Исследование технико-экономических показателей комбинированных систем теплоснабжения на основе ТЭЦ с внутриквартальными установками

Современное состояние энергетики Монголии характеризуется ростом выработки электроэнергии и тепла, увеличением добычи угля, возрастанием мощностей источников энергии и сетей, интенсивной электрификацией всех отраслей народного хозяйства. Следует отметить, что, несмотря на то, что Монголия располагает топливно-энергетическими ресурсами, достаточными для удовлетворения потребностей народного хозяйства в топливе и энергии, вопрос обеспечения повышения эффективности топливоиспользования является актуальным. Ситуация обострена тем, что жидкое топливо (мазут) является импортируемым сырьем.

Комбинированные системы теплоснабжения на базе пылеугольных ТЭЦ и внутриквартальных котельных установок (ВКУ) позволяют обеспечить повышение эффективности топливоиспользования и, что немаловажно в современных условиях для Монголии, вытеснить из энергобаланса мазут.

Диссертация посвящена исследованию комбинированных систем теплоснабжения на базе пылеугольных ТЭЦ для условий Монголии (и в первую очередь для Улан-Баторской центральной энергосистемы).

Основной целью работы является:

1. Разработка основ методических подходов к исследованию эффективности функционирования ТЭЦ-ВКУ и методики оценки технико-экономической эффективности, режимных параметров, системной экономии топлива при комплексном учете обеспечения графиков электрических и тепловых нагрузок, заданной надежности энергоснабжения, возможных режимов работы в системе энергоснабжения.

2. Исследование эффективности функционирования ТЭЦ-ВКУ, режимной эффективности теплофикационных энергоблоков, их показателей тепловой и технико-экономической эффективности, системной экономии топлива при работе в составе ТЭЦ-ВКУ.

В диссертации изложены определяющие принципы при исследовании эффективности ТЭЦ-ВКУ. Главным является комплексное рассмотрение комбинированного теплоснабжения как системы, состоящей из основного источника (ТЭЦ), тепловых сетей, ВКУ и потребителя.

Разработана методика оценки технико-экономической эффективности, в которой предложено определять эффективность ТЭЦ-ВКУ по сравнению с ТЭЦ-ПВК. Для анализа предложено использовать также режимное приращение прибыли за время продолжительности стояния режима. В качестве показателей тепловой экономичности ТЭЦ предложено использовать относительную режимную экономию топлива. Разработанная методика сравнительного анализа основывается на физическом, пропорциональном и эксергетическом подходах, что позволяет расширить в известной мере границы анализа.

На основе разработанных методик показаны условия перспективности комбинированных систем теплоснабжения для Улан-Баторской центральной энергосистемы. Показана технико-экономическая эффективность и инвестиционная привлекательность поэтапного перевода последней (в рамках техперево-оружения) в режим ТЭЦ-ВКУ с последовательным вытеснением пиковой мощности, обеспечиваемой сегодня пиковыми водогрейными котлами (ПВК).

Работа апробирована на различных научных семинарах: 3-й семинар вузов Сибири и Д. Востока по теплофизике и теплоэнергетике в г. Барнауле (Ал-ГТУ, 2003), KORUS, 2003 (Ульсан, Корея, 2003), в г. Новосибирске (Научная сессия НГТУ, 2003, 2004), конференция молодых ученых (г. Новосибирск, НГТУ, 2004), научные семинары на каф. ТЭС НГТУ, ИТ СО РАН (Новосибирск, 2002.2004 гг.).

Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс НГТУ.

Диссертация состоит из четырех глав, введения, заключения, списка литературы и приложения. Содержит 120 страниц основного текста, 25 рисунков, 14 таблиц, 80 источников. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных трудов.

В первой главе проведен обзор энергетического хозяйства Монголии и показано, что пылеугольные ТЭЦ являются фактором энергобезопасности страны. Показано, что развитие ТЭЦ может осуществляться как по традиционному направлению, так и путем создания комбинированных теплофикационных систем. При этом для комбинированных теплофикационных систем на базе ТЭЦ-ВКУ (внутриквартальных котельных установок) к настоящему времени в технической литературе ещё не было уделено достаточного внимания в направлении системных проработок и оценки их эффективности по сравнению с ТЭЦ-ПВК.

Сформулированы цели исследования.

Во второй главе разработаны основы методических подходов к исследованию комбинированных теплоснабжающих систем ТЭЦ-ВКУ. При этом показано, что вопросы эффективного использования топлива при комбинированном производстве электрои теплоэнергии, формирования рациональных схем транспорта и потребления всегда находились в центре внимания теплоэнергетиков. Отмечен вклад в развитие теплофикации и централизованного теплоснабжения ряда известных ученых.

При положительной оценке этих исследований, отмечено, что с переходом к рыночным отношениям разработанные методические подходы, методики и рекомендации нуждаются в уточнении, т.к. источники и системы теплоснабжения переданы независимым акционерным объединениям и компаниям, осуществляющим производство, транспорт, распределение и потребление тепловой энергии. Несмотря на взаимосвязь этих предприятий в технологическом процессе, каждое из них ориентировано на получение максимальной прибыли. Прибыль стала основным показателем эффективности функционирования действующих энергообъектов.

Показано, что технико-экономическая эффективность функционирования ТЭЦ-ВКУ может быть оценена за время функционирования по приращению прибыли по сравнению с ТЭЦ-ПВК.

Вместе с тем в новых экономических условиях расчет показателей тепловой экономичности ТЭЦ стал одним из барьеров на пути повышения эффективности использования топлива в энергосистемах за счет теплофикации. Повышенные расходы топлива на теплоэнергию ТЭЦ приводят к искажению конкуренции производителей тепла на потребительском рынке, уменьшению на ТЭЦ выработки электроэнергии на тепловом потреблении, что в конечном итоге снижает эффективность использования топлива в системе тепло-электроснабжения.

По литературе известны методические подходы к определению показателей тепловой экономичности ТЭЦ, основные из них следующие: физический метод, пропорциональный метод (ОРГРЭС), эксергетический. В соответствии с физическим методом экономия топлива от совместного производства теплои электроэнергии целиком относится на электроэнергию. При этом ТЭЦ оказываются неконкурентноспособными на рынке тепла. Пропорциональный метод (ОРГРЭС) экономию топлива от теплофикации в равной доле относит на каждый вид энергии. Метод использует коэффициенты ценности отпускаемого тепла и является промежуточным между физическим и эксергетическим методами. Оба метода не в полной мере соответствуют законам термодинамики. ОРГРЭС разработан метод, который по получаемым показателям тепловой экономичности ТЭЦ близок к эксергетическому.

Вместе с тем оценка перспективной эффективности ТЭЦ-ВКУ целесообразна при разработке комбинированного теплоснабжения на базе вводимых генерирующих мощностей ТЭЦ при полном техперевооружении системы ТЭЦ-ПВК в ТЭЦ-ВКУ и с учётом рынка энергии.

Перспективная эффективность ТЭЦ-ВКУ в первую очередь определяется системной экономией топлива. Применение ВКУ обусловливает переход ТЭЦ с нормативного температурного графика к графику с пониженными температурами прямой и обратной сетевой воды при теплофикационной нагрузке, составляющей 0,6.0,7 от нагрузки по традиционному тепловому графику, что вызывает экономию топлива в системе.

Показано, что основными задачами исследования эффективности ТЭЦ-ВКУ являются:

• определение целесообразности перевода энергоблоков традиционной ТЭЦ в режимы работы в системе комбинированного теплоснабжения с ВКУ и оценка их экономической эффективности;

• нахождение рациональных режимно-параметрических решений для ТЭЦ-ВКУ при конкретных условиях функционирования.

Третья глава посвящена исследованию эффективности функционирования ТЭЦ-ВКУ.

Обоснование решения по выбору режимов энергоблоков в составе ТЭЦ-ВКУ и оценке их тепловой экономичности имеет большое значение в плане перехода от традиционных систем к системам комбинированного теплоснабжения и их развития.

К числу наиболее важных факторов, влияющих на выбор рациональных решений, относятся: параметры ареала функционирования ТЭЦ-ВКУ (параметры температурного графика, продолжительность стояния температур и режимов и т. д.), параметры электрических и тепловых графиков нагрузки, графиков Росандера, состав и типы энергоблоков ТЭЦ-ВКУ, структура энергосистемы, топливо основных и пиковых источников ТЭЦ, ЭС, стоимость топлива и ВКУ, число часов отопительного периода и число часов работы энергоблоков при покрытии графиков Росандера. Важное значение при оценке эффективности ТЭЦ-ВКУ имеет уровень её установленной мощности, единичной мощности установленных энергоблоков.

Основная часть расчётов выполнена для ТЭЦ-540 (8хЕ-420−140+ЗхПТ-80+3хТ-100) типа Улан-Баторской ТЭЦ-4, входящей в Центральную (Улан-Баторскую) Энергосистему (ЦЭС) мощностью около 700 МВт.

В целом для ТЭЦ-ПВК и ТЭЦ-ВКУ выполнена серия сравнительных расчётов при рациональном режимном распределении нагрузки (электрических, тепловых, паровых) с последующим определением для каждого энергоблока и в целом для ТЭЦ всего комплекса выше отмеченных параметров и показателей с оценкой режимной экономии топлива и приращения прибыли.

Четвертая глава посвящена оценке эффективности инвестиций.

Оценка эффективности реальных материальных инвестиций (инвестиций в проектируемые объекты) заключается в сопоставлении различными методами капитальных затрат по всем источникам финансирования и эксплуатационных издержек с поступлениями, при эксплуатации рассматриваемых объектов. При этом экономический анализ включает в себя: технико-экономическое сопоставление вариантов инвестиционных решений на основе методов технико-экономических оценокобоснование экономической реализуемости (финансовой состоятельности) рекомендованного вариантаоценку влияния изменения внешних факторов на показатели проекта (оценку финансовой устойчивости).

При оценке инвестиций использованы результаты ранее выполненных расчетов по анализу функционирования ТЭЦ, аналогичной Улан-Баторской и для аналогичных климатических условий. Все расчеты проведены по осреднен-ному среднегодовому режиму как для отдельных энергоблоков (с условным разрывом поперечных связей), так и для ТЭЦ в целом, и, что важно, во всех случаях объем реализации определен по доведенной до потребителя продукции (а не по отпущенной с коллекторов и шин станции).

В заключении сформулированы выводы.

Приложение содержит акты о внедрении.

4.3. Выводы.

1. Представлена методика экономического анализа, которая включает в себя технико-экономическое сопоставление вариантов инвестиционных решенийобоснование экономической реализуемости (финансовой состоятельности) рекомендованного вариантаоценку влияния изменения внешних факторов на показатели проекта (оценку финансовой устойчивости) и включает показатель относительной эффективности инвестиций ®.

2. По показателю относительной эффективности инвестиций энергоблоки на базе теплофикационных турбин ПТ-80 и Т-100 — равнозначны и находятся на достаточно высоком уровне — 1,24. Это означает, что при реализации проекта ТЭЦ-ВКУ инвестор получит доход больший, чем при традиционном варианте ТЭЦ-ПВК в 1,24 раза для любого из рассмотренных энергоблоков. В то же время этот показатель для ТЭЦ в целом на 16% выше, чем для отдельных энергоблоков.

3. Показано, что вести реконструкцию с заменой ПВК на ВКУ в первую очередь необходимо для энергоблоков типа ПТ-80.

4. С увеличением, как банковского процента, так и стоимости топлива относительная эффективность инвестиций в предлагаемые технические решения растет. В то же время при базовых ставке дисконта в 15% и стоимости топлива годовая экономия топлива может быть достигнута по углю — до 39 тыс. т/год, по мазуту — до 57 тыс. т/год, что обеспечит получение прибыли в 17,9 млн $/год.

5. Окупаемость финансовых средств (под 15%-ов годовых) при ежегодном выводе из эксплуатации 200 МВт пиковой теплофикационной мощности на ПВК и замещением последней внутриквартальными установками в условиях финансирования начала работ заемными средствами составляет 3 года.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Таким образом в работе показано, что пылеугольные ТЭЦ являются фактором энергобезопасности Монголии, при этом развитие ТЭЦ может осуществляться как по традиционному направлению, так и путем создания комбинированных теплофикационных систем. Проведено исследование последних на базе ТЭЦ-ВКУ и при этом:

1. Изложены определяющие принципы при исследовании эффективности ТЭЦ-ВКУ. Главным является комплексное рассмотрение комбинированного теплоснабжения как системы, состоящей из основного источника (ТЭЦ), тепловых сетей, ВКУ и потребителя.

2. Разработана методика оценки технико-экономической эффективности, в которой предложено определять эффективность ТЭЦ-ВКУ по сравнению с ТЭЦ-ПВК. Для анализа предложено использовать также режимное приращение прибыли за время продолжительности стояния режима. В качестве показателей тепловой экономичности ТЭЦ предложено использовать относительную режимную экономию топлива. Разработанная методика сравнительного анализа основывается на физическом, пропорциональном и эксер-гетическом подходах, что позволяет расширить в известной мере границы анализа.

3. Теплофикационные энергоблоки в составе ТЭЦ-ВКУ по сравнению с ТЭЦ-ПВК эффективны для зимних отопительных режимов. При этом расход острого пара на турбины ниже на 7. 17%. Экономия топлива составляет 6. 13%. Выработка электроэнергии на внешнем тепловом потреблении возрастает в 1,25. 1,65 раза. Т-энергоблоки более эффективны на ТЭЦ-ВКУ, чем ПТ-энергоблоки. В целом экономия топлива в системе ТЭЦ-ВКУ составляет 3,2% для ПТ-80 и 6,7% для Т-100 по отношению к годовому расходу топлива энергоблоком.

Приращение прибыли при работе ТЭЦ-ВКУ по сравнению с ТЭЦ-ПВК для Т-энергоблоков почти в 3 раза больше, чем для ПТ-энергоблоков. При увеличении цены топлива в 2 раза приращение прибыли растёт в 2,2.2,3 раза. Увеличение срока эксплуатации ТЭЦ-ВКУ с 5 до 15 лет приводит к повышению приращения прибыли более, чем на 20%. При изменении стоимости ВКУ в 2 раза приращение прибыли изменяется на 15%. Режимная экономия топлива на ТЭЦ-ВКУ по сравнению с ТЭЦ-ПВК может достигать 10%. При уменьшении на 20% вероятности стационарного режима ТЭЦ-ПВК по сравнению с ТЭЦ-ВКУ, системная экономия топлива за отопительный период для Т-энергоблоков с ВКУ увеличивается в 1,5 раза. Экономия топлива для Т-энергоблока из-за изменения технологической схемы ТЭЦ-ПВК находится на уровне 6.8%, а из-за различных надёжностных показателей — на уровне 12.22%.

Представлена методика экономического анализа, которая включает в себя сопоставление вариантов с обоснованием экономической реализуемости в условиях изменения внешних факторов применительно к модернизации Улан-Баторской энергосистемы.

По показателю относительной эффективности инвестиций энергоблоки на базе теплофикационных турбин ПТ-80 и Т-100 — равнозначны и находятся на достаточно высоком уровне — 1,24. Это означает, что при реализации проекта ТЭЦ-ВКУ инвестор получит доход больший, чем при традиционном варианте ТЭЦ-ПВК в 1,24 раза для любого из рассмотренных энергоблоков. В то же время этот показатель для ТЭЦ в целом на 16% выше, чем для отдельных энергоблоков.

Показано, что вести реконструкцию с заменой ПВК на ВКУ в первую очередь необходимо для энергоблоков типа ПТ-80.

С увеличением, как банковского процента, так и стоимости топлива относительная эффективность инвестиций в предлагаемые технические решения растет. В то же время при базовых ставке дисконта в 15% и стоимости топл ива годовая экономия топлива может быть достигнута по углю — до 39 тыс. т/год, по мазуту — до 57 тыс. т/год, что обеспечит получение прибыли в 17,9 млн $/год.

Ю.Окупаемость финансовых средств (под 15%-ов годовых) при ежегодном выводе из эксплуатации 200 МВт пиковой теплофикационной мощности на ПВК и замещением последней внутриквартальными установками в условиях финансирования начала работ заемными средствами составляет 3 года.