Эффективность мини-турбин для привода механизмов тэц с поперечными связями

Оценка экономического эффекта

Как правило, цены на топливо и электроэнергию формируются по отдельным механизмам, и поэтому, при оценке эффективности замены электропривода, важно оценить разницу между стоимостью единицы мощности в тепловом и электрическом эквивалентах.
Пусть необходима мощность - тепловая и электрическая Qh_AC (кВт) в течение времени Т (часов). Требуемые на это затраты, в руб., можно оценить по формуле:

где З_ТЕП - затраты на тепловую мощность; С_ТОП - стоимость тонны условного топлива, руб./т у.т; η_ТЕП - суммарный КПД при производстве и передаче тепловой энергии. При оценке эффективности турбопривода, описанного выше,
η_ТЕП = η_УСТ
Затраты на покупную электроэнергию в этом же объеме, в руб., можно оценить по формуле:

где С_ЭЛ - стоимость электроэнергии, руб./кВт.ч.
Соответственно, при установке турбопривода экономического эффекта можно достичь при условии:

Очевидно, что чем выше стоимость электроэнергии (ниже стоимость топлива) и КПД установки, тем выше эффективность. Если отношение (17) меньше единицы, то замена электропривода заведомо убыточна.

Пример

Приведем пример. На Усть-Илимской ТЭЦ по линии оптимизации производства изучалась возможность замены электропривода питательного насоса мощностью Q_HAC =4000 кВт на турбопривод, рис. 3. В качестве источника пара предполагалось использовать выхлоп противодавления турбоагрегата типа Р-50-130/13. В пользу этого решения выступает ряд обстоятельств, одно из которых - низкая загрузка производственных отборов и, как следствие, низкая эффективность использования турбин противодавления. В качестве приводной турбины планировалось использовать мини-турбину противодавления. Для увеличения эффективности выхлоп противодавления приводной минитурбины было решено использовать в теплофикационных целях - для подогрева воды подпитки теплосети. Исходные данные и результаты расчета сведем в таблицу ниже.

Как следует из результатов расчета, КПД установки приводной мини-турбины довольно высок. Главной причиной здесь можно считать решенный вопрос об использовании выхлопа противодавления в теплофикационных целях и, следовательно, высокий термический КПД приводной мини-турбины.

По (17) получена оценка экономической эффективности проекта (п. 17 таблицы) - 1,946 - значение существенно больше единицы. Фактически это означает, что использовать пар вместо электричества почти в два раза выгодней.
Полезно упомянуть, что в виду того, что начальные параметры пара в приводных мини-турбинах ниже, чем в главных, их термический КПД будет также ниже. К примеру, если рассматривать вариант использования приводной мини-турбины конденсационного типа, получим следующее значение КПД приводной мини-турбины по (5):

где для мини-турбины конденсационного типа: h_K1=2430 кДж/кг - энтальпия пара в конденсаторе (при 0,0035 МПа); h_K11=125,7 кДж/кг - энтальпия конденсата.
Соответственно по (16) получим значение КПД всей установки η_УСТK=0,219.
По (17) определим экономическую эффективность замены:

Выражение меньше единицы, следовательно, можно сделать вывод, что при сложившихся ценах на электроэнергию замена электродвигателя на приводную мини-турбину конденсационного типа на Усть-Илимской ТЭЦ убыточна.
Из этого следует, что при постановке вопроса об использовании приводной мини-турбины необходимо прежде решить вопрос об использовании пара из выхлопа этой самой турбины. Ведь при относительно невысоких параметрах на паровпускных клапанах только 20-30% энергии пара будет использовано на механический привод. Чтобы КПД установки оставался на приемлемом уровне, остальным 70-80% тепловой энергии необходимо также найти применение. В случае значительной разницы между ценой на электроэнергию и топливо можно, теоретически, достичь приемлемого срока окупаемости конденсационных приводных мини-турбин, но КПД таких установок будет меньше КПД современных конденсационных турбин большой и средней мощности. При этом потребуется дополнительная конденсационная нагрузка, и в целом минитурбина с конденсатором окажется больше, сложнее и дороже.
Схема с противодавленческими мини-турбинами на рис. 3, несмотря на высокую энергетическую эффективность, имеет также свои недостатки. Один из очевидных - это сложность процесса регулирования. Из схемы видно, что одновременно можно регулировать либо расход питательного насоса (ПН), либо давление в теплофикационном отборе (Т-отборе). Естественно предпочтительнее регулировать расход питательного насоса (ведь ради замены электродвигателя все и затевалось), но тогда необходимо компенсировать недостаток или избыток теплофикационного пара. Самый простой вариант решения данной проблемы - это параллельная работа теплофикационной мини-турбины с конденсатором, который можно использовать для сброса излишков теплоты. Соответственно теплофикационный отбор данной турбины может восполнять возможный недостаток теплоты для работы по тепловому графику. При этом предпочтительнее иметь на станции не только общий коллектор пара производственного отбора (к которому можно подключать приводные турбины), но и коллектор теплофикационного пара. В связи со слабой загруженностью коллекторов производственных отборов возможен, как правило, и вариант использования одного из них в качестве теплофикационного.

Таблица. Исходные данные и результаты расчета

№