Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ современного состояния водородной энергетики
1.1 Свойства водорода как топлива и перспективность его применения.
1.2 Тенденции совершенствования основного «внепикового» оборудования водородного энергетического комплекса на базе влаж-нопаровых АЭС
1.2.1 Производство водорода электролизным методом
1.2.2 Хранение водорода
1.3 Устройство водородного перегрева пара в циклах ТЭС и АЭС
1.4 Схемные решения повышения мощности и эффективности ТЭС и АЭС
1.5 Альтернативные способы аккумулирования электрической энергии
Глава 2. Выбор схемных решений и обоснование их термодинамической эффективности
2.1 Описание разработанной схемы паротурбинной установки АЭС с водородным перегревом пара
2.2 Сравнительная оценка термодинамической эффективности схемно-параметрических решений реализации водородного перегрева пара в цикле влажнопаровой АЭС
2.3 Аспекты безопасности водородного энергетического комплекса на АЭС
2.3.1 Общие требования к безопасности использования водорода
2.3.2 Безопасность использования водородного пара в паросиловом цикле энергоблока АЭС
Глава 3. Методика оценки и анализ термодинамической эффективности дополнительного подвода тепла в цикле влажнопаровои АЭС
3.1 Дополнительный подвод тепла к острому пару
3.1.1 Простейший термодинамический процесс без промежуточного перегрева пара и сепарации
3.1.2 Сложный термодинамический процесс с вытеснением сепарации
3.1.3 Сложный термодинамический процесс с вытеснением промежуточного перегрева
3.2 Дополнительный подвод тепла к пару промперегрева
3.3 Анализ результатов расчета термодинамической эффективности дополнительного подвода тепла в цикле влажнопаровои АЭС
Глава 4. Эффективность водородного энергетического комплекса на базе влажнопаровои АЭС с учетом системных факторов
4.1 Описание расчетной схемы водородного энергетического комплекса
4.2 Оценка себестоимости производства пиковой электроэнергии с учетом неравномерности графика электрических нагрузок
4.3 Оценка технико-экономической конкурентоспособности во дородного энергетического комплекса на базе влажнопаровои АЭС
4.3.1 Основные исходные данные для расчета технико-экономических показателей
4.3.2 Методика оценки экономической эффективности проектов
4.3.3 Анализ технико-экономической эффективности водородного энергетического комплекса в сравнении с ГАЭС
Выводы
Направления дальнейших исследований
Список использованных источников
- Тенденции совершенствования основного «внепикового» оборудования водородного энергетического комплекса на базе влаж-нопаровых АЭС
- Сравнительная оценка термодинамической эффективности схемно-параметрических решений реализации водородного перегрева пара в цикле влажнопаровой АЭС
- Сложный термодинамический процесс с вытеснением сепарации
- Оценка технико-экономической конкурентоспособности во дородного энергетического комплекса на базе влажнопаровои АЭС
Введение к работе
Актуальность работы. В соответствии с энергетической стратегией развития энергетики России до 2030 г. доля атомных электрических станций (АЭС) в европейских энергосистемах будет увеличиваться. При этом основной задачей национальной научно-инновационной программы «Водородная энергетика» на период до 2050 г. является обеспечение ускоренного и крупномасштабного освоения и развития в России водородной энергетики как одного из базисных направлений шестого технологического уклада и условий обеспечения энергобезопасности страны, а одним из приоритетных направлений научно-технических исследований является разработка научных основ производства, хранения, транспорта и использования водородного топлива в энергетике.
Использование водородных энергетических комплексов в интеграции с АЭС может обеспечить эффективную работу АЭС при покрытии пиков электрических нагрузок в энергосистеме, а также надежную и безопасную работу во внепиковой части графика электропотребления за счет исключения переменных режимов работы реакторной установки. Кроме того, использование водородного энергетического комплекса в качестве аккумулирующей системы позволяет преодолеть возникающие трудности, связанные с диверсификацией первичных источников энергии, усложнением систем регулирования, стремлением обеспечить более высокое качество электроэнергии и надежность энергоснабжения.
Целью исследования является разработка и обоснование эффективности водородного энергетического комплекса влажно-паровых АЭС с установкой дополнительной турбины и оценка его конкурентоспособности с учетом системных факторов.
В соответствии с целью определены основные задачи исследования:
Разработка способа осуществления водородного перегрева пара в циклах влажно-паровых АЭС с использованием дополнительной турбины, работающей на вытесненном паре.
Разработка методики оценки термодинамической эффективности дополнительного подвода тепла в цикле влажно-паровой АЭС на основе дифференциальных уравнений.
Оценка термодинамической и технико-экономической эффективности использования водородного топлива во влажно-паровых циклах АЭС в зависимости от схемно-параметрических решений реализации водородного энергетического комплекса.
Определение оптимальной продолжительности работы электролизных установок в ночные часы графика электрических нагрузок энергосистемы.
Определение показателей конкурентоспособности водородного энергетического комплекса на базе влажно-паровой АЭС с использованием дополнительной турбины, работающей на вытесненном паре.
Научная новизна диссертации заключается в следующем: 1. Разработаны варианты схемно-параметрических решений построения водородных энергетических комплексов на базе влажно-паровой АЭС с оценкой их термодинамической и технико-экономической эффективности.
-
Разработан способ осуществления водородного перегрева пара в циклах влажно-паровых АЭС с использованием дополнительной турбины, работающей на вытесненном паре.
-
Разработана методика оценки термодинамической эффективности дополнительного подвода тепла в цикле влажно-паровой АЭС на основе дифференциального метода.
-
Определена оптимальная продолжительность работы электролизных установок в ночные часы графика электрических нагрузок энергосистемы.
-
Определены показатели конкурентоспособности водородного энергетического комплекса на базе влажно-паровой АЭС с использованием дополнительной турбины, работающей на вытесненном паре.
Практическая ценность результатов диссертационной работы следует из актуальности исследуемой проблемы.
Разработанная методика оценки термодинамической эффективности дополнительного подвода тепла в циклах влажно-паровых АЭС позволяет выявить пути повышения эффективности паросилового цикла за счет водородного перегрева рабочего тела. Данная методика может быть применена при оценочных расчетах при проектировании новых или модернизации существующих энергоблоков АЭС.
Разработанное и запатентованное техническое решение по повышению мощности и эффективности влажно-паровой АЭС может служить одним из рассматриваемых вариантов при разработке и проектировании перспективных энергоблоков АЭС. Кроме того, использование дополнительной турбины позволяет без существенной модернизации оборудования турбинного отделения и без изменения тепловой нагрузки реактора вырабатывать пиковую электроэнергию, тем самым повышая маневренность энергоблока. Разработанное решение может быть одним вариантов модернизации существующих АЭС.
Проведенный сравнительный анализ термодинамической эффективности и технико-экономических показателей в условиях неравномерности графиков электрических нагрузок позволяет судить о конкурентоспособности разработанного водородного энергетического комплекса в сравнении с освоенной, на сегодняшний день, гидроаккумулирующей электростанцией. Полученные результаты могут быть использованы при разработке программ по модернизации и развитию энергосистем в условиях широкомасштабного строительства АЭС и реализации программы по развитию водородной энергетики.
Разработанные схемы повышения мощности и экономичности энергоблока АЭС, а также методика термодинамического анализа дополнительного подвода тепла во влажно-паровом цикле АЭС за счет водородного перегрева могут использоваться в учебном процессе аспирантами, в научно-исследовательских работах и студентами при дипломном проектировании.
Основные результаты диссертационной работы были использованы в отчётах по научно-исследовательским работам Отдела энергетических проблем Саратовского научного центра РАН, выполненных по приоритетным направлениям научно-исследовательских работ, связанных с повышением эффективности АЭС в энергосистемах на базе водородных циклов.
На защиту выносятся:
-
Результаты сравнительной оценки термодинамической эффективности схемно-параметрических решений построения водородных энергетических комплексов на базе влажно-паровой АЭС.
-
Способ осуществления водородного перегрева пара в циклах влажно-паровых АЭС с использованием дополнительной турбины, работающей на вытесненном паре.
-
Методика оценки термодинамической эффективности дополнительного подвода тепла в цикле влажно-паровой АЭС на основе дифференциального метода.
-
Результаты расчетов оптимальной продолжительности работы электролизных установок в ночные часы графика электрических нагрузок энергосистемы.
-
Конкурентоспособность водородного энергетического комплекса на базе влажно-паровой АЭС с использованием дополнительной турбины, работающей на вытесненном паре.
Достоверность результатов и выводов подтверждается использованием апробированных и широко распространенных в энергетике методик расчета термодинамической эффективности циклов влажно-паровых АЭС, системного технико-экономического анализа энергокомплексов, дифференциального метода оптимизации теплоэнергетических установок, а также приемлемой сопоставимостью основных результатов данной работы с результатами других авторов.
Апробация работы. Основные материалы и результаты, вошедшие в диссертацию, докладывались и обсуждались на:
-
Международная научная конференция «Математические методы в технике и технологиях», Саратов, 2011-2012.
-
Всероссийская научная конференция молодых учёных, проводимая концерном «Росэнергоатом», Москва, 2010.
-
Международная научная конференция «Современные научно-технические проблемы теплоэнергетики. Пути решения», Саратов, 2010.
-
Международная научная конференции «Молодые ученые за инновации: создавая будущее», Саратов, 2011.
5. Научный семинар Саратовского научного центра РАН, Саратов, 2009-2013.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 10 печат
ных работах, из них 6 статей в изданиях по рекомендуемому списку ВАК РФ.
Получен патент Российской Федерации на изобретение №2459293.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы. Общий объем 125 страниц, включая 35 рисунков и 15 таблиц. Список использованной литературы содержит 87 наименований, в том числе 18 иностранных и 6 электронных адресов сайтов сети Интернет.
Тенденции совершенствования основного «внепикового» оборудования водородного энергетического комплекса на базе влаж-нопаровых АЭС
Получение водорода с помощью электролиза используется относительно давно. Этот метод нашел промышленное применение в тех областях, в которых требуется умеренное количество водорода. Преимущество электролитического способа заключается в том, что полученный водород может быть легко очищен от примесей, тогда как в продуктах переработки углеводородов (например, при паровой конверсии метана) содержатся различные загрязняющие вещества, удаление которых является необходимым мероприятием для осуществления технологического процесса получения водорода. Также электролитический метод позволяет получать водород высокой степени чистоты - 99,999% [5,16,17].
До недавнего времени практически во всех электролизерах использовались жидкие электролиты. Обычно в качестве жидкого щелочного электролита используется 25-30% раствор гидроксида калия. При этом электролизеры большой единичной мощности выполняются конструктивно по типу «фильтр-пресс» (биполярная схема). Ячейки электролизера включаются последовательно в электрическую цепь, причем одна сторона каждой ячейки, за исключением двух крайних, работает как катод, а другая - как анод. Благодаря такому типу подключения биполярные электролизеры работают при более высоком напряжении, что приводит к уменьшению стоимости источника питания и соединительных электрических шин [13].
Эффективность работы электролизеров с щелочным электролитом (раствор гидроксида калия) увеличивается при повышении давления газа. Повышение давления приводит к уменьшению размера газовых пузырьков, которые прилипают к электродам и, таким образом, уменьшают эффективную площадь их поверхности. Обычно давление в системе повышают с помощью дросселя в выпускном трубопроводе электролизера. Например, фирма Lurgi производит электролизеры с электролитом КОН, которые работают при давлении до 3 МПа [13].
В качестве материала для катода, на котором происходит выделение водорода, применяют железо. Электроды из железа достаточно устойчивы к растворам щелочей, дешевы в изготовлении, а проблема катализа для катода не имеет первостепенного значения. Анод изготавливают из никеля, или железа, покрытого слоем никеля. Покрытие специально делают пористым для увеличения его эффективной поверхности. Одним из возможных путей снижения стоимости электролитического водорода является разработка и использование в щелочных электролизерах электродов - катализаторов с высокоэффективными, технологичными и недорогими каталитическими покрытиями. Разработан сплав Ni-Mo, который используется как самостоятельное каталитическое покрытие, так и в качестве подложки для многослойных катализаторов, а так же как составная часть ренеевских сплавов Ni-Al-Mo, Ni-Moi-Al, Ni-Mo-Zn, Ni-Mo-Si-Al-O. Основным и существенным недостатком биполярных щелочных электролизеров является их громоздкость [13].
В отличие от щелочных электролизеров, электролизеры с твердо-полимерным электролитом значительно более компактны. Кроме того, при использовании твердо-полимерного электролита нет необходимости контролиро 20 вать его уровень и состав. Такие электролизеры могут работать при значительно более высоких плотностях электрического тока, чем электролизеры с жидким электролитом. Однако у твердо-полимерных электролизеров есть ряд недостатков: наличие паров воды в получаемых газах, необходимость использования обессоленной воды. Ионообменные мембраны, используемые в качестве электролита, близки к идеальным электролитам и имеют ряд преимуществ [21,24,25]: 1. Возможность использования тонкого слоя электролита (0,1 мм) позволяет существенно уменьшить габаритные размеры электролизера. При этом снижается электрическое сопротивление электролита за счет уменьшения расстояния между электродами; 2. Ионообменная мембрана непроницаема для газов, поэтому не требуется использование диафрагм; 3. Состав электролита не изменяется в течение всего срока службы; 4. Отсутствуют продукты коррозии в электролитических ячейках и газах; 5. Мембрана обладает достаточной прочностью и может выдержать большую разницу давлений со стороны водорода и кислорода (до ЗМПа); 6. Допустимы большие плотности электрического тока в ячейке; 7. Срок службы электролизера с твердо-полимерным электролитом достигает 20 лет. КПД любого электролизера, работающего при нормальных условиях, можно определить по следующей формуле [14]: где VH - гипотетическое напряжение, генерируемое идеальным топливным элементом при условии, что весь тепловой эффект АН преобразуется в электрическую энергию. При нормальных условиях оно составляет 1,484В. V - рабочее напряжение электролизера, В.
Сравнительная оценка термодинамической эффективности схемно-параметрических решений реализации водородного перегрева пара в цикле влажнопаровой АЭС
В настоящее время максимумы графика электрических нагрузок покрываются за счет мощностей ГЭС, ГТУ и ТЭС. Существует несколько стратегических направлений по обеспечению надежного функционирования единой энергосистемы страны и один из них предусматривает сооружение ГАЭС на период до 2030 года в европейской части страны [1,38].
Работа ГАЭС подразумевает использование электроэнергии, вырабатываемой АЭС в часы минимума графика электрических нагрузок, для аккумулирования воды в верхнем бассейне, который может быть создан естественным либо искусственным образом (в большинстве случаев). В идеальных условиях эффективность ГАЭС может достигать 70-75%, однако в реальных условиях этот показатель не превышает 65% [41,58]. Несмотря на относительно высокую эффективность, ГАЭС имеет ряд существенных и принципиальных недостатков:
Отсутствие возможности использования ГАЭС в весенний и зимний периоды; Сброс воды с верхнего бассейна может вызвать поднятие ила, недопустимое в экологическом отношении; Дорогостоящее сооружение двух бассейнов, которое связно с изъятием больших площадей, а также требования к наличию естественных геодезических условий. Учитывая равнинный характер большей части территории России таких условий практически нет.
Альтернативным и более перспективным, с точки зрения экологического аспекта, является внедрение водородных технологий наряду с развитием атомной энергетики.
Увеличение доли АЭС в энергосистемах европейской части России, ужесточение норм загрязнения окружающей среды, замещение выбывающих ТЭС вводом новых энергоблоков АЭС неизбежно приведет к необходимости их принудительной разгрузки во внепиковые часы и недостатку мощности в пиковые часы. Учитывая снижение эффективности энергоблока при снижении нагрузки, а также изначально низкую тепловую экономичность влажно-паровых АЭС, целесообразным является создание водородных энергетических комплексов с целью повышения их эффективности и маневровых возможностей энергоблоков. Таким образом, решается вопрос повышения эффективности существующих и вновь вводимых мощностей и обеспечение покрытия графиков электрических нагрузок с пиковыми и внепиковыми зонами, присущими для подавляющего большинства энергосистем страны.
Как известно, при сжигании водорода в кислородной среде образуется только высокотемпературный водяной пар, который является рабочим телом в традиционных теплоэнергетических установках ТЭС и АЭС. Использование водорода в циклах влажно-паровых АЭС позволяет повысить температуру рабочего тела, например, перед паровой турбиной за счет паро-водородного перегрева. На рисунке 1.7 приведена принципиальная схема энергоблока АЭС с пиковой водородной надстройкой [42].
При этом используются выработанные во внепиковые часы в электролизных установках 5 водород и кислород, запасаемые в системе хранения 6. Расчеты энергетической эффективности комбинированного энергоблока АЭС с водородным перегревом пара (рисунок 1.7), показывают, что при повышении начальной температуры пара перед паровой турбиной 2 до 500С (давление пара 6 МПа) приводит к увеличению тепловой экономичности цикла на 15%, что соответствует удельному расходу водорода на производство пиковой электроэнергии на уровне 205гу.т./кВт-ч [42]. При этом достигается снижение приведенных затрат на производство электроэнергии на 15,5 % по сравнению с традиционным энергоблоком АЭС [42].
На рисунке 1.8 представлены принципиальные схемы паротурбинных установок влажно-паровых АЭС с ВВЭР с давлением сухого насыщенного пара 6 МПа, в которых перегрев острого пара, получаемого в паро-производящих установках ядерного реактора, осуществляется за счет энергии сжигания водорода в кислородной среде [42]. При этом изменение мощности паровой турбины осуществляется за счет регулирования степени перегрева острого пара, либо путем изменения его расхода через проточную часть паровой турбины. По схеме, изображенной на рисунке 1.8, увеличение мощности производится за счет заводской перегрузочной возможности паровой турбины АЭС и регулируемого перегрева насыщенного пара. Процесс расширения для этого случая показан на рисунке 1.8а, на котором также показан процесс расширения пара в традиционном цикле энергоблока влажнопаровой АЭС. Водородный перегрев осуществляется путем смешения в специальной камере сгорания (водородном пароперегревателе) высокотемпературных продуктов сгорания водорода с насыщенным паром, поступающим из паро-производящей установки энергоблока [43].
Для традиционных параметров энергоблоков АЭС, работающих на насыщенном паре, использование водородного перегрева позволяет получить фактическое увеличение КПД цикла на 25% за счет повышения начальной температуры пара от 274 до 565С, а достигаемый при этом коэффициент полезного использования водорода составляет 65% [43].
По схеме, изображенной на рисунке 1.8б-в перегрев острого пара АЭС осуществляется перед сателлитной турбиной, которая параллельно подключена по отношению к основной турбине. При всех режимах работы обеих турбин тепловая мощность реактора и производительность парогенераторов поддерживаются постоянными. Регулирование общей мощности комбинированного энергоблока осуществляется за счет открытия дроссельных клапанов, установленных на линии подачи пара в основную и сателлитную турбину, приводящее к изменению расхода пара через турбины и изменению их мощности. Увеличение расхода пара через сателлитную турбину и увеличение параметров пара за счет водородного перегрева приводит к увеличению общей мощности комбинированного энергоблока и делает возможным плавное регулирование его мощности и участие станции в покрытии пиков графика электрической нагрузки [43].
Сложный термодинамический процесс с вытеснением сепарации
Получение, транспортирование, хранение и использование водорода требует соответствующей подготовки персонала, дорогостоящих мер, гарантирующих безопасность. При соблюдении соответствующих технических условий водород можно использовать и хранить его в условиях практически полной безопасности или, во всяком случае, с пренебрежимо малым риском для обслуживающего персонала.
Меры безопасности при производстве водорода можно разделить на две группы: меры, связанные с безопасностью конструкции аппаратуры, и меры, связанные с использованием устройств, обеспечивающих безопасность производственных работ с водородом. Обнаружение утечек водорода необходимо для принятия начальных мер безопасности, таких, как закрытие трубопроводов и включение дополнительной вентиляции. Для полноценной системы безопасности требуется детектирование водородного пламени.
Кроме указанных первичных мер, вторичной мерой является исключение источников воспламенения. Эта мера предусматривает применение взрывобезопас-ного исполнения электроаппаратуры, использование искробезопасных инструментов, предотвращение статических разрядов и отсутствие нагретых поверхностей. Следует всегда помнить о малой энергии воспламенения смесей водород -воздух. Кроме того пламя водорода бесцветно, что затрудняет определение момента его возникновения и направления распространения. Контрольно-измерительные приборы и автоматика КИПиА должны быть также во взрывобез-опасном исполнении.
Для предотвращения взрыва или пожара на установках, связанных с получением или использованием водорода, необходимо перед подачей водорода в любой участок системы или при его освобождении продуть этот участок инертным газом. Недопустимо резкое дросселирование водорода высокого давления в атмосферу, так как возможно образование горючей смеси. Кроме того, аппаратура и коммуникации, заполненные водородом или богатыми водородом смесями, длительное время после удаления газа выделяют адсорбированный поверхностью водород. Пуск компрессора для сжатия водорода разрешается при чистоте водорода не менее 99,7%. Ремонт и сварку аппаратуры, работающей в атмосфере газа с высоким содержанием водорода, необходимо проводить лишь после длительной вентиляции. В рабочем режиме системы и аппаратура с водородом должны находиться под избыточным давлением водорода во избежание подсоса воздуха из внешней среды или других газов из смежных систем, а также иметь сильфонное уплотнение.
Все здания и сооружения, связанные с хранением и использованием газообразного и жидкого водорода, должны быть одноэтажными и не иметь чердаков и подвалов. Производственные помещения, где выполняются работы с водородом, должны быть снабжены газоанализаторами с устройством световой и звуковой сигнализации, срабатывающими при содержании водорода в воздухе помещений не более 10% от его нижнего концентрационного предела воспламенения (0,4% (об.)). Осветительная аппаратура используется только во взрывозащищенном исполнении.
Как показывает практика, при транспортировании и распределении водорода по трубопроводам не возникает никаких специфических проблем безопасности или внутренней коррозии трубопроводов. Обычные утечки газа при его распределении вызываются в основном неплотностями в соединениях труб и их незащищенностью. В случае разрыва участка трубопровода, по которому транспортируется водород (1-600 кг/с), выброшенный в окружающую атмосферу водород может детонировать в смеси с воздухом. Вследствие этого на случай аварийного разрыва трубопровода в системе должна быть предусмотрена аппаратура для отсечки подачи водорода с как можно меньшим временем срабатывания.
Помимо взрыва при выбросе водорода опасная ситуация может возникнуть также из-за пожара. Для того чтобы исключить непосредственное воздействие пламени на окружающие объекты, они должны быть удалены от взрывоопасных объектов. Рекомендуемые безопасные расстояния для незащищенного персонала при пожаре в случае разрыва трубопровода или розлива большого количества жидкого водорода (по зарубежным данным) соответствуют 70 м [82].
Безопасность использования водородного пара в паросиловом цикле энергоблока АЭС При сжигании водорода в кислородной среде в продуктах сгорания (водяном паре) будет присутствовать некоторое количество водорода и кислорода, которое является результатом химического недожога и процессов диссоциации водяного пара вследствие высоких температур. Получаемая высокотемпературная смесь водяного пара с водородом и кислородом в зависимости от параметров может иметь различные концентрации водорода и кислорода, поэтому важно знать условия самовоспламенения при удалении паровоздушной смеси при низких давлениях из конденсатора турбины. Кроме того, наличие стационарной концентрации водорода в теплоносителе приводит к развитию специфического эффекта, называемого «наводороживание» конструкционных материалов, т.е. растворение водорода в нержавеющей стали. Это явление сопровождается снижением механической прочности металла. Учитывая, что растворимость водорода в воде ничтожно мала 2:100 по объему (по массе 1,1:1000), то практически весь водород при конденсации пара в теплообменниках тепловой схемы турбоустановки выделяется в виде газа. При конденсации пара в ПВД водород поступает в деаэратор. Из ПНД в зависимости от схемы слива дренажей часть водорода может поступать в деаэратор, а часть - в конденсатор. Основная часть водорода выделяется при конденсации пара в конденсаторе.
Для определения взрывоопасное смеси водород-воздух-водяной пар, удаляемой из деаэратора и конденсатора турбины, используется диафамма Шапиро [83]. Так как водяной пар относится к инертным газам, то добавка пара в смесь водород-воздух снижает концентрацию водорода и сдвигает фаницы взрывоопасное смеси. Опыты сжигания водорода при низких давлениях в воздушной среде показали, что законы ее протекания отличаются от обычной химической кинетики
Оценка технико-экономической конкурентоспособности во дородного энергетического комплекса на базе влажнопаровои АЭС
В качестве альтернативного варианта аккумулирования внепиковой электроэнергии и покрытия пиков графика электрических нагрузок рассмотрена гидроак-кумулирующая электростанция. ГАЭС является на сегодняшний день практически единственной аккумулирующей системой с возможностью аккумулирования значительных объемов внепиковой электроэнергии. Однако сооружение ГАЭС сопряжено с определенными трудностями, обусловленными экологическими и геологическими факторами. Так в 1988г. не начато возведение ГАЭС в районе Ба-лаковской АЭС по причине несоответствия грунта требованиям по строительству объекта, возможных утечек воды из верхнего бассейна, что привело бы к значительному ухудшению качества воды, используемой для хозяйственно-питьевых нужд городов Балакова, Вольска и Саратова. Кроме того, сооружение таких объектов неизбежно приводит к значительному ущербу для рыбного хозяйства, затоплению больших территорий сельскохозяйственных угодий, общая площадь которых может превышать 1000 Га и уничтожением растений, занесенных в Красную книгу [79].
При проектировании и строительстве Каневской ГАЭС анализ экономических, экологических и социальных аспектов показал наличие многочисленных негативных последствий: необходимость переселения людей, риски, обусловленные строительством крупной плотины и специфические проблемы с радиоактивным загрязнением дна Каневского водохранилища [80].
Таким образом, строительство ГАЭС сопряжено с серьезными техническими, экономическими, энергетическими, экологическими проблемами, геологическими и гидрологическими рисками. Поэтому одним из важных преимуществ водородного энергетического комплекса является возможность его сооружения непосредственно на территории АЭС, что позволит обеспечить потребление внепиковой электроэнергии от АЭС по ее себестоимости, а также отпуск пиковой электроэнергии без существенных потерь, вызванных удаленным расположением потребителей. Поэтому при расчетах технико-экономических показателей ГАЭС принято, что потребление внепиковой электроэнергии осуществляется по «ночному» тарифу энергосистемы.
В таблице 4.3 и 4.4 представлены основные технико-экономические показатели ВЭК и ГАЭС. На основании [58], а также проекта строительства Каневской и Днестровской ГАЭС принят диапазон капитальных вложений - от 1500$/кВт до 2500$/кВт, с учетом платы за отчуждаемый под строительство станции земельный участок. Для сравнительного анализа рассматриваются три варианта реализации водородного энергетического комплекса:
ВЭК с дополнительной турбиной, работающей на вытесненном паре и сбросом отработавшего пара в конденсатор основной турбины (см. рисунок 2.3). II. ВЭК с дополнительной турбиной, с водородным перегревом вытесненного пара и сбросом отработавшего пара в конденсатор основной турбины (см. рисунок 2.4). III. ВЭК с водородным перегревом острого пара и выработкой пиковой мощности в основной турбине (см. рисунок 2.6). При этом количество потребляемой электроэнергии принимается таким же, как в варианте
Как видно из представленных исходных данных, КПД аккумулирования внепиковой электроэнергии (КПД в насосном режиме) у ГАЭС выше, следовательно, количество пиковой электроэнергии, производимое на ГАЭС больше. Поэтому для соблюдения принципа равного энергетического эффекта необходимо дополнительно в вариантах ВЭК учесть замыкающие затраты на выработку количества недостающего количества пиковой электроэнергии. Расчет замыкающих затрат проведен на примере ПГУ, работающей на природном газе. В таблице 4.5 представлены основные данные по замыкающим затратам.
Методика оценки экономической эффективности проектов Оценка технико-эконмической эффективности сравниваемых вариантов осуществляется по следующим показателям [87]: 1. Чистый дисконтированный доход (ЧДД) определяется как сумма текущих (годовых) эффектов за весь расчетный период, приведенная к начальному шагу, или как превышение интегральных результатов (доходов) над интегральными затратами (расходами). ЧДД вычисляется по формуле: ЧДД = "(11,-3,) а,-К, млн.руб., (4.27) где R, - результат (доходы), достигаемые на tou шаге расчета; 3t — затраты (без капитальных), осуществляемые на t-том шаге; Т - продолжительность расчетного периода или горизонт расчета (принимается по согласованию с руководителем проекта); а, = — - коэффициент дисконтирования; (1 + Д)" Е - норма дисконта, равная приемлемой для инвестора норме дохода на капитал (принимается по рекомендации консультанта); t - номер шага расчета, как правило, по годам, начиная с момента начала осуществления проекта (строительства, монтажа и др.); tm - момент приведения денежных средств. Дисконтированные капиталовложения
