Ефективність газопоршневих когенераційних установок в системах централізованого теплопостачання

Abstract

Процес одночасного вироблення теплової та електричної енергії має більшу енергоефективність порівняно з роздільною схемою енергопостачання, коли теплова енергія виробляється на парових або водогрійних котельнях, а електрична енергія постачається з централізованих джерел — теплових електричних станцій, що сприяє декарбонізації енергетичної галузі та сповільненню процесів глобального потепління. Впровадження комбінованого енергопостачання в системах централізованого теплопостачання надає переваги щодо диверсифікації та надійності постачання теплової та електричної енергії, зменшення навантаження на об’єднану електромережу, зменшення нерівномірності завантаження електроенергетичної системи, посилення енергонезалежності країни. Як об’єкт дослідження вибрано водогрійну котельню системи централізованого теплопостачання. Визначено економію умовного палива в разі встановлення на базі опалювальної водогрійної котельні газопоршневих двигунів Jenbacher. Показано, що економія умовного палива становить 1,7...7,3 % для когенераційної системи в порівнянні з роздільною схемою енергопостачання, де за основу взяті показники ефективності вугільних теплових електричних станцій. Визначено річне зменшення валових викидів оксидів вуглецю, оксидів сірки та оксидів азоту в навколишнє середовище в разі впровадження децентралізованої когенерації. Визначено вплив співвідношення цін на газ та електричну енергію на економічну ефективність комбінованого вироблення теплової та електричної енергії з використанням природного газу. Показано, що використання когенераційної установки для покриття власних електричних потреб є економічно доцільним у разі співвідношення цін на електричну енергію та природний газ більше ніж 2,4. Підтверджено, що когенерація є економічно доцільною, але має значні терміни окупності інвестицій.

The process of simultaneous production of thermal and electric energy has greater energy efficiency compared to a separate energy supply scheme, when thermal energy is produced in steam or water-heating boiler houses, and electric energy is supplied from centralized sources — thermal power stations, that contributes to the decarbonization of the energy industry and the slowing down of global warming processes. The implementation of combined energy supply in centralized heat supply systems provides advantages in terms of diversification and reliability of heat and electric energy supply, reducing the load on the combined power grid, reducing nonuniform loading of the electric power system, and strengthening the country's energy independence. Water-heating boiler house of a centralized heat supply system was chosen as the object of the study. Conventional fuel saving in case of installation of Jenbacher gas-piston engines on the base of the heating water boiler house was determined. It is shown that the conventional fuel economy is 1.7 %...7.3 % for the cogeneration system in comparison with the separate power supply scheme, which is based on the efficiency indicators of coal-fired thermal power stations. The annual reduction of gross emissions of carbon oxides, sulfur oxides and nitrogen oxides into the environment in case of implementation of decentralized cogeneration was determined. The effect of the ratio of prices for gas and electricity on the economic efficiency of combined production of heat and electricity using natural gas is determined. It is shown that the use of a cogeneration plant to cover own electrical needs is economically feasible for a price ratio of electric energy and natural gas greater than 2.4. It has been confirmed that cogeneration is economically feasible, but has significant investment payback periods.