Проблеми и перспективи на енергийното развитие. Топлинна енергия Разширени технологии за въглищна енергия

Назад напред

Внимание! Визуализациите на слайдове са само за информационни цели и може да не представляват всички опции за презентация. Ако си заинтересован тази работамоля изтеглете пълната версия.

Презентацията е допълнителен материал към уроците по енергийно развитие. Енергията на всяка страна е основата за развитието на производителните сили, създаването на материално -техническата база на обществото. Презентацията отразява проблемите и перспективите на всички видове енергия, обещаващи (нови) видове енергия, използва опита на музейната педагогика, самостоятелна търсеща работа на студентите (работа със списание "Japan Today"), творческа работа на студенти (афиши ). Презентацията може да се използва в уроци по география в 9 и 10 клас, в извънкласни дейности (избираеми часове, избираеми дисциплини), при провеждане на Седмицата по география „22 април - Ден на Земята“, в уроци по екология и биология „Глобални проблеми на човечеството. Проблем със суровините и енергията ”.

В работата си използвах метода на проблемно обучение, който се състоеше в създаване на проблемни ситуации пред учениците и решаването им в процеса на съвместни дейности на ученици и учители. В същото време максималната независимост на учениците се взема предвид под общото ръководство на учител, който ръководи дейностите на учениците.

Проблемното обучение позволява не само да се формира необходимата система от знания, умения и умения сред учениците, да се постигне високо ниво на развитие на учениците, но, което е особено важно, позволява да се формира специален стил на умствена дейност, изследване активност и самостоятелност на учениците. При работа с тази презентация на учениците се показва действителна посока - изследователската дейност на учениците.

Индустрията обединява група индустрии, занимаващи се с добив и транспортиране на гориво, производство на енергия и пренос до потребителя.

Природните ресурси, които се използват за производство на енергия, са горивни ресурси, хидроресурси, ядрена енергия, както и алтернативни видове енергия. Разположението на повечето индустрии зависи от развитието на електроенергията. Страната ни има огромни запаси от гориво - енергийни ресурси... Русия беше, е и ще бъде една от водещите енергийни сили в света. И това не е само защото страната съдържа 12% от световните запаси от въглища, 13% от петрола и 36% от световните запаси от природен газ, които са достатъчни, за да задоволят напълно собствените си нужди и за износ за съседни държави. Русия се превърна в една от водещите световни енергийни сили, най -вече благодарение на създаването на уникален производствен, научен, технически и персонален потенциал на горивно -енергийния комплекс.

Проблем със суровините

Минерални ресурси- първоизточник, начална основа на човешката цивилизация в почти всички фази на нейното развитие:

- Горивни минерали;
- Рудни минерали;
- Неметални минерали.

Текущият темп на потребление на енергия нараства експоненциално. Дори да вземем предвид, че темпът на нарастване на потреблението на електроенергия ще намалее донякъде поради подобряването на енергоспестяващите технологии, запасите от електрически суровини ще издържат максимум 100 години. Ситуацията обаче се влошава от несъответствието между структурата на запасите и потреблението на органични суровини. Така 80% от запасите от изкопаеми горива са въглища и само 20% са нефт и газ, докато 8/10 от съвременното потребление на енергия са нефт и газ.

Следователно времевата рамка е допълнително стеснена. Въпреки това едва днес човечеството се отървава от идеологическите идеи, че те са практически безкрайни. Минералните ресурси са ограничени, практически незаменими.

Енергиен проблем.

Днес световната енергийна индустрия се основава на енергийни източници:

- горими минерали;
- горими органични минерали;
- Енергия на реките. Нетрадиционни форми на енергия;
- Енергията на атома.

С настоящите темпове на покачване на цените на горивните ресурси на Земята, проблемът с използването на възобновяеми енергийни източници става все по -належащ и характеризира енергийната и икономическата независимост на държавата.

Предимства и недостатъци на ТЕЦ.

Предимства на ТЕЦ:

1. Цената на електроенергията в водноелектрическите централи е много ниска;
2. Генераторите на водноелектрически централи могат бързо да се включват и изключват в зависимост от консумацията на енергия;
3. Няма замърсяване на въздуха.

Недостатъци на ТЕЦ:

1. Изграждането на водноелектрическа централа може да отнеме повече време и скъпо от други източници на енергия;
2. Резервоарите могат да обхващат големи площи;
3. Язовирите могат да навредят на риболова, като блокират пътя към местата за хвърляне на хайвера.

Предимства и недостатъци на водноелектрическите централи.

Предимства на водноелектрическите централи:
- Изграждат се бързо и евтино;
- Работят в постоянен режим;
- Намират се почти навсякъде;
- Разпространението на топлоелектрическите централи в енергийния сектор на Руската федерация.

Недостатъци на водноелектрическите централи:

- Консумирайте много гориво;
- Изисква дълго спиране по време на ремонт;
- В атмосферата се губи много топлина, в атмосферата се отделят много твърди и вредни газове;
- Големи замърсители на околната среда.

В структурата на производството на електроенергия в света на първо място принадлежат топлоелектрическите централи (ТЕЦ) - техният дял е 62%.
Алтернатива на изкопаемите горива и възобновяемия източник на енергия е водноелектрическата енергия. Водноелектрическа централа (ВЕЦ)- електроцентрала, която използва енергията на водния поток като източник на енергия. Водноелектрическите централи обикновено се строят на реки с язовири и водоеми. Хидроенергията е производство на електроенергия чрез използване на възобновяеми речни, приливни, геотермални водни ресурси. Това използване на възобновяеми водни ресурси предполага управление на наводненията, укрепване на речните корита, прехвърляне на водните ресурси към райони, страдащи от суша, запазване на потока на подземните води.
Въпреки това, дори и тук енергийният източник е доста силно ограничен. Това се дължи на факта, че големите реки, като правило, са далеч от индустриалните центрове или капацитетът им е почти напълно използван. По този начин хидроенергията, която понастоящем осигурява около 10% от световното производство на енергия, няма да може значително да увеличи тази цифра.

Проблеми и перспективи на атомните електроцентрали

В Русия делът на ядрената енергия достига 12%. Запасите от добит уран в Русия имат електрически потенциал от 15 трилиона. kWh, това е колкото всички наши електроцентрали могат да генерират за 35 години. Днес само ядрената енергия
способни рязко и за краткосроченотслабват явлението парников ефект. Безопасността на АЕЦ е спешен проблем. 2000 г. бележи началото на прехода към фундаментално нови подходи за стандартизиране и осигуряване на радиационната безопасност на атомните електроцентрали.
За 40 години развитие на ядрената енергетика в света са построени около 400 блока в 26 държави по света. Основните предимства на ядрената енергия са високата крайна рентабилност и липсата на емисии на продукти от горенето в атмосферата; основните недостатъци са потенциалната опасност от радиоактивно замърсяване на околната среда от продукти на делене на ядрено гориво при авария и проблемът с използваната преработка ядрено гориво.

Нетрадиционно (алтернативна енергия)

1. Слънчева енергия... Това е използването на слънчева радиация за генериране на енергия под някаква форма. Слънчевата енергия използва възобновяем източник на енергия и може да стане екологично чиста в бъдеще.

Ползите от слънчевата енергия:

- Обща наличност и неизчерпаемост на източника;
- На теория, напълно безопасен за околната среда.

Недостатъци на слънчевата енергия:

- Потокът на слънчева енергия върху земната повърхност е силно зависим от географската ширина и климата;
- Слънчевата електроцентрала не работи през нощта и не работи достатъчно ефективно в сутрешния и вечерния здрач;
Фотоволтаичните клетки съдържат токсични вещества, например олово, кадмий, галий, арсен и др., А при тяхното производство се консумират много други опасни вещества.

2. Вятърна енергия... Това е енергиен клон, специализиран в използването на вятърна енергия - кинетичната енергия на въздушните маси в атмосферата. Тъй като вятърната енергия е следствие от дейността на слънцето, тя се класифицира като възобновяема енергия.

Перспективи за вятърна енергия.

Вятърната енергия е процъфтяваща индустрия, тъй като в края на 2007 г. общата инсталирана мощност на всички вятърни турбини е била 94,1 гигавата, което е увеличение от пет пъти от 2000 г. Вятърните паркове по света през 2007 г. произвеждат около 200 милиарда kWh, което е приблизително 1,3% от световното потребление на електроенергия. Морска вятърна ферма Middelgrunden, близо до Копенхаген, Дания. По време на строителството той е бил най -големият в света.

Възможности за внедряване на вятърна енергия в Русия.В Русия възможностите на вятърната енергия остават практически нереализирани досега. Консервативното отношение към бъдещото развитие на гориво -енергийния комплекс практически възпрепятства ефективното въвеждане на вятърна енергия, особено в северните райони на Русия, както и в степната зона на Южния федерален окръг и по -специално във Волгоградския регион .

3. Термоядрена енергетика.Слънцето е естествен термоядрен реактор. Още по -интересна, макар и относително далечна перспектива е използването на ядрена енергия. Реакторите за термоядрен синтез, според изчисленията, ще консумират по-малко гориво на единица енергия, а самото гориво (деутерий, литий, хелий-3) и продуктите от техния синтез са нерадиоактивни и следователно екологично чисти.

Перспективи за термоядрена енергия.Това енергийно поле има голям потенциал, в момента в рамките на проекта ITER, в който във Франция участват Европа, Китай, Русия, САЩ, Южна Корея и Япония, в ход е изграждането на най -големия термоядрен реактор, чиято цел е да изведе CTS (Controlled Thermonuclear Fusion) на ново ниво. Строителството е планирано да завърши през 2010 г.

4. Биогориво, биогаз.Биогоривото е гориво от биологични суровини, получено като правило в резултат на преработката на стъбла от захарна тръстика или рапица, царевица, соя. Прави се разлика между течни биогорива (за двигатели с вътрешно горене, например етанол, метанол, биодизел) и газообразни (биогаз, водород).

Видове биогорива:

- Биометанол
- Биоетанол
- Биобутанол
- Диметилов етер
- Биодизел
- Биогаз
- Водород

В момента най -развити са биодизелът и водородът.

5. Геотермална енергия.Под вулканичните острови на Япония са скрити огромни количества геотермална енергия, която може да се използва чрез извличане на гореща вода и пара. Полза: Той отделя около 20 пъти по -малко въглероден диоксид при производството на електроенергия, което намалява неговото въздействие върху глобалната околна среда.

6. Енергията на вълните, отливите и отливите.В Япония най -важният източник на енергия са вълновите турбини, които преобразуват вертикалното движение на океанските вълни във въздушното налягане, което върти турбините на електрическите генератори. На брега на Япония са инсталирани голям брой приливни шамандури. По този начин енергията на океана се използва за осигуряване на безопасността на океанския транспорт.

Огромният потенциал на слънчевата енергия теоретично би могъл да осигури всички световни енергийни нужди. Но ефективността от превръщането на топлината в електричество е само 10%. Това ограничава възможностите на слънчевата енергия. Основни трудности възникват и при анализ на възможностите за създаване на генератори с висока мощност, използващи вятърна енергия, отлив и отлив, геотермална енергия, биогаз, растително гориво и др. Всичко това води до извода, че възможностите на разглежданите така наречени „възпроизводими“ и относително екологично чисти енергийни ресурси са ограничени, поне в относително близко бъдеще. Въпреки че ефектът от тяхното използване при решаването на отделни специфични проблеми с доставката на енергия вече може да бъде доста впечатляващ.

Разбира се, има оптимизъм относно възможностите на термоядрената енергия и други ефективни методи за генериране на енергия, интензивно изследвани от науката, но в сегашния мащаб на производство на енергия. При практическото развитие на тези възможни източници ще са необходими няколко десетилетия поради високата капиталоемкост и съответната инерция при изпълнението на проектите.

Изследователска работа на студентите:

1. Специален доклад "Зелена енергия"за бъдещето: „Япония е световен лидер в производството на слънчева енергия. 90% от слънчевата енергия, произведена в Япония, идва от слънчеви панели в конвенционални домове. Японското правителство е поставило цел за 2010 г. да генерира приблизително 4,8 милиона kWh енергия от слънчеви панели. Производство на енергия от биомаса в Япония. Метанът се отделя от кухненски отпадъци. Двигателят работи на този газ, който генерира електричество, а също така създава благоприятни условия за опазване на околната среда.

Съвременни системи за топлоенергия индустриални предприятиясе състои от три части, от ефективността на взаимодействието на които зависи обемът и ефективността на потреблението на гориво и енергийни ресурси. Тези части са:

източници на енергийни ресурси, т.е. предприятия, произвеждащи необходимите видове енергийни ресурси;

системи за транспорт и разпределение на енергийни ресурси между потребителите. Най -често това са отоплителни и електрически мрежи; потребители на енергийни ресурси.

Всеки от участниците в системата производител - потребител на енергийни ресурси има собствено оборудване и се характеризира с определени показатели за енергийна и термодинамична ефективност. В този случай често възниква ситуация, когато показателите за висока ефективност на някои от участниците в системата се изравняват от други, така че общата ефективност на топлоенергийната система се оказва ниска. Най -трудният етап е потреблението на енергийни ресурси.

Нивото на използване на горива и енергийни ресурси във вътрешната индустрия оставя много да се желае. Проучване на предприятия в нефтохимическата промишленост показа, че реалното потребление на енергийни ресурси надвишава теоретично изискваните с около 1,7-2,6 пъти, т.е. целевото използване на енергийни ресурси е около 43% от реалните разходи за производствените технологии. Тази ситуация се наблюдава в предприятията от химическата, каучуково-техническата, хранително-вкусовата промишленост, където топлинните вторични ресурси се използват недостатъчно или неефективно.

Топлинните потоци на течности, които не се използват в промишленото топлинно инженерство и топлоенергийните системи на предприятието, са предимно (T< 90 0 С) и газов (T< 150 0 С) (см. табл. 1.8).

Понастоящем са известни доста ефективни проекти, които дават възможност да се използва топлината на такива параметри директно в промишлено съоръжение. Във връзка с повишаването на цените на енергийните ресурси интересът към тях расте, установява се производството на топлообменници и утилизационни термични трансформатори, което ни позволява да се надяваме на подобрение в близко бъдеще с използването на ВЕИ в промишлеността .

Както показват изчисленията на ефективността на енергоспестяващите мерки, всяка единица топлинна енергия (1 J, 1 kcal) дава еквивалентна икономия на естествено гориво пет пъти. В случаите, когато е било възможно да се намерят най -успешните решения, икономията на естествено гориво достига десетократно.

Основната причина за това е липсата на междинни етапи на производство, обогатяване, трансформиране, транспортиране на енергийни ресурси за гориво, за да се гарантира количеството на спестените енергийни ресурси. Капиталовите инвестиции в мерки за енергоспестяване са 2-3 пъти по-ниски от необходимите капиталови инвестициив добивната и свързаните с нея индустрии за получаване на еквивалентно количество изкопаемо гориво.

В рамките на традиционно установения подход топлинните и електроенергийните системи на големите промишлени потребители се разглеждат по единствения начин - като източник на енергийни ресурси с необходимото качество в точното количество в съответствие с изискванията на технологичните регламенти. Режимът на работа на топлинните и електроенергийните системи зависи от условията, продиктувани от потребителя. Този подход обикновено води до грешни изчисления при избора на оборудване и приемането на ефективни решенияотносно организацията на топлотехниката и системите за топлоенергия, т.е. до скрит или очевиден преразход на горива и енергийни ресурси, което естествено се отразява на цената на продуктите.

По -специално, доста силно влияние върху общи показателиефективността на потреблението на енергия на промишлените предприятия се влияе от сезонността. През летния период обикновено има прекомерно предлагане на топлинна технология VER и в същото време има проблеми, свързани с недостатъчен обем и качество на охлаждащите топлоносители поради повишаване на температурата на циркулиращата вода. В периода на ниски температури на външния въздух, напротив, има свръхразход на топлинна енергия, свързан с увеличаване на дела на топлинните загуби през външните огради, което е много трудно да се открие.

По този начин съвременните системи за топлоенергия и електроенергия трябва да бъдат разработени или модернизирани в органична връзка с индустриалната топлинна технология, като се вземат предвид графиците и режимите на работа на двата блока - консуматори на ER, и блокове, които от своя страна са източници на ВЕИ . Основните задачи на промишлената топлоенергетика са:

осигуряване на баланса на енергийните ресурси на необходимите параметри във всеки интервал от време за надеждна и икономична работа на отделни блокове и производствената асоциация като цяло; оптимален избор на носители на енергия по отношение на термофизичните и термодинамичните параметри;

определяне на номенклатурата и режимите на работа на резервни и акумулиращи източници на енергийни ресурси, както и на алтернативни потребители на енергийни ресурси през периода на тяхното излишно предлагане; идентифициране на резерви за нарастване на енергийната ефективност на производството при сегашното ниво на техническо развитие и в далечното бъдеще.

В бъдеще ТЕЦ ПП изглеждат сложен енергийно-технологичен комплекс, в който енергийните и технологичните потоци са тясно свързани помежду си. В същото време потребителите на горива и енергийни ресурси могат да бъдат източници на вторична енергия за технологични инсталации на дадено производство, външен потребител или инсталации за използване на енергия, които генерират други видове енергийни ресурси.

Специфичен разход на топлина за изхода на продукта индустриално производствоварира от един до десетки гигаджаули на тон краен продукт, в зависимост от инсталирания капацитет на оборудването, естеството на технологичния процес, топлинните загуби и еднаквостта на графика на потребление. В същото време най -атрактивни са мерките, насочени към повишаване на енергийната ефективност на съществуващите индустрии и не въвеждащи значителни промени в режима на работа на основното технологично оборудване. Най -атрактивно е организирането на затворени системи за топлоснабдяване на базата на утилизационни инсталации, чиито предприятия имат висок дял на потребление на пара и топла вода със средно и ниско налягане.

По -голямата част от предприятията се характеризират със значителни загуби на топлина, доставяна към системата в топлообменници, охлаждани от циркулираща вода или въздух - в кондензатори, охладители, хладилници и др. При такива условия е препоръчително да се организират централизирани и групови системи с междинен топлоносител, за да се възстанови изхвърлената топлина. Това ще позволи свързването на множество източници и потребители в рамките на цялото предприятие или в специално подразделение и ще осигури топла вода с необходимите параметри на промишлени и санитарни потребители.

Затворените системи за топлоснабдяване са един от основните елементи на производствените системи без отпадъци. Регенерацията на топлина с ниски параметри и нейното превръщане в необходимото ниво на температурата може да върне значителна част от енергийните ресурси, които обикновено се изхвърлят в атмосферата директно или чрез използване на системи за рециклиране на вода.

V технологични системиизползвайки пара и гореща вода като носители на енергия, температурата и налягането на подаваната и отвежданата топлина в охлаждащите процеси са еднакви. Количеството изхвърлена топлина може дори да надвишава количеството топлина, въведено в системата, тъй като процесите на охлаждане обикновено са придружени от промяна в агрегатното състояние на веществото. При такива условия е възможно да се организират използване на централизирани или локални термопомпени системи, които дават възможност да се възстановят до 70% от топлината, изразходвана в топлоемки инсталации.

Подобни системи са получили широко разпространение в САЩ, Германия, Япония и други страни, но у нас не се отделя достатъчно внимание на тяхното създаване, въпреки че са известни теоретичните разработки, извършени през 30 -те години на миналия век. В момента ситуацията се променя и термопомпените инсталации започват да се въвеждат в системите както за топлоснабдяване на жилищни и комунални услуги, така и в промишлени съоръжения.

Едно от най -ефективните решения е организирането на хладилни системи за използване на базата на абсорбционни топлинни трансформатори (ATT). Индустриалните хладилни системи се основават на хладилни агрегати от типа компресиране на пара, а потреблението на електроенергия за производството на студ достига 15-20% от общото му потребление в цялото предприятие. Абсорбционните топлинни трансформатори като алтернативни източници на хладилни доставки имат няколко предимства, по -специално:

нискокачествена топлина на промишлена вода, димни газове или изпускателна пара с ниско налягане може да се използва за задвижване на ATT;

със същия състав на оборудването, ATT може да работи както в режим на подаване на студено, така и в режим на термопомпа за отделяне на топлина.

Системите за подаване на въздух и студ на промишлено предприятие нямат значителен ефект върху снабдяването с водни енергийни ресурси и могат да се разглеждат като консуматори на топлинна енергия при разработването на мерки за оползотворяване.

В бъдеще трябва да очакваме появата на фундаментално нови безотпадъчни индустриални технологии, създадени на базата на затворени производствени цикли, както и значително увеличаване на дела на електроенергията в структурата на потреблението на енергия.

Нарастването на потреблението на електроенергия в промишлеността ще бъде свързано преди всичко с развитието на евтини енергийни източници - реактори с бързи неутрони, термоядрени реактори и др.

В същото време трябва да се очаква влошаване на екологичната ситуация, свързана с глобалното прегряване на планетата поради засилването на „термичното замърсяване“ - увеличаване на топлинните емисии в атмосферата.

Контролни въпросии задания по тема 1

1. Какви видове енергийни носители се използват за извършване на основните технологични процеси в пиролизния отдел, както и на етапа на разделяне и отделяне на продуктите на реакцията при производството на етилен?

2. Опишете входните и изходните части на енергийния баланс на пещта за пиролиза. Как организацията за подгряване на захранващата вода им се отрази?

3. Опишете структурата на потреблението на енергия при производството на изопрен по метода на двустепенното дехидрогениране. Какъв е делът на потреблението на студена и рециклирана вода в него?

4. Анализирайте структурата на топлинния баланс на производството на синтетичен етилов алкохол чрез директно хидратиране на етилен. Избройте позициите на разходите в баланса, свързани с загубите на топлинна енергия.

5. Обяснете защо отоплителната технология, базирана на TAC, е класифицирана като нискотемпературна.

6. Какви характеристики позволяват да се оцени равномерността на топлинните натоварвания през цялата година?

7. Дайте примери за индустриални технологии, които принадлежат към втората група по отношение на дела на потреблението на топлинна енергия за собствени нужди.

8. Използвайки дневния график за потребление на пара в нефтохимически завод, определете максималните и минималните му стойности и ги сравнете. Опишете месечния график за консумация на топлина на нефтохимически завод.

9. Какво обяснява неравностите годишни диаграмитоплинни натоварвания на промишлени предприятия?

10. Сравнете графиките на годишните натоварвания на машиностроителни предприятия и химически заводи и формулирайте изводи.

11. Трябва ли горимите производствени отпадъци винаги да се разглеждат като вторични енергийни ресурси?

12. Опишете структурата на потреблението на топлина в промишлеността, като вземете предвид температурното ниво на възприемане на топлината.

13. Обяснете принципа за определяне на наличното количество топлина на VER на продуктите от горенето, изпратени до котлите за отпадъчна топлина.

14. Каква е еквивалентната икономия на изкопаеми горива, дадена от спестяването на единица топлина на етапа на потребление и защо?

15. Сравнете обемите на продукцията на водни енергийни ресурси при производството на бутадиен по метода на двустепенна дехидрогенация н-бутан и по метода на контактно разлагане на алкохол (виж таблица. А.1.1).

Таблица P.l.l

Вторични енергийни ресурси на нефтохимическата промишленост

За да се оценят перспективите на ТЕЦ -овете, на първо място е необходимо да се разберат техните предимства и недостатъци в сравнение с други източници на електроенергия.

Предимствата включват следното.

• 1. За разлика от водноелектрическите централи, ТЕЦ могат да бъдат разположени сравнително свободно, като се вземе предвид използваното гориво. ТЕЦ на газ и нефт могат да бъдат построени навсякъде, тъй като транспортирането на газ и мазут е сравнително евтино (в сравнение с въглищата). Препоръчително е да се разположат топлинни електроцентрали на прахообразни въглища в близост до източници на добив на въглища. Досега топлинната промишленост „въглища“ се е развила и има подчертан регионален характер.
• 2. Специфичните разходи за инсталирана мощност (разходи за 1 kW инсталирана мощност) и периодът на строителство за ТЕЦ са много по -кратки, отколкото за АЕЦ и ВЕЦ.
• 3. Производството на електроенергия в ТЕЦ, за разлика от водноелектрическите централи, не зависи от сезона и се определя само от доставката на гориво.
• 4. Зоните на отчуждаване на икономически земи за ТЕЦ са значително по -малко, отколкото за АЕЦ, и, разбира се, те не могат да се сравняват с водноелектрически централи, чието въздействие върху околната среда може да има далеч от регионален характер. Примери за това са каскадите на водноелектрически централи по реката. Волга и Днепър.
• 5. В ТЕЦ-овете можете да изгаряте почти всяко гориво, включително въглища от най-нисък клас, баластрирани с пепел, вода, камък.
• 6. За разлика от атомните електроцентрали, няма проблеми с използването на ТЕЦ в края на експлоатационния им живот. По правило инфраструктурата на ТЕЦ значително „надживява“ основното оборудване (котли и турбини), монтирано на нея, и сградите, турбинното хале, водоснабдителните и горивоснабдителните системи и т.н., които съставляват по -голямата част от средствата , служат дълго време. Повечето от ТЕЦ, изградени над 80 години по плана GOELRO, все още са в експлоатация и ще продължат да работят след инсталирането на нови, по -модерни турбини и котли върху тях.

Наред с тези предимства, ТЕЦ има редица недостатъци.

• 1. Топлоелектрическите централи са най-„мръсните“ източници на електроенергия, особено тези, които работят с високопепелно серно гориво. Вярно е да се каже, че атомните електроцентрали, които нямат постоянни емисии в атмосферата, но създават постоянна заплаха от радиоактивно замърсяване и имат проблеми със съхранението и преработката на отработено ядрено гориво, както и с изхвърлянето на самата атомна електроцентрала след края на експлоатационния си живот или хидроелектроцентралите, които наводняват огромни площи от икономически земи и променят регионалния климат, са екологично по -„чисти“ е възможно само при значителна степен на условност.
• 2. Традиционните ТЕЦ имат сравнително ниска ефективност (по -добра от тази на атомната електроцентрала, но много по -лоша от тази на блок от ПГУ).
• 3. За разлика от водноелектрическите централи, топлоелектрическите централи почти не участват в покриването на променливата част от дневния график за електрическо натоварване.
• 4. ТЕЦ -ите са значително зависими от доставката на гориво, често внос.

Въпреки всички тези недостатъци, ТЕЦ са основните производители на електроенергия в повечето страни по света и ще останат такива поне през следващите 50 години.

Перспективите за изграждане на мощни кондензационни топлоелектрически централи са тясно свързани с вида на използваното изкопаемо гориво. Въпреки големите предимства на течното гориво (масло, мазут) като енергиен носител (висока калоричност, лекота на транспортиране), използването му в ТЕЦ ще намалява все повече, не само поради ограничените запаси, но и поради голямата му стойност като суровина за нефтохимическата промишленост. За Русия стойността на износа на течно гориво (петрол) също е от голямо значение. Следователно, течното гориво (мазут) в ТЕЦ-тата ще се използва или като резервно гориво в ТЕЦ-ове на газ, или като спомагателно гориво в ТЕЦ-ове на прахообразни въглища, което осигурява стабилно изгаряне на въглищен прах в котел при определени условия на работа.

Използването на природен газ в ТЕЦ с кондензационни парни турбини е нерационално: за това е необходимо да се използват агрегати за оползотворяване на пара-газ, които са базирани на високотемпературни газови турбини.

По този начин дългосрочната перспектива за използване на класически парни турбинни ТЕЦ както в Русия, така и в чужбина е свързана предимно с използването на въглища, особено нискокачествени въглища. Това, разбира се, не означава прекратяване на експлоатацията на газомаслени ТЕЦ, които постепенно ще бъдат заменени от парни турбини.

Отрицателни екологични и социални въздействия на строителството големи водноелектрически централини карат да разгледаме отблизо тяхното възможно място в електроенергийната индустрия на бъдещето.

Бъдещето на хидроенергията

Големите водноелектрически централи изпълняват следните функции в електроенергийната система:

1. производство на електроенергия;
2. бързо съответствие на генерираната мощност с консумацията на енергия, стабилизация на честотата в електроенергийната система;
3. натрупване и съхранение на енергия под формата на потенциална енергия на водата в гравитационното поле на Земята с преобразуване в електричество по всяко време.

Производството на енергия и маневри с мощност са възможни при всякакви мащаби на ВЕЦ. А натрупването на енергия за период от няколко месеца до няколко години (за зимата и сухите години) изисква създаването на големи резервоари.

За сравнение, 12-килограмова, 12-волтова, 85-амперчасова автомобилна батерия може да съхранява 1,02 киловатчаса (3,67 MJ). За да съхранявате такова количество енергия и да я преобразувате в електричество във водноелектрически агрегат с ефективност 0,92, трябва да вдигнете 4 тона (4 кубически метра) вода на височина 100 м или 40 тона вода на височина 10 м.

За водноелектрическа централа с капацитет от само 1 MW, която да работи на складирана вода 5 месеца в годината в продължение на 6 часа на ден върху натрупана вода, е необходимо да се акумулира на височина 100 m и след това да се пусне през турбина 3,6 милион тона вода. При резервоарна площ от 1 кв. Км нивото ще намалее с 3,6 м. Същият обем на производство в дизелова електроцентрала с КПД 40% ще изисква 324 тона дизелово гориво. По този начин, в студен климат, съхраняването на водна енергия за зимата изисква високи язовири и големи резервоари.

Освен това на b ОВ по-голямата част от територията на Русия в зоната на вечната замръзналост малки и средни реки замръзват до дъното през зимата. В тези части малките водноелектрически централи са безполезни през зимата.

Големите водноелектрически централи неизбежно са разположени на значително разстояние от много потребители и трябва да се вземат предвид разходите за изграждане на електропроводи, загуби на енергия и отоплителни проводници. Така че, за Трансибирската (Шилкинска) водноелектрическа централа, разходите за изграждане на преносна линия-220 до Трансиб с дължина само 195 км (много малко за такава конструкция) надвишават 10% от всички разходи. Разходите за изграждане на мрежи за пренос на енергия са толкова значителни, че в Китай капацитетът на вятърните турбини, които все още не са свързани към мрежата, надвишава капацитета на целия енергиен сектор в Русия източно от езерото Байкал.

По този начин перспективите за водноелектрическа енергия зависят от напредъка в технологиите и производството, както и от съхранение и пренос на енергия като цяло.

Енергията е много капиталоемка и следователно консервативна индустрия. Някои електроцентрали все още работят, особено водноелектрическите централи, построени в началото на ХХ век. Следователно, за да се оценят перспективите за половин век, вместо обемните показатели на един или друг вид енергия, е по -важно да се погледне скоростта на напредъка във всяка технология. Подходящи показатели за техническия прогрес в производството са ефективността (или процентът на загубите), единичната мощност на блоковете, цената на 1 киловат генерирана мощност, разходите за пренос на 1 киловат на 1 км, разходите за съхранение на 1 киловатчас на ден.

Енергиен запас

Съхранение електроенергията е нова индустрия в енергийния сектор. Дълго време хората съхраняваха гориво (дърва за огрев, въглища, след това петрол и нефтопродукти в резервоари, газ в резервоари под налягане и подземни хранилища). Тогава се появяват механични устройства за съхранение на енергия (повдигната вода, сгъстен въздух, супер маховици и др.), Сред които помпените електроцентрали остават лидер.

Извън зоните на вечна замръзналост, топлината, акумулирана от слънчеви бойлери, вече може да се изпомпва под земята за отопление на къщи през зимата. След разпадането на СССР експериментите за използване на слънчевата топлинна енергия за химични трансформации преустановяват.

Известните химически батерии имат ограничен брой цикли на зареждане-разреждане. Суперкондензаторите имат много повече О по -дълготрайна, но капацитетът им все още е недостатъчен. Акумулаторите на енергия от магнитно поле в свръхпроводящи бобини се подобряват много бързо.

Пробив в разпределението на съхранението на енергия ще настъпи, когато цената падне до $ 1 за киловатчас. Това ще направи възможно широкото използване на видове производство на електроенергия, които не са в състояние да работят непрекъснато (слънчева, вятърна, приливна енергия).

алтернативна енергия

От технологиите генериращи най -бързата промяна се случва сега в слънчевата енергия. Слънчевите панели правят възможно производството на енергия във всяко необходимо количество - от зареждане на телефон до захранване на мегаполиси. Енергията на Слънцето на Земята е сто пъти повече от другите видове енергия, взети заедно.

Вятърните паркове са преминали през период на спад на цените и са на етап увеличаване на размера на кулата и генериращия капацитет. През 2012 г. капацитетът на всички вятърни турбини в света надмина капацитета на всички електроцентрали в СССР. Въпреки това през 20 -те години на 21 -ви век възможностите за подобряване на вятърните турбини ще бъдат изчерпани и слънчевата енергия ще остане двигател на растежа.

Технологията на големите водноелектрически централи е преминала своя „най -добър час“; всяко десетилетие големите водноелектрически централи се строят все по -малко. Вниманието на изобретателите и инженерите се насочва към приливни и вълнови електроцентрали. Приливите и отливите обаче не са навсякъде, така че тяхната роля ще бъде незначителна. Малките водноелектрически централи все още ще се строят през 21 век, особено в Азия.

Получаването на електричество от топлината, идваща от недрата на Земята (геотермална енергия) е обещаващо, но само в определени области. Технологиите за изгаряне на изкопаеми горива ще се конкурират със слънчевата и вятърната енергия в продължение на няколко десетилетия, особено там, където има малко вятър и слънце.

Най -бързо подобряващите се технологии за производство на горими газове чрез ферментация на отпадъци, пиролиза или разлагане в плазмата). Въпреки това, солидни битови отпадъцивинаги преди газификацията ще изисква сортиране (или по -добре разделно събиране).

ТЕЦ технологии

Ефективността на електроцентралите с комбиниран цикъл надвишава 60%. Преоборудването на всички ТЕЦ, работещи с газ, в пара-газ (по-точно газ-пара) ще увеличи производството на електроенергия с повече от 50%, без да се увеличава изгарянето на газ.

ТЕЦ-овете на въглища и мазут са много по-лоши от тези на газ, по отношение на ефективността, цената на оборудването и количеството вредни емисии. Освен това добивът на въглища изисква най -много човешки животи на мегаватчас електроенергия. Газификацията на въглищата ще удължи съществуването на въгледобивната промишленост с няколко десетилетия, но е малко вероятно професията на миньора да оцелее до 22 век. Много е вероятно парните и газовите турбини да бъдат заменени с бързо подобряващи се горивни клетки, при които химическата енергия се превръща в електрическа, заобикаляйки етапите на получаване на топлинна и механична енергия. Междувременно горивните клетки са много скъпи.

Ядрената енергия

Ефективността на атомните електроцентрали нараства най -бавно през последните 30 години. Подобренията в ядрените реактори, всеки от които струва няколко милиарда долара, протичат много бавно, а изискванията за безопасност увеличават разходите за строителство. „Ядреният ренесанс“ не се състоя. От 2006 г. въвеждането в експлоатация на мощностите на АЕЦ в света е по -малко от въвеждането в експлоатация на вятърни паркове, но и на слънчеви. Въпреки това е вероятно някои атомни електроцентрали да оцелеят до 22 век, въпреки че поради проблема с радиоактивните отпадъци краят им е неизбежен. Вероятно термоядрените реактори ще работят през 21 век, но техният малък брой, разбира се, „няма да повлияе на времето“.

Досега възможността за реализиране на „студен синтез“ остава неясна. По принцип възможността за термоядрена реакция без свръхвисоки температури и без образуване на радиоактивни отпадъци не противоречи на законите на физиката. Но перспективите за получаване на евтина енергия по този начин са много съмнителни.

Нови технологии

И малко фантазия в рисунките. Сега в Русия се тестват три нови принципа на изотермично превръщане на топлината в електричество. Тези експерименти имат много скептици: в края на краищата вторият закон на термодинамиката е нарушен. Досега е получена една десета от микровата. При успех първо ще се появят батериите на часовника и инструмента. След това крушки без проводници. Всяка крушка ще бъде източник на прохлада. Климатиците ще генерират електричество, вместо да го консумират. Проводниците в къщата вече няма да са необходими. Още е рано да се преценява кога научната фантастика се сбъдва.

Междувременно имаме нужда от проводници. Повече от половината от цената на киловатчас в Русия се дължи на разходите за изграждане и поддържане на електропроводи и подстанции. Повече от 10% от генерираната електроенергия се изразходва за отопление на проводници. Намаляването на разходите и загубите позволява „интелигентни мрежи“, които автоматично управляват много потребители и производители на енергия. В много случаи е по -добре да се прехвърли постоянен ток, отколкото променлив ток, за да се намалят загубите. Като цяло нагревателните проводници могат да бъдат избегнати, като ги направят свръхпроводящи. Свръхпроводници със стайна температура обаче не са открити и не се знае дали ще го направят.

За слабо населените райони с високи транспортни разходи разпространението и наличността на енергийни източници също са важни.

Най -често срещаната енергия е от Слънцето, но Слънцето не винаги е видимо (особено отвъд Северния полярен кръг). Но през зимата и през нощта вятърът често духа, но не винаги и навсякъде. Въпреки това вятърните и слънчевите електроцентрали вече позволяват значително да се намали консумацията на дизелово гориво в отдалечени села.

Някои геолози твърдят, че нефт и газ днес се образуват почти навсякъде от въглероден диоксид, който влиза в земята с вода. Използването на хидравлично разбиване ("фракинг") унищожава естествените места, където могат да се натрупват нефт и газ. Ако това е вярно, тогава малко количество нефт и газ (десет пъти по -малко от сега) може да се произвежда почти навсякъде без увреждане на геохимичната циркулация на въглерода, но изнасянето на въглеводороди означава да се лишите от бъдещето.

Разнообразие природни ресурсив света означава, че устойчивото производство на енергия изисква комбинация от различни технологииприложими за местните условия. Във всеки случай неограничено количество енергия на Земята не може да бъде получено както по екологични, така и по ресурсни причини. Следователно нарастването на производството на електричество, стомана, никел и други материални неща на Земята през следващия век неизбежно ще бъде заменено от увеличаване на производството на интелектуално и духовно.

Игор Едуардович Шкрадюк

Изпратете вашата добра работа в базата знания е проста. Използвайте формата по -долу

Студенти, аспиранти, млади учени, които използват базата знания в обучението и работата си, ще ви бъдат много благодарни.

публикувано на http: // www. всички най -добри. ru /

1. Перспективи за развитие на топлинната енергия

Човечеството задоволява около 80% от енергийните си нужди чрез изкопаеми горива: нефт, въглища, природен газ. Техният дял в баланса на електроенергийната промишленост е малко по -нисък - около 65% (39% - въглища, 16% - природен газ, 9% - течни горива).

Според прогнозите на Международната енергийна агенция, до 2020 г., с увеличаване на потреблението на първична енергия с 35%, делът на изкопаемите горива ще се увеличи до повече от 90%.

Днес търсенето на нефт и природен газ се задоволява за 50-70 години. Въпреки постоянния ръст на производството, тези периоди не са намалели през последните 20-30 години, а нарастват в резултат на откриването на нови полета и усъвършенстването на производствените технологии. Що се отнася до въглищата, неговите възстановими запаси ще продължат повече от 200 години.

По този начин не става въпрос за недостиг на изкопаеми горива. Въпросът е да се използват по най -рационалния начин за подобряване на жизнения стандарт на хората, като същевременно се запазва безусловно тяхната среда. Това се отнася изцяло за електроенергийната промишленост.

У нас основното гориво за ТЕЦ е природният газ. В обозримо бъдеще делът му очевидно ще намалее, но абсолютното потребление на електроцентрали ще остане приблизително постоянно и доста голямо. По много причини - не винаги разумни - той не се използва достатъчно ефективно.

Потребителите на природен газ са традиционни парни турбинни ТЕЦ и ТЕЦ, основно с налягане на парата 13 и 24 МРа (тяхната ефективност в режим на кондензация е 36-41%), но също така и стари ТЕЦ със значително по-ниски параметри и високи производствени разходи.

Възможно е значително да се увеличи ефективността на използването на газ, когато се използват газотурбинни и комбинирани циклични технологии.

Максималният единичен капацитет на GTU вече е достигнал 300 MW, ефективността при автономна работа-36-38%, а в многовалови газови турбини, базирани на самолетни двигатели с високи съотношения на налягане-40% или повече, началната температура на газа е 1300-1500 ° C, степента на компресия е 20-30.

За да се гарантира практическият успех на надеждността, топлинната ефективност, ниските единични разходи и експлоатационните разходи, днес газовите турбини с мощност са проектирани според най -простия цикъл, при максимално достижимата температура на газа (той непрекъснато расте), със съотношения на налягане, близки до оптималните такива по отношение на специфичната работа и ефективността на комбинираните инсталации, които използват топлината на отработените газове в турбината. Компресорът и турбината са разположени на един и същ вал. Турбомашините образуват компактен блок с вградена горивна камера: пръстеновиден или блок-пръстеновиден. Зоната на високи температури и налягане е локализирана в малко пространство, броят на частите, които ги приемат, е малък, а самите тези части са внимателно разработени. Тези принципи са резултат от многогодишна еволюция на дизайна.

По-голямата част от GTU с мощност по-малка от 25-30 MW е създадена на базата или от типа самолетни или морски газотурбинни двигатели (GTE), които се характеризират с липсата на хоризонтални съединители и сглобяването на корпуси и ротори използване на вертикални съединители, широко използване на търкалящи лагери, малко тегло и размери. Индикаторите за експлоатационен живот и наличност, необходими за експлоатация на наземни и електроцентрали, се предоставят в конструкции на въздухоплавателни средства с приемливи разходи.

С капацитет над 50 MW, GTU е проектиран специално за електроцентрали и се изпълнява като едновалов, с умерени коефициенти на компресия и достатъчно висока температура на отработените газове, което улеснява използването на тяхната топлина. За да се намалят размерите и разходите и да се увеличи ефективността, GTU с мощност 50-80 MW се изпълняват като високоскоростни с електрически генератор, задвижван през скоростна кутия. Обикновено такива газови турбини са аеродинамично и структурно подобни на по -мощни агрегати, предназначени за директно задвижване на електрически генератори със скорост на въртене 3600 и 3000 об / мин. Тази симулация подобрява надеждността и намалява разходите за разработка и развитие.

Циркулационният въздух е основната охлаждаща течност в блока на газовата турбина. Системите за въздушно охлаждане са внедрени в дюзи и роторни лопатки, като се използват технологии, които осигуряват необходимите свойства на приемлива цена. Използването на пара или вода за охлаждане на турбини може да подобри работата на GTU и STU със същите параметри на цикъла или да осигури допълнително увеличение в сравнение с въздуха до началната температура на газовете. Въпреки че техническите основи за използване на охладителни системи с тези охлаждащи течности далеч не са толкова подробни, колкото с въздуха, тяхното внедряване се превръща в практически проблем.

Газотурбинната инсталация е усвоила "нискотоксичното" изгаряне на природен газ. Той е най-ефективен в горивните камери, работещи върху предварително приготвена хомогенна смес от газ с въздух при голям (a = 2-2,1) излишък на въздух и с еднаква и относително ниска (1500-1550 ° C) температура на горелката. При такава организация на изгаряне образуването на NOX може да бъде ограничено до 20-50 mg / m3 при нормални условия (като стандарт те се отнасят до продуктите на горенето, съдържащи 15% кислород) с висока пълнота на горене (концентрация на CO<50 мг/м3). Проблема заключается в сохранении устойчивости горения и близких к оптимальным условий горения при изменениях режимов. С разной эффективностью это достигается ступенчатой подачей топлива (включением/отключением тех или иных горелок или зон горения), регулированием расхода поступающего на горение воздуха и дежурным диффузионным факелом небольшой мощности.

Много по-трудно е да се възпроизведе подобна технология на "нискотоксично" изгаряне на течно гориво. Въпреки това и тук има известни успехи.

От голямо значение за напредъка на стационарните газови турбини е изборът на материали и оформящи технологии, които гарантират дълъг експлоатационен живот, надеждност и умерена цена на техните части.

Части от турбината и горивната камера, които се измиват от високотемпературни газове, съдържащи компоненти, които могат да причинят окисляване или корозия, и са изложени на високи механични и термични напрежения, са изработени от сложни легирани сплави на никелова основа. Остриетата се охлаждат интензивно и са направени със сложни вътрешни пътеки, използвайки метода за прецизно леене, който позволява използването на материали и получаване на формите на части, които са невъзможни с други технологии. През последните години все по -често се използва леене на остриета с насочена и монокристализация, което прави възможно забележимо подобряване на техните механични свойства.

Повърхностите на най -горещите части са защитени с покрития, които предотвратяват корозията и понижават температурата на основния метал.

Простотата и малкият размер дори на мощни газови турбини и тяхното помощно оборудване правят технически възможно да им се доставят големи, фабрично изработени блокове с помощно оборудване, тръбопроводни и кабелни връзки, тествани и коригирани за нормална работа. Когато се монтира извън сграда, корпусът (корпусът) е компонент на всеки блок, който предпазва оборудването от лошо време и намалява шумовите емисии. Блоковете се монтират на плоски основи и се скачват. Пространството под облицовката е вентилирано.

Електроенергията в Русия има дългосрочен, макар и двусмислен опит в експлоатацията на газотурбинен агрегат с единична мощност от 2,5 до 100 MW. Добър пример е газовата турбина ТЕЦ, която работи повече от 25 години в суровите климатични условия на Якутск, в изолирана електроенергийна система с неравномерно натоварване.

В момента газови турбини се експлоатират в електроцентрали в Русия, които значително отстъпват на чуждестранните по своите параметри и показатели. За да се създадат съвременни силови газови турбини, е препоръчително да се обединят усилията на енергийните и авиационните двигатели, базирани на авиационните технологии.

Електроцентрала с мощност 110 MW вече е произведена и се тества, произведена от отбранителните предприятия Mash-project (Николаев, Украйна) и Saturn (Rybinsk Motors), която има доста модерни характеристики.

В страната са създадени различни стандартни размери на газови турбини със средна мощност на базата на самолетни или морски двигатели. Няколко блока GTD-16 и GTD-25 на Mashinproekt, GTU-12 и GTU-16P на Пермски Авиадвигател, AL-31ST Saturn и NK-36 NK Двигателите работят с часове на работа 15-25 хиляди часа на компресорни станции на основния газ тръбопроводи. В продължение на много години стотици по -ранни GTU на Trud (сега NK Engines) и Mashproekt работят там. Има богат и като цяло положителен опит от експлоатация в електроцентрали на 12 MW Mashproekt GTU, който послужи като основа за по-мощни PT-15.

В съвременните мощни газотурбинни инсталации температурата на отработените газове в турбината е 550-640 ° C. Тяхната топлина може да се използва за доставка на топлина или да се използва в цикъла на парата, с увеличаване на ефективността на комбинираната парогазова инсталация до 55-58%, реално получена в момента. Възможни и практически прилагани са различни комбинации от цикли на газова турбина и парна турбина. Сред тях доминират бинарните, с подаването на цялата топлина в горивната камера на GTU, генерирането на пара с високи параметри в котела за отпадъчна топлина зад GTU и използването му в парната турбина.

Първият у нас PTU от двоен тип работи в Северозападната ТЕЦ на Санкт Петербург от около 2 години. Капацитетът му е 450 MW. Блокът CCGT включва две газови турбини V94.2, разработени от Siemens, доставени от съвместното му предприятие с LMZ, Interturbo, 2 котла за отпадъчна топлина и една парна турбина. Доставката на блок ACS за блока CCGT се осъществява от консорциум от западни фирми. Цялото останало основно и спомагателно оборудване се доставя от местни предприятия.

Към 01.09.02 блокът CCGT работи в режим на кондензация в продължение на 7200 часа, докато работи в режим в диапазона на управление (300-450 MW) със средна ефективност 48-49%; изчислената му ефективност е 51%.

В подобен CCGT блок с местния GTE-110 е възможно да се получи дори малко по-висока ефективност.

Дори по-високата ефективност, както се вижда от същата таблица, ще гарантира използването на проектирания в момента GTE-180.

С използването на проектираните понастоящем GTU е възможно да се постигнат значително по-високи показатели не само при ново строителство, но и при техническото преоборудване на съществуващите ТЕЦ. Важно е, че с техническото преоборудване със запазване на инфраструктурата и значителна част от оборудването и внедряването на двоични блокове CCGT върху тях е възможно да се постигнат близки до оптималните стойности на ефективност със значително увеличение на мощност на електроцентрали.

Количеството пара, което може да се генерира в котела за отпадъчна топлина, инсталиран зад GTP-180, е близо до производителността на един отработени газове на парната турбина К-300. В зависимост от броя на отработените газове, запазени по време на това превъоръжаване, е възможно да се използват 1,2 или 3 GTE-180. За да се избегне претоварване на отработените газове при ниски температури на околната среда, препоръчително е да се използва триконтурна схема на парната секция с повторно нагряване на пара, при която се постига по-голяма мощност на CCGT агрегата при по-нисък дебит на пара в кондензатора.

При запазване на трите отработени газове, CCGT с мощност около 800 MW се поставя в клетка от два съседни блока: едната парна турбина остава, а другата се демонтира.

Специфичната цена на това преоборудване в цикъла на CCGT ще бъде 1,5 пъти или повече по-евтина от новото строителство.

Подобни решения са препоръчителни за преоборудването на газо-и горивни GRES с мощности от 150 и 200 MW. По-малко мощните GTE-110 могат да бъдат широко използвани върху тях.

По икономически причини на първо място когенерационните централи се нуждаят от техническо преоборудване. За тях най-атрактивните двоични блокове CCGT от този тип, както в северозападната ТЕЦ в Санкт Петербург, позволяват драстично да увеличат производството на електроенергия за топлинна консумация и да променят съотношението между електрическото и топлинното натоварване в широки граници, докато поддържане на общ висок коефициент на използване на горивото. Модулът, разработен в ТЕЦ "Северо-Западна": GTU-котел за отпадъчна топлина, генериращ 240 т / ч пара, може да се използва директно за захранване на турбини PT-60, PT-80 и T-100.

При пълно натоварване на техните отработени газове, масовият дебит на пара през първите етапи на тези турбини ще бъде значително по-нисък от номиналния и ще бъде възможно да се премине при намалено налягане, характерно за CCGT-450. Това, както и понижаването на температурата на живата пара до по-малко от 500-510 ° C, ще премахне въпроса за изчерпването на ресурса на тези турбини. Въпреки че това ще бъде придружено от намаляване на капацитета на парните турбини, общият капацитет на блока ще се удвои, а ефективността му при генериране на енергия, независимо от режима (топлоснабдяването), ще бъде значително по -висока от тази на най -добрите кондензационни блокове.

Подобна промяна в показателите коренно се отразява на ефективността на когенерационните инсталации. Общите разходи за производство на електроенергия и топлина ще намалят, а конкурентоспособността на когенерационните централи на пазарите на двата вида продукти - както се вижда от финансовите и икономическите изчисления - ще се увеличи.

В електроцентрали, в чийто горивен баланс има голям дял мазут или въглища, но има и природен газ, в количество, достатъчно за захранване на газотурбинен агрегат, може да се препоръчат термодинамично по -малко ефективни надстройки на газови турбини.

За родната топлоенергетика най -важната икономическа задача е развитието и широкото използване на газотурбинни инсталации с параметрите и показателите, които вече са постигнати в света. Най -важната научна задача е да се осигури проектирането, производството и успешната работа на тези газови турбини.

Разбира се, все още има много възможности за по -нататъшно развитие на блоковете GTU и CCGT и увеличаване на тяхното представяне. ЦК с ефективност 60% са проектирани в чужбина и задачата е да се увеличи в обозримо бъдеще до 61,5-62%. За тази цел вместо цикличен въздух, парата се използва като охладител в блока на газовата турбина и се осъществява по -тясно интегриране на газовата турбина и циклите на парата.

Още по -големи възможности се откриват чрез създаването на "хибридни" инсталации, в които газова турбина (или CCGT) е изградена върху горивна клетка.

Горивни клетки с висока температура (FCs), твърд оксид или на базата на разтопени карбонати, работещи при температури 850 и 650 ° C, служат като източници на топлина за газовата турбина и парния цикъл. Конкретни проекти с мощност около 20 MW - главно в САЩ - са изчислили ефективност от 70%.

Тези блокове са проектирани да работят на природен газ с вътрешен реформатор. Възможно е, разбира се, да ги експлоатирате на синтез газ или чист водород, получен при газификация на въглищата, и да създадете комплекси, в които преработката на въглища е интегрирана в технологичния цикъл.

Съществуващите програми поставят задачата за увеличаване на капацитета на хибридни централи до 300 MW и повече в бъдеще, и тяхната ефективност - до 75% на природен газ и 60% на въглища.

Второто най -важно гориво за електроенергията е въглищата. В Русия най -производителните находища на въглища - Кузнецк и Канско -Ачинск - се намират в южната част на централен Сибир. Въглищата от тези находища са с ниско съдържание на сяра. Цената на тяхното извличане е ниска. Областта на тяхното приложение обаче в момента е ограничена поради високата цена на железопътния транспорт. В европейската част на Русия, на Урал и Далечния изток транспортните разходи надвишават разходите за добив на въглища Кузнецк в 1,5-2,5 пъти, а въглищата в Канск-Ачинск-в 5,5-7,0 пъти.

В европейската част на Русия въглищата се добиват по минен метод. По принцип това са въглища от Печора, антрацити от Южния Донбас (енергетиците получават своите прожекции - shtyb) и кафяви въглища от Московска област. Всички те са с високо съдържание на пепел и сяра. Поради природните условия (геоложки или климатични) цената на тяхното производство е висока, а конкурентоспособността, когато се използва в електроцентрали, е трудно да се осигури, особено с неизбежното затягане на екологичните изисквания и развитието на пазара на парни въглища в Русия.

В момента ТЕЦ -овете използват въглища, които се различават значително по качество: повече от 25% от общото им потребление има пепелно съдържание над 40%; 18,8% - калоричност под 3000 kcal / kg; 6,8 милиона тона въглища - съдържание на сяра над 3,0%. Общото количество баласт във въглищата е 55 милиона тона годишно, включително скала - 27,9 милиона тона и влага - 27,1 милиона тона. В резултат на това е много важно да се подобри качеството на парните въглища.

Перспективата за използване на въглища в руската електроенергия ще се определя от държавната политика на цените на природния газ и въглищата. През последните години имаше абсурдна ситуация, когато газът в много региони на Русия е по -евтин от въглищата. Може да се предположи, че цените на газа ще растат по -бързо и ще станат по -високи от цените на въглищата след няколко години.

За да се разшири използването на въглищата Кузнецк и Канск-Ачинск, е препоръчително да се създадат преференциални условия за железопътния им транспорт и да се разработят алтернативни методи за транспортиране на въглища: по вода, по тръбопроводи, в обогатено състояние и т.н.

По стратегически причини в европейската част на Русия е необходимо да се поддържа производството на определено количество топлинни въглища с най -добро качество и в най -производителните мини, дори ако това изисква държавни субсидии.

Използването на въглища в електроцентрали в конвенционални парни електроцентрали е търговски изгодно днес и ще бъде ефективно в обозримо бъдеще. газова турбина електроенергия русия въглища

В Русия въглищата се изгарят в кондензационни електроцентрали, оборудвани с мощности от 150, 200, 300, 500 и 800 MW, и в ТЕЦ с котли с производителност до 1000 т / ч.

Въпреки ниското качество на въглищата и нестабилността на техните характеристики по време на доставката, скоро след тяхното разработване бяха постигнати високи технически, икономически и експлоатационни показатели за вътрешните въглищни блокове.

Големите котли използват изгаряне на въглищен прах, главно с отстраняване на твърда пепел. Механичното недоизгаряне не надвишава, като правило, 1-1,5% при изгаряне на каменни въглища и 0,5% - кафяви въглища. Увеличава се до q4<4% при использовании низко реакционных тощих углей и антрацитового штыба в котлах с жидким шлакоудалением. Расчетные значения КПД брутто пылеугольных котлов составляют 90-92,5%. При длительной эксплуатации они на 1-2% ниже из-за увеличенных присосов воздуха в газовый тракт, загрязнения и шлакования поверхностей нагрева, ухудшения качества угля. Имеются реальные возможности значительного улучшения КПД котлов.

През последните години въглищните блокове работят в променлив режим с дълбоко разтоварване или спиране през нощта. Висока, близка до номиналната ефективност остава при тях при разтоварване до N3JI = 0,4 - = - 0,5 NH0M.

Положението е по -лошо по отношение на опазването на околната среда. В руските ТЕЦ с въглища няма операционни системи за десулфуриране на димни газове, няма каталитични системи за тяхното отстраняване на NOX. Електростатичните утаители, инсталирани за събиране на пепел, не са достатъчно ефективни; При котли с производителност до 640 t / h широко се използват различни дори по -малко ефективни циклони и мокри апарати.

Междувременно за бъдещето на топлоенергетиката хармонизирането му с околната среда е от първостепенно значение. Най -трудно е да се постигне при използване на въглища като гориво, което съдържа негорима минерална част и органични съединения на сяра, азот и други елементи, които образуват вредни за природата, хората или структурите след изгарянето на въглищата.

На местно и регионално ниво основните замърсители на въздуха, чиито емисии се регулират, са газообразни оксиди на сяра и азот и прахови частици (пепел). Ограничението им изисква специално внимание и разходи.

По един или друг начин, емисиите на летливи органични съединения (най -тежките замърсители, по -специално бензопирен), тежки метали (например живак, ванадий, никел) и замърсени отпадъчни води също се контролират.

При нормиране на емисиите от ТЕЦ държавата ги ограничава до ниво, което не причинява необратими промени в околната среда или човешкото здраве, които могат да повлияят негативно на условията на живот на настоящите и бъдещите поколения. Определянето на това ниво е свързано с много несигурности и зависи до голяма степен от техническите и икономическите възможности, тъй като необосновано строгите изисквания могат да доведат до увеличаване на разходите и да влошат икономическото положение на страната.

С развитието на технологиите и укрепването на икономиката възможностите за намаляване на емисиите от ТЕЦ се разширяват. Следователно е законно да се говори (и да се стремим!) До минималното технически и икономически възможно въздействие на ТЕЦ -ите върху околната среда и да се направи това на повишени разходи, обаче, при които конкурентоспособността на ТЕЦ -а все още е гарантирана. Нещо подобно се прави сега в много развити страни.

Нека се върнем обаче към традиционните електроцентрали на въглища.

Разбира се, на първо място трябва да се използват сравнително евтини усвоени и ефективни електрически и платнени филтри за радикално обезпрашаване на димните газове, изпускани в атмосферата. Затрудненията с електростатичните утаители, характерни за руския енергиен сектор, могат да бъдат елиминирани чрез оптимизиране на техния размер и дизайн, подобряване на електроенергийните системи с използване на устройства за пред-йонизационно и променливо, периодично или импулсно захранване и автоматизиране на контрола на работата на филтъра. В много случаи е препоръчително да се намали температурата на газовете, влизащи в електрофилтъра.

За намаляване на емисиите на азотни оксиди в атмосферата се използват преди всичко технологични мерки. Те се състоят в повлияване на процеса на горене чрез промяна на конструкцията и режимите на работа на горелките и горивните устройства и създаване на условия, при които образуването на азотни оксиди е малко или невъзможно.

В котли, работещи на въглища Kansk-Achinsk, за да се намали образуването на азотни оксиди, е препоръчително да се използва доказаният принцип на нискотемпературно изгаряне. При три етапа на подаване на гориво, съотношението на излишния въздух в активната горивна зона ще бъде 1.0-1.05. Излишъкът от окислител в тази зона при наличие на интензивен трансфер на маса в обема ще осигури ниска скорост на шлакиране. Така че изтеглянето на част от въздуха от зоната на активно горене не увеличава температурата на газовете в неговия обем, към горелката се подава заместващо количество рециркулиращи газове. При такава организация на изгаряне е възможно да се намали концентрацията на азотни оксиди до 200-250 mg / m3 при номиналното натоварване на силовия агрегат.

За да се намалят емисиите на азотен оксид, SibVTI разработва система за нагряване на въглищен прах преди изгаряне, която ще намали емисиите на NOX до по -малко от 200 mg / m3.

Когато се използват въглища от Кузнецк на блокове с мощност 300-500 MW, трябва да се използват нискотоксични горелки и поетапно изгаряне на гориво, за да се намали образуването на NOX. Комбинацията от тези мерки може да осигури емисии на NOX<350 мг/м3.

Особено трудно е да се намали образуването на NOX при изгаряне на гориво с ниска реактивност (ASh и Kuznetskiy постно) в котли с отстраняване на течна дънна пепел. Понастоящем такива котли имат концентрации на NOX 1200-1500 mg / m3. Ако в електроцентралите има природен газ, препоръчително е да се организира тристепенно горене с редукция на NOX в горната част на пещта (процес на ребенбинг). В този случай основните горелки работят със съотношение на излишък на въздух от агор = 1,0-1,1, а природният газ се подава към пещта заедно със сушилен агент, за да се създаде редукционна зона. Тази схема на изгаряне може да осигури концентрации на NOX до 500-700 mg / m3.

Използват се химични методи за отстраняване на азотни оксиди от димните газове. Промишлено се използват две технологии за пречистване на азот: селективна некаталитична редукция (SNCR) и селективна каталитична редукция (SCR) на азотни оксиди.

С по -висока ефективност на SCR технологията, специфичните капиталови разходи в нея са с порядък по -високи, отколкото в SNCR. Напротив, консумацията на редуциращ агент, най-често амоняк, с SCR технология е 2-3 пъти по-ниска поради по-високата селективност при използване на амоняк в сравнение със SNCR.

SNKV-технологията, тествана на котел с производителност 420 т / ч на ТЕЦ Толиати, може да се използва при техническото преоборудване на електроцентрали на въглища с котли, работещи с отстраняване на течна шлака. Това ще им осигури ниво на емисии на NOX от 300-350 mg / m3. В екологично натоварени райони, SCR технологията може да се използва за постигане на емисии на NOX от около 200 mg / m3. Във всички случаи използването на пречистване на азот трябва да бъде предшествано от технологични мерки за намаляване на образуването на NOX.

С помощта на усвоени в момента технологии е възможно икономически приемливо пречистване на продуктите от горенето на сярно гориво с улавяне на 95-97% SO2. В този случай естественият варовик обикновено се използва като сорбент; търговският гипс е страничен продукт от почистването.

У нас в Дорогобужската ГРЕС е разработена и индустриално експлоатирана инсталация с капацитет 500-103 nm3 / h, която внедрява технологията за десулфуриране на амоняк-сулфат, при която сорбентът е амоняк, а страничният продукт е търговски амониев сулфат, който е ценен тор.

Съгласно действащите руски стандарти, свързването на 90-95% SO2 е необходимо при използване на гориво с намалено съдържание на сяра S> 0,15% kg / MJ. При изгаряне на гориво с ниско и средно съдържание на сяра S< 0,05% кг/МДж целесообразно использовать менее капиталоемкие технологии.

Понастоящем се считат за основни насоки за по-нататъшно повишаване на ефективността на ТЕЦ на въглища:

увеличаване на параметрите на парата в сравнение с усвоените 24 MPa, 540/540 ° С с едновременно подобряване на оборудването и системите на парни електроцентрали;

разработване и усъвършенстване на перспективни въглищни агрегати за ПГУ;

усъвършенстване и развитие на нови системи за почистване на димни газове.

Цялостното усъвършенстване на схемите и оборудването направи възможно повишаването на ефективността на свръхкритични въглищни енергийни блокове от около 40 на 43-43,5%, без да се променят параметрите на парата. Увеличаването на параметрите от 24 MPa 545/540 ° C до 29 MPa, 600/620 ° C увеличава ефективността в реални проекти за въглища до около 47%. Поскъпването на електроцентралите с големи (600-800 MW) блокове поради използването на по-скъпи материали (например аустенитни тръби на прегреватели) при по-високи параметри е относително малко. Тя е 2,5% с увеличаване на ефективността от 43 на 45% и 5,5 на 47%. Въпреки това, дори това покачване на цената се изплаща при много високи цени на въглищата.

Работата по супер критичните параметри на парата, започнала в средата на миналия век в САЩ и СССР, се комерсиализира през последните години в Япония и западноевропейските страни с високи цени на енергията.

В Дания и Япония са изградени и успешно работят на въглища енергийни блокове с мощност 380-1050 MW с налягане на жива пара 24-30 MPa и прегряване до 580-610 ° C. Сред тях има блокове с двойно загряване до 580 ° С. Ефективността на най-добрите японски агрегати е на ниво 45-46%, датските, работещи със студена циркулационна вода с дълбок вакуум, са с 2-3% по-високи.

Енергийни блокове от лигнит с мощност 800-1000 MW с параметри на пара до 27 MPa, 580/600 ° C и ефективност до 45% са построени в Германия.

Работата по енергиен агрегат със супер критични параметри на парата (30 MPa, 600/600 ° C), организирана у нас, потвърди реалността на създаването на такъв агрегат с мощност 300-525 MW с ефективност от около 46% в следващите години.

Повишаване на ефективността се постига не само чрез увеличаване на параметрите на парата (техният принос е около 5%), но също така, в по -голяма степен, поради увеличаване на ефективността на турбината (4,5%) и котела (2,5%) и усъвършенстване на станционното оборудване с намаляване на загубите, характерни за работата му.

Налицето у нас изоставане е фокусирано върху температурата на парата 650 ° C и широкото използване на аустенитни стомани. Малък експериментален котел с такива параметри и налягане на парата 30,0 МРа работи от 1949 г. на експерименталната ТЕЦ ВТИ за над 200 хиляди часа. Той е в работно състояние и може да се използва за изследователски цели и дългосрочни тестове. Захранващ блок SKR-100 на Каширска ГРЕП с котел 720 т / ч и турбина 30 МРа / 650 ° C

работи през 1969 г. над 30 хил. часа. След прекратяване на експлоатацията по причини, които не са свързани с оборудването му, той е мотален. През 1955 г. К. Раков във VTI разработва възможностите за създаване на котел с параметри на пара 30 MPa / 700 ° C.

Използването на аустенитни стомани с високи коефициенти на линейно разширение и ниска топлопроводимост за производството на масивни неотопляеми части: паропроводи, ротори и обшивки и фитинги на турбините причинява очевидни трудности в случай на циклични натоварвания, неизбежни за енергийното оборудване. Имайки това предвид, сплавите на никелова основа, които могат да работят при значително по-високи температури, могат да бъдат по-практични на практика.

Така че в САЩ, където след дълга пауза е възобновена работата, насочена към въвеждане на супер критични параметри на парата, те се концентрират главно върху разработването и тестването на необходимите за това материали.

За части, работещи при най-високи налягания и температури: тръби на прегревател, колектори, главни паропроводи, са избрани няколко сплави на никелова основа. За пътя на повторно нагряване, където наляганията са значително по -ниски, се вземат предвид и аустенитните стомани, а за температури под 650 ° C се разглеждат обещаващи феритни стомани.

През 2003 г. се планира да се идентифицират подобрени сплави, производствени процеси и методи за нанасяне на покрития, които осигуряват работата на енергийните котли при температури на пара до 760 ° C, като се вземат предвид характерните размахвания, температурни промени и възможна корозия в околната среда на истинските въглища продукти от горенето.

Планира се също така да се коригират стандартите за изчисление на ASME за нови материали и процеси и да се обмисли проектирането и работата на оборудването при температури на пара до 870 ° C и налягане до 35 MPa.

В страните от Европейския съюз, въз основа на кооперативно финансиране, се разработва усъвършенстван енергиен блок с въглища с максимална температура на парата над 700 ° C с участието на голяма група енергийни и машиностроителни компании. За него се приемат параметрите на жива пара

37,5 MPa / 700 ° C и цикъл с двойно повторно загряване до 720 ° C при налягане 12 и 2,35 MPa. При налягане в кондензатора 1,5-2,1 kPa, ефективността на такъв агрегат трябва да бъде над 50% и може да достигне 53-54%. И тук материалите са критични. Те са проектирани да осигурят дълготрайна здравина за 100 хиляди часа, равна на 100 МРа при температури:

сплави на никелова основа за тръби от последните снопове прегреватели, изходящи тръби, паропроводи, кожуси и турбинни ротори - 750 ° C;

аустенитни стомани за прегреватели - 700 ° C;

феритно -мартензитни стомани за котелни тръби и колектори - 650 ° С.

Разработват се нови проекти на котли и турбини, производствени технологии (например заваряване) и нови близки схеми, за да се намали необходимостта от най -скъпите материали и единичната цена на единиците, без да се намалят показателите за надеждност и производителност, характерни за съвременните парни агрегати.

Изпълнението на блока е планирано след 2010 г., а крайната цел след още 20 години е да се постигне нетна ефективност до 55% при температури на пара до 800 ° C.

Въпреки вече постигнатите успехи и съществуващите перспективи за по-нататъшно усъвършенстване на парните електроцентрали, термодинамичните ползи от комбинираните инсталации са толкова големи, че се обръща голямо внимание на развитието на въглищни блокове за ПГУ.

Тъй като изгарянето на пепелсъдържащо гориво в газотурбинния агрегат е трудно поради образуването на отлагания по пътя на потока на турбините и корозията на техните части, работата по използването на въглища в газотурбинния агрегат се извършва главно в две посоки:

газификация под налягане, пречистване на горим газ и изгарянето му в газова турбина; агрегатът за газификация е интегриран с блока CCGT, чийто цикъл и схема са същите като при природния газ;

директно изгаряне на въглища под налягане в парогенератор с кипящ слой с високо налягане, пречистване и разширяване на продуктите от горенето в газова турбина.

Изпълнението на процесите на газификация и пречистване на изкуствен газ от въглищна пепел и серни съединения при високо налягане дава възможност да се увеличи тяхната интензивност, да се намалят размерите и цената на оборудването. Топлината, отделена по време на газификацията, се оползотворява в рамките на цикъла CCGT, пара и вода, използвани по време на газификацията, а понякога и въздух, също се вземат от нея. Загубите, произтичащи от газификация на въглища и пречистване на генераторния газ, намаляват ефективността на блока CCGT. И все пак, с рационален дизайн, той може да бъде доста висок.

Най -развитите и практически приложими технологии за газификация на въглища в насипно легло, в кипящ слой и в поток. Кислородът се използва като окислител, по -рядко въздух. Използването на индустриално развити технологии за пречистване на синтез газ от серни съединения изисква охлаждане на газ до 40 ° C, което е придружено от допълнителни загуби на налягане и производителност. Разходите за системи за охлаждане и пречистване на газ са 15-20% от общите разходи за ТЕЦ. В момента активно се разработват високотемпературни (до 540-600 ° C) газопочистващи технологии, което ще намали цената на системите и ще опрости тяхната работа, както и ще намали загубите, свързани с почистването. Независимо от технологията на газификация, 98-99% от въглищната енергия се прехвърля в горим газ.

През 1987-91г. В СССР по държавната програма „Екологично чиста енергия“ VTI и CKTI, съвместно с проектните институти, разработиха подробно няколко блока CCGT с газификация на въглища.

Единичната мощност на блоковете (нетна) беше 250-650 MW. И трите гореспоменати технологии за газификация бяха разгледани във връзка с най-често срещаните въглища: Березовски кафяв, Кузнецки камък и Пепел, които са много различни по състав и свойства. Получава се ефективност от 39 до 45% и много добри екологични показатели. Като цяло тези проекти бяха в съответствие с тогавашното световно ниво. В чужбина подобни блокове за CCGT вече са внедрени на демонстрационни модели с единична мощност 250-300 MW, а местните проекти са прекратени преди 10 години.

Въпреки това технологиите за газификация представляват интерес за нашата страна. По -специално във VTI те продължават

експериментална работа в инсталацията за газификация по метода „огнище“ (с насипно легло и отстраняване на течна шлака) и оптимизационни проучвания на схеми за ПГУ.

Като се вземе предвид умереното съдържание на сяра в най-обещаващите местни въглища и постигнатият напредък в икономическите и екологичните показатели на традиционните енергийни блокове на прах на въглища, с които тези блокове за ПГУ ще трябва да се конкурират, основните причини за тяхното развитие са възможност за постигане на по -висока топлинна ефективност и по -малко трудности при отстраняване на CO2 от цикъла, в случай че е необходимо (вижте по -долу). Като се има предвид сложността на блока CCGT с газификация и високата цена на тяхното развитие и развитие, препоръчително е да се вземе ефективността на блока CCGT на ниво 52-55%, единичната цена 1-1.05 от цената на въглищния блок, емисиите на SO2 и NOX.< 20 мг/м3 и частиц не более 10 мг/м3. Для достижения их необходимо дальнейшее развитие элементов и систем ПГУ.

Намаляване на температурата на горимия газ на изхода на газификатора до 900-1000 ° C, почистването му от серни съединения и частици и насочването му в горивната камера на GTU при повишена температура (например 500-540 ° C при които тръбопроводите и фитингите могат да бъдат направени от евтини стомани), като се използва въздух, а не кислородна струя, намалявайки налягането и топлинните загуби в газо-въздушния канал на системата за газификация и използвайки затворени вътре в него топлообменни кръгове, е възможно да се намали загуба на производителност, свързана с газификация от 16-20 на 10-12% и значително намаляване на консумацията на енергия от собствени нужди.

Проектите, осъществявани в чужбина, също показват значително намаляване на единичната цена на ТЕЦ с ПГУ с газификация на въглища с увеличаване на производителността и единичния капацитет на оборудването, както и с увеличаване на технологичното развитие.

Друга възможност е CCGT агрегат с изгаряне на въглища в кипящ слой под налягане. Необходимият въздух се подава към леглото чрез компресор на газова турбина с налягане 1-1,5 МРа, продуктите от горенето, след почистване от пепел и увличане, се разширяват в газовата турбина и извършват полезна работа. Топлината, отделена в слоя, и топлината на отработените газове в турбината се използват в цикъла на парата.

Извършването на процеса под налягане, като същевременно се запазят всички предимства, характерни за изгарянето на въглища в кипящ слой, може значително да увеличи единичната мощност на парогенераторите и да намали техните размери с по -пълно изгаряне на въглища и сяра.

Предимствата на CCGT агрегат с KSD са пълно (с КПД> 99%) изгаряне на различни видове въглища, високи коефициенти на топлопреминаване и малки нагревателни повърхности, ниски (до 850 ° C) температури на горене и в резултат на това, малки (по-малко от 200 mg / m3) емисии на NOX, без шлакане, възможност за добавяне на сорбент (варовик, доломит) към слоя и свързване в него 90-95% от сярата, съдържаща се във въглищата.

Висока ефективност (40-42% в режим на кондензация) се постига в CCGT агрегат с KSD при умерена мощност (приблизително 100 MW ел.) И параметри на подкритична пара.

Поради малкия размер на котела и липсата на десулфуризация, площта, заета от блока CCGT с KSD, е малка. Възможна блокова цялостна доставка на тяхното оборудване и модулна конструкция с намаляване на нейната цена и срокове.

За Русия CCGT с KSD са обещаващи преди всичко за техническото преоборудване на ТЕЦ на въглища в затворени зони, където е трудно да се намери необходимото екологично оборудване. Замяната на стари котли с HSG с GTU също ще подобри значително ефективността на тези ТЕЦ и ще увеличи техния електрически капацитет с 20%.

Във VTI, на базата на вътрешно оборудване, бяха разработени няколко стандартни размера на CCGT с KSD.

При благоприятни икономически условия, такива блокове за CCGT биха могли да бъдат внедрени у нас за кратко време.

Технологията CCGT с KSD е по -проста и по -позната на енергетиците от газификационните инсталации, които са сложно химическо производство. Възможни са различни комбинации от двете технологии. Тяхната цел е да опростят системите за газификация и пречистване на газа и да намалят характерните им загуби от едната страна, и да увеличат температурата на газовете пред турбината и мощността на газовата турбина в схеми с KSD от другата страна.

Известна сдържаност на обществеността и отразяване на нейните чувства на експерти и правителства при оценката на перспективите за широко и дългосрочно използване на въглища е свързана с нарастващите емисии на CO2 в атмосферата и опасенията, че тези емисии могат да причинят глобални промени в климата, които ще имат катастрофални последици.

Обсъждането на солидността на тези страхове (те не се споделят от много компетентни специалисти) не е предмет на тази статия.

Въпреки това, дори и да се окажат верни, след 40-60 години, когато е необходимо, или дори по-рано, е напълно реално да се създадат конкурентни ТЕЦ (или предприятия за енергийни технологии), работещи на въглища с незначителни емисии на CO2 в атмосферата .

Вече днес е възможно значително намаляване на емисиите на CO2 в атмосферата от ТЕЦ, по-специално с въглища, с комбинираното производство на електроенергия и топлина и повишаване на ефективността на ТЕЦ.

Използвайки вече усвоените процеси и оборудване, е възможно да се проектира CCGT блок с газификация на въглища, превръщане на СО + Н2О в Н2О и СО2 и отстраняване на СО2 от синтез газ.

Проектът използва Siemens GTU U94.3A с начална температура на газа в съответствие със стандарта ISO 1190 ° C, газификатор PRENFLO (в ред, върху сух прах от питсбургски въглища № 8 и кислороден взрив), реактор за смяна и отстраняване на киселинни газове: H2S, COS и CO2 в системата Rectisol на компанията Lurgi.

Предимствата на системата са малките размери на оборудването за извършване на процеси на отстраняване на CO2 при високо (2 МРа) налягане, високо парциално налягане и концентрация на CO2. Отстраняването на около 90% от CO2 се извършва по икономически причини.

Намаляване на ефективността на първоначалната единица CCGT при отстраняване на CO2 се дължи на загубата на ексергия по време на екзотермичното превръщане на CO (с 2,5-5%), допълнителни загуби на енергия по време на отделянето на CO2 (с 1%) и поради намаляване на потреблението на продукти от горенето през газовата турбина и котелния утилизатор след отделяне на СО2 (с 1%).

Включването на устройства за преобразуване на CO и отстраняване на CO2 от цикъла във веригата увеличава единичната цена на CCGT с GF с 20%. Втечняващият CO2 ще добави още 20%. Цената на електроенергията ще се увеличи съответно с 20 и 50%.

Както бе споменато по -горе, местни и чуждестранни проучвания показват възможността за по -нататъшно значително - до 50-53% - повишаване на ефективността на агрегатите с ПГУ с газификация на въглища и съответно техните модификации с отстраняване на CO2.

EPRI в САЩ насърчава създаването на енергийни комплекси на въглища, които са конкурентни на ТЕЦ, използващи природен газ. Препоръчително е да ги изграждате на етапи, за да намалите първоначалните капиталови инвестиции и да ги възстановите по -бързо, като в същото време отговаряте на настоящите екологични изисквания.

Първият етап: обещаващ екологично чист CCGT агрегат с GF.

Втори етап: въвеждане на система за отстраняване и транспортиране на CO2.

Третият етап: организиране на производството на водород или чисто транспортно гориво.

Има много по -радикални предложения. В изследва например електроцентрала на въглища с "нулеви" емисии. Технологичният му цикъл е следният. Първият етап е газификация на суспензия въглища-вода с добавяне на водород и получаване на СН4 и Н20. Въглищната пепел се отстранява от газификатора и парогазовата смес се пречиства.

Във втория етап въглеродът, преминал в газообразно състояние, под формата на CO2 се свързва с калциев оксид в риформинг, където също се подава пречистена вода. Образуваният в него водород се използва в процеса на хидрогазификация и след фино пречистване се подава в горивна клетка от твърд оксид за генериране на електричество.

В третия етап, CaCO3, образуван в риформинга, се калцинира, използвайки топлината, отделена в горивната клетка, и образуването на CaO и концентриран CO2, подходящ за по -нататъшна обработка.

Четвъртата стъпка е да се преобразува химическата енергия на водорода в електричество и топлина, която се връща в цикъла.

CO2 се отстранява от цикъла и се минерализира в процеса на карбонизация на такива минерали като например магнезиев силикат, който е повсеместно в природата в количества, които са с порядък по -големи от запасите от въглища. Крайните продукти от карбонизация могат да се изхвърлят в изчерпани мини.

Ефективността на превръщането на въглища в електричество в такава система ще бъде около 70%. При обща цена на отстраняването на CO2 в размер на 15-20 щ.д. на тон, това би увеличило разходите за електроенергия с около 0,01 щ.д. / кВтч.

Разгледаните технологии все още са въпрос на далечното бъдеще.

Днес най -важната мярка за осигуряване на устойчиво развитие е икономически жизнеспособното енергоспестяване. В областта на производството тя е свързана с повишаване на ефективността на преобразуването на енергия (в нашия случай, в ТЕЦ) и използването на синергични технологии, т.е. комбинирано производство на няколко вида продукти в една инсталация, нещо като енергийна технология, популярна у нас преди 40-50 години. Разбира се, сега това се извършва на различна техническа база.

Първият пример за такива инсталации беше CCGT с газификация на петролни остатъци, които вече се използват при търговски условия. Горивото за тях е отпадък от рафинерии за петрол (например кокс или асфалт), а продуктите са електричество, технологична пара и топлина, търговска сяра и водород, използвани в рафинерията.

Топлофикацията с комбинирано производство на електроенергия и топлина, която е широко разпространена у нас, по същество е енергоспестяваща синергична технология и заслужава в това си качество много повече внимание, отколкото му се отделя в момента.

При „пазарните“ условия, преобладаващи в страната, разходите за генериране на електроенергия и топлина в ТЕЦ на парни турбини, оборудвани с остаряло оборудване и не са оптимално заредени, в много случаи са прекалено високи и не гарантират тяхната конкурентоспособност.

Тази разпоредба в никакъв случай не трябва да се използва за преразглеждане на фундаментално здравата идея за комбинирано производство на електричество и топлина. Разбира се, въпросът не се решава с преразпределението на разходите между електроенергия и топлина, чиито принципи безплодно се обсъждат у нас в продължение на много години. Но икономиката на когенерационните инсталации и системите за топлоснабдяване като цяло може да бъде значително подобрена чрез подобряване на технологиите (бинарни газови блокове CCGT, въглища CCGT блокове, предварително изолирани топлопроводи, автоматизация и др.), Организационни и структурни промени и правителствени мерки за регулиране. Те са особено необходими в такава студена страна и с дълъг отоплителен период като нашата.

Интересно е да се сравняват различни технологии за топлоенергия помежду си. Руският опит, както дигитален (ценообразуване), така и методологичен, не дава основание за подобни сравнения и опитите, направени в тази посока, не са достатъчно убедителни. По един или друг начин трябва да привлечете чужди източници.

Изчисленията на много организации, извършени без съгласуване на първоначалните данни, както у нас, така и в чужбина, показват, че без радикална промяна в съотношението на цените между природния газ и въглищата, което сега се е развило в чужбина (газът на единица топлина е около два пъти по-скъпи от въглищата), съвременните агрегати с ПГУ остават конкурентни. За да се промени това, съотношението на тези цени трябва да се увеличи до ~ 4.

Интересна прогноза за развитието на технологиите беше направена през. Той показва например, че използването на парни електроцентрали на мазут се прогнозира до 2025 г., а газовите блокове - до 2035 г .; използването на CCGT с газификация на въглища - от 2025 г., и горивни клетки с газ - от 2035 г .; Агрегатите с ПГУ, захранвани с природен газ, ще се използват след 2100 г., отделянето на CO2 ще започне след 2025 г., а в блоковете с ПГУ с газификация на въглища след 2055 г.

При всички несигурности на подобни прогнози те привличат вниманието към същността на дългосрочните енергийни проблеми и възможните начини за тяхното решаване.

С развитието на науката и технологиите, което се случва в наше време, процесите, протичащи в ТЕЦ, се засилват и усложняват все повече. Подходът към тяхната оптимизация се променя. Извършва се не според техническите, както е било по -рано, а според икономическите критерии, отразяващи пазарните изисквания, които се променят и изискват повишена гъвкавост на топло- и електроенергийните съоръжения, способността им да се адаптират към променящите се условия. Проектирането на електроцентрали в продължение на 30 години на почти непроменена работа сега е невъзможно.

Либерализацията и въвеждането на пазарни отношения в електроенергийната индустрия предизвикаха сериозни промени в топлинните и електроенергийните технологии, структурата на собственост и методите за финансиране на енергийното строителство през последните години. Появиха се търговски електроцентрали, работещи на свободен пазар на електроенергия. Подходите при избора и проектирането на такива електроцентрали са много различни от традиционните. Често търговските ТЕЦ, оборудвани с мощни агрегати за CCGT, не са снабдени с договори, които гарантират целогодишно непрекъснато снабдяване с газообразно гориво, и трябва да сключат гаранционни договори с няколко доставчици на газ или да бъдат подкрепени с по-скъпо течно гориво с увеличение на единичната цена на ТЕЦ с 4-5%.

Тъй като 65% от разходите за жизнения цикъл на базовите и полупиковите ТЕЦ са свързани с цената на горивото, повишаването на тяхната ефективност е най-важната задача. Неговото значение днес дори се е увеличило, като се вземе предвид необходимостта от намаляване на специфичните емисии в атмосферата.

При пазарни условия изискванията за надеждност и наличност на ТЕЦ са се увеличили, които сега се оценяват от търговска гледна точка: готовността е необходима, когато експлоатацията на ТЕЦ е в търсенето, а цената на недостъпността в различно време е значително различна.

Спазването на екологичните изисквания и подкрепата от местните власти и обществеността е от съществено значение.

По принцип е препоръчително да се увеличава мощността през периодите на пиково натоварване, дори ако това се постигне с цената на известно влошаване на ефективността.

Специално се обмислят мерки за гарантиране на надеждността и готовността на ТЕЦ. За тази цел MTBF и средното време за възстановяване се изчисляват на етапа на проектиране и се оценява търговската ефективност на възможните начини за подобряване на наличността. Обръща се голямо внимание

подобряване и контрол на качеството на доставчиците на оборудване и компоненти, както и при проектирането и изграждането на ТЕЦ, както и технически и организационни аспекти на поддръжката и ремонта.

В много случаи принудителното спиране на захранващите блокове е резултат от неизправности с допълнителното им оборудване. Имайки това предвид, концепцията за поддръжка на целия ТЕЦ набира популярност.

Друго значително развитие беше разпространението на маркови услуги. Договорите за него предвиждат гаранциите на изпълнителя за извършване на текущи, средни и основни ремонти в определен срок; работата се извършва и контролира от квалифициран персонал, ако е необходимо във фабриката; смекчава се проблемът с резервните части и др. Всичко това значително увеличава наличността на водноелектрически централи и намалява рисковете за техните собственици.

Преди петнадесет или двадесет години електроенергията у нас беше на най -модерното ниво, може би, с изключение на газовите турбини и системите за автоматизация. Активно се развиват нови технологии и оборудване, които по техническо ниво не отстъпват на чуждестранните. Индустриалните проекти се основават на изследвания от мощни индустриални и академични институции и университети.

През последните 10-12 години потенциалът в електроенергийната промишленост и машиностроенето е загубен до голяма степен. Разработването и изграждането на нови електроцентрали и модерно оборудване на практика са спрели. Редки изключения са разработването на газови турбини GTE-110 и GTE-180 и автоматизираната система за управление на процесите KVINT и Kosmotronic, които се превърнаха в значителна крачка напред, но не премахнаха съществуващата празнина.

Днес, предвид физическото влошаване и остаряването на оборудването, руската електроенергия се нуждае от подновяване. За съжаление в момента няма икономически условия за активни инвестиции в енергетиката. Ако такива условия възникнат през следващите години, местните научни и технически организации ще могат - с редки изключения - да разработят и произвеждат модерното оборудване, необходимо за електроенергията.

Разбира се, развитието на производството му ще бъде свързано с големи разходи за производителите, а използването - преди натрупването на опит - с известен риск за собствениците на електроцентрали.

Необходимо е да се търси източник, който да компенсира тези разходи и рискове, тъй като е ясно, че собственото производство на уникално енергийно оборудване е в националните интереси на страната.

Самата индустрия на електромобилостроенето може да направи много за себе си, развивайки износа на своите продукти, като по този начин създава натрупвания за техническото си подобряване и подобряване на качеството. Последното е от съществено значение за дългосрочната стабилност и просперитет.

Подобни документи

Принципът на работа на термопарни турбини, кондензационни и газотурбинни електроцентрали. Класификация на парния котел: параметри и етикетиране. Основни характеристики на реактивни и многостепенни турбини. Екологични проблеми на ТЕЦ.

курсова работа, добавена на 24.06.2009 г.


Области на приложение и показатели за надеждност на газови турбини с малка и средна мощност. Принципът на работа на газотурбинни инсталации, тяхното проектиране и описание чрез термодинамичния цикъл на Брейтън / Джоул. Видове и основни предимства на газотурбинни електроцентрали.

резюме, добавено на 14.08.2012


Характеристики на различни видове електроцентрали. Изграждане на кондензационни топлинни, отоплителни, ядрени, дизелови електроцентрали, водни и вятърни електроцентрали, газотурбинни централи. Регулиране на напрежението и компенсация на резерва на мощност.

курсова работа, добавена на 10.10.2013 г.


Значението на електроенергийната промишленост в икономиката на Руската федерация, нейният предмет и посоки на развитие, основните проблеми и перспективи. Обща характеристика на най -големите топлинни и ядрени, хидравлични електроцентрали, единната енергийна система на страните от ОНД.

тест, добавен на 01.03.2011 г.


Състав, класификация на въглищата. Пепелни и шлакови продукти и техният състав. Съдържание на елементи в пепелни и шлакови материали на парни въглища от Кузнецк. Структурата и структурата на въглищата. Структурна единица на макромолекула. Необходимост, методи за дълбока деминерализация на топлинни въглища.

резюме, добавено на 02.05.2011 г.


Произходът на развитието на топлоенергетиката. Преобразуване на вътрешната енергия на горивото в механична енергия. Възникването и развитието на индустриалното производство в началото на 17 век. Парна машина и нейният принцип на действие. Работа на парна машина с двойно действие.

резюме, добавено на 21.06.2012 г.


Характеризиране на парна турбина като основно оборудване на съвременните топлоелектрически и ядрени електроцентрали. Неговият термодинамичен цикъл, процесите, протичащи в процеса на работа. Начини за повишаване на ефективността на цикъла STU. Перспективи за изграждане на парни турбини в Русия.

резюме, добавено на 29.01.2012 г.


Описание на процесите на производство на електроенергия в термично кондензиращи електроцентрали, газотурбинни инсталации и комбинирани топлоелектрически централи. Проучване на структурата на хидравлични и акумулиращи електроцентрали. Геотермална и вятърна енергия.

резюме, добавено на 25.10.2013 г.


Производство на електроенергия. Основните видове електроцентрали. Въздействието на топлинните и ядрените електроцентрали върху околната среда. Изграждане на съвременни водноелектрически централи. Достойнство на приливни станции. Процент от видовете електроцентрали.

презентация добавена на 23.03.2015


Числено изследване на енергийно ефективната работа на кондензационен блок на мини-ТЕЦ при различни условия на топлообмен с околната среда. Разглеждане на общата зависимост на работата на електроцентралите от използването на различни органични работни вещества.