minevi.ru
страница 1
скачать файл

На правах рукописи




Мамонов Андрей Михайлович



РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ, ЭКОНОМИЧЕСКИХ И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ

КРИТЕРИЕВ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМ ГЕНЕРИРОВАНИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ МАЛОЙ МОЩНОСТИ




05.14.01 – Энергетические системы и комплексы
АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Нижний Новгород 2006


Работа выполнена в Нижегородском государственном техническом университете на кафедре «Электроэнергетика и электроснабжение».

Научный руководитель: - доктор технических наук, профессор



Лоскутов Алексей Борисович
Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

Герман Леонид Абрамович
- кандидат технических наук,

Шарутин Федор Валентинович

Ведущая организация: - Межрегиональное территориальное управление технологического и экологического надзора Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору по Приволжскому Федеральному округу (г.Н.Новгород)


Защита состоится «22» декабря 2006 г. в аудитории 1258 в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.165.02 в Нижегородском государственном техническом университете (603600, ГСП-41, г.Нижний Новгород, ул.Минина, 24).


Отзывы на автореферат, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 603600, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24, НГТУ, ученому секретарю диссертационного совета Д212.165.02 или по факсу (8312) 19-82-07.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НГТУ.

Автореферат разослан « ____ » _____________ 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент В.В. Соколов


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
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.

  1. Концепция применения мини-ТЭЦ в различных отраслях экономики страны.

  2. Критерии выбора параметров мини-ТЭЦ.

  3. Методика технико-экономического обоснования строительства мини-ТЭЦ.

  4. 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.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ


Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель работы и основные задачи исследования, дана общая характеристика работы.

Первая глава посвящена анализу состояния проблемы применения систем генерирования электрической энергии малой мощности и постановке задачи исследования. Проведен обзор состояния данной проблемы в России и мире. Установлено, что в последнее время возрос интерес к когенерационным установкам малой мощности, как в нашей стране, так и за рубежом. Это связано с тем, что КПД данных установок достиг 80-90%, малые сроки строительства, низкие капиталовложения, возможность максимального приближения к потребителям электроэнергии и тепла, меньшие затраты на эксплуатацию, широкая гамма использования различных видов топлив и т.д. Для России эта проблема еще более актуальна в связи с ростом потребления электрической и тепловой энергии и отсутствием резерва мощности в энергосистемах.

Проведен анализ достоинств и недостатков различных типов агрегатов для мини-ТЭЦ и установлено, что при мощности агрегатов до 3 МВт, наиболее перспективны газопоршневые агрегаты, при мощности агрегатов от 3 до 8 МВт – газотурбинные и газопоршневые агрегаты, при мощности более 10 МВт – газотурбинные и парогазовые агрегаты.



Вторая глава посвящена разработке концепции применения мини-ТЭЦ в системах энергоснабжения.

События последних лет показали существенную неустойчивость в обеспечении электроэнергией и теплом потребителей различных категорий от централизованных энергосистем, поэтому область применения мини-ТЭЦ весьма широка. Это добывающие отрасли ТЭК, объекты Минобороны, промышленные предприятия, города, поселки и объекты ЖКХ, сельское хозяйство. Проведенное исследование показало, что наибольшее количество мини-ТЭЦ (более 2000) имеется в добывающих отраслях ТЭК, преимущественно на объектах ГАЗПРОМа. Это объясняется большой удаленностью объектов от энергосистем, большой стоимостью прокладки ЛЭП в Северные районы и их большой повреждаемостью. В промышленности, ЖКХ и других сферах количество мини-ТЭЦ очень мало.

Выбор типа, мощности и количества энергоагрегатов на мини-ТЭЦ определяется большим количеством факторов: требованиями надежности, наличием топлива, климатической зоной, типом сопряжения с энергетическими сетями, режимами работы потребителей и др.

При выборе типа и количества агрегатов на мини-ТЭЦ большое внимание необходимо уделять надежности электроснабжения потребителей. Особенно это касается надежности электроснабжения потребителей I категории. Достижение нормированного уровня надежности электроснабжения должно осуществляться при минимальных хозяйственных затратах. Возникающая, в данном случае, технико-экономическая задача выбора оптимальной системы электроснабжения формулируется следующим образом: при минимуме затрат должна быть обеспечена надежность электроснабжения не ниже допустимого уровня.



при , (1)

где Ен – нормативный коэффициент экономической эффективности; К – капитальные затраты; Сэ – годовые эксплуатационные расходы; рс() – вероятность безотказной работы системы электроснабжения; рд() – заданная специальными нормами минимально допустимая вероятность безотказной работы системы электроснабжения.

При произвольном числе агрегатов в системе электроснабжения вероятность безотказной работы системы определяется выражением:

, (2)

где ри() – вероятность безотказной работы одного агрегата; n – число агрегатов.

Пользуясь выражениями (1, 2), определена кратность резервирования числа агрегатов n, при которой выполнялось бы условие (1), т.е. надежность системы была бы равна или выше допустимого уровня:

(3)

Таким образом, определяется необходимое число резервных агрегатов при известном значении вероятности безотказной работы каждого агрегата для достижения минимально допустимого уровня надежности электроснабжения.

Живучесть мини-ТЭЦ в общем случае определяется балансом времени работы станции в году:

, (4)

где Траб – время работы агрегатов в году; Трез – время наличия агрегатов в резерве в году; Трем – время нахождения агрегатов в профилактическом осмотре или в текущем ремонте в году; Твп – время нахождения агрегатов во внеплановых ремонтах; nтэц – число агрегатов, устанавливаемых на мини-ТЭЦ; nраб – число одновременно работающих агрегатов; nрез – число агрегатов, находящихся в нагруженном резерве; nрем – число агрегатов, находящихся в ремонте или профилактических осмотрах; nвп – число агрегатов, находящихся во внеплановых ремонтах.

Полагая, что мини-ТЭЦ должна обеспечивать электроснабжение в течении всего года, т.е. Траб8760 и Трез8760 из выражения (4) получено необходимое количество агрегатов мини-ТЭЦ для надежного обеспечения потребителей электроэнергией в течении года:

. (5)

Вводя избыточность по nраб, можно создать систему «гарантированного» электроснабжения. Целесообразный коэффициент избыточности для системы «гарантированного» электроснабжения определен ПУЭ – питание электроприемников I категории от двух независимых источников, т.е. коэффициент оптимальной избыточности должен быть больше 2, т.е. формула (5) примет вид:



. (6)

При использовании на локальных электростанциях агрегатов одной и той же мощности минимальное их число не может быть меньше четырех: из них 2 рабочих с нагрузкой 50%, один агрегат в ненагруженном резерве и один в ремонте. С ростом числа агрегатов их загрузка будет расти и при 4 работающих агрегатах достигнет 75%, а при 6 – 83%, что обеспечивает примерно 20% резерв нагрузочной мощности.

Вероятность безотказной работы мини-ТЭЦ определяется по выражению:

, (7)

где Тв – время восстановления агрегата; Тн.о – наработка на отказ агрегата.

Как видно из формулы (7), надежная работа мини-ТЭЦ обеспечивается если время восстановления электроагрегата составляет не более 10% Тн.о.

Таким образом, на стадии проектирования, оперируя усредненными показателями Тв и Тн.о, определяется вероятность безотказной работы и может быть создана система электроснабжения, отвечающая самым жестким требованиям по надежности.

На предприятиях мини-ТЭЦ могут сооружаться в качестве основного, дополнительного или резервного источника электроэнергии.

В качестве основного источника питания мини-ТЭЦ целесообразно сооружать:

1) на предприятиях с установленной мощностью электроприемников до 50 МВт при их размещении в удаленных районах или при недостатке мощности в энергосистеме;

2) при наличии специальных требований к бесперебойности питания.

В качестве дополнительного источника питания мини-ТЭЦ могут сооружаться:

1) на предприятиях с непрерывными технологическими процессами в дефицитных по электроэнергии регионах;

2) при наличии на предприятиях сбросных вторичных энергоресурсов (различные сбросные газы, отходы нефтепродуктов, отходы древесины и т.д.).

В качестве резервного источника питания мини-ТЭЦ могут сооружаться:

1) на предприятиях, перерыв в электроснабжении которых может привести к взрыву, пожару, массовому браку продукции или выходу из строя сложного технологического оборудования и электронной техники;

2) на предприятиях оборонной промышленности.

Выбор мощности мини-ТЭЦ при ее работе в качестве основного источника питания производится, исходя из анализа суточных и годовых графиков электрической нагрузки.

Суточные графики необходимы для определения режимов работы мини-ТЭЦ и для определения минимальной мощности агрегатов.

Мощность мини-ТЭЦ при ее работе в качестве основного источника питания определяется по выражению:

, (8)

где Ррез – величина резервной мощности; Рг.м.- годовой максимум нагрузки.

Число агрегатов на мини-ТЭЦ зависит от категории потребителей электроэнергии предприятия.

При наличии потребителей I категории число агрегатов определяется по выражению (6).

При наличии потребителей II и III категории число агрегатов определяется:

. (9)

Коэффициент загрузки агрегатов следует применять: при nтэц=2, кз=0,5; при nтэц=4, кз=0,75; при nтэц=6, кз=0,83. При мощности мини-ТЭЦ до 10 МВт в качестве агрегатов в первую очередь следует применять газопоршневые агрегаты.

Выбор мощности мини-ТЭЦ в качестве дополнительного источника питания производится исходя из уравнения:

Рм.тэц = Рм.пр – Рм.эс, (10)

где Рм.тэц - максимальная мощность мини-ТЭЦ; Рм.пр - максимальная мощность предприятия; Рм.эс - максимальная мощность, которую энергосистема может передать предприятию в период ее максимума нагрузки.

Выбор мощности мини-ТЭЦ при ее работе в качестве резервного источника питания определяется исходя из уравнения:



, (11)

где Рi - мощность ответственных потребителей; n - число ответственных потребителей.

При этом, в нормальном режиме агрегаты мини-ТЭЦ должны работать с загрузкой Кз = 0,5 и питать половину мощностей ответственных потребителей. При отключении основного источника питания загрузка агрегатов мини-ТЭЦ повышается до Кз = 1,0.

Применение мини-ТЭЦ также весьма перспективно для энергообеспечения городов и объектов, удаленных от энергоснабжающих организаций: санаториев, пансионатов, домов отдыха, турбаз, кемпингов и т.д. Возможность использования для мини-ТЭЦ различных видов топлива значительно расширяет области их применения.

Проведен анализ технических критериев газопоршневых агрегатов выпускаемых отечественными и зарубежными фирмами, что позволяет выбирать наиболее экономичные и надежные агрегаты.

Третья глава посвящена расчету и выбору параметров газопоршневой модульной мини-ТЭЦ. Данная мини-ТЭЦ предназначена для ОАО «Павловский автобус». В настоящее время электроснабжение ОАО «Павловский автобус» производится от двух независимых источников. Схема электроснабжения была выполнена более 30 лет назад, и ее резервы уже исчерпаны и в настоящее время, в связи с техническим перевооружением предприятия, сдерживает его дальнейшее развитие.

ОАО «Павловский автобус» предъявил следующие требования к создаваемой мини-ТЭЦ:

1) годовая выработка электрической энергии должна быть на уровне 27 млн.кВт∙ч;

2) годовая выработка тепловой энергии должна быть на уровне 27 тыс.Гкал;

3) годовое число часов работы не менее 7000 ч;

Исходя из этих данных, электрическая мощность мини-ТЭЦ должна быть



кВт. Принята РТЭЦ=4000 кВт.

Анализ суточных и годовых графиков нагрузки показал, что для более полной загрузки агрегатов мини-ТЭЦ как в рабочие, так и в выходные дни, мощность одного агрегата следует принять равной 1000 кВт. Общее количество агрегатов на мини-ТЭЦ будет 4, она должна работать параллельно с энергосистемой и питать РП-1 и 2 (рисунок 1). Получасовой расчетный максимум нагрузки РП-1 и 2 РРМ=3730 кВт.

При мощности энергоагрегатов 1000 кВт наиболее перспективными являются газопоршневые энергоагрегаты.

Проведенный анализ показал, что электрический КПД агрегатов импортной поставки больше, чем у агрегатов фирмы ОАО «РУМО», но стоимость агрегатов ОАО «РУМО» в 1,5-2,5 раза ниже, чем импортных. Кроме этого импортные агрегаты имеют в России слабую сервисную службу, что затрудняет и удорожает их эксплуатацию. Поэтому для разрабатываемой мини-ТЭЦ выбраны 4 модуля из агрегатов ДГ98М фирмы ОАО «РУМО» г.Нижний Новгород.

Мини-ТЭЦ будет монтироваться в отдельно стоящем здании каркасного типа в плане 24х14 м высотой 6 м. Каркас будет выполнен из легких металлических конструкций.

Утилизируемая на мини-ТЭЦ тепловая энергия будет использоваться для подогрева обратной сетевой воды системы отопления цехов и приготовления горячей воды. Схема теплоснабжения потребителей предусматривается закрытая, двухтрубная.

Автоматизация технологических процессов мини-ТЭЦ организована по

2-х ступенчатой иерархической схеме:

- первая ступень (нижний уровень) – котловая автоматика и автоматика когенераторных установок, выполненная на базе систем автоматического управления котлами и когенераторных установок;

- вторая ступень (верхний уровень) – общетехнологическая автоматика, выполненная на базе единого промышленного контроллера, выполняющего функции централизованного управления, сбора и передачи информации, а также отображения собранной информации на мониторе персонального компьютера диспетчера.


Рисунок 1 – Схема электроснабжения ОАО «Павловский автобус» с мини-ТЭЦ



Четвертая глава посвящена разработке экономических критериев обоснования применения мини-ТЭЦ.

Разработана методика технико-экономического анализа (ТЭО) проектов строительства мини-ТЭЦ, описаны все необходимые для расчета исходные данные и дан пример ТЭО для разработанной в главе 3 мини-ТЭЦ ОАО «Павловский автобус». На рисунке 2 приведена структурная схема ТЭО.




Рисунок 2– Структурная схема технико-экономического анализа проекта строительства мини-ТЭЦ

В опубликованной литературе имеются весьма противоречивые данные о сроках окупаемости мини-ТЭЦ. В диссертации проведено исследование сроков окупаемости на примере реальной мини-ТЭЦ мощностью 4 МВт с четырьмя агрегатами по 1 МВт фирмы ОАО «РУМО», которая в настоящее время уже смонтирована на ОАО «Павловский автобус».

Недисконтированный срок окупаемости мини-ТЭЦ определялся по выражению:

, (12)

где Iо – капитальные затраты на мини-ТЭЦ; Зэк – затраты на эксплуатацию мини-ТЭЦ; Дп – годовые доходы от продажи тепловой и электрической энергии.

Доходы от продажи электрической и тепловой энергии определялись по выражениям:

; (13)

, (14)

где Тэл, Тт – тарифы на электрическую и тепловую энергию; Wг, Qг – годовая выработка электрической и тепловой энергии; Wг.сн – годовое потребление электроэнергии на собственные нужды мини-ТЭЦ.

Годовая выработка электроэнергии определялась по выражению:

, (15)

где Рг.м – годовой максимум активной мощности; Тма – годовое число часов использования максимума нагрузки.

На рисунке 3 приведены зависимости срока окупаемости мини-ТЭЦ электрической мощностью 4 МВт от Тма.


1

2

3

4

Рисунок 3 - Зависимость срока окупаемости от Тма

1 – при Кз=1 и потреблении тепловой и электрической энергии; 2 – при Кз=0,75 и потреблении тепловой и электрической энергии; 3 – при Кз=1 и потреблении только электрической энергии; 4 – при Кз=0,75 и потреблении только электрической энергии
Так как на ряде предприятий при отключении электрической энергии наблюдаются большие ущербы, было исследовано влияние ущербов на срок окупаемости. Величина годового ущерба бралась от 10 до 100000 тыс.руб.

При применении мини-ТЭЦ ущербы от перерывов электроснабжения можно свести к нулю, что приводит к сокращению сроков окупаемости (рисунок 4).




3

1

4

5

1

2

Рисунок 4 - Зависимость срока окупаемости от Тма и годового ущерба при Кз=0,5


При расчете принималось: тариф на электроэнергию Тэл=1,5 руб/кВт∙ч; тариф на тепловую энергию Тт=0,63 руб/кВт∙ч; расход природного газа одним агрегатом 358 м3/час.

При работе мини-ТЭЦ в качестве основного источника питания, необходимо предусмотреть резервирование, на случай выхода из строя как минимум одного агрегата. Для рассмотренного выше примера коэффициент загрузки агрегатов Кз в этом случае необходимо принять равным 0,75.

Как видно из рисунков 3 и 4, с увеличением годового числа часов использования срок окупаемости мини-ТЭЦ резко снижается. Поэтому при использовании их в качестве основного источника питания в первую очередь их надо внедрять на предприятиях с 3-х сменным и непрерывным режимом работы.

Разработан бизнес-план строительства мини-ТЭЦ на ОАО «Павловский автобус» с различными схемами финансирования проекта. Графики изменения чистого дисконтированного дохода приведены на рисунке 5.



Рисунок 5 – Графики изменения чистого дисконтированного дохода при различных схемах финансирования

Расчеты по данному бизнес-плану показали, что наименьший срок окупаемости будут иметь проекты при вложении собственного капитала (рисунок 5, кривая 1), наибольший срок окупаемости будут иметь проекты с займом денег в банках (рисунок 5, кривая 2). Весьма перспективные проекты при лизинговой системе реализации проекта (рисунок 5, кривая 3).

Общая сумма инвестиций в проект составляет 64 млн.руб.

Пятая глава посвящена исследованию влияния мини-ТЭЦ на экологию.

Проведенные исследования показали, что в выбросах мини-ТЭЦ наиболее опасным является диоксид азота, его концентрация в выбросах в десятки раз превышает соответствующие значения других составляющих выбросов.

При мощностях блоков мини-ТЭЦ в 1 МВт газопоршневые установки экологичнее, чем газотурбинные. С увеличением мощности агрегатов газотурбинных мини-ТЭЦ количество выбросов на единицу мощности увеличивается незначительно (таблица 1), а у газопоршневых резко возрастает. Поэтому мощность газопоршневых мини-ТЭЦ без специальных мер по снижению выбросов должна быть ограничена 6 МВт.
Таблица 1 – Максимальные приземные концентрации загрязняющих веществ в приземном слое

Тип мини-ТЭЦ

Тип загрязняющего вещества

Максимальная приземная концентрация загрязняющих веществ в долях ПДК для мини-ТЭЦ мощностью, МВт

1

2

4

6

8

10

Высота дымовой трубы 15 м

Газопоршневые фирмы «РУМО»

NO2

NO

CO



C20H12

0,237693

0,475387

0,950774

1,426161

1,901548

2,376935

0,008208

0,016416

0,032831

0,049247

0,065663

0,082079

0,006144

0,012288

0,024576

0,036864

0,049153

0,061441

0,00009

0,00018

0,000361

0,000541

0,000721

0,000902

Высота дымовой трубы 20 м

Газопоршневые фирмы «РУМО»

NO2

NO

CO



C20H12

0,170889

0,341778

0,683556

1,025334

1,367112

1,708889

0,005901

0,011802

0,023604

0,035406

0,047208

0,05901

0,004417

0,008835

0,017669

0,026504

0,035338

0,044173

0,000065

0,00013

0,000259

0,000389

0,000519

0,000648

Наименьшие выбросы имеют парогазовые мини-ТЭЦ, но минимальная мощность блоков этих станций 30 МВт.

Максимальные приземные концентрации загрязняющих веществ от мини-ТЭЦ находятся на расстоянии примерно 60м от источника и для ГТУ и ПГУ не достигают 50% от предельно допустимых концентраций. Поэтому мини-ТЭЦ данных видов можно рекомендовать к установке на территориях предприятий, так как они являются экологически чистыми и санитарно-защитная зоны для них не требуется. Для жилой застройки следует ориентироваться на мини-ТЭЦ с газопоршневыми агрегатами.

На рисунке 6 приведены зависимости годовых выбросов парниковых газов СО2 от мощности вводимых электростанций различного вида.

Расчеты показывают, что с точки зрения образования парниковых газов, получение электрической и тепловой энергии при сжигании топлива на мини-ТЭЦ является предпочтительным по сравнению с крупными электростанциями.

Рисунок 6 – Годовая эмиссия парниковых газов в СО2-эквиваленте при работе различных видов электростанций:

1 – мини-ТЭЦ с ГПУ, 2 – мини-ТЭЦ с ГТУ, 3 – мини-ТЭЦ с ПГУ, 4 – КЭС газ, 5 – КЭС уголь


ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Разработаны: концепция применения и критерии выбора типа и мощности мини-ТЭЦ в различных секторах экономики России, позволяющие повысить надежность их энергоснабжения и в кратчайшие сроки ликвидировать дефицит электроэнергии; даны рекомендации по выбору количества и мощности агрегатов мини-ТЭЦ при их работе в качестве основного, дополнительного или резервного источника питания.

3. Произведен расчет и выбор параметров основного оборудования пилотной в Нижегородском регионе газопоршневой модульной мини-ТЭЦ для ОАО «Павловский автобус».

4. Проведено исследование влияния годового числа часов использования максимума нагрузки Тма на срок окупаемости мини-ТЭЦ и установлено, что с увеличением Тма срок окупаемости резко снижается и не превышает: 3-х лет даже для двухсменных предприятий при загрузке агрегатов 100 и 75%; 4-х лет даже для двухсменных предприятий при загрузке агрегатов в 50% и при наличии ущербов от перерывов в электроснабжении.

5. Установлено, что срок окупаемости газопоршневых мини-ТЭЦ в 3-5 раз меньше срока окупаемости крупных тепловых электростанций, что говорит о большой перспективности их внедрения.

6. Разработана методика технико-экономического обоснования строительства мини-ТЭЦ, позволяющая из большого разнообразия выпускаемых агрегатов выбрать наиболее экономичный.

7. Разработана блок-схема алгоритма расчета на ПЭВМ выбросов вредных веществ при работе мини-ТЭЦ и построены зависимости выбросов вредных веществ от мощности мини-ТЭЦ, позволяющие оперативно проводить обоснование выбора места строительства мини-ТЭЦ.

8. Выполнено сравнение выбросов парниковых газов крупными электростанциями и мини-ТЭЦ и показано, что с точки зрения образования парниковых газов, получение электрической и тепловой энергии на мини-ТЭЦ является более предпочтительным, чем от крупных электростанций. Эмиссия парниковых газов при использовании мини-ТЭЦ той же суммарной мощности уменьшается по сравнению с КЭС, работающими на природном газе: для мини-ТЭЦ с ГПУ в 3 раза; для мини-ТЭЦ с ГТУ в 1,9 раза; для мини-ТЭЦ с ПГУ в 2,6 раза.


Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

  1. Бородин Е.В., Мамонов А.М., Фитасов А.Н. Основные направления энергосбережения на промышленных предприятиях. // IV Российская научно-техническая конференция «Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности»: Материалы докладов. – Ульяновск, УлГТУ, 2003. – С.68-72.

  2. Исследование погрешностей трансформаторов тока и напряжения и их влияние на учет электроэнергии системами АСКУЭ / Г.Я.Вагин, Е.Б.Солнцев, А.М.Мамонов и др. // - Промышленная электроэнергетика и электротехника, №5, 2004. – С.30-40.

  3. Вагин Г.Я., Лоскутов А.Б., Мамонов А.М. Автономные когенерационные установки (мини-ТЭЦ) модульного типа: Известия академии инженерных наук им. А.М.Прохорова, том 15. – М. – Н.Новгород, 2005. – С.280-289.

  4. Лоскутов А.Б., Мамонов А.М. Анализ источников питания промышленных предприятий. // IV Международная молодежная научно-техническая конференция «Будущее технической науки»: Материалы докладов. – Н.Новгород, НГТУ, 2005. – С.34-35.

  5. Мамонов А.М. Методы выравнивания графиков нагрузки промышленных предприятий. // Труды Нижегородского государственного технического университета. Том 49. «Электрооборудование промышленных установок». – Н.Новгород, 2005. - С.112-115.

  6. Пилотный энергетический проект (мини-ТЭЦ) в Нижегородской области / А.Б.Лоскутов, Г.Я.Вагин, А.М.Мамонов, Э.Р.Кашапов // НТЖ. Энергоэффективность. Опыт. Проблемы. Решения. №4, 2005. – С. 31-33.

  7. Повышение надежности систем энергоснабжения промышленных предприятий путем сооружения собственных мини-ТЭЦ / Г.Я.Вагин, Н.Н.Головкин, А.М.Мамонов, Е.Б.Солнцев // Промышленная электроэнергетика и электротехника, №1, 2006. –С.47-53.

  8. Технические и экономические критерии выбора мощности мини-ТЭЦ на промышленных предприятиях (Часть 1) / Г.Я.Вагин, А.Б.Лоскутов, А.М.Мамонов и др. //– Промышленная энергетика №4, 2006. – С.38-43.

  9. Технические и экономические критерии выбора мощности мини-ТЭЦ на промышленных предприятиях (Часть 2) / Г.Я.Вагин, А.Б.Лоскутов, А.М.Мамонов и др. //– Промышленная энергетика №5, 2006. – С.29-34.

  10. Мамонов А.М. Состояние, перспективы и проблемы применения малой энергетики. // XI Нижегородская сессия молодых ученых. Технические науки: Материалы докладов. – Н.Новгород, 2006. – С.104-105.

  11. Мамонов А.М. Концепция применения мини-ТЭЦ в системах энергоснабжения. // V Международная молодежная научно-техническая конференция «Будущее технической науки»: Материалы докладов. – Н.Новгород, НГТУ, 2006. – С.64-65.

  12. Вагин Г.Я., Кузнецов И.А., Мамонов А.М. Критерии выбора числа и мощности агрегатов мини-ТЭЦ. // XXV Научно-техническая конференция «Актуальные проблемы электроэнергетики»: Материалы докладов. – Н.Новгород, НГТУ, 2006. – С.48-53.

  13. Теория и практика энергосбережения в образовательных учреждениях. Справочно-методическое пособие / Г.Я.Вагин, Л.В.Дудникова, Ю.Е.Зенютич, А.Б.Лоскутов, А.М.Мамонов и др. – Глобальный экологический фонд, Программа развития ООН, Н.Новгород, НГТУ, 2006. – 188 с.

  14. Пат. РФ №44400, G 06 F 17/40, G 05 B 17/00. Устройство для автоматизации рабочего места энергоаудитора. / Е.А.Зенютич, А.Б.Лоскутов, Г.Я.Вагин, А.М.Мамонов и др. // от 10.03.2005.

  15. Пат. РФ №55431, F02G 5/04/ Когенерационная установка / А.Б.Лоскутов, Е.Б.Солнцев, Э.Р.Кашапов, Г.Я.Вагин, А.М.Мамонов // от 17.01.2006.

  16. Свидетельство №2005610181 Российская Федерация. Выравнивание групповых графиков электрических нагрузок. / А.М.Мамонов // от 18.01.2005.


Личный вклад автора. Все основные положения диссертации разработаны автором. В работах написанных в соавторстве, автору принадлежат исследовательская часть и обработка результатов исследования [2], анализ и оценка применяемых технологий когенерации [1, 3, 4, 14], предпроектный расчет и выбор оборудования [6], разработка концепции применения мини-ТЭЦ [7, 13], разработка технических критериев выбора мощности мини-ТЭЦ на промышленных предприятиях [8, 9, 12], разработка технологической схемы охлаждения когенерационной установки [15].

скачать файл



Смотрите также:
Мамонов Андрей Михайлович разработка технических, экономических и экологических
243,1kb.
Разработка рациональных кольцевых маршрутов доставки продукции для розничной сети (чп дарида – соседи) Туровец Александр Михайлович, Драпеза Анастасия Александровна
109,45kb.
Правила разработки, согласования, утверждения и состав
547,66kb.
Перечень входящих в группу технических устройств
52,59kb.
Александр Николаевич Данков
119,56kb.
Диакон Андрей Кураев "Мастер и Маргарита": за Христа или против?
372,84kb.
Лесные ресурсы Карелии как фактор развития лесной промышленности республики в современных экономических условиях
144,2kb.
В последнее время заметно участились случаи поставок по импорту в СССР отдельных деталей и узлов различных товаров, в основном машинно технических компьютеров, телевизоров, видеомагнитофонов, магнитофонов и т п
64kb.
Андрей Лубенский Слун, или Разные слунские истории Лубенский Андрей Слун, или Разные слунские истории
1709,92kb.
Программа дисциплины Международные экономические организации для специальности 080102. 65 «Мировая экономика» подготовки специалиста
210,66kb.
Программа дисциплины «Теория функций комплексного переменного» для направления 220400. 62 «Управление в технических системах» подготовки бакалавра
126,93kb.
«Как вы относитесь к…», а серьезной работой состоящей из определения
230,25kb.