ТНУ в схемах ПГУ. Опыт использования ТНУ для теплоснабжения

1. ТНУ в схемах ПГУ

2. ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТНУ ДЛЯ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

– В настоящее время в мире реализован ряд проектов крупных парокомпрессионных
теплонасосных установок тепловой мощностью 2,8-180 МВт
ТНУ для централизованного теплоснабжения Стокгольма,
–
единичная мощность ТНУ 35 МВт(т), общая 180 МВт(т).
ТНУ для централизованного теплоснабжения Осло,
– единичная мощность ТНУ 18,4 МВт(т)

3. ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТНУ ДЛЯ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

НИУ МЭИ
ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТНУ ДЛЯ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
В отечественной и мировой практике имеется опыт использования ТНУ на ТЭЦ
•Сормовская ТЭЦ (г. Нижний Новгород)
•ТЭЦ «Иманта», Латвия
•ТЭЦ «Бьерингбро», Дания
Кафедра «Тепловых электрических станций»

4. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПАРОКОМПРЕССИОННОЙ ТНУ

НИУ МЭИ
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПАРОКОМПРЕССИОННОЙ ТНУ
Принцип действия парокомпрессионной ТНУ заключается в следующем: в испарителе ТНУ
происходит отвод теплоты от источника низкого потенциала, по замкнутому контуру ТНУ
циркулирует хладагент, при прохождении через испаритель ТНУ хладагент кипит и
испаряется, его пары направляются в компрессор, где происходит их сжатие, в конденсаторе
хладагент охлаждается, передавая теплоту теплоносителю в конденсаторе ТНУ.
Охладившись, хладагент переходит в жидкое состояние, направляется на дросселирующее
устройство, цикл повторяется, пока работает компрессор. В качестве привода может
использоваться электродвигатель, газовая турбина, дизельный двигатель.
Цикл теплового насоса в T, S диаграмме
2
2*
Т
Тк
3
Рк
Тпо
4
Ро
5
6
То
1
S
То и Ро - температура и давление испарения
рабочего агента; Тк и Рк - температура и давление
конденсации рабочего агента; Тпо - температура в
переохладителе.
Кафедра «Тепловых электрических станций»

5. ИСТОЧНИКИ НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ТЕПЛОТЫ НА ПГУ

НИУ МЭИ
ИСТОЧНИКИ НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ТЕПЛОТЫ НА ПГУ
1
2
3
4
циркуляционная вода конденсатора паротурбинной установки
техническая вода систем охлаждения ПГУ
обратная сетевая вода
утечки пара из уплотнений паровой турбины
5
уходящие газы котла-утилизатора
6
атмосферный воздух в системах охлаждения и КВОУ
7
низкопотенциальная теплота конденсации водяных паров в схеме ПГУ с
впрыском пара
Кафедра «Тепловых электрических станций»

6. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ХЛАДАГЕНТОВ

«НИУ «МЭИ»
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ХЛАДАГЕНТОВ
6

7. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЁТА ПГУ-110Т

«НИУ «МЭИ»
РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЁТА ПГУ-110Т
Температура окружающей среды +15 оС
Температура окружающей среды +1,7 оС
Температура окружающей среды -8,4оС
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
Прирост КПД
нетто, %
20,00
15,00
10,00
5,00
0,00
Прирост КПД
нетто
энергоблока, %
Прирост КПД
нетто
энергоблока, %
Рис.18 Соотношение прироста коэффициента преобразования и расхода топлива для ПГУ-110Т в зависимости от типа хладагента
0,50
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
Рис.19 Прирост КПД по отпуску электроэнергии для ПГУ-110Т в зависимости от типа хладагента
Температура окружающей среды -26 оС
В данном режиме наибольший прирост КПД электрического по отпуску и коэффициента преобразования соответствует ТНУ на аммиаке.
7

8.

НИУ МЭИ
ВАРИАНТЫ РЕАЛИЗАЦИИ СХЕМ ПГУ С ТНУ
Варианты обеспечения прироста теплофикационной мощности:
•электроприводная ТНУ (вариант 1)
•газоприводная ТНУ без котла-утилизатора (вариант 2)
•газоприводная ТНУ с котлом-утилизатором и системой утилизации
теплоты (для ГПУ) (вариант 3)
Кафедра «Тепловых электрических станций»

9.

ПРИМЕР РЕАЛИЗАЦИИ СХЕМЫ ПГУ С ТНУ ПО ВАРИАНТУ 1
10
11
7
13
27
6
5
12
В теплосеть
КС
ОК
25
Из теплосети
9
14
2
3
4
26
ГТ
8
15
16
17
2
24
КВОУ
18
19
М
23
БОУ
20
22
21
А.Принципиальная тепловая схема с парокомпрессионной ТНУ
Рис.А :1-компрессор; 2-газовая турбина; 3-камера сгорания;4-электрогенератор газовой турбины; 5-электродвигатель дожимного компрессора;
6-дожимной компрессор; 7-котёл-утилизатор; 8-охладитель конденсата сетевых подогревателей; 9- деаэратор; 10-паровая турбина; 11электрогенератор паровой турбины; 12-конденсатор; 13-градирня; 14-циркуляционный насос;15-насос подачи циркуляционной воды в
испаритель ТНУ; 16-вход циркуляционной воды из конденсатора паротурбинной установки; 17- выход циркуляционной воды; 18-испаритель
ТНУ; 19-дросселирующее устройство ТНУ; 20-конденсатор ТНУ;21-выход промежуточного теплоносителя;22-вход промежуточного
теплоносителя; 23-компрессор ТНУ; 24-электродвигатель компрессора ТНУ; 25-обратная сетевая вода; 26-сетевые подогреватели; 27-прямая
сетевая вода;28 – пиковые сетевые подогреватели; 29 – водо-водяной теплообменник.

10. УВЕЛИЧЕНИЕ ОТПУСКА ТЕПЛОВОЙ МОЩНОСТИ

НИУ МЭИ
УВЕЛИЧЕНИЕ ОТПУСКА ТЕПЛОВОЙ МОЩНОСТИ
70,0
60,0
Гкал/ч
50,0
29,2
29,2
29,2
29,2
29,2
29,2
29,2
Вариант 1 (ПГУ+ТНУ)
Вариант 2 (ПГУ+ТНУ+ГПУ)
Вариант 3
(ПГУ+ТНУ+ГПУ+СУТ)
ПГУ
40,0
30,0
20,0
10,0
0,0
*Данные приведены для энергоблоков ПГУ электрической мощностью 100 МВт
Кафедра «Тепловых электрических станций»

11. ПРИМЕЧАНИЕ

НИУ МЭИ
ПРИМЕЧАНИЕ
При
применении
электроприводных
ТНУ
увеличиваются
затраты
электроэнергии
на
собственные нужды блока. При использовании
привода от ГТУ/ГПУ нет увеличения затрат
электроэнергии на собственные нужды, однако
возрастает расход топлива за счет дополнительного
приводного механизма.
Таким образом, является важным соотношение
прибыли от продажи электроэнергии и теплоты и
затрат на закупку электроэнергии СН или
топлива ( зависимости от варианта схемы).
Кафедра «Тепловых электрических станций»

12. КПД ПО ОТПУСКУ ЭЛЕКТОЭНЕРГИИ

КПД по отпуску электроэнергии, %
68
66
64
62
60
58
56
54
52
50
Вариант 1 (ПГУ+ТНУ)
Вариант 2
(ПГУ+ТНУ+ГПУ)
Вариант 3
(ПГУ+ТНУ+ГПУ+СУТ)
ПГУ
*Данные приведены для энергоблоков ПГУ электрической мощностью 100 МВт
Кафедра «Тепловых электрических станций»

13. КОЭФФИЦИЕНТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛОТЫ ТОПЛИВА

НИУ МЭИ
КОЭФФИЦИЕНТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕПЛОТЫ ТОПЛИВА
85
80
КИТТ, %
75
70
65
60
55
50
Вариант 1 (ПГУ+ТНУ)
Вариант 2
(ПГУ+ТНУ+ГПУ)
Вариант 3
(ПГУ+ТНУ+ГПУ+СУТ)
ПГУ
*Данные приведены для энергоблоков ПГУ электрической мощностью 100 МВт
Кафедра «Тепловых электрических станций»

14.

НИУ МЭИ
РЕЗУЛЬТАТЫ ФИНАНСОВО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА
Схема финансирования*
Количество персонала
Капитальные затраты (c НДС)
полные
удельные
Необходимый размер кредита
Срок кредита
Себестоимость производства
единицы отпускаемой тепловой
энергии на 2015 г.
Тариф на тепловую энергию на
2015 г.
Чистый дисконтированный
доход
Внутренняя норма доходности
Индекс прибыльности
Период окупаемости :
- простой
- дисконтированный
чел.
ПГУ с ТНУ с
газопоршневым приводом
4000
3500
3000
СС
Кредит
17
руб./Гкал
Наименование показателей
Единица
измерения
Себестоимость производства тепловой
энергии по вариантам реконструкции за
счет ТНУ
2500
2000
1500
млн.руб.
руб/кВт
млн. руб.
мес.
руб/Гкал
1000
862,284
643,88
301,60
500
850,623
132
816,80
руб./Гкал
млн. руб.
306,165
25,132
%
17,88
1,39
14,1
1,03
лет
лет
7,8
14,6
11,0
28,9
*Данные приведены для энергоблоков ПГУ
варианта 3
0
2010
2015
2020
2025
2030
2035
2040
2045
2050
Год
Тариф на тепловую энергию, руб./Гкал
Вариант 3 (ПГУ+ТНУ+ГПУ+СУТ,СС)
Вариант 1 (ПГУ+ТНУ)
Вариант 2 (ПГУ+ТНУ+ГПУ)
Вариант 3 (ПГУ+ТНУ+ГПУ+СУТ,кредит)
Расчеты выполнены с использованием лицензионного
программного продукта «Project Expert Professional
7.21»
в
соответствии
с
Методическими
рекомендациями
по
оценке
эффективности
инвестиционных проектов (вторая редакция), утв.
Министерством экономики РФ, Министерством
Финансов РФ, Государственным комитетом РФ по
строительной, архитектурной и жилищной политике
(№ ВК 477 от 21 июня 1999 г.) и практическими
рекомендациями
по
оценке
и
разработке
инвестиционных проектов и бизнес-планов в
электроэнергетике
(с
типовыми
примерами),
утверждённые РАО «ЕЭС России» от 07.02.00 № 54

15. Эффект от применения ТНУ при суточном регулировании отпуска теплоты и электроэнергии

НИУ МЭИ
Эффект от применения ТНУ при суточном регулировании отпуска теплоты и электроэнергии
Доход от продажи электрической и тепловой
энергии (за 1 час), руб
250000
200000
150000
100000
50000
0
Электроэнерги (день)
Электроэнергия (ночь)
ПГУ с ТНУ
Теплота
Суммарный доход
(тепло+электроэнергия)
ПГУ без ТНУ
Кафедра «Тепловых электрических станций»

16. ВЫВОДЫ

Применение ТНУ на ПГУ-ТЭС является перспективной энергосберегающей
технологией.
Уровень отечественного машиностроения позволяет создавать теплонасосные
установки в широком диапазоне мощности
В работе предложены варианты схем реализации ПГУ с ТНУ
Технико-экономические показатели реализуемых вариантов ПГУ с ТНУ
свидетельствуют о повышении КПД по отпуску электроэнергии и коэффициента
использования теплоты топлива (КИТТ) для энергоблока
Результаты исследования позволяют сделать вывод о технической реализуемости схем
ПГУ с ТНУ, а финансово-экономические показатели – об инвестиционной
привлекательности проектов
Кафедра «Тепловых электрических станций»