Технико-экономическая оптимизация параметров тепловых схем трехконтурных парогазовых установок для условий России Сойко, Геннадий Васильевич

Введение к работе

Актуальность работы.

Сегодня основу (более 60%) российской энергетики составляют паротурбинные ТЭС, которые работают со средним КПД на уровне 36%. В последнее десятилетие в России на ТЭС стали применятся парогазовые технологии, которые позволяют достичь КПД 50% и выше. Так в 2011г. на ТЭЦ-26 ОАО «Мосэнерго» введен в эксплуатацию энергоблок с самым высоким в России КПД (примерно 57%). При этом в ведущих промышленно-развитых странах уже реализованы проекты ПТУ с КПД более 60%.

Одним из основных принципов модернизации и развития энергетики России в 2010-2030 годы, согласно «Тенеральной схеме размещения объектов электроэнергетики до 2030 года», является переход на парогазовый цикл, с выводом из эксплуатации устаревшего паросилового оборудования. Объем ввода мощности ТЭС на газе за период 2010-2030гг составит порядка 83 ТВт в базовом варианте и 94 ТВт в максимальном варианте. При этом ставятся задачи по освоению и созданию отечественных ПТУ с КПД около 60%. Очевидно, что достижение поставленных задач невозможно без глубокого анализа зарубежного и отечественного опыта по внедрению и разработке высокоэффективных парогазовых установок.

Одной из важнейших задач при создании парогазового блока является выбор параметров паротурбинного цикла ПТУ. Задачи исследования влияния параметров паротурбинного цикла ПТУ на итоговую эффективность парогазового блока ставили перед собой многие авторы как отечественные, так и зарубежные (Андрющенко А.И., Ольховский Т.Т., Березинец П.А., Клер А.М., Мошкарин А.В., Трухний А.Д., Цанев С.В., A.M. Bassily, M.A. Elmasri, A. Franco, C. Casarosa и др.). Анализ проведенных ими работ показывает, что в большинстве своем задачи оптимизации параметров тепловых схем сводились к частным задачам исследования влияния отдельных термодинамических параметров на показатели термодинамической эффективности конкретной тепловой схемы, и исключали экономическую составляющую оптимизации. При этом технико-экономическая оптимизация параметров тепловой схемы, включающая как термодинамические, так и технико-экономические показатели, трехконтурной ПТУ с промежуточным перегревом пара для условий России не проводилась. В России в настоящее время парогазовые установки реализуются без оптимизационных исследований на основе проектов зарубежных фирм, а экономические и технологические условия в России и зарубежом значительно различаются. Мировая практика показывает, что для каждого региона размещения объекта параметры паротурбинного цикла ПТУ значительно различаются, при этом

значения параметров пара (давлений, расходов и температур) в контурах котлов-

утилизаторов однотипных ПГУ отличаются на 20^30%. Цель работы

1. Провести оптимизационное исследование структуры высокотемпературной части котла-утилизатора трехконтурной парогазовой установки с промежуточным перегревом пара.

2. Разработать методику и алгоритм поиска оптимума параметров термодинамического цикла трехконтурной ПГУ с промежуточным перегревом пара по критерию максимума тепловой экономичности.

3. Провести оптимизационное исследование тепловой схемы трехконтурной парогазовой установки с промежуточным перегревом пара с целью определения оптимальной комбинации термодинамических параметров тепловой схемы ПГУ.

4. Разработать методику анализа экономического окружения энергообъекта и провести его исследование для условий России.

5. Разработать методику комплексного технико-экономического оптимизационного исследования трехконтурных ПГУ с промежуточным перегревом пара.

6. Провести оптимизационное технико-экономическое исследование трехконтурной парогазовой установки с промежуточным перегревом пара для условий России.

Научная новизна:

6. 1. Впервые проведено оптимизационное исследование структуры высокотемпературной части КУ трехконтурной ПГУ с промежуточным перегревом пара и даны рекомендации по формированию структуры поверхностей теплообмена высокотемпературной части КУ.

   2. Разработана методика и алгоритм поиска оптимума термодинамических параметров тепловой схемы трехконтурной ПГУ-КЭС с промежуточным перегревом пара по критерию максимума тепловой экономичности на базе модернизированного генетического алгоритма.

   3. Разработан программный комплекс, определяющий оптимизационную комбинацию термодинамических параметров тепловой схемы трехконтурной ПГУ с промежуточным перегревом пара по критерию максимума тепловой экономичности на базе модернизированного генетического алгоритма.

   4. Впервые предложена методика анализа экономического окружения энергообъекта, позволяющая проводить предварительный анализ экономической целесообразности реализации различных вариантов энергообъекта в рамках рассматриваемой экономической зоны. 5. Впервые проведено оптимизационное технико-экономическое исследование трехконтурной ПГУ с промежуточным перегревом пара для условий России (для регионов «Центр» и «Урал») с применением разработанного автором программного комплекса и методики анализа экономического окружения энергообъекта с целью установления зоны оптимума как термодинамических параметров парового цикла ПГУ, так и технико-экономических параметров котла-утилизатора по критерию максимума чистого дисконтированного дохода энергоблока за весь рассматриваемый жизненный цикл. Практическая значимость

      1. Практическая ценность результатов работы заключается в разработке методик, алгоритма и программного комплекса позволяющего ускорить и упростить определение оптимальных комбинаций термодинамических параметров тепловой схемы трехконтурной ПГУ по критерию максимума тепловой экономичности.

      2. Разработанные методики анализа экономического окружения, методика технико-экономического оптимизационного исследованию, а также разработанный программный комплекс применяются для выбора и анализа энергоблоков ПГУ на стадиях тендерного отбора с учетом приоритетов в технической, экономической, эксплуатационной и экологической эффективности. Разработанные методики и программный комплекс могут применяться на предпроектной стадии выбора оборудования ПГУ-КЭС. Разработанные методики позволяют подбирать оптимальные параметры тепловой схемы для обеспечения максимума КПД нетто, либо чистого дисконтированного дохода

      3. Результаты работы и разработанный компьютерный комплекс используется научно-исследовательской лабораторией «Газотурбинных и Парогазовых ТЭС», кафедры ТЭС ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ» при проведении научно-исследовательских работ и работ по оптимизации параметров тепловых схем ПГУ.

      4. Результаты работы и разработанные компьютерные модели используются в учебном процессе при подготовке специалистов-энергетиков на кафедре Тепловых электрических станций ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ».

      Апробация работы

      Результаты работы докладывались на XVI международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (2011г, г.Иваново, ИГЭУ), XVIII международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (2012г., г. Москва, МЭИ), второй Всероссийской научно-практической конференции «Повышение надежности и эффективности эксплуатации электрических станций и энергетических систем. ЭНЕРГО-2012» (2012г., г.Москва, МЭИ), Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Энерго- и ресурсосбережение. Энергообеспечение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» (2012г. г.Екатеринбург, УрФУ), XIX международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (2013г., г. Москва, МЭИ), VI международной заочной научно-технической конференции «Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике и промышленности» (2013г. г.Ульяновск, УГТУ), VIII международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Энергия 2013» (2013г. г.Иваново, ИГЭУ), на научном семинаре кафедры ТЭС «НИУ «МЭИ» (2012г., г.Москва, МЭИ), на заседании кафедры ТЭС «НИУ «МЭИ» (2013г., г.Москва, МЭИ).

      Публикации

      Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 11 печатных изданиях, из которых два входят в перечень ВАК, разработанный автором программный комплекс прошел государственную регистрацию в Роспатенте.

      Структура и объем работы

      Похожие диссертации на Технико-экономическая оптимизация параметров тепловых схем трехконтурных парогазовых установок для условий России

      

      Термодинамическая оптимизация схем и параметров бинарных парогазовых установокОсипов Валерий Николаевич

      

      Оптимизация структуры и параметров тепловых схем конденсационных парогазовых установок с котлами-утилизаторами трех давленийСигидов Ярослав Юрьевич

      

      Исследование и оптимизация схем и параметров гибридных электростанций на основе топливных элементов и газотурбинных установокЗахаренков Евгений Алексеевич

      

      Оптимизация параметров и схем теплоснабжения теплично-овощных комбинатов с использованием сбросной и низкопотенциальной теплоты КЭСБурденкова Елена Юрьевна

      

      Оптимизация параметров и схем ТЭЦ с новой котельной технологией газификации угля в расплаве шлака Вихман Олег Александрович

      Оптимизация параметров и схем пылеугольных газотурбинных мини-ТЭЦ с технологией внешнего сжиганияЗыков, Владимир Васильевич

      

      Совершенствование выбора тепловых схем и параметров одноцелевых утилизационных парогазовых установокМельников Юрий Викторович

      

      Выбор рациональных схем и параметров систем теплоснабжения с теплонасосными установкамиНовиков Дмитрий Викторович

      

      Исследование структуры и режимов эксплуатации парогазовых установок с параллельной схемой работы на доктрических параметрах пара Соколова Мария Александровна

      Математическое моделирование и технико-экономическая оптимизация парогазовых установок на угле и газеЩеголева, Татьяна Петровна