Термодинамический метод расчета экономии топлива при комбинированной выработке тепловой и электрической энергии на ТЭЦ

Теплофикация – производство тепловой и электрической энергии в едином технологическом процессе комбинированного производства на базе теплового потребления.

Основной экономический эффект теплофикации заключается в экономии топлива при заданном отпуске потребителю электроэнергии и тепла по сравнению с раздельной схемой энергоснабжения (КЭС плюс районная или промышленная котельная). На КЭС более половины затраченного на выработку электроэнергии топлива (50 55%) теряется на бесполезное, а зачастую вредное нагревание воды, циркулирующей через конденсаторы турбин. На ТЭЦ такая потеря тепла сводится к минимуму или совсем отсутствует. Поэтому КПД КЭС составляет не более 41%, а КПД ТЭЦ достигает 78–82 %.

Теплофикация является существенным фактором снижения удельных расходов топлива на выработку электро- и теплоэнергии, являющихся основными показателями станции.

В отличие от КЭС и котельных, где все затраты целиком относятся на производство единственного вида продукции – электрической или тепловой энергии, на ТЭЦ годовые издержки производства должны быть распределены между двумя видами энергии, чтобы определить себестоимость производства каждого из них.

В основе действующей в СССР методики калькулирования себестоимости энергии на ТЭЦ лежал так называемый физический метод распределения затрат между электроэнергией и теплом. Его сущность состоит в том, что расход топлива на отпущенное потребителям тепло принимается таким, каким он был бы, если бы тепло отпускалось потребителям непосредственно с котельной. Расход топлива на производство электроэнергии определяется как разность между общим расходом условного топлива и его расходом на отпуск тепла.

Однако себестоимость производства единицы тепла остается неизменной, хотя она, так же как и себестоимость 1 кВт*ч, должна изменяться в зависимости от загрузки отборов теплофикационных турбин.

В настоящее время удельные расходы топлива на выработку тепла и электроэнергии рассчитываются по методу ОРГРЭС (организация и рационализация районных электростанций и сетей), где примерно одна пятая часть экономии топлива относится на тепловую энергию, а четыре пятых на электрическую. Этот метод более объективно учитывает экономию топлива от когенерации в отличие от физического метода, применяемого вплоть до 1996 г. Однако практический анализ работы станций в режиме комбинированной выработки показывает, что реальная экономия топлива выше расчетной. Более того, основываясь на принципе единства производства и потребления тепловой и электрической энергии, весь экономический эффект от когенерации следует относить только к тепловой энергии. Соответственно анализ эффективности работы ТЭЦ на основании статистической отчетности получается незаконченным, что сказывается на достоверности определения экономической обоснованности регулируемых тарифов.

Для более объективного расчета экономии топлива при комбинированной выработке тепла и электроэнергии в данной работе использован метод, который нашел свое отражение в научной литертуре и основан в первую очередь на учете термодинамических параметров отборного пара, а не полезного отпуска тепловой и электрической энергии.

Суть указанного метода заключается в дополнительном учете скрытой теплоты парообразования при комбинированном способе производства тепловой и электрической энергии.

На рисунке 1 показано, что экономия условного топлива достигает наибольшей величины при наименьшем давлении отбора. Максимальный экономический эффект будет получен при давлении 2,5 кгс/см2. Дальнейшее снижение давления хотя и приводит к дополнительной экономии топлива, однако использование пара с указанными параметрами не позволит нагреть сетевую воду до требуемой температуры, что не обеспечит выполнения графика тепловой нагрузки системы теплоснабжения города.

г/кг

Рис. 1. Зависимость удельной экономии условного топлива от давления отборного пара

На Улан-Удэнской ТЭЦ-1 смонтирована турбина с указанными параметрами отборного пара, что дает максимальный эффект от комбинированного способа производства тепловой и электрической энергии.

На рисунке 2 показаны результаты расчета изменения удельного расхода условного топлива при комбинированном способе производства электрической и тепловой энергии по существующему методу и по предлагаемому методу применительно для турбогенератора № 7, смонтированного на Улан-Удэнской ТЭЦ-1.

Из данного рисунка видно, что при новом методе расчета имеет место значительное снижение удельного расхода условного топлива для турбины типа Тп-100/110-8,8: на

88 г/кВтч при производстве электроэнергии; на 41,85 кг/Гкал при производстве тепловой энергии.

г/кВтЧ кг/Г кал

Методы----» ■ Существующий метод   ■ Предлагаемый метод   ■ Существующий метод ■ Предлагаемый метод

Рис. 2. Удельные расходы условного топлива на выработку электро- и теплоэнергии

На рисунке 3 представлена динамика изменения удельного расхода условного топлива при комбинированной выработке тепловой и электрической энергии на Улан-Удэнской ТЭЦ-1 в период 2007-2012 гг., которые были использованы при установлении тарифов на тепловую и электрическую энергию.

Рис.3. Удельные расходы условного топлива в период 2007-2012 гг. при комбинированной выработке тепловой и электрической энергии

На данном рисунке видно, как влияет эффект от когенерации на удельный расход топлива. Максимальный расход топлива был зафиксирован во время аварии и в период монтажа турбогенератора № 7. И хотя данные расходы выше, чем расходы, получаемые при расчете новым методом, тем не менее это позволило ограничить рост тарифов на тепловую и электроэнергию в 2012 г.

На рисунке 4 представлена динамика тарифов на тепловую энергию и электрическую мощность Улан-Удэнской ТЭЦ-1 с 2007 по 2012 г., из которой видно, что тарифы на тепло- вую энергию после ввода ТГ-7 снижаются, а на электрическую мощность приняты с учетом инфляции и возврата инвестиций в размере 380 млн. руб./г. После срока окупаемости (7 лет) тарифы на электрическую мощность для ТЭЦ-1 будут значительно снижены, так как из тарифа за электрическую мощность будет исключена инвестиционная составляющая в размере 380 млн. руб./г.

Рис. 4. Анализ динамики тарифов на тепловую энергию и электрическую мощность Улан-Удэнской ТЭЦ-1 с 2009 по 2019 г.

Выводы

• 1.    На основании плановых показателей работы Улан-Удэнской ТЭЦ-1 на 2012 г. произведен расчет экономии топлива на станции с учетом ввода в эксплуатацию турбогенератора № 7 с применением нового метода расчета, позволяющего более объективно рассчитывать эффективность от применения комбинированного способа производства электрической и тепловой энергии.

• 2.    Произведен анализ влияния комбинированного способа производства электрической и тепловой энергии на величину тарифов на тепловую и электрическую энергию как по старому, так и по новому методу.

• 3.    Для проверки достоверности предлагаемого метода необходимо произвести дополнительный расчет экономии топлива на станции с учетом отчетных данных Улан-Удэнской ТЭЦ-1 за 2012 г., а также расчет влияния данных показателей на величину тарифов на тепловую и электрическую энергию.