Содержание к диссертации
Введение
1. Существующее состояние энергоснабжения . аймачных центров и основные вопросы обоснования применения тэц небольшой мощности в условиях МНР 11
1.1. Анализ существующего состояния энергоснабжения аймачных центров 11
1.2. Краткая характеристика энергопотребления аймачных центров на период 1990-2000гг .23
1.3. Обзор литературы по вопросам развития ТЭЦ небольшой мощности 35
1.4. Задачи и цель исследования 38
2. Методика оптимизации источников централизованного теплоснабжения 40
2.1. Энергетическая и математическая постановка задачи оптимизации единичных мощностей и состава основного оборудования ТЭЦ небольшой мощности 40
2.2. Определение электрической мощности и выработки электроэнергии на ТЭЦ небольшой мощности 45
2.3. Выбор числа энергетических котлов ТЭЦ65
2.4. Выбор основного оборудования с учетом аварийных режимов работы ТЭЦ 66
2.5. Определение годового расхода тепла и топлива 76
2.6. Определение капиталовложений и эксплуатационных расходов на ТЭЦ небольшой мощности 78
2.7. Определение замещаемой электрической мощности и выработки электрической энергии 80
2.8. Определение оптимальной единичной тепло-производительности и состава основного оборудования районных котельных 82
2.9. Определение затрат в тепловую сеть 85
2.10. Определение затрат в электрические сети 88
2.11. Определение области применения ТЭЦ небольшой мощности 89
3. Определение оптимального состава основного оборудования и областей применения тэц небольшой мощности в условиях МНР 91
3.1. Выбор оптимального состава основного оборудования ТЭЦ 91
3.2. Определение коэффициента теплофикации для ТЭЦ 104
3.3. Определение сравнительной эффективности применения схем комбинированного и
раздельного энергоснабжения в условиях МНР 111
3.1» Выбор решения при неоднозначности исходной информации 121
4. Определение масштабов и очередности ввода ТЭЦ 129
4.1. Методика оптимизации уровня развития теплофикации 129
4.2. Модель оптимизации развития централизованного теплоснабжения и теплофикации в аймачных центрах 132
4.3. Выбор оптимальной структуры источников централизованного теплоснабжения аймачных центров на уровне 2000г 138
Заключение 147
Приложение 150
Литература 161
- Краткая характеристика энергопотребления аймачных центров на период 1990-2000гг
- Определение электрической мощности и выработки электроэнергии на ТЭЦ небольшой мощности
- Определение коэффициента теплофикации для ТЭЦ
- Модель оптимизации развития централизованного теплоснабжения и теплофикации в аймачных центрах
Введение к работе
Развитие промышленности и сельского хозяйства, интенсивное жилищное и общественное строительство вызывают непрерывное увеличение расхода топливно-энергетических ресурсов на электро- и теплоснабжение. В новой программе МНРП указано, что одной из важнейших задач народного хозяйства является обеспечение опережающих темпов развития топливно-энергетической отрасли. За годы седьмой пятилетки объем производства электрической энергии и тепла резко увеличился и коэффициент опережения от среднегодовых темпов роста производства совокупной валовой промышленной продукции составляет в среднем
1,1.
. Развитие энергетики все более направлено на повышение общественной производительности труда, надежности и экономичности энергетического хозяйства.
За период I97I-I980 г.г. рост производства электроэнергии опережал среднегодовые темпы прироста общественного производства. Производство электроэнергии за период I97I-I980 г.г. возросло в 2,9 раза и достигло величины в 1,57 млрд. кВт.Ч. Собственное национальное производство электроэнергии в 1980 г. составило 86% общего потребления страны и в 1985 году должно увеличиться за счет выработки на электростанциях ОЭС МНР. Паротурбинными электростанциями вырабатывается 8 производимой в стране электроэнергии, а доля импортируемой энергии составляет 14% от общей потребности по стране.
В период 1970-1980 г.г. выработка дизельных электростанций возросла в 2,4 раза, но при этом доля их в покрытии общей потребности снизилась с 20,1 до 14,6%. К 1985 году планируется снижение общего уровня импорта электроэнергии за счет увеличения выработки на строящейся ТЭЦ-4, но до ввода первых блоков ТЭЦ-4 и их освоения в период 1983-1985 г.г.ожи-; дается значительное увеличение объемов импортируемой энергии, абсолютная величина которой оценивается порядка 700 млн.кВт.ч в год. В 1980 году на душу населения производилось порядка 940 кВт.ч, к 1985 году этот показатель возрастет до 1400--1500 кВт.ч, т.е. до средне-мирового уровня 1970г. Основные электрогенерирующие мощности МНР - около 80% сосредоточены в настоящее время в центральном экономическом районе, из них свыше 70% входит в состав ОЭС, охватывающей пока относительно небольшую территорию района - всего 3 аймака. В зоне централизованного энергоснабжения МНР находится около 30% населения страны и производство около 78% электроэнергии, выработанной собственными электростанциями МНР. Энергетическую базу ОЭС составляют 4 ТЭЦ, работающие на угле, наиболее крупными из них являются ТЭЦ-3 в г.Улан-Баторе установленной мощностью 148 МВт и ТЭЦ в г.Дархане - 48 МВт. Одним из основных видов топливно-энергетических ресурсов является бурые и каменные угли, которые распределены по территории страны неравномерно. Из всех видов горючих ископаемых наиболее изученным является уголь, основная часть которого (90%) сосредоточена в центральном экономическом районе, угольные запасы МНР по географическим зонам размещены 16% их в Хангайско-Хэнтийской зоне, около 11% в степной зоне, 67% в Гобийской зоне и 6% в Алтайской горной зоне. Наименее обеспечены угольными ресурсами ЗавханскиЙ, Архангайский и Баян-Улгийский аймаки. Из-за неравномерного распределения ресурсов угля для обеспечения топливом потребителей этих аймаков приходится уголь транспортировать на большие расстояния, что приводит к резкому росту стоимости топлива на месте потребления.
Следует отметить, что энергоснабжение крупных городов в настоящее время решается более прогрессивно, а для аймачных центров целенаправленные мероприятия не проводятся.
В настоящее время в аймачных центрах эксплуатируются, в основном, мелкие неэкономичные индивидуальные котельные и дизельные электростанции, работающие на импортном топливе, на обслуживание которых затрачивается большое количество живого труда. Эти источники недостаточно снабжают энергией потребителей и по мере резкого увеличения темпов прироста энергопотребления (в масштабе выработки энергии) в последнее время их число заметно увеличивается. Все это обязывает в ближайшей перспективе правильно выбирать схемы энергоснабжения аймачных центров.
Исследование проблем энергоснабжения аймачных центров находится в начальной стадии своего развития. До создания Научно-исследовательского и проектного института топливно-энергетической промышленности систематические научно-исследовательские работы по энергоснабжению практически не проводились. Имели место лишь отдельные работы по оценке энергоресурсов, предпроектные проработки в связи с потребностями энергетического строительства. В основном, эти работы проводились научно-исследовательскими и проектными организациями Советского Союза и соответствующими организациями стран - членов СЭВ.
За прошедший период научно-исследовательскими организациями, в основном, было выполнено обобщение накопленных фактических данных по современному состоянию топливно-энергетической промышленности и сформулированы первые общие соображения о перспективах развития энергетики МНР. Проведенные исследования прежде всего имеют методическое значение и некоторые их.результаты используются для анализа перспектив развития электрификации страны и обоснование строительства отдельных энергетических объектов в перспективе до 1990 г. [23І .
К законченным научным работам в изучении энергоснабжения, в том числе по определению эффективности развития ТЭЦ можно отнести [16,102,6 . Одна из этих работ [l6j посвящена, в основном, вопросам определения оптимального коэффициента теплофикации и оптимальной величины электрической мощности ТЭЦ в энергосистеме с учетом условий МНР, а остальные [102,6$ посвящены определению оптимального масштаба развития ТЭЦ относительно большой мощности и возможности снабжения электрической энергией от энергосистемы. Очевидно, что для правильного решения развития энергоснабжения аймачных центров необходима концентрация усилий многих научных коллективов и специалистов энергетической отрасли. В данной работе не ставится задача решения всех теоретических и практических проблем энергоснабжения аймачных центров, она направлена на изучение следующих вопросов:
- разработка методики выбора состава основного оборудования и определение областей применения ТЭЦ небольшой мощности;
- исследование экономической эффективности применения ТЭЦ небольшой мощности в условиях МНР.
Эти вопросы являются одними из важнейших при обосновании направлений развития централизованного теплоснабжения в МНР. Исследования по применению ТЭЦ и централизованных котельных приобретают особую актуальность в связи с быстрым ростом тепловой и электрической нагрузок аймачных центров МНР, отсутствием высококачественных видов топлива в МНР (газ,мазут) и удаленностью центров на большие расстояния друг от друга. Рассмотрение в диссертации теоретических и практических вопросов выбора профиля, состава основного оборудования и областей применения ТЭЦ актуально также потому, что позволяет на основе предложенных в работе методических положений и рекомендаций научно, обоснованно подходить к выбору направлений развития источников централизованного теплоснабжения в условиях МНР.
В связи с важностью изучения централизованного теплоснабжения автором диссертации сформулирована постановка задачи выбора основного оборудования, областей и масштабов применения ТЭЦ в условиях МНР.
Диссертантом впервые в МНР разработана методика выбора состава основного оборудования и определения областей применения ТЭЦ. Также диссертантом впервые разработаны методика и модель оптимизации очередности ввода ТЭЦ и масштабов развития теплофикации в условиях МНР.
Проведенные автором исследования позволили получить обоснованные рекомендации по выбору:
- оптимальной единичной мощности теплофикационных турбин ПТ, Т и П в зависимости от величины и структуры тепловой нагрузки;
- состава основного оборудования ТЭЦ применительно к разным условиям, характерным для аймачных центров;
- величины расчетного коэффициента теплофикации - важнейшего показателя для ТЭЦ;
- областей применения ТЭЦ;
- очередности и масштабов ввода ТЭЦ на уровне 2000 г. и 2010 г. с оценкой экономии трудовых и материальных ресурсов.
Данная работа состоит из четырех глав и заключения.
В первой главе рассматриваются анализ существующего состояния энергоснабжения и краткая характеристика энергопотребления аймачных центров на период 1990-2000 г.г. Здесь также излагаются обзор литературы по вопросам развития ТЭЦ неболь - то шой мощности, задачи и цель исследования.
Во второй главе изложены методические вопросы по выбору состава основного оборудования и определению области применения ТЭЦ небольшой мощности,
В третьей главе приводятся результаты исследования по выбору оптимального состава основного оборудования ТЭЦ небольшой мощности, определению областей применения теплофикационных турбин разных типов и выявлению сравнительной эффективности схем комбинированного и раздельного энергоснабжения в условиях МНР. Также в данной главе приводятся результаты расчетов по определению коэффициента теплофикации для ТЭЦ небольшой мощности.
В четвертой главе рассмотрены методика и модель оптимизации развития теплофикации в аймачных центрах и результаты исследования по выбору оптимальной структуры их источников централизованного теплоснабжения на уровне 2000 г.
Для определения профиля и областей применения ТЭЦ небольшой мощности в условиях МНР применен метод перебора заданных вариантов. При этом методе формируются возможные варианты по составу основного оборудования ТЭЦ. Выбор окончательного решения производится на основе сравнения учитываемых вариантов по минимуму приведенных затрат.
Для выбора оптимальных масштабов развития источников централизованного теплоснабжения применен метод линейного программирования. На основе этого метода разработана математическая модель, которая описывает в виде переменных возможные варианты развития источников централизованного теплоснабжения, в виде уравнений и неравенств - производственные связи системы и действующие в ней ограничения, а в функционале - минимум суммарных приведенных затрат на теплоснабжение аймачных цент - II ров. Эта модель имеет групповую структуру и все группы объединены матрицией удельных показателей тепла на тепловую и электрическую-нагрузки на производство электроэнергии. Кроме того, все группы связаны общими ограничениями лимитированные капиталовложения и суммарные электрические мощности турбоагрегатов.
Определение оптимальных областей применения теплофикационных турбин разных типов и единичных мощностей, выявление сравнительной эффективности схем комбинированного и раздельного энергоснабжения в условиях МНР в зависимости от уровня тепловых нагрузок аймачных центров позволяет предварительно оценить экономическую эффективность ТЭЦ небольшой мощности, что облегчает предпроектные трудоемкие работы. Проведенные исследования по применению ТЭЦ также позволяют более глубоко понять их значение и особенности применения в условиях МНР.
Предлагаемые методики могут использоваться для обоснования направлений развития ТЭЦ небольшой мощности в условиях МНР, а полученные результаты - при разработке схем энергоснабжения аймачных центров и для планирования развития топливно--энергетического комплекса МНР.
Краткая характеристика энергопотребления аймачных центров на период 1990-2000гг
На основе анализа имеющихся данных и прогнозных оцешок определены уровни электро-теплопотребления в аймачных центрах МНР на перспективу.
В табл.1-8 приведена тепловая нагрузка аймачных центров на период 1990-2000 г.г. и в табл.1-9 характеристика их тепло вой нагрузки. Из табл.1-8,9 видно, что в 1990 г. минимальная и максимальная тепловая нагрузка аймачных центров составляет соответственно 34 и 138 Гкал/ч., в т.ч. паровая нагрузка - соответственно 7 и 40 Гкал/час или доля паровой нагруки достигнет соответственно 13 и 32, У[о, А в 1990 г. средняя тепловая нагрузка составляет 61 Гкал/час, в т.ч. паровая нагрузка - 14,1 Гкал/ час, которая занимает 23% в средней тепловой нагрузке. В 2000г. минимальная и максимальная тепловая нагрузка аймачных центров равняется соответственно 53 и 170 Гкал/час, в т.ч. паровая нагрузка - соответственно 10 и 60 Гкал/час или доля паровой нагрузки достигает соответственно 16 и 35,3$. Суммарная тепловая нагрузка всех аймачных центров МНР в 2000 г. будет расти на 44,0$ по сравнению с потребностью в тепле в 1990 г., а средняя тепловая нагрузка - 46$, в т.ч. паровая нагрузка - почти на 49$ или доля паровой нагрузки в средней тепловой нагрузке составит 23,6$.
Из вышесказанного ясно, что на период 1990-2000 г.г. тепловая нагрузка аймачных центров будет увеличиваться высокими темпами. Необходимо отметить, что доля паровой нагрузки сохранится до конца 2000 г.
В табл.1-Ю приведена классификация аймачных центров по концентрации тепловой нагрузки на 1990-2000 г.г. Из табл.1-Ю видно, что в 1990 г. число аймачных центров с тепловой нагрузкой до 50 Гкал/час составляет 8, в т.ч. в ОЭС находятся 7 аймачных центров, имеющих с электрическими нагрузками 13-34- МВт, а электрическая нагрузка находящегося вне ОЭС одного центра составляет 9 МВт, количество аймачных центров с тепловой нагрузкой от 50 до 100 Гкал/час составляет 8, в т.ч. в ОЭС имеются 4- аймачных центра, электрические нагрузки которых колеблются от 20 до 56 МВт. Остальные 4- аймачных центра будут расположены вне ОЭС и их электрические нагрузки составляют 13-27 МВт. На уровне 1990 г. удельный вес аймачных центров с тепловыми нагрузками до 50 Гкал/час и от 50 до 100 Гкал/час равен между собой или равняется 44-,%% количество аймачных центров, расположенных в ОЭС, с тепловой нагрузкой свыше 100 Гкал/ч составляет 2, электрические нагрузки которых колеблются от 23 до 4-9 МВт.
На уровне 2000 г. количество аймачных центров с тепловыми нагрузками от 50 до 100 Гкал/ч увеличивается на 50 . Электрические нагрузки аймачных центров, находящихся в ОЭС, с указанными тепловыми нагрузками колеблются от 19 до 92 МВт. Аймачные центры с тепловыми нагрузками свыше 100 Гкал/ч составляют 6, удельный вес которых будет расти до 35,3$ и их электри ческие нагрузки характеризуются 22-85 МВт.
В табл.І-ІІ показаны источники электроснабжения аймачных центров на период 1990-2000 г.г. Из табл.І-ІІ видно, что пот н ребности в электрической энергии 5 аймачных центров в 1990 г.и 3 аймачных центра в 2000 г. будут обеспечиваться от изолированных источников электроэнергии.
В табл.1-12 приведена электрическая нагрузка аймачных центров на период 1990-2000 г.г. и в табл. І-ІЗ - характеристика их электрической нагрузки. Из табл.1-8,9 видно, что в 1990 г. минимальная и максимальная электрическая нагрузка аймачных центров равняется соответственно 9 и 62 МВт, средняя электрическая нагрузка - 27,4 МВт и суммарная нагрузка всех аймачных центров - 489 МВт. В 2000 г. минимальная и максимальная нагрузка равняются соответственно 16 и 92 МВт, средняя нагрузка составляет 40 МВт и суммарная - 718 МВт. По сравнению с 1990 г. суммарная электрическая нагрузка аймачных центров в 2000 г. возрастает на 4.
В табл. I-I4 приведена классификация аймачных центров по источникам электроснабжения на период 1990-2000 г.г. Из табл. I-I4 видно, что потребности в электроэнергии 13 аймачных центров на уровне 1990 г. и 15 аймачных центров в 2000 г. будут покрывать от ОЭС и от изолированных источников электрической энергии - 5 (в 1990 г.) и 3 (2000 г.) аймачных центров. Также из табл. I-I4 показано колебание электрических и тепловых нагрузок аймачных центров, находящихся в ОБО и вне ОЭС.
Из вышеизложенного видно, что за рассматриваемый период электро-теплопотребление в аймачных центрах, находящихся в ОЭС и вне ОЭС существенно возрастет. В этих условиях еще большее значение приобретают вопросы выбора рациональной структуры источников производства тепловой энергии и прежде всего масштабы применения теплофикации.
Почти во всех развитых странах мира расход энергоресурсов на цели теплоснабжения существенно превышает расход энергоресурсов для электроснабжения [Ч,ю4} . Поэтому вопросы совершенствования теплоснабжения приобретают исключительную актуальность.
Для организации рационального энергоснабжения страны особенно большое значение имеет теплофикация, являющаяся наиболее совершенным методом централизованного теплоснабжения и одним из основных путей снижения удельного расхода топлива на выработку энергии. Однако на экономичность теплофикации влияют такие разные факторы, как теплоплотность, потребность в энергии, виды топлива и др. Поэтому для развития теплоэлектроцентралей небольшой мощности в условиях МНР, по нашему мнению, целесообразно прежде всего рассмотреть состояние развития теплоэлектроцентралей небольшой мощности. По некоторым зарубежным странам состояние развития теплофикации и теплоснабжения характеризуется следующим.
Одной из старейших и самой крупной теплофикационной системой ФРГ является объединенная система из трех ТЭЦ в Гамбурге с присоединенным максимумом тепловой нагрузки около 600 Гкал/ч. Имеются такие ТЭЦ в других городах. Суммарный максимум тепловой нагрузки каждой системы не превышает 200 Гкал/ч. В ФРГ получает распространение ТЭЦ с газовыми турбинами. Сходными с ФРГ путями, но в значительно меньших масштабах, развивается централизованное теплоснабжение в Австрии, где работают городские ТЭЦ небольшой мощности и присоединенная расчетная тепловая нагрузка которых составляет 20 Гкал/ч и выше.
В Швейцарии, имеющей гидростанции и не располагающей собственными ресурсами твердого и жидкого топлива, для целей отопления и горячего водоснабжения широко применяется электроэнергия.
В аналогичных со Швейцарией условиях развивается теплофикация в Норвегии и Швеции. Например, в Стокгольме эксплуатируется ТЭЦ с расчетным отпуском тепла 150 Гкал/ч.
Широко развита теплофикация в Дании, что связано с чрезвычайной ограниченностью ее энергоресурсов. Тепловая нагрузка ТЭЦ в Дании составляет около 180 Гкал/ч и выше.В Голландии имеются ТЭЦ, расчетная тепловая нагрузка которых составляет более 100 Гкал/ч.Во Франции система централизованного теплоснабжения имеется только в Париже.
Значительным своеобразием характеризуется развитие сие- -тем централизованного теплоснабжения в Соединенных Штатах Америки и Канаде. В этих странах имеется большое количество городских и промышленных систем централизованного теплоснабжения, но в подавляющем большинстве источниками теплоснабжения являются котельные разных масштабов.
Иная картина развития теплофикации наблюдается в социалистических странах после второй мировой войны.В Венгрии быстро развивается теплофикация в Будапеште, Дунайвароше и других городах.В Чехословакии уже было сооружено около 30 ТЭЦ с различной установленной мощностью.
Определение электрической мощности и выработки электроэнергии на ТЭЦ небольшой мощности
Суммарная электрическая мощность ТЭЦ определяется по следующему выражению: где: 2-il - число турбин с отборами пара и конденсацией первого типоразмера при і -м варианте ТЭЦ, 2 21 т0 же» второго типоразмера; NiMNa.eM номинальная электрическая мощность турбин с отборами пара и конденсацией соответственно первого и второго типоразмера, МВт. Для определения выработки электроэнергии на ТЭЦ необходимо предварительно: а) разместить турбины в годовых графиках тепловой нагруз ки по продолжительности при L -м варианте состава основного оборудования; б) вычислить годовой отпуск тепла от турбины с отборами пара и конденсацией первого и второго типоразмеров при I -м варианте ТЭЦ; в) найти выработку электроэнергии по теплофикационным и конденсационным режимам турбин типа "ПТ" при L -м варианте ТЭЦ; г) вычислить суммарную выработку электроэнергии при каж-дом варианте ТЭЦ. При размещении турбин типа ПТ в годовых графиках тепловой нагрузки по продолжительности учитываются следующие исходные условия: ; а) базисная часть графиков покрывается отпуском тепла от более экономичных турбин, б) годовые графики рассматриваются в следующей последова тельности: график технологической тепловой нагрузки (рис.2-9а), график расхода тепла на восполнение потерь теплоносителя (как внешних, так и внутристанционных) (рис.2-26), график отопите льно-бытовой тепловой нагрузки (рис.2-2в); в) расчетные часовые отпуски тепла из производственного и отопительного отборов турбины типа ПТ взаимосвязаны и для турбины ПТ-І2-35 характеризуются зависимостью, показанной на рис.2-3, их значения находятся из условия достижения наиболь шей выработки электроэнергии по теплофикационному режиму. Это условие определяется следующим образом: Обозначим через т отношение часового отпуска тепла из производственного отбора к суммарному отпуску тепла из отборов, тогда: Исходя из зависимости расчетных часовых отпусков тепла из производственного и отопительного отборов турбины типа ПТ определена зависимость QL т(Ч / и приведена на г / - W РОУ Д-Деарэтор; РОУ-Редукциояно-охладитель-ная установка; ХОВ-химочищенная вода; Ш-питательный насос; Рис, 2-2 Принципиальная тепловая схеїла ТЭД небольшой мощности, ЭК- энергетический котель; ТГ- Турбогенератор; ПИ- промышленные потребители П-отопительно-бытовые потребители; ПБ-Пиковой бойлер; ОБ-основной бойлер; Ючас Задаваясь на расчетный уровень коэффициентом т для турбин первого типоразмера, определяем значения Qi(T),Ui(AUiGO и суммарный отпуск тепла на технологию от турбин первого типоразмера: где: і?і(і) - число турбин первого типоразмера на ТЭЦ при і -м варианте состава основного оборудования. При заданном расчетном отпуске тепла от ТЭЦ на техноло-гию(С/о.р(тех)) находим расчетный коэффициент теплофикации по технологической тепловой нагрузке для турбин первого типоразмера при I -м варианте ТЭЦ: При определении величиныОчтвял1яч по выражению (2-12) проверяется ограничение вида: ЕслиИі(і),Рі(Г) ОаРМ,т0 іОї(іГ е ( Ч) QM# ). Если Zift) Qtfif) оказывае,Г0я больше величины Ucpfrex) принимаем Тогда уточняется величина отпуска тепла от первого отбора турбины: Тогда годовой отпуск тепла на технологию от турбин первого типоразмера в заданном расчетном году при I -м варианте ТЭЦ и J -м значении коэффициента T JJ составит: чГОД где фчас о.р(тех)- число часов использования расчетного максимума технологической тепловой нагрузки, час. Определяем величину отпуска тепла из отопительного отбора турбины первого типоразмера при -м значении коэффициента )час Щ) Омі) ( (T) Qtfib , Гкал/час (2-15) В том случае, когда выполняется условие (2-12), отпуск тепла из второго отбора турбина типа Ї1Т ( Qi(y) ) находится по графику рис.2-3, исходя из уточненной величины Qt(j) і час При этом корректируется коэффициент 14(f) п0 выражению: Находим суммарную величину отпуска тепла из отопительного отбора турбин типа ПТ, равную: Для восполнения потерь теплоносителя расход тепла из второго отбора определяется: где: 0 м«кс(коиГ заданная максимальная величина коэффициента теплофикации для графика производственного конденсата. Максимальная величина коэффициента теплофикации для графика производственного конденсата определяется: Q возможный расход тепла на восполнение потерь теплоносителя. Расход тепла на восполнение потерь турбин 1-го типоразмера (QBT(IW))« для покрытия отопительно-бытовой тепловой нагрузки отпускается тепло от турбин ПТ первого типоразмера в заданном расчетном году: Отпуск тепла из второго отбора одной турбины первого типоразмера на отопительно-бытовые нужды определяется следующим
Определение коэффициента теплофикации для ТЭЦ
Величина расчетного коэффициента теплофикации (0(т.р.) существенным образом влияет на экономичность ТЭЦ небольшой мощности в условиях МНР.
Вопрос о выборе оптимальных значений расчетного коэффициента теплофикации уже длительное время является предметом многочисленных исследований [б9,90,93,Ю0,Юб\ . При выборе его значения могут иметь место две принципиально разли личные исходные предпосылки:
1. При заданной тепловой нагрузке теплоэлектроцентра- . ли определяется ее оптимальная электрическая мощность.2. При заданной электрической нагрузки ТЭЦ небольшой мощности находится ее целесообразная тепловая нагрузка.
Ниже приводятся результаты проведенных расчетов для ТЭЦ небольшой мощности в условиях МНР.
Для ТЭЦ небольшой мощности с турбинами типа ПТ и Т изменение значения коэффициента теплофикации для заданных тепловых нагрузок показано на рис.3-3.
Для ТЭЦ с турбинами типов ПТ и Т единичной мощностью МВт при тепловой нагрузке 200 Гкал/ч, в т.ч. доле технологической тепловой нагрузки = 0 и значении коэффициента теплофикации ОС%р= 0,7 экономия приведенных затрат в ТЭЦ по сравнению с раздельной схемой энергоснабжения составляет 3, S, при (ХР = 0,75 и = 0,8 это равняется почти Що. Таким образом, значение коэффициента теплофикации ТЭЦ изменяется в зависимости от суммарной и технологической тепловых нагрузок. Изменение значения коэффициента теплофикации для ТЭЦ с турбинами ПТ-25-90 и Т-25-90 показаны на рис. 3-5(а).
На рис. 3-3(6) приведена зависимость экономии приведенных затрат от коэффициента теплофикации ТЭЦ с турбинами типов ПТ и Т единичной мощностью 12 МВт по сравнению с раздельной схемой энергоснабжения. Из рис. 3-3(6) видно, что при тепловой нагрузке 150 Гкал/ч, в т.ч. доли технологической тепловой нагрузки J = 0 и значении коэффициента теплофикации 0(т.р= 0,8 экономия приведенных затрат равняется Щ по сравнению со схемой раздельного энергоснабжения, при обгр = 0,9 и X = 0,8 экономия приведенных затрат составляет 4,2$.
Результаты проведенного исследования показывают, что для ТЭЦ с турбинами типов Т и ПТ единичной мощностью 25 МВт значение коэффициента теплофикации лежит в области 0,65-0,85 и для ТЭЦ с турбинами типов ПТ и Т единичной мощностью 12 МВт значение коэффициента - 0,70-0,95.
На основе расчетов можно считать, что в условиях МНР для ТЭЦ небольшой мощности оптимальное значение коэффициента теплофикации лежит в пределах 0,65-0,95 в зависимости от суммарной и технологической тепловой нагрузки.
Приведенные выше результаты относятся к случаю, когдавыбор коэффициента теплофикации производится при заданной тепловой нагрузке, а электрическая мощность ТЭЦ принимается в качестве переменного показателя. Рассмотрим второй случай, при котором считается заданной электрическая мощность ТЭЦ и требуется определить тепловую нагрузку, которую экономически целесообразно покрывать от ТЭЦ. Результаты расчетов, выполненных автором, иллюстрируются на рис.3-4. Здесь по оси абсцисс отложено значение тепловой нагрузки, а по оси ординат - экономия или перерасход приведенных затрат в комбинированную схему по сравнению с раздельной схемой энергоснабжения. If -доля технологической тепловой нагрузки; Рассматривалась ТЭЦ с турбинами ПТ+Т единичной мощностью 12 и 25 МВт, работающая на угле. Все исходные данные принимались для условий МНР,
На рис, 3-4- показано изменение значения экономии или перерасхода приведенных затрат от присоединенной тепловой нагрузки для двух исходных вариантов ТЭЦ электрической мощности 36 МВт (ПТ-І2-35+Т-І2-35) и 75 МВт (ПТ-25-90+2хТ-25--90). Из этих построений видно, что экономия приведенных затрат в комбинированную схему энергоснабжения по мере увеличения присоединенной тепловой нагрузки ТЭЦ (при заданном числе турбин) возрастает до определенного значения, а затем снижается.
Значение тепловой нагрузки, соответствующее максимальной экономии приведенных затрат, является оптимальным для ТЭЦ небольшой мощности. При электрической мощности ТЭЦЫтэц = 36 МВт значение оптимальной тепловой нагрузки составляет около 250 Гкал/ч, для ТЭЦ мощностью 75 МВт оптимальная тепловая нагрузка - выше 250 Гкал/ч, что соответствует оптимальному значению коэффициента теплофикации 0,65 и 0,8. В то же время расчеты, выполненные при этих значениях нагрузки, в случае Co.PeConst иЫтэС "» показали, что оптимальное значение коэффициента теплофикации ТЭЦ небольшой мощности составляет 0,65-0,85.На рис. 3-5 приведена зависимость экономии и перерасхода приведенных затрат в комбинированную схему по сравнению с раздельной схемой (КЭС+мелкие котельные) энергоснабжения от присоединенной тепловой нагрузки. При этом необходимо учитывать затраты по тепловым сетям.
Модель оптимизации развития централизованного теплоснабжения и теплофикации в аймачных центрах
На основе метода линейного программирования разработана математическая модель, которая построена на учете: а) предварительных решений, которые получены по отдельным аймачным центрам; б) заданных ограничений по капиталовложени-ям, выделяемым государством на цели централизованного теплоснабжения и по масштабу заказа теплофикационных турбин При формировании блока теплоснабжения в модель оптимизации развития теплофикации в аймачных центрах на период 2000-2010 г.г, производится подготовка исходных данных, включающая прежде всего определение энергоэкономических характеристик централизованного теплоснабжения. При этом тепловая нагрузка рассматриваемых аймачных центров, в которых намечаются (на предпроектном уровне) два варианта схемы теплоснабжения - комбинированная и раздельная, лежит в пределах 50-120 Гкал/ч без учета тепловой нагрузки мелких котельных, которые невозможно закрыть после ввода в эксплуатацию централизованного теплоснабжения. Классификация аймачных центров по тепловой нагрузке свыше 60 Гкал/ч с учетом степени централизации на период 1990-2000 г.г, показана в табл.4-І.
Для каждого из рассматриваемых аймачных центров энергоэкономические показатели комбинированной схемы энергоснабжения определяются:
Классификация аймачных центров по тепловой нагрузке свыше 60 Гкал/ч с учетом степеницентрализации (К = 0,8) на период 1990-2000 г.г»
Для раздельной схемы энергоснабжения -го аймачного центра все эти показатели вычисляются по аналогичным формулам В табл.4-2 и приложении д приведена математическая модель оптимизации развития теплофикации в аймачных центрах МНР на период 2000-2010 г.г. Эти модели позволяют выбрать оптимальную структуру источников централизованного теплоснабжения аймачных центров на указанных уровнях.
Основу оптимизации структуры источников централизованного теплоснабжения аймачных центров составляет вышеуказанная математическая модель, описывающая в виде переменных возможные варианты развития источников централизованного теплоснабжения, в виде уравнений и неравенств - производственные связи системы и действующие в ней ограничения, а в функционале - минимум суммарных приведенных затрат на теплоснабжение аймачных центров.
Эта модель имеет групповую структуру и содержит двенадцать групп, которые соответствуют аймачным центрам. Все группы объединены матрицей удельных показателей тепла на тепловую и электрическую нагрузки и на производство электроэнергии. Кроме того, все группы связаны общими ограни чениями на лимитированные капиталовложения и суммарные электрические мощности турбоагрегатов.
При составлении блока теплоснабжения для каждого аймачного центра записываются балансовые уравнения по тепловой нагрузке, которая покрывается от ТЭЦ небольшой мощности и централизованных котельных:
Балансовые уравнения электрической мощности и выработки электроэнергии для комбинированной и раздельной схем энергоснабжения аймачных центров записываются следующим образом:
Необходимые капиталовложения для теплоснабжения аймачных центров вычисляются выражением:и отсутствие единой организации в стране, отвечающей за планирование, проектирование, строительство и эксплуатацию котельных разной производительности, приведут в конечном итоге к массовому строительству, наряду с крупными относительно мелких котельных, к значительному перерасходу материальных, денежных и трудовых ресурсов и загрязнению воздушного бассейна аймачных центров МНР Для определения оптимального уровня развития ТЭЦ небольшой мощности в условиях страны с учетом внешних ограничений проведены расчеты на примере 12 аймачных центров, выполнен анализ данных, полученных на основе разработанной модели.
Цель проводимых расчетов заключается в определении влияния ограничений на суммарные капиталовложения, выделяемые для теплоснабжения в рассматриваемых центрах: а) на выбор оптимальной структуры источников централизованного теплоснабжения в аймачных центрах; б) на изменение суммарной мощности ТЭЦ; в) на сравнительную эффективность аймачных центров как объектов теплоснабжения. Аналогичная цель ставилась при введении ограничения на объемы заказа теплофикационных турбин.
На рис,4-І указана зависимость отклонений суммарной мощности ТЭЦ(-дЫТэи, » перерасхода приведенных затрат (+Д&) ОТ ограничения суммарных капиталовложений (-АК ; на уровне 2000 г.
Из рис,4-І виден неравномерный характер изменения ущерба (перерасход приведенных затрат) и суммарной мощности ТЭЦ при снижении капиталовложений на цели теплоснабжения. Непропорциональность соотношений суммарной мощности ТЭЦ и снижения капиталовложений определяется тем, что снижение
суммарных капиталовложений приводит не просто к отказу от сооружения ТЭЦ, а к переходу на раздельную схему энергоснабжения. Поэтому, например, нельзя принимать возможную величину ANTSU, ОКОЛО 15 ПРИ таком же относительном снижении суммарных капиталовложений. Из рис.4-1 видно, что при снижении суммарных капиталовложений на 1% уменьшается мощность ТЭЦ приблизительно на 35$ и перерасход приведенных затрат составляет 0,6%. Также не представляется возможным значительное снижение суммарных капиталовложений на цели теплоснабжения, поскольку в таких условиях их окажется недостаточно для реализации не только комбинированной, но и раздельной схемы энергоснабжения в рассматриваемых аймачных центрах.
С целью рассмотрения влияния потребности в тепле и электроэнергии на оптимальную структуру источников централизованного теплоснабжения на уровне 2010г для аймачныхцентров определено их энергопотребление на основе темповприроста тепловой и электрической нагрузок на период 1990 -2000г.г. Из этого видно, что к 2010г. тепловая нагрузкааймачных центров будет расти в среднем на 50%, а электрическая нагрузка - приблизительно на 60% по сравнению с
Исходя из определенных нагрузок аймачных центров на уровне 2010г. проводились расчеты по их выбору оптимальной структуры централизованного теплоснабжения.Результаты оптимизационных расчетов приведены на рис 4-2 4-.Из рис.4-2 видно, что в 2010г. при понижении напитало
