Комплексна оцінка когенераційних установок на біопаливі, що працюють в базовому та відмінних від базового режимів навантаження

Abstract

Оцінено ефективність роботи когенераційних установок на біопаливі в базовому та відмінних від базового режимах роботи. Когенераційні установки з поршневими та газотурбінними двигунами і з теплообмінниками підігріву води вихлопними газами мають ККД використання палива більше 90 %. Двигуни цих установок працюють на проблемних для України рідких та газоподібних паливах, і тому, обсяги використання біодизеля та біогазу для них збільшуються. Існуючі системи теплоенергопостачання (СТЕП) працюють як в базовому режимі так і зі змінними графіками навантажень.

Оцінювання ефективності здійснювалась за допомогою методу системного аналізу.

Розглянуто районну водогрійну котельню з постійним протягом року навантаженням гарячого водопостачання, яке складає 20 МВт. Електроенергія на власні потреби котельні береться з електромережі. В котельні пропонується встановити теплонасосну установку (ТНУ) з приводом компресора від когенераційних поршневих або газотурбінних двигунів. Метод системного аналізу показав, що застосування когенераційних двигунів в водогрійній котельні з постійним тепловим навантаженням є доцільним.

Також розглянуто ефективність когенераційних установок за змінних режимів роботи на прикладі СТЕП підприємства. Теплове навантаження підприємства (3 МВт) забезпечує водогрійна котельня на газовому паливі. Електроенергетичні потреби забезпечує електрична мережа. Максимальна споживана електрична потужність підприємства складає 4,3 МВт. Підприємство працює 6500 годин в рік за відносних електричних навантажень. Виконані розрахунки показали недоцільність заміни існуючої СТЕП когенераційними двигунами. Причинами цього є: додаткові експлуатаційні затрати, зменшення ККД двигунів зі зменшенням навантаження; висока вартість двигунів.

The efficiency of cogeneration plants on biofuel in the base and distinct from the basic operating modes is estimated. Cogeneration plants with piston and gas turbine engines and with heat exchangers for water heating with exhaust gases have a fuel efficiency of more than 90%. The engines of these units operate on liquid and gaseous fuels, which are problematic for Ukraine, and therefore, the volumes of biodiesel and biogas use for them are increasing. The existing heat and power supply systems (HPSS) operate both in the basic mode and in variable load schedules.

The effectiveness evaluation has been carried out using the system analysis method.

There has been considered a district water heating boiler with a constant load of hot water supply during the year, which is 20 MW. Electricity for the own needs of the boiler is taken from the power grid. In the boiler room it is proposed to install a heat pump plant (HPP) with a compressor drive from cogeneration piston or gas turbine engines. The method of system analysis showed that the use of cogeneration engines in a water-heating boiler with a constant heat load is reasonable.

Also, the efficiency of cogeneration plants under the variable operating conditions is considered on the example of the enterprise HPSS. The thermal load of the enterprise (3 MW) is provided by a water-heating boiler house with gas fuel. Electricity needs are provided by the electrical network. The maximum consumed electric capacity of the enterprise is 4.3 MW. The enterprise operates 6500 hours a year under relative electric loads. In this case, the performed calculations showed the inexpediency of replacing the existing HPSS with cogeneration engines. The reasons for this are: additional operating costs, a decrease in the efficiency of engines with reduced load, high cost of engines.

Оценена эффективность работы когенерационных установок на биотопливе в базовом и отличных от базового режимах работы. Когенерационные установки с поршневыми и газотурбинными двигателями и с теплообменниками подогрева воды выхлопными газами имеют КПД использования топлива более 90 %. Двигатели этих установок работают на проблемных для Украины жидких и газообразных топливах, и поэтому, объемы использования биодизеля и биогаза для них увеличиваются. Существующие системы теплоэнергоснабжения (СТЭС) работают как в базовом режиме так и с переменными графиками нагрузок.

Оценка эффективности осуществлялась с помощью метода системного анализа.

Рассмотрена районная водонагревательная котельная с постоянной в течение года нагрузкой горячего водоснабжения, которое составляет 20 МВт. Электроэнергия на собственные нужды котельной берется из электросети. В котельной предлагается установить теплонасосную установку (ТНУ) с приводом компрессора от когенерационных поршневых или газотурбинных двигателей. Метод системного анализа показал, что применение когенерационных двигателей в водонагревательной котельной с постоянной тепловой нагрузкой целесообразно.

Также рассмотрена эффективность когенерационных установок при переменных режимах работы на примере СТЭС предприятия. Тепловую нагрузку предприятия (3 МВт) обеспечивает водонагревательная котельная на газовом топливе. Электроэнергетические потребности обеспечивает электрическая сеть. Максимальная потребляемая электрическая мощность предприятия составляет 4,3 МВт. Предприятие работает 6500 часов в год при относительных электрических нагрузках. Выполненные расчеты показали нецелесообразность замены существующей СТЭС когенерационными двигателями. Причинами этого являются: дополнительные эксплуатационные затраты, уменьшение КПД двигателей с уменьшением нагрузки; высокая стоимость двигателей.