Введение к работе
Актуальность проблемы. Развитию когенерационных установок, т.е. установок производящих как электрическую, так и тепловую энергию, большое внимание уделяют во всех развитых странах.
В последние 10-20 лет резко возрос интерес к когенерационным установкам модульного типа мощностью от 1 до 20 МВт. Это объясняется тем, что их КПД удалось довести до 80-90%, малые сроки монтажа (1-2 года), более низкие капиталовложения, возможность максимального приближения к потребителям электроэнергии и тепла, меньшие затраты на эксплуатацию, широкая гамма использования различных видов топлива и ряд других положительных факторов.
Для России внедрение автономных когенерационных установок (мини-ТЭЦ) модульного типа еще более актуально, чем для западных стран.
По прогнозу в 2008-2010 годах Россия выйдет на уровень потребления электроэнергии 1990 года. Учитывая, что ввод новых мощностей электростанций за период 1990-2005 гг. был минимальный, а старение энергооборудования составляет 60 и более процентов, без кардинальных мер по вводу новых мощностей электростанций Россия окажется на краю глубокого энергетического кризиса, который может привести к глубокому экономическому кризису, т.к. придется вводить ограничения на отпуск электроэнергии для промышленных предприятий. Особенно при этом пострадают регионы, не имеющие собственных крупных электростанций.
Чтобы уйти от этого кризиса, Россия за период 2006-2010 годы должна ввести как минимум 20-30 ГВт новых энергетических мощностей. Решить эту проблему можно двумя путями: строительством крупных электростанций и строительством когенерационных мини-ТЭЦ мощностью от 1 до 20 МВт.
Первый путь, без государственной поддержки, для России не реальный, т.к. сроки строительства крупных ТЭС – 4-5 лет, АЭС – 10 лет и на их строительство потребуется от 20 до 50 млрд. долларов.
Сроки строительства мини-ТЭЦ мощностью от 1 до 20 МВт не превышают 1 года, а контейнерной поставки 1-2 месяца. Этот рынок весьма перспективен для инвесторов и крупных предприятий, имеющих собственные накопления, так как сроки окупаемости мини-ТЭЦ не превышают 4 лет.
Решению данной проблемы посвящено большое количество публикаций, как в нашей стране, так и за рубежом. Среди них можно отметить работы А.Агафонова, А.Б.Агульника, Д.А.Андреева, А.И.Андрющенко, А.Н.Антипова, И.В.Белоусенко, И.В.Бородихина, Г.Я.Вагина, А.Ф.Дьякова, А.Е.Зарянкина, Е.М.Ландехова, А.Б.Лоскутова, А.А.Макарова, В.В.Макаревича, А.Л.Наумова, В.С.Турбина, О.Н.Фаворского, В.А.Федорова, Ю.М.Хлебалина, Г.Р.Шварца, В.Н.Шпилевого, и многих других.
Однако, несмотря на большую актуальность проблемы, она решается очень медленно, так как отсутствует четкая концепция областей применения мини-ТЭЦ различного исполнения в системах энергоснабжения, методика расчета и выбора параметров модульных мини-ТЭЦ, экономических критериев обоснования применения мини-ТЭЦ, влияния мини-ТЭЦ на экологию. Решению этих вопросов и посвящена настоящая диссертация.
Диссертационная работа выполнялась в рамках Государственного контракта с Федеральным агентством по науке и инновациям «Автономные когенерационные установки (мини-ТЭЦ) модульного типа» №02.447.11.5002.
Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка технических, экономических и экологических критериев обоснования применения систем генерирования электрической энергии малой мощности.
Исходя из поставленной цели, в работе решаются следующие научные и практические задачи:
1. Разработка критериев выбора мощности и концепции применения мини-ТЭЦ различного исполнения в системах энергоснабжения народного хозяйства страны.
2. Анализ технических характеристик газопоршневых энергетических агрегатов, выпускаемых отечественными и зарубежными фирмами.
3. Расчет и выбор параметров основного оборудования газопоршневой модульной мини-ТЭЦ.
4. Разработка методики технико-экономического обоснования строительства мини-ТЭЦ.
5. Исследование влияния мини-ТЭЦ на экологию.
Методы исследования. При проведении работы использованы методы математического анализа, теории вероятностей и статистической обработки информации. Теоретические исследования сопровождались разработкой моделей и методик.
Научная новизна.
Разработаны технические критерии выбора мощности и концепция применения мини-ТЭЦ в системах энергоснабжения, позволяющие выбирать наиболее экономичные агрегаты.
Проведено исследование влияния годового числа часов использования максимума нагрузки Тма на срок окупаемости мини-ТЭЦ, позволяющее определять целесообразность сооружения мини-ТЭЦ.
Разработана методика технико-экономического обоснования строительства мини-ТЭЦ, которая позволяет из большого разнообразия выпускаемых агрегатов выбирать наиболее экономичные.
Разработана компьютерная программа расчета на ПЭВМ влияния мини-ТЭЦ на экологию, позволяющая выбирать оптимальное место установки мини-ТЭЦ.
Научная новизна подтверждена двумя патентами на полезную модель и свидетельством об официальной регистрации программы для ЭВМ.
Практическая ценность.
Разработаны основные положения проекта модульной газопоршневой мини-ТЭЦ электрической мощностью 4 МВт на отечественных агрегатах.
Разработанные в диссертации критерии выбора параметров мини-ТЭЦ позволяют правильно выбирать типы и мощности их агрегатов.
Методы технико-экономического анализа позволяют проводить экономическое обоснование применения мини-ТЭЦ.
Программный комплекс расчета влияния мини-ТЭЦ на экологию позволяет оперативно проводить обоснование выбора места строительства мини-ТЭЦ.
Предложенная концепция и методики позволяют повысить энергетическую безопасность России.
Реализация результатов работы.
Концепция применения мини-ТЭЦ передана в Федеральное агентство по науке и инновациям для ее апробации и применения в различных регионах России.
На ОАО «Павловский автобус» ведется монтаж модульной мини-ТЭЦ мощностью 4 МВт.
Материалы диссертационной работы внедрены в ОАО «РУМО», ЗАО «Промышленная энергетика» и ООО «Сирин-НН».
Внедрены в учебный процесс НГТУ.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Концепция применения мини-ТЭЦ в различных отраслях экономики страны.
-
Критерии выбора параметров мини-ТЭЦ.
-
Методика технико-экономического обоснования строительства мини-ТЭЦ.
-
Методика оценки влияния мини-ТЭЦ на экологию.
Апробация работы. Основные теоретические положения и результаты диссертационной работы были доложены на научно-технических конференциях: «Актуальные проблемы электроэнергетики» (г. Н.Новгород, 2003-2006 г.г.); III, IV, V Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки» (г. Н.Новгород, 2004-2006 г.г.); V Международном симпозиуме «Энергетика крупных городов» (г.Москва, 2005 г.); IX Всероссийской конференции «Региональные проблемы энергосбережения и пути их решения» (г.Н.Новгород, 2005 г.); XI Нижегородской сессии молодых ученых «Технические науки» (г.Н.Новгород, 2006 г.); на Международном форуме «Энергетическая эффективность» (г.Н.Новгород, 2006 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников и 5 приложений. Объем работы составляет 286 страниц сквозной нумерации, в том числе 189 страниц основного текста, включая 87 рисунков и 69 таблиц, списка использованных источников из 203 наименований на 22 страницах, 75 страниц приложений.
