конденсатора*, у которых пар по выходе из турбины направляется либо на технологические нужды предприятий, либо на нагрев сетевой воды в теплообменных установках (рисунок 3.10.12).
*Такие турбины называются турбинами с противодавлением.
Отобранный пар будет иметь более высокое давление, чем пар, поступающий в конденсаторы КЭС и при более высокой температуре охлаждающей среды, в качестве которой в данном примере используется сетевая вода, то есть не будет достигнуто максимальное использование потенциала пара на выработку электроэнергии. Поэтому, примерно, только 35 ед. энергетического потенциала топлива преобразуется в электроэнергию. При тех же 8 ед. потерь с дымовыми выбросами и в цикле станции оставшиеся 57 ед. преобразуются в теплоэнергию, направляемую в тепловые сети.
РИС. 3.10.11 Конденсационная электростанция (принципиальная схема)
Таким образом, ТЭЦ с противодавленческими турбинами вырабатывает на 6 ед. меньше электроэнергии по сравнению с КЭС, сжигающей столько же (100 ед.) топлива, но зато вырабатывает 57 ед. тепловой энергии. К.п.д. ТЭЦ равен 92% против 41% на КЭС. 6 ед. электроэнергии потребуется довыработать на КЭС при к.п.д. 41%, то есть для этого потребуется дополнительное количество топлива, равное 6/0,41≈15 ед.
РИС. 3.10.12 ТЭЦ с противодавленческой турбиной (принципиальная схема)
Таким образом, для получения 41 ед. электроэнергии на КЭС потребовалось 100 ед. топлива, а для получения также 41 ед. электроэнергии и 57 ед теплоты на ТЭЦ (с довыработкой 6 ед. электроэнергии на КЭС) потребовалось 115 ед. Это означает, что на получение единицы отпущенной от ТЭЦ с противодавленческими турбинами теплоты приходится всего около трети единицы топлива. Но, если всю электроэнергию выработать на КЭС (100 ед. топлива), а теплоту в котельных (57 ед. топлива), то потребовалось бы 157 ед. топлива. Экономия топлива, достигаемая благодаря комбинированной выработке теплоты и электроэнергии составляет 157-115=42 ед. или около 27%.
В практике теплоснабжения чисто теплофикационные ТЭЦ встречаются редко. Получили распространение ТЭЦ с турбинами, имеющими отборы пара и конденсаторы.
К.п.д. таких ТЭЦ редко бывает больше 67%. Но эти ТЭЦ обладают большой маневренностью и могут, при необходимости увеличивать выработку электроэнергии, подчиняясь электрическому графику нагрузок, а не тепловому, как на ТЭЦ с противодавленческими турбинами. Такая возможность особенно доступна в летний (неотопительный) период, когда имеет место снижение теплопотребления до величин менее 30% от январского максимума (рисунок 3.10.13). При незначительных изменениях тепловой схемы ТЭЦ возможна работа по электрическому графику в любое время, но, разумеется, со снижением эффекта от комбинированной выработки электроэнергии и теплоты.
Расчеты показывают, что теплофикация при благоприятных условиях может обеспечить экономию до 30% топлива по сравнению с раздельной выработкой электроэнергии и теплоты.
Еще одним объективным преимуществом теплофикации является возможность сжигания на ТЭЦ низкосортных углей (которых, в частности, много в Казахстане) с обеспечением приемлемых экологических условий.
РИС. 3.10.13 Ориентировочный график теплопотребления по месяцам года.
На ТЭЦ могут использоваться любые, самые совершенные достижения в области нейтрализации любых вредных выбросов, включая и, пока ненормируемый в Казахстане загрязнитель атмосферы, углекислый газ (СО2), что практически исключено в случае строительства в черте городов котельных или, тем более, множества мелких теплоисточников, сжигающих угли.
