Problem och utsikter för energiutveckling. Värmeenergi Avancerad teknik för kolenergi

Tillbaka framåt

Uppmärksamhet! Bildförhandsgranskningar är endast för informationsändamål och kanske inte representerar alla presentationsalternativ. Om du är intresserad detta jobb ladda ner hela versionen.

Presentationen är ett extra material till lektionerna om energiutveckling. Energi i något land är grunden för utvecklingen av produktivkrafter, skapandet av den materiella och tekniska basen för samhället. Presentationen speglar problemen och utsikterna för alla typer av energi, lovande (nya) energityper, använder erfarenheten av museipedagogik, självständigt sökarbete för studenter (arbeta med tidningen "Japan Today"), kreativt arbete av studenter (affischer ). Presentationen kan användas i geografilektioner i årskurs 9 och 10, i fritidsaktiviteter (valbara klasser, valbara kurser), för att hålla geografiveckan "22 april - jordens dag", i ekologi och biologilektioner "Globala problem för mänskligheten. Råvaror och energiproblem ”.

I mitt arbete använde jag metoden för probleminlärning, som bestod i att skapa problemsituationer framför eleverna och lösa dem i processen för gemensamma aktiviteter för studenter och lärare. Samtidigt beaktades elevernas maximala oberoende under allmän vägledning av en lärare som vägleder elevernas verksamhet.

Problembaserat lärande tillåter inte bara att bilda det nödvändiga systemet för kunskap, förmågor och färdigheter bland eleverna, för att uppnå en hög utvecklingsnivå för skolbarn, men, vilket är särskilt viktigt, det gör det möjligt att bilda en speciell stil av mental aktivitet, forskning elevernas aktivitet och självständighet. När de arbetar med denna presentation får eleverna en verklig riktning - skolbarns forskningsverksamhet.

Branschen förenar en grupp industrier som arbetar med utvinning och transport av bränsle, energiproduktion och överföring till konsumenten.

Naturresurser som används för energiproduktion är bränsletillgångar, vattenkällor, kärnkraft samt alternativa energislag. Platsen för de flesta industrier beror på elutvecklingen. Vårt land har enorma bränslereserver - energiresurser... Ryssland var, är och kommer att vara en av de ledande energimakterna i världen. Och det beror inte bara på att landet innehåller 12% av världens kolreserver, 13% olja och 36% av världens naturgasreserver, som är tillräckliga för att till fullo tillgodose sina egna behov och för export till grannstater. Ryssland har blivit en av världens ledande energimakter, främst på grund av skapandet av en unik produktion, vetenskaplig, teknisk och personalpotential för bränsle- och energikomplexet.

Råvaruproblem

Mineraltillgångar- den primära källan, den ursprungliga grunden för den mänskliga civilisationen i nästan alla faser av dess utveckling:

- Bränsle mineraler;
- Malmmineraler;
- Icke-metalliska mineraler.

Den nuvarande energiförbrukningen ökar exponentiellt. Även om vi tar hänsyn till att elförbrukningens tillväxttakt kommer att minska något på grund av förbättringen av energibesparande teknik, kommer reserverna för elektriska råvaror att vara högst 100 år. Situationen förvärras dock av skillnaden mellan reservernas struktur och konsumtion av organiska råvaror. Så, 80% av fossila bränslereserver är kol och endast 20% är olja och gas, medan 8/10 av modern energiförbrukning är olja och gas.

Följaktligen begränsas tidsramen ytterligare. Men bara i dag blir mänskligheten av med de ideologiska idéerna att de är praktiskt taget oändliga. Mineralresurser är begränsade, praktiskt taget oersättliga.

Energiproblem.

Idag bygger världens energiindustri på energikällor:

- Brännbara mineraler;
- Brännbara organiska mineraler;
- Floderens energi. Otraditionella energiformer;
- Atomenergin.

Med den nuvarande stigningen i priset på jordens bränsletillgångar blir problemet med att använda förnybara energikällor mer och mer angeläget och kännetecknar statens energi och ekonomiska oberoende.

Fördelar och nackdelar med TPP.

TPP -fördelar:

1. Kostnaden för el vid vattenkraftverk är mycket låg.
2. Generatorer av vattenkraftverk kan snabbt slås på och av beroende på energiförbrukning;
3. Det finns ingen luftförorening.

Nackdelar med TPP:

1. Byggandet av ett vattenkraftverk kan vara mer tidskrävande och dyrare än andra energikällor.
2. Reservoarer kan täcka stora områden;
3. Dammar kan skada fisket genom att blockera vägen till lekområden.

Fördelar och nackdelar med vattenkraftverk.

Vattenkraftverkets fördelar:
- De byggs snabbt och billigt;
- De fungerar i ett konstant läge;
- Finns nästan överallt;
- Förekomsten av värmekraftverk i Ryska federationens energisektor.

Nackdelar med vattenkraftverk:

- Förbruka mycket bränsle;
- Kräver ett långt stopp under reparationer;
- Mycket värme går förlorad i atmosfären, mycket fasta och skadliga gaser släpps ut i atmosfären;
- Stora miljöföroreningar.

I strukturen för elproduktion i världen tillhör förstaplatsen värmekraftverk (TPP) - deras andel är 62%.
Ett alternativ till fossila bränslen och en förnybar energikälla är vattenkraft. Vattenkraftverk (HPP)- ett kraftverk som använder vattenflödets energi som energikälla. Vattenkraftverk byggs vanligtvis på floder med dammar och magasin. Vattenkraft är produktion av el genom användning av förnybara floder, tidvatten, geotermiska vattenresurser. Denna användning av förnybara vattenresurser innebär översvämningshantering, förstärkning av flodbäddar, överföring av vattenresurser till områden som lider av torka, bevarande av grundvattenflöde.
Men även här är energikällan ganska kraftigt begränsad. Detta beror på det faktum att stora floder som regel är långt borta från industricentra eller att deras kapacitet nästan helt används. Således kommer vattenkraften, som för närvarande ger cirka 10% av världens energiproduktion, inte att kunna öka denna siffra avsevärt.

Problem och utsikter för kärnkraftverk

I Ryssland når kärnkraftens andel 12%. Reserverna av utvunnet uran i Ryssland har en elektrisk potential på 15 biljoner. kWh, detta är lika mycket som alla våra kraftverk kan generera på 35 år. Idag är det bara kärnkraft
kapabel till skarpt och för kortsiktigt försvaga fenomenet växthuseffekten. NPP -säkerhet är ett akut problem. År 2000 markerade början på övergången till grundläggande nya tillvägagångssätt för att standardisera och säkerställa strålsäkerheten för kärnkraftverk.
Över 40 års utveckling av kärnkraft i världen har cirka 400 kraftenheter byggts i 26 länder i världen. De främsta fördelarna med kärnkraft är hög slutlig lönsamhet och frånvaro av utsläpp av förbränningsprodukter i atmosfären; de största nackdelarna är den potentiella risken för radioaktiv förorening av miljön genom klyvningsprodukter av kärnbränsle vid en olycka och problemet med upparbetning som används kärnbränsle.

Okonventionell (alternativ energi)

1. Solenergi... Det är användningen av solstrålning för att generera energi i någon form. Solenergi använder en förnybar energikälla och kan bli miljövänlig i framtiden.

Fördelar med solenergi:

- Allmän tillgänglighet och outtömlighet av källan;
- I teorin helt säker för miljön.

Nackdelar med solenergi:

- Flödet av solenergi på jordens yta är starkt beroende av latitud och klimat;
- Solkraftverket fungerar inte på natten och fungerar inte tillräckligt effektivt i morgon- och kvällskymningen;
Fotovoltaiska celler innehåller giftiga ämnen, till exempel bly, kadmium, gallium, arsenik, etc., och deras produktion förbrukar många andra farliga ämnen.

2. Vindkraft... Detta är en gren av energi som specialiserat sig på användning av vindenergi - den kinetiska energin för luftmassor i atmosfären. Eftersom vindenergi är en följd av solens aktivitet, klassificeras den som förnybar energi.

Utsikter för vindenergi.

Vindkraft är en blomstrande industri, eftersom i slutet av 2007 var den totala installerade kapaciteten för alla vindkraftverk 94,1 gigawatt, en ökning med fem gånger sedan 2000. Vindparker runt om i världen 2007 producerade cirka 200 miljarder kWh, vilket är cirka 1,3% av den globala elförbrukningen. Havsbaserad vindkraftpark Middelgrunden, nära Köpenhamn, Danmark. Vid byggtiden var den den största i världen.

Möjligheter för implementering av vindkraft i Ryssland. I Ryssland förblir möjligheterna med vindenergi praktiskt taget orealiserade hittills. En konservativ inställning till den framtida utvecklingen av bränsle- och energikomplexet hindrar praktiskt taget det effektiva införandet av vindenergi, särskilt i de norra delarna av Ryssland, liksom i stäppzonen i södra federala distriktet, och i synnerhet i Volgograd -regionen .

3. Termonukleär kraftteknik. Solen är en naturlig fusionsreaktor. En ännu mer intressant, om än relativt avlägsen, framtidsutsikt är användningen av kärnfusionsenergi. Fusionsreaktorer, enligt beräkningar, kommer att förbruka mindre bränsle per energienhet, och både detta bränsle själv (deuterium, litium, helium-3) och produkterna från deras syntes är icke-radioaktiva och därför miljövänliga.

Utsikter för termonukleär energi. Detta energiområde har stor potential, för närvarande inom ramen för "ITER" -projektet, där Europa, Kina, Ryssland, USA, Sydkorea och Japan är involverade i Frankrike, är byggandet av den största termonukleära reaktorn på gång vars syfte är att få fram CTS (Controlled Thermonuclear Fusion) till en ny nivå. Bygget beräknas stå klart 2010.

4. Biobränsle, biogas. Biobränsle är ett bränsle från biologiska råvaror, som i regel erhålls genom bearbetning av sockerrörsstjälkar eller raps, majs, sojabönor. Man skiljer mellan flytande biobränslen (för förbränningsmotorer, t.ex. etanol, metanol, biodiesel) och gasformigt (biogas, väte).

Typer av biobränslen:

- Biometanol
- Bioetanol
- Biobutanol
- Dimetyleter
- Biodiesel
- Biogas
- Väte

För närvarande är biodiesel och vätgas mest utvecklade.

5. Geotermisk energi. Under de vulkaniska öarna i Japan gömmer sig enorma mängder geotermisk energi, som kan utnyttjas genom att utvinna varmt vatten och ånga. Fördel: Den släpper ut cirka 20 gånger mindre koldioxid vid elproduktion, vilket minskar dess påverkan på den globala miljön.

6. Vågornas energi, ebbe och flöde. I Japan är den viktigaste energikällan vågturbiner, som omvandlar havsvågornas vertikala rörelse till det lufttryck som roterar turbinerna hos elektriska generatorer. Ett stort antal tidvattenbojar har installerats på Japans kust. Så här används havets energi för att säkerställa säkerheten vid sjötransport.

Solens energipotential kan teoretiskt ge alla världens energibehov. Men effektiviteten för att omvandla värme till el är bara 10%. Detta begränsar möjligheterna med solenergi. Grundläggande svårigheter uppstår också när man analyserar möjligheterna att skapa högeffektgeneratorer som använder vindkraft, ebbe och flöde, geotermisk energi, biogas, vegetabiliskt bränsle, etc. Allt detta leder till slutsatsen att möjligheterna för de ansedda så kallade "reproducerbara" och relativt miljövänliga energiresurserna är begränsade, åtminstone inom en relativt nära framtid. Även om effekten av deras användning för att lösa enskilda privata problem med energiförsörjning redan kan vara ganska imponerande.

Naturligtvis finns det optimism om möjligheterna med termonukleär energi och andra effektiva metoder för att generera energi, intensivt studerade av vetenskapen, men i nuvarande skala för energiproduktion. I den praktiska utvecklingen av dessa möjliga källor kommer det att ta flera decennier på grund av den höga kapitalintensiteten och motsvarande tröghet vid genomförandet av projekt.

Studenters forskningsarbete:

1. Särskild rapport "Grön energi" för framtiden: ”Japan är världsledande inom solenergiproduktion. 90% av solenergin som produceras i Japan kommer från solpaneler i konventionella hem. Den japanska regeringen har satt upp ett mål för 2010 att generera cirka 4,8 miljoner kWh energi från solpaneler. Kraftproduktion från biomassa i Japan. Metangas släpps ut från köksavfall. Motorn går på denna gas, som genererar el, och skapar också gynnsamma förhållanden för miljöskyddet.

Moderna värme- och kraftsystem industriföretag består av tre delar, om effektiviteten i interaktionen som volymen och effektiviteten i förbrukning av bränsle och energiresurser beror på. Dessa delar är:

energikällor, dvs. företag som producerar de nödvändiga typerna av energiresurser;

transportsystem och distribution av energiresurser mellan konsumenter. Oftast handlar det om värme- och elnät; konsumenter av energiresurser.

Var och en av deltagarna i systemproducenten - konsument av energiresurser har sin egen utrustning och kännetecknas av vissa indikatorer på energi och termodynamisk effektivitet. I detta fall uppstår ofta en situation när indikatorerna för högeffektivitet för några av systemets deltagare utjämnas av andra, så att värme- och kraftsystemets totala verkningsgrad visar sig vara låg. Det svåraste är energiförbrukningens skede.

Nivån på bränsle- och energiresurser i den inhemska industrin lämnar mycket att önska. En undersökning av företag inom den petrokemiska industrin visade att den faktiska förbrukningen av energiresurser överstiger det teoretiskt nödvändiga med cirka 1,7-2,6 gånger, d.v.s. riktad användning av energiresurser är cirka 43% av de verkliga kostnaderna för produktionsteknik. Denna situation observeras hos företagen inom den kemiska, gummitekniska, livsmedelsindustrin, där termiska sekundära resurser används otillräckligt eller ineffektivt.

Värmeflöden av vätskor som inte används i industriell värmeteknik och värmekraftsystem i ett företag är huvudsakligen (t< 90 0 С) и газов (t< 150 0 С) (см. табл. 1.8).

För närvarande är ganska effektiva konstruktioner kända som gör det möjligt att använda värmen från sådana parametrar direkt vid en industriell anläggning. I samband med höjningen av priserna på energiresurser växer intresset för dem, produktion av värmeväxlare och utnyttjande av termotransformatorer som gör att vi kan hoppas på en förbättring inom en snar framtid med användning av sådana förnybara energikällor i industrin .

Som beräkningar av effektiviteten hos energibesparande åtgärder visar ger varje enhet värmeenergi (1 J, 1 kcal) en ekvivalent besparing av naturligt bränsle femfaldigt. I de fall då det var möjligt att hitta de mest framgångsrika lösningarna nådde besparingen i naturligt bränsle tiofaldigt.

Huvudorsaken till detta är frånvaron av mellanliggande produktionsstadier, anrikning, transformation, transport av bränslenergiresurser för att säkerställa mängden sparade energiresurser. Kapitalinvesteringar i energibesparingsåtgärder är 2-3 gånger lägre än vad som krävs kapitalinvesteringar i utvinningsindustrin och närstående industrier för att få en motsvarande mängd fossilt bränsle.

Inom ramen för det traditionellt etablerade tillvägagångssättet betraktas värme- och kraftsystem för stora industrikonsumenter på det enda sättet - som en källa till energiresurser av erforderlig kvalitet i rätt mängd i enlighet med kraven i de tekniska föreskrifterna. Driftsättet för värme- och kraftsystem är föremål för de villkor som konsumenten bestämmer. Detta tillvägagångssätt leder vanligtvis till felberäkningar i valet av utrustning och acceptans av effektiva lösningar om organisering av värmeteknik och värmekraftsystem, d.v.s. till ett latent eller uppenbart överutnyttjande av bränsle och energiresurser, vilket naturligtvis påverkar produktionskostnaderna.

I synnerhet ett ganska starkt inflytande på allmänna indikatorer effektiviteten i energiförbrukningen för industriföretag påverkas av säsongsförhållanden. Under sommarperioden är det oftast en överdriven tillförsel av VER -värmeteknik och samtidigt finns det problem som är förknippade med otillräcklig volym och kvalitet på kylvärmebärare på grund av en ökning av temperaturen i cirkulerande vatten. Under perioden med låga utetemperaturer, tvärtom, finns det en överkonsumtion av värmeenergi i samband med en ökning av andelen värmeförluster genom yttre staket, vilket är mycket svårt att upptäcka.

Således bör moderna värme- och kraftsystem utvecklas eller moderniseras i ett organiskt förhållande till industriell värmeteknik, med beaktande av tidsscheman och driftsätt för båda enheterna - konsumenter av ER och enheter, som i sin tur är källor till RES . Huvuduppgifterna för industriell värmekraftsteknik är:

säkerställa balansen i energiresurserna för de erforderliga parametrarna vid varje tidsintervall för tillförlitlig och ekonomisk drift av enskilda enheter och produktionsföreningen som helhet; optimalt val av energibärare när det gäller termofysiska och termodynamiska parametrar;

fastställande av nomenklaturen och driftsätten för reserver och ackumulerade energikällor, samt alternativa konsumenter av energiresurser under perioden med överflödigt utbud; identifiering av reserver för tillväxt av energieffektivitet i produktionen på den nuvarande tekniska utvecklingen och i en avlägsen framtid.

I framtiden verkar TPP: er PP vara ett komplext energiteknologiskt komplex, där energi och tekniska flöden är nära sammankopplade. Samtidigt kan konsumenter av bränsle och energiresurser vara sekundära energikällor för tekniska installationer av en given produktion, en extern konsument eller energianläggningar som utnyttjar andra typer av energiresurser.

Specifik värmeförbrukning för produktens effekt industriell produktion varierar från en till tiotals gigajoules per ton slutprodukt, beroende på utrustningens installerade kapacitet, den tekniska processens art, värmeförluster och enhetligheten i förbrukningsschemat. Samtidigt är de mest attraktiva åtgärder som syftar till att öka energieffektiviteten för befintliga industrier och inte införa betydande förändringar i driftsättet för den huvudsakliga tekniska utrustningen. Den mest attraktiva är organisationen av slutna värmeförsörjningssystem baserade på användningsanläggningar, vars företag har en hög andel av förbrukningen av medel- och lågtrycksånga och varmvatten.

Majoriteten av företagen kännetecknas av betydande värmeförluster till systemet i värmeväxlare som kyls av cirkulerande vatten eller luft - i kondensatorer, kylare, kylskåp etc. Under sådana förhållanden är det lämpligt att organisera centraliserade och grupperade system med en mellanliggande värmebärare för att återvinna den urladdade värmen. Detta gör det möjligt att ansluta många källor och konsumenter inom hela företaget eller en särskild underavdelning och ge varmvatten de nödvändiga parametrarna för industriella och sanitära konsumenter.

Slutna värmeförsörjningssystem är en av huvudelementen i avfallsfria produktionssystem. Återskapande av värme för låga parametrar och dess omvandling till önskad temperaturnivå kan återföra en betydande del av energiresurserna, som vanligtvis släpps ut i atmosfären direkt eller med hjälp av återvinningsvattenförsörjningssystem.

V tekniska system genom att använda ånga och varmt vatten som energibärare, är temperaturen och trycket för den tillförda och urladdade värmen i kylprocesserna desamma. Mängden utsläppt värme kan till och med överstiga mängden värme som införs i systemet, eftersom kylprocesser vanligtvis åtföljs av en förändring av aggregeringstillståndet för ämnet. Under sådana förhållanden är det möjligt att organisera utnyttjande av centraliserade eller lokala värmepumpsystem, vilket gör det möjligt att återvinna upp till 70% av den värme som används i värmekrävande installationer.

Sådana system har blivit utbredda i USA, Tyskland, Japan och andra länder, men i vårt land har man inte ägnat tillräcklig uppmärksamhet åt deras skapande, även om teoretisk utveckling som genomfördes på 30 -talet av förra seklet är känd. För närvarande förändras situationen och värmepumpinstallationer börjar införas i systemen för både värmeförsörjning för bostäder och kommunala tjänster och industrianläggningar.

En av de mest effektiva lösningarna är organisationen av kylsystem för utnyttjande baserat på absorptionsvärmetransformatorer (ATT). Industriella kylsystem är baserade på kylenheter av ångkomprimeringstyp, och förbrukningen av el för produktion av kyla når 15-20% av dess totala förbrukning i hela företaget. Absorptionsvärmetransformatorer som alternativa källor för kylförsörjning har flera fördelar, särskilt:

lågvärme från industrivatten, rökgaser eller lågtrycksavgaser kan användas för att driva ATT;

med samma sammansättning av utrustning kan ATT fungera både i kalltillförseläget och i värmepumpläget för värmeavgivning.

Luft- och kallförsörjningssystem i ett industriföretag har inte någon betydande effekt på tillgången på vattenenergiresurser och kan betraktas som värmekonsumenter i utvecklingen av utnyttjandeåtgärder.

I framtiden bör vi förvänta oss uppkomsten av grundläggande nya avfallsfria industriteknologier skapade på grundval av slutna produktionscykler, samt en betydande ökning av elens andel i energiförbrukningens struktur.

Tillväxten i elförbrukningen i industrin kommer först och främst att förknippas med utvecklingen av billiga energikällor - snabba neutronreaktorer, termonukleära reaktorer, etc.

Samtidigt bör vi förvänta oss en försämring av den ekologiska situationen i samband med global överhettning av planeten på grund av intensifieringen av "termisk förorening" - en ökning av termiska utsläpp till atmosfären.

Kontrollfrågor och uppdrag till ämne 1

1. Vilka typer av energibärare används för att utföra de huvudsakliga tekniska processerna i pyrolysavdelningen, liksom i separations- och separationsstadiet av reaktionsprodukter vid produktion av eten?

2. Beskriv ingångs- och utgångsdelarna av energibalansen i pyrolysugnen. Hur påverkade organisationen av matvattenuppvärmning dem?

3. Beskriv energiförbrukningens struktur vid produktion av isopren med hjälp av tvåstegsdehydrogenering. Hur stor är förbrukningen av kallt och återvunnet vatten?

4. Analysera strukturen för värmebalansen för syntetisk etylalkoholproduktion genom direkt etenhydrering. Lista de poster i balansräkningens utgifter som avser värmeenergiförluster.

5. Förklara varför TAC-baserad uppvärmningsteknik klassificeras som låg temperatur.

6. Vilka egenskaper gör det möjligt att bedöma enhetligheten i värmebelastningar under hela året?

7. Ge exempel på industriell teknik som tillhör den andra gruppen när det gäller värmeförbrukningens andel för egna behov.

8. Använd det dagliga ångförbrukningsschemat på en petrokemisk anläggning, bestämma dess max- och minimivärden och jämför dem. Beskriv det månatliga värmeförbrukningsschemat för en petrokemisk anläggning.

9. Vad förklarar ojämnheterna årliga diagram termiska belastningar av industriföretag?

10. Jämför diagrammen över de årliga belastningarna för maskinbyggande företag och kemiska anläggningar och formulera slutsatser.

11. Bör brännbart produktionsavfall alltid betraktas som sekundära energiresurser?

12. Beskriv strukturen för värmekonsumtion i industrin, med hänsyn till temperaturnivån för värmeuppfattningen.

13. Förklara principen för att bestämma den tillgängliga värmemängden för VER av förbränningsprodukter som skickas till spillvärmepannor.

14. Vad är motsvarande besparing av fossilt bränsle som ges genom att spara en värmeenhet i förbrukningsstadiet och varför?

15. Jämför volymerna för produktionen av vattenenergiresurser vid produktion av butadien genom metoden för tvåstegsdehydrogenering n-butan och genom metoden för kontaktnedbrytning av alkohol (se tabell. A.1.1).

Tabell P.l.l

Den petrokemiska industrins sekundära energiresurser

För att bedöma utsikterna för TPP är det först och främst nödvändigt att förstå deras fördelar och nackdelar i jämförelse med andra elkällor.

Fördelarna inkluderar följande.

• 1. Till skillnad från vattenkraftverk kan värmekraftverk placeras relativt fritt, med hänsyn till det använda bränslet. Gasolja-TPP kan byggas var som helst, eftersom transport av gas och eldningsolja är relativt billig (jämfört med kol). Det är lämpligt att lokalisera termiska kraftverk för pulveriserade kol nära källor till kolbrytning. Vid det här laget har värmenergiindustrin "kol" utvecklats och har en uttalad regional karaktär.
• 2. Den specifika kostnaden för installerad kapacitet (kostnad på 1 kW installerad effekt) och byggtiden för TPP är mycket kortare än för NPP och HPP.
• 3. Elproduktion vid TPP, till skillnad från vattenkraftverk, beror inte på säsong och bestäms endast av leverans av bränsle.
• 4. Områdena för avlägsnande av ekonomiska mark för TPP är betydligt mindre än för kärnkraftverk, och de kan naturligtvis inte jämföras med vattenkraftverk, vars inverkan på miljön kan ha en långt ifrån regional karaktär. Exempel är kaskaderna för vattenkraftverk vid floden. Volga och Dnepr.
• 5. Vid TPP kan nästan allt bränsle brännas, inklusive kol av lägsta kvalitet, ballaserad med aska, vatten, sten.
• 6. Till skillnad från kärnkraftverk finns det inga problem med användning av TPP i slutet av deras livslängd. Som regel "överlever" infrastrukturen i en TPP den huvudsakliga utrustningen (pannor och turbiner) som är installerade på den, och byggnaderna, turbinhallen, vattenförsörjning och bränsleförsörjningssystem, etc., som utgör huvuddelen av medlen , servera länge. De flesta TPP -enheter som byggts över 80 år enligt GOELRO -planen är fortfarande i drift och kommer att fortsätta att fungera efter installationen av nya, mer avancerade turbiner och pannor på dem.

Tillsammans med dessa fördelar har TPP ett antal nackdelar.

• 1. Värmekraftverk är de mest miljömässigt ”smutsiga” elkällorna, särskilt de som drivs med svavelbränsle med hög aska. Det är sant att säga att kärnkraftverk som inte har konstanta utsläpp till atmosfären, men skapar ett konstant hot om radioaktiv förorening och har problem med lagring och bearbetning av använt kärnbränsle, samt bortskaffande av själva kärnkraftverket efter slutet av sin livslängd, eller vattenkraftverk som översvämmer stora områden av ekonomisk mark och förändrar regionalt klimat, är ekologiskt mer "rena" är möjligt endast med en betydande grad av konvention.
• 2. Traditionella TPP har en relativt låg effektivitet (bättre än för ett kärnkraftverk, men mycket sämre än för en CCGT -enhet).
• 3. Till skillnad från vattenkraftverk deltar värmekraftverk knappast i att täcka den variabla delen av det dagliga elektriska lastschemat.
• 4. TPP är avsevärt beroende av bränsleförsörjningen, ofta importerad.

Trots alla dessa brister är TPP de viktigaste elproducenterna i de flesta länder i världen och kommer att förbli så under åtminstone de kommande 50 åren.

Utsikterna för byggandet av kraftfulla kondenserande värmekraftverk är nära besläktade med den typ av fossilt bränsle som används. Trots de stora fördelarna med flytande bränsle (olja, eldningsolja) som energibärare (högt värmevärde, enkel transport) kommer dess användning vid TPP att minska allt mer, inte bara på grund av begränsade reserver, utan också på grund av dess stora värde som en råvara för petrokemisk industri. För Ryssland är även exportvärdet av flytande bränsle (olja) av stor betydelse. Därför kommer flytande bränsle (eldningsolja) vid TPP att användas antingen som reservbränsle vid gasolja-TPP, eller som hjälpbränsle vid TPP-pulver, vilket säkerställer en stabil förbränning av koldamm i en panna under vissa driftsförhållanden.

Användningen av naturgas vid kondenserande ångturbintillverkare är irrationell: för detta är det nödvändigt att använda ånggasutnyttjande enheter, som är baserade på högtemperatur gasturbinenheter.

Således är den långsiktiga utsikten att använda klassiska ångturbint TPP både i Ryssland och utomlands främst förknippad med användning av kol, särskilt lågkvalitativa. Detta betyder naturligtvis inte att driften av gasolja-termiska kraftverk avslutas, som gradvis kommer att ersättas av ångturbiner.

Negativa miljömässiga och sociala effekter av konstruktion stora vattenkraftverk få oss att titta närmare på deras möjliga plats i framtidens elkraftindustri.

Vattenkraftens framtid

Stora vattenkraftverk utför följande funktioner i kraftsystemet:

1. kraftproduktion;
2. snabb matchning av produktionskraften med strömförbrukningen, frekvensstabilisering i kraftsystemet;
3. ackumulering och lagring av energi i form av potentiell energi av vatten i jordens gravitationsfält med omvandling till elektricitet när som helst.

Kraftproduktion och kraftmanövrer är möjliga i alla HPP -skalor. Och ackumulering av energi under en period från flera månader till flera år (för vinter och torra år) kräver att stora reservoarer skapas.

Som jämförelse kan ett 12-kg, 12-volts, 85-amp-timmars bilbatteri lagra 1,02 kilowattimmar (3,67 MJ). För att lagra en sådan mängd energi och omvandla den till elektrisk energi i en hydraulisk enhet med en effektivitet på 0,92 måste du höja 4 ton (4 kubikmeter) vatten till en höjd av 100 m eller 40 ton vatten till en höjd av 10 m.

För ett vattenkraftverk med en kapacitet på endast 1 MW för att driva lagrat vatten 5 månader om året i 6 timmar om dagen på lagrat vatten är det nödvändigt att ackumuleras på 100 m höjd och sedan köra genom en turbin 3,6 miljon ton vatten. Med en reservoaryta på 1 kvadratkilometer kommer nivån att minska med 3,6 m. Samma produktionsvolym vid ett dieselkraftverk med en verkningsgrad på 40% kommer att kräva 324 ton dieselbränsle. I kallt klimat kräver lagring av vattenenergi för vintern höga dammar och stora reservoarer.

Dessutom på b O På större delen av Rysslands territorium i permafrostzonen fryser små och medelstora floder till botten på vintern. I dessa delar är små vattenkraftverk värdelösa på vintern.

Stora vattenkraftverk är oundvikligen belägna på ett betydande avstånd från många konsumenter, och kostnaderna för att bygga kraftledningar och energiförluster och uppvärmningstrådar bör beaktas. Så för transsibiriska (Shilkinskaya) vattenkraftverk överstiger kostnaden för att bygga en överföringsledning-220 till Transsib med en längd på endast 195 km (mycket lite för en sådan konstruktion) 10% av alla kostnader. Kostnaderna för att bygga kraftöverföringsnät är så betydande att vindkraftverkens kapacitet, som ännu inte har anslutits till nätet, i Kina överstiger kapaciteten för hela energisektorn i Ryssland öster om Bajkalsjön.

Utsikterna för vattenkraft beror således på framsteg inom teknik och produktion, och lagring och överföring av energi kollektivt.

Energi är en mycket kapitalintensiv och därför konservativ industri. Vissa kraftverk är fortfarande i drift, särskilt vattenkraftverk som byggdes i början av 1900 -talet. Därför, för att bedöma utsikterna för ett halvt sekel, i stället för volymetriska indikatorer för en eller annan typ av energi, är det viktigare att titta på framstegen i varje teknik. Lämpliga indikatorer på teknisk utveckling i produktionen är effektivitet (eller procentandel av förluster), enhetskapacitet för enheter, kostnad för 1 kilowatt produktionskraft, överföringskostnad för 1 kilowatt per 1 km, kostnad för lagring av 1 kilowattimme per dag.

Energilagring

Lagring el är en ny industri inom energisektorn. Under lång tid lagrade människor bränsle (ved, kol, sedan olja och oljeprodukter i tankar, gas i trycksatta tankar och underjordiska lagringsanläggningar). Sedan dök mekaniska energilagringsenheter upp (höjt vatten, tryckluft, super svänghjul, etc.), bland dem är pumpade lagerkraftverk fortfarande ledande.

Utanför permafrostzonerna kan värmen som ackumuleras av solvattenberedare redan pumpas under jorden för att värma hus på vintern. Efter Sovjetunionens kollaps upphörde experiment med användning av solenergi för kemiska transformationer.

Kända kemiska batterier har ett begränsat antal laddningsurladdningscykler. Superkondensatorer har mycket mer O längre hållbarhet, men deras kapacitet är fortfarande otillräcklig. Ackumulatorerna av magnetfältsenergi i supraledande spolar förbättras mycket snabbt.

Ett genombrott i distributionen av energilagring kommer att inträffa när priset sjunker till 1 dollar per kilowattimme. Detta kommer att göra det möjligt att i stor utsträckning använda typer av kraftproduktion som inte kan fungera kontinuerligt (sol, vind, tidvattenenergi).

alternativ energi

Från teknik alstrande den snabbaste förändringen sker nu inom solenergi. Solpaneler gör det möjligt att producera energi i vilken mängd som helst - från att ladda en telefon till att leverera megastäder. Solens energi på jorden är hundra gånger mer än andra energislag tillsammans.

Vindkraftparker har gått igenom en period med prisnedgångar och är i ett skede av att öka tornstorleken och generera kapacitet. År 2012 överträffade kapaciteten för alla vindkraftverk i världen kapaciteten för alla kraftverk i Sovjetunionen. Men under 20 -talet av 2000 -talet kommer möjligheterna att förbättra vindkraftverk att vara uttömda och solenergi kommer att förbli tillväxtmotorn.

Tekniken för stora vattenkraftverk har passerat sin "finaste timme"; varje decennium byggs stora vattenkraftverk mindre och mindre. Uppfinnarnas och ingenjörernas uppmärksamhet vänder sig till tidvatten- och vågkraftverk. Tidvatten och stora vågor finns dock inte överallt, så deras roll kommer att vara obetydlig. Små vattenkraftverk kommer fortfarande att byggas under 2000 -talet, särskilt i Asien.

Att få el från värmen från jordens tarmar (geotermisk energi) är lovande, men bara i vissa områden. Förbränningstekniken för fossila bränslen kommer att konkurrera med solenergi och vindenergi i flera decennier, särskilt där det är lite vind och sol.

Den snabbast förbättrade tekniken för att producera brännbar gas genom jäsning av avfall, pyrolys eller sönderdelning i plasma). Dock fast hushållsavfall alltid innan förgasning kräver sortering (eller bättre separat samling).

TPP -teknik

Kraftverkens kraftverk översteg 60%. Omutrustning av alla gaseldade kraftvärme till ånggas (närmare bestämt gasånga) kommer att öka elproduktionen med mer än 50% utan att gasförbränningen ökar.

Kolkraft och kraftvärme är mycket värre än gaseldade när det gäller effektivitet, pris på utrustning och mängden skadliga utsläpp. Dessutom kräver kolbrytning flest mänskliga liv per megawattimme el. Förgasning av kol kommer att förlänga kolindustrins existens i flera decennier, men gruvarbetarens yrke kommer sannolikt inte att överleva förrän på 22 -talet. Det är mycket troligt att ånga och gasturbiner kommer att ersättas av snabbt förbättrade bränsleceller där kemisk energi omvandlas till elektrisk energi genom att gå förbi stadierna för att erhålla termisk och mekanisk energi. Under tiden är bränsleceller mycket dyra.

Kärnkraft

Kärnkraftverkens effektivitet har vuxit långsammast under de senaste 30 åren. Förbättringar av kärnreaktorer, som var och en kostar flera miljarder dollar, är mycket långsamma och säkerhetskraven driver upp byggkostnaderna. "Kärnkraftsrenässansen" skedde inte. Sedan 2006 är idrifttagningen av kärnkraftverk i världen mindre än inte bara idrifttagning av vindkraftparker utan också solcellsanläggningar. Ändå är det troligt att vissa kärnkraftverk kommer att överleva fram till 22 -talet, men på grund av problemet med radioaktivt avfall är deras slut oundvikligt. Förmodligen kommer termonukleära reaktorer att fungera under 2000 -talet, men deras ringa antal, naturligtvis, "kommer inte att göra vädret."

Fram till nu är möjligheten att förverkliga en "kall fusion" fortfarande oklar. I princip strider inte möjligheten till en termonukleär reaktion utan ultrahöga temperaturer och utan bildning av radioaktivt avfall inte mot fysikens lagar. Men utsikterna för att få billig energi på detta sätt är mycket tveksamma.

Ny teknik

Och lite fantasi på teckningarna. I Ryssland testas nu tre nya principer för isotermisk omvandling av värme till el. Dessa experiment har många skeptiker: trots allt bryts termodynamikens andra lag. Hittills har en tiondel av en mikrovatt mottagits. Om det lyckas kommer klockan och instrumentbatterierna att visas först. Sedan glödlampor utan ledningar. Varje glödlampa kommer att vara en källa till svalka. Luftkonditioneringsapparater kommer att generera el istället för att konsumera den. Ledningarna i huset kommer inte längre att behövas. Det är för tidigt att bedöma när science fiction går i uppfyllelse.

Under tiden behöver vi trådarna. Mer än hälften av priset på en kilowattimme i Ryssland står för kostnaden för att bygga och underhålla kraftledningar och transformatorstationer. Mer än 10% av den genererade elen går till värmetrådar. Att minska kostnader och förluster tillåter "smarta nät", som automatiskt hanterar många konsumenter och energiproducenter. I många fall är det bättre att överföra likström än växelström för att minska förluster. I allmänhet kan värmekablar undvikas genom att göra dem supraledande. Superledare som arbetar vid rumstemperatur har dock inte hittats och det är inte känt om de kommer att hittas.

För glesbygden med höga transportkostnader är förekomsten och tillgängligheten av energikällor också viktig.

Den vanligaste energin är från solen, men solen syns inte alltid (särskilt utanför polcirkeln). Men på vintern och natten blåser vinden ofta, men inte alltid och inte överallt. Ändå gör vind-solkraftverk redan nu möjligt att avsevärt minska förbrukningen av diesel i avlägsna byar.

Vissa geologer hävdar att olja och gas bildas nästan överallt idag av koldioxid som kommer in i marken med vatten. Användningen av hydraulisk sprickbildning ("fracking") förstör dock naturliga platser där olja och gas kan ackumuleras. Om detta är sant kan en liten mängd olja och gas (tio gånger mindre än nu) utvinnas nästan överallt utan att skada den geokemiska cirkulationen av kol, men att exportera kolväten innebär att beröva dig själv från framtiden.

Mångfald naturliga resurser i världen innebär att hållbar elproduktion kräver en kombination av olika tekniker gäller för lokala förhållanden. Hur som helst kan en obegränsad mängd energi på jorden inte erhållas av både miljö- och resursskäl. Därför kommer tillväxten i produktionen av el, stål, nickel och andra materiella saker på jorden under nästa århundrade oundvikligen att ersättas av en ökning av produktionen av intellektuella och andliga.

Igor Eduardovich Shkradyuk

Skicka ditt bra arbete i kunskapsbasen är enkel. Använd formuläret nedan

Studenter, doktorander, unga forskare som använder kunskapsbasen i sina studier och arbete kommer att vara mycket tacksamma för dig.

Postat den http: // www. allbest. ru /

1. Utsikter för utveckling av värmekraft

Mänskligheten tillgodoser cirka 80% av sitt energibehov genom fossila bränslen: olja, kol, naturgas. Deras andel av balansen i elkraftsindustrin är något lägre - cirka 65% (39% - kol, 16% - naturgas, 9% - flytande bränslen).

Enligt prognoserna från International Energy Agency, fram till 2020, med en ökning av primärenergiförbrukningen med 35%, kommer andelen fossila bränslen att öka till mer än 90%.

Idag tillgodoses efterfrågan på olja och naturgas i 50-70 år. Trots den ständiga produktionstillväxten har dessa perioder dock inte minskat under de senaste 20-30 åren, utan de växer som ett resultat av upptäckten av nya fält och förbättringen av produktionstekniken. När det gäller kol kommer dess återvinningsbara reserver att vara mer än 200 år.

Det är alltså ingen fråga om brist på fossila bränslen. Poängen är att använda dem på det mest rationella sättet att förbättra människors levnadsstandard och samtidigt villkorslöst bevara sin miljö. Detta gäller helt och hållet elindustrin.

I vårt land är det huvudsakliga bränslet för värmekraftverk naturgas. Under överskådlig framtid kommer dess andel tydligen att minska, men den absoluta förbrukningen av kraftverk kommer att förbli ungefär konstant och ganska stor. Av många skäl - inte alltid vettigt - används det inte tillräckligt effektivt.

Naturgasförbrukare är traditionella ångturbint TPP och kraftvärme, främst med ångtryck på 13 och 24 MPa (deras effektivitet i kondenseringsläge är 36-41%), men också gamla kraftvärme med betydligt lägre parametrar och höga produktionskostnader.

Det är möjligt att avsevärt öka gasanvändningens effektivitet vid användning av gasturbin och kombinerade cykeltekniker.

Den maximala enhetskapaciteten för GTU har nått 300 MW nu, effektiviteten vid autonomt arbete-36-38%, och i flertaxlade gasturbiner baserade på flygmotorer med höga tryckförhållanden-40% eller mer, är den ursprungliga gastemperaturen 1300-1500 ° C, kompressionsförhållandet är 20-30.

För att säkerställa den praktiska framgången med tillförlitlighet, termisk effektivitet, låga enhetskostnader och driftskostnader, är kraftgasturbiner idag konstruerade enligt den enklaste cykeln, vid maximal uppnådd gastemperatur (den växer ständigt), med tryckförhållanden nära den optimala sådana när det gäller specifikt arbete och effektivitet för kombinerade anläggningar. som använder värmen från avgaserna i turbinen. Kompressorn och turbinen är placerade på samma axel. Turbo-maskiner bildar ett kompakt block med en integrerad förbränningskammare: ringformig eller block-ringformig. Zonen med höga temperaturer och tryck är lokaliserad i ett litet utrymme, antalet delar som tar emot dem är litet och dessa delar själva är noggrant utarbetade. Dessa principer är resultatet av många års designutveckling.

De flesta GTU: er med en kapacitet på mindre än 25-30 MW skapas på grundval eller av typen av flygplan eller marina gasturbinmotorer (GTE), som kännetecknas av frånvaron av horisontella kontakter och montering av höljen och rotorer med hjälp av vertikala kontakter, utbredd användning av rullager, liten vikt och dimensioner. Indikatorerna för livslängd och tillgänglighet som krävs för mark- och kraftverkets drift tillhandahålls i flygplanskonstruktioner med acceptabla kostnader.

Med en kapacitet på mer än 50 MW är GTU speciellt utformad för kraftverk och utförs som enaxel, med måttliga kompressionsförhållanden och en tillräckligt hög avgastemperatur, vilket underlättar användningen av deras värme. För att minska storleken och kostnaden och öka effektiviteten utförs GTU: er med en kapacitet på 50-80 MW som höghastighetsaggregat med en elektrisk generator som drivs genom en växellåda. Typiskt liknar sådana gasturbiner aerodynamiskt och strukturellt mer kraftfulla enheter konstruerade för direktdrivning av elektriska generatorer med en rotationshastighet på 3600 och 3000 varv / min. Denna simulering förbättrar tillförlitligheten och minskar kostnaderna för utveckling och distribution.

Cykelluft är den huvudsakliga kylvätskan i gasturbinenheten. Luftkylningssystem implementeras i munstycke och rotorblad, med hjälp av teknik som ger de erforderliga egenskaperna till en acceptabel kostnad. Användningen av ånga eller vatten för kylning av turbiner kan förbättra prestandan hos GTU och STU med samma cykelparametrar eller ge en ytterligare ökning jämfört med luft till gasernas initialtemperatur. Även om de tekniska grunderna för användning av kylsystem med dessa kylvätskor långt ifrån är så detaljerade som med luft, blir implementeringen av dem en praktisk fråga.

Gasturbinanläggningen har behärskat den "lågtoxiska" förbränningen av naturgas. Det är mest effektivt i förbränningskammare som arbetar på en tidigare framställd homogen blandning av gas med luft i stort (a = 2-2,1) överskottsluft och med en enhetlig och relativt låg (1500-1550 ° C) brännartemperatur. Med en sådan förbränningsorganisation kan bildandet av NOX begränsas till 20-50 mg / m3 under normala förhållanden (som standard hänvisar de till förbränningsprodukter som innehåller 15% syre) med en hög fullständig förbränning (koncentration av 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.

Det är mycket svårare att återge en liknande teknik för "lågtoxisk" förbränning på flytande bränsle. Det finns dock vissa framgångar också här.

Av stor betydelse för stationära gasturbiners framsteg är valet av material och formningsteknik som säkerställer lång livslängd, tillförlitlighet och måttliga kostnader för deras delar.

Delar av turbinen och förbränningskammaren, som tvättas av högtemperaturgaser som innehåller komponenter som kan orsaka oxidation eller korrosion, och som utsätts för höga mekaniska och termiska påfrestningar, är gjorda av komplexa legerade nickelbaserade legeringar. Bladen kyls intensivt och är gjorda med komplexa inre banor med hjälp av precisionsgjutningsmetoden, som gör det möjligt att använda material och få former av delar som är omöjliga med annan teknik. Under de senaste åren har gjutning av blad med riktad och enkel kristallisering allt mer använts, vilket gör det möjligt att märkbart förbättra deras mekaniska egenskaper.

Ytorna på de hetaste delarna skyddas med beläggningar som förhindrar korrosion och sänker basmetallens temperatur.

Enkelheten och den lilla storleken på även kraftfulla gasturbiner och deras extrautrustning gör det tekniskt möjligt att förse dem med stora, fabrikstillverkade block med hjälputrustning, rörledning och kabelanslutningar, testade och justerade för normal drift. När det installeras utanför en byggnad är ett hölje (hölje) en komponent i varje enhet, som skyddar utrustningen från dåligt väder och minskar ljudutsläpp. Blocken installeras på platta fundament och dockas. Utrymmet under beklädnaden är ventilerat.

Kraftindustrin i Ryssland har en långsiktig, om än tvetydig, erfarenhet av att driva en gasturbinenhet med en kapacitet på 2,5 till 100 MW. Ett bra exempel är gasturbinen CHP, som har drivits i mer än 25 år under de tuffa klimatförhållandena i Jakutsk, i ett isolerat kraftsystem med ojämn belastning.

För närvarande drivs gasturbiner vid kraftverk i Ryssland, vilka är märkbart sämre än utländska när det gäller deras parametrar och indikatorer. För att skapa moderna kraftgasturbiner är det lämpligt att kombinera krafter från kraftteknik och flygmotorföretag baserade på flygteknik.

Ett 110 MW kraftverk har redan tillverkats och testas, producerat av försvarsföretagen Mash-Proekt (Nikolaev, Ukraina) och Saturnus (Rybinsk Motors), som har ganska moderna prestanda.

Olika standardstorlekar för medelstora gasturbiner har skapats i landet på grundval av flygplan eller marinmotorer. Flera enheter GTD-16 och GTD-25 "Mashinproekt", GTU-12 och GTU-16P från Perm "Aviadvigatel", AL-31ST "Saturn" och NK-36 "NK Engines" kompressorstationer för huvudgasledningar. Under många år har hundratals tidigare GTU: er från Trud (nu NK Engines) och Mashproekt -företag varit verksamma där. Det finns en rik och generellt positiv erfarenhet av drift vid kraftverk på 12 MW Mashproekt GTU, som fungerade som grund för kraftfullare PT-15.

I moderna kraftverk för gasturbiner är temperaturen på avgaserna i turbinen 550-640 ° C. Deras värme kan användas för värmeförsörjning eller utnyttjas i ångcykeln, med en ökning av verkningsgraden för den kombinerade ånggasanläggningen upp till 55-58%, faktiskt erhållen för närvarande. Olika kombinationer av gasturbin- och ångturbincykler är möjliga och praktiskt tillämpade. Bland dem dominerar binära, med tillförsel av all värme i GTU: s förbränningskammare, generering av högparameterånga i spillvärmepannan bakom GTU och dess användning i ångturbinen.

Den första binära typen av PTU i vårt land har varit verksam vid den nordvästra TPP i Sankt Petersburg i cirka 2 år. Dess kapacitet är 450 MW. CCGT-enheten innehåller två V94.2 gasturbiner utvecklade av Siemens, levererade av dess joint venture med LMZ, Interturbo, 2 spillvärmepannor och en ångturbin. Leveransen av ett block ACS för CCGT -enheten utfördes av ett konsortium av västerländska företag. All resten av huvud- och hjälputrustningen levererades av inhemska företag.

Senast 01.09.02 arbetade CCGT-enheten i kondensationsläge i 7200 timmar medan den arbetade i läget i kontrollområdet (300-450 MW) med en genomsnittlig verkningsgrad på 48-49%; dess beräknade effektivitet är 51%.

I en liknande CCGT-enhet med den inhemska GTE-110 är det möjligt att uppnå ännu lite högre effektivitet.

Ännu högre effektivitet, som framgår av samma tabell, kommer att säkerställa användningen av den för närvarande utformade GTE-180.

Med användning av de för närvarande utformade GTU: erna är det möjligt att uppnå betydligt högre indikatorer, inte bara i nybyggnation, utan också i teknisk omutrustning av befintliga TPP: er. Det är viktigt att med teknisk omutrustning med bevarande av infrastrukturen och en betydande del av utrustningen och implementering av binära CCGT-enheter på dem är det möjligt att uppnå nära optimala effektivitetsvärden med en betydande ökning av kraftverkens kraft.

Mängden ånga som kan genereras i spillvärmepannan installerad bakom GTP-180 ligger nära genomströmningen av ett avgaser från K-300 ångturbin. Beroende på antalet avgaser som kvarstår under denna upprustning är det möjligt att använda 1, 2 eller 3 GTE-180. För att undvika överbelastning av avgaser vid låga omgivningstemperaturer är det lämpligt att använda ett trekretsschema för ångsektionen med återuppvärmning av ånga, där CCGT-enhetens större effekt uppnås vid en lägre ångflödeshastighet in i kondensorn.

Medan alla tre avgaserna behålls placeras en CCGT med en kapacitet på cirka 800 MW i en cell med två angränsande kraftenheter: en ångturbin finns kvar och den andra demonteras.

Den specifika kostnaden för denna omutrustning i CCGT-cykeln kommer att vara 1,5 gånger eller mer billigare än nybyggnation.

Liknande lösningar är tillrådliga för omutrustning av gas-och-bränsle-GRES med kraftenheter på 150 och 200 MW. Mindre kraftfull GTE-110 kan användas i stor utsträckning på dem.

Av ekonomiska skäl behöver i första hand kraftvärmeverk teknisk teknisk utrustning. För dem tillåter de mest attraktiva binära CCGT-enheterna av denna typ, som vid den nordvästra TPP i St Petersburg, dramatiskt att öka elproduktionen för termisk förbrukning och ändra förhållandet mellan elektrisk och värmebelastning inom vida gränser, medan bibehålla en övergripande hög bränsleutnyttjande faktor. Modulen fungerade på Severo-Zapadnaya CHPP: GTU-spillvärmepanna som genererar 240 t / h ånga, kan användas direkt för att driva turbiner PT-60, PT-80 och T-100.

Med en full belastning av deras avgaser kommer massflödeshastigheten för ånga genom de första stadierna i dessa turbiner att vara betydligt lägre än den nominella och det kommer att vara möjligt att passera det vid de reducerade tryck som är karakteristiska för CCGT-450. Detta, liksom en minskning av temperaturen för levande ånga till mindre än 500-510 ° C, kommer att ta bort frågan om uttömning av resursen för dessa turbiner. Även om detta kommer att åtföljas av en minskning av ångturbinernas kapacitet, kommer enhetens totala kapacitet att mer än fördubblas, och dess effektproduktionseffektivitet kommer, oavsett läge (värmeförsörjning), att vara betydligt högre än de bästa kondenserande kraftenheter.

En sådan förändring av indikatorer påverkar kraftfullt kraftvärmeverkens effektivitet. De totala kostnaderna för att producera el och värme kommer att minska, och kraftvärmeverkens konkurrenskraft på marknaderna för båda produkttyperna - vilket framgår av finansiella och ekonomiska beräkningar - kommer att öka.

Vid kraftverk, i vars bränslebalans det finns en stor andel eldningsolja eller kol, men det finns också naturgas, i tillräcklig mängd för att driva en gasturbinenhet, kan termodynamiskt mindre effektiva gasturbinöverbyggnader vara tillrådliga.

För den inhemska termiska kraftindustrin är den viktigaste ekonomiska uppgiften utveckling och utbredd användning av gasturbinanläggningar med de parametrar och indikatorer som redan har uppnåtts i världen. Den viktigaste vetenskapliga uppgiften är att säkerställa konstruktion, tillverkning och framgångsrik drift av dessa gasturbiner.

Naturligtvis finns det fortfarande många möjligheter för vidareutveckling av GTU- och CCGT -enheter och en ökning av deras prestanda. KKP med en effektivitet på 60% har utformats utomlands och uppgiften är att öka den inom överskådlig framtid till 61,5-62%. För detta ändamål används ånga istället för cyklisk luft som kylare i gasturbinenheten och en närmare integration av gasturbinen och ångcyklerna genomförs.

Ännu större möjligheter öppnas genom skapandet av "hybrid" -installationer där en gasturbin (eller CCGT) byggs ovanpå en bränslecell.

Högtemperaturbränsleceller (FC), fast oxid eller baserade på smält karbonat, som arbetar vid temperaturer på 850 och 650 ° C, fungerar som värmekällor för gasturbinen och ångcykeln. Specifika projekt med en kapacitet på cirka 20 MW - främst i USA - har beräknat effektivitet på 70%.

Dessa enheter är konstruerade för att fungera på naturgas med en intern reformer. Det är naturligtvis möjligt att köra dem på syntesgas eller rent väte från kolförgasning och skapa komplex där kolbearbetning är integrerad i den tekniska cykeln.

De befintliga programmen har som uppgift att öka kapaciteten för hybridanläggningar upp till 300 MW och mer i framtiden, och deras effektivitet - upp till 75% på naturgas och 60% på kol.

Det näst viktigaste bränslet för kraftindustrin är kol. I Ryssland är de mest produktiva kolfyndigheterna - Kuznetsk och Kansko -Achinsk - belägna i södra centrala Sibirien. Kolen i dessa insättningar är svavelsvaga. Kostnaden för deras utvinning är låg. Emellertid är deras tillämpningsområde för närvarande begränsat på grund av de höga kostnaderna för järnvägstransporter. I den europeiska delen av Ryssland, i Ural och Fjärran Östern överstiger transportkostnaderna kostnaden för att utvinna Kuznetsk-kol 1,5-2,5 gånger och Kansk-Achinsk kol-med 5,5-7,0 gånger.

I den europeiska delen av Ryssland bryts kol med en gruvmetod. I grund och botten är det kol från Pechora, antraciter i södra Donbass (motoringenjörer får sina screening - shtyb) och bruna kol i Moskva -regionen. Alla är högaska och svavelhaltiga. På grund av naturliga förhållanden (geologiska eller klimatiska) är kostnaden för deras produktion hög, och konkurrenskraften när den används i kraftverk är svår att säkerställa, särskilt med den oundvikliga skärpningen av miljökrav och utvecklingen av en ångkolmarknad i Ryssland.

För närvarande använder TPP kol som skiljer sig mycket åt i kvalitet: mer än 25% av deras totala förbrukning har en askhalt på mer än 40%; 18,8% - värmevärde under 3000 kcal / kg; 6,8 miljoner ton kol - svavelhalt över 3,0%. Den totala mängden ballast i kol är 55 miljoner ton per år, inklusive berg - 27,9 miljoner ton och fukt - 27,1 miljoner ton. Som ett resultat är det mycket viktigt att förbättra kvaliteten på ångkol.

Utsikterna att använda kol i den ryska elkraftindustrin kommer att bestämmas av den statliga politiken för priser på naturgas och kol. Under de senaste åren har det varit en absurd situation när gas i många regioner i Ryssland är billigare än kol. Man kan anta att gaspriserna kommer att växa snabbare och bli högre än kolpriserna om några år.

För att utöka användningen av kolen Kuznetsk och Kansk-Achinsk är det lämpligt att skapa förmånliga förhållanden för deras järnvägstransporter och utveckla alternativa metoder för att transportera kol: med vatten, genom rörledningar, i ett berikat tillstånd, etc.

Av strategiska skäl är det i den europeiska delen av Ryssland nödvändigt att bibehålla produktionen av en viss mängd termiskt kol av bästa kvalitet och i de mest produktiva gruvorna, även om detta kräver statliga subventioner.

Användningen av kol i kraftverk i konventionella ångkraftsenheter är kommersiellt livskraftig idag och kommer att vara effektiv under överskådlig framtid. gasturbin kraftindustri ryssland kol

I Ryssland bränns kol vid kondenserande kraftverk utrustade med kraftenheter på 150, 200, 300, 500 och 800 MW, och vid värmekraftverk med pannor med en kapacitet på upp till 1000 t / h.

Trots kolens låga kvalitet och instabiliteten hos deras egenskaper under leveransen uppnåddes höga tekniska, ekonomiska och operativa indikatorer på inhemska kolblock strax efter deras utveckling.

Stora pannor använder koldammsflammning, främst med borttagning av fast aska. Mekanisk underförbränning överstiger i regel inte 1-1,5% vid bränning av stenkol och 0,5% - brunkol. Den ökar till 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.

Under de senaste åren har kolblock fungerat i ett växlande läge med djup lossning eller avstängning över natten. En hög, nära nominell, effektivitet kvarstår vid lossning upp till N3JI = 0,4 - = - 0,5 NH0M.

Läget är värre när det gäller miljöskydd. Vid ryska koleldade TPP finns inga operativsystem för rökavsvavling, det finns inga katalytiska system för avlägsnande av NOX. De elektrostatiska utfällare som installerats för askuppsamling är inte tillräckligt effektiva; På pannor med en kapacitet på upp till 640 t / h används olika ännu mindre effektiva cykloner och våta apparater.

Samtidigt är harmonisering med miljön av yttersta vikt för termisk kraftteknik. Det är svårast att uppnå när man använder kol som bränsle, som innehåller en brännbar mineraldel och organiska föreningar av svavel, kväve och andra element som bildar ämnen som är skadliga för naturen, människor eller strukturer efter kolförbränning.

På lokal och regional nivå är de viktigaste luftföroreningarna vars utsläpp regleras gasformiga svavel- och kväveoxider och partiklar (aska). Deras begränsning kräver särskild uppmärksamhet och kostnader.

På ett eller annat sätt kontrolleras också utsläpp av flyktiga organiska föreningar (de allvarligaste föroreningarna, i synnerhet bensopyren), tungmetaller (t.ex. kvicksilver, vanadin, nickel) och förorenat avloppsvatten till vattenförekomster.

Vid ransoneringen av utsläpp från värmekraftverk begränsar staten dem till en nivå som inte orsakar irreversibla förändringar i miljön eller människors hälsa som kan påverka livsvillkoren för nuvarande och kommande generationer negativt. Bestämning av denna nivå är förknippad med många osäkerheter och beror i stor utsträckning på tekniska och ekonomiska möjligheter, eftersom orimligt stränga krav kan leda till ökade kostnader och förvärra den ekonomiska situationen i landet.

Med teknikutvecklingen och förstärkningen av ekonomin ökar möjligheterna att minska utsläppen från TPP. Därför är det legitimt att tala (och sträva!) Till minimalt tekniskt och ekonomiskt tänkbar inverkan av TPP: er på miljön och att gå för detta till ökade kostnader, dock de där TPP: s konkurrenskraft fortfarande säkerställs. Något liknande görs nu i många utvecklade länder.

Låt oss dock återvända till traditionella kolkraftverk.

Naturligtvis bör relativt billiga behärskade och effektiva el- och tygfilter för radikal avdammning av rökgaser som släpps ut i atmosfären användas först och främst. Svårigheter med elektrostatiska utfällare som är typiska för den ryska energisektorn kan elimineras genom att optimera deras storlek och design, förbättra kraftsystem med hjälp av förjonisering och alternerande, intermittenta eller pulserade strömförsörjningsenheter och automatisera filterdriftskontrollen. I många fall är det lämpligt att minska temperaturen på gaserna som kommer in i den elektrostatiska fällaren.

För att minska utsläppen av kväveoxider till atmosfären används främst tekniska åtgärder. De består i att påverka förbränningsprocessen genom att ändra utformning och driftsätt för brännare och förbränningsanordningar och skapa förhållanden under vilka bildandet av kväveoxider är liten eller omöjlig.

I pannor som arbetar på Kansk-Achinsk kol för att minska bildandet av kväveoxider, är det lämpligt att använda den beprövade principen för lågtemperaturförbränning. Med tre steg av bränsletillförsel kommer överskottsluftförhållandet i den aktiva förbränningszonen att vara 1,0-1,05. Ett överskott av oxidationsmedel i denna zon i närvaro av intensiv massaöverföring i volymen kommer att ge en låg slagghastighet. Så att uttag av en del av luften från den aktiva förbränningszonen inte ökar temperaturen på gaserna i dess volym, tillförs en ersättning av återcirkulationsgaser till brännaren. Med en sådan förbränningsorganisation är det möjligt att minska koncentrationen av kväveoxider till 200-250 mg / m3 vid kraftenhetens nominella belastning.

För att minska kväveoxidutsläppen utvecklar SibVTI ett system för uppvärmning av koldamm före förbränning, vilket kommer att minska NOX -utsläppen till mindre än 200 mg / m3.

När du använder Kuznetsk hård kol på 300-500 MW enheter bör lågtoxiska brännare och stegvis bränsleförbränning användas för att minska bildandet av NOX. Kombinationen av dessa åtgärder kan ge NOX -utsläpp<350 мг/м3.

Det är särskilt svårt att minska bildandet av NOX vid förbränning av lågreaktivt bränsle (ASh och Kuznetskiy lean) i pannor med borttagning av flytande bottenaska. För närvarande har sådana pannor NOX-koncentrationer av 1200-1500 mg / m3. Om naturgas finns tillgänglig vid kraftverk är det lämpligt att organisera en förbränning i tre steg med NOX-reduktion i den övre delen av ugnen (påfyllningsprocessen). I detta fall drivs huvudbrännarna med ett överskottsluftförhållande på agor = 1,0-1,1, och naturgas tillförs ugnen tillsammans med ett torkmedel för att skapa en reduktionszon. Detta förbränningssystem kan ge NOX-koncentrationer upp till 500-700 mg / m3.

Kemiska metoder används för att avlägsna kväveoxider från rökgaser. Två kväverengöringstekniker används industriellt: selektiv icke-katalytisk reduktion (SNCR) och selektiv katalytisk reduktion (SCR) av kväveoxider.

Med en högre effektivitet för SCR -tekniken är de specifika kapitalkostnaderna i den en storleksordning högre än i SNCR. Tvärtom är förbrukningen av reduktionsmedlet, oftast ammoniak, med SCR-teknik 2-3 gånger lägre på grund av den högre selektiviteten vid användning av ammoniak jämfört med SNCR.

SNKV-teknik, testad vid en panna med en kapacitet på 420 t / h av Togliatti kraftvärme, kan användas i teknisk omutrustning av kolkraftverk med pannor som arbetar med flytande slaggborttagning. Detta ger dem en NOX-utsläppsnivå på 300-350 mg / m3. I områden med ekologiskt stress kan SCR -teknik användas för att uppnå NOX -utsläpp på cirka 200 mg / m3. I alla fall bör användningen av kväverening föregås av tekniska åtgärder för att minska bildandet av NOX.

Med hjälp av nuvarande behärskad teknik är det möjligt att ekonomiskt rengöra förbränningsprodukterna från svavelhaltigt bränsle med fångst av 95-97% SO2. I detta fall används naturligt kalksten vanligtvis som ett sorbent; kommersiellt gips är en biprodukt av rengöring.

I vårt land, vid Dorogobuzhskaya SDPP, utvecklades en industri med en kapacitet på 500-103 nm3 / h som drivs industriellt, vilket implementerar ammoniak-sulfatavsvavlingstekniken, där sorbenten är ammoniak, och biprodukten är kommersiell ammoniumsulfat, som är ett värdefullt gödningsmedel.

Enligt de nuvarande ryska standarderna är bindning av 90-95% SO2 nödvändig vid användning av bränsle med reducerad svavelhalt S> 0,15% kg / MJ. Vid bränning av lågt och medelhögt svavelhaltigt bränsle S< 0,05% кг/МДж целесообразно использовать менее капиталоемкие технологии.

Följande anses för närvarande som de viktigaste riktningarna för att ytterligare öka effektiviteten hos koleldade TPP:

ökning av ångparametrar i jämförelse med de behärskade 24 MPa, 540/540 ° С med samtidig förbättring av utrustning och system för ångkraftverk;

utveckling och förbättring av lovande koleldade CCGT-enheter;

förbättring och utveckling av nya rökgasreningssystem.

Omfattande förbättringar av system och utrustning gjorde det möjligt att öka effektiviteten hos superkritiska koleldade kraftenheter från cirka 40 till 43-43,5% utan att ändra ångparametrarna. Öka parametrarna från 24 MPa 545/540 ° C till 29 MPa, 600/620 ° C ökar effektiviteten i verkliga projekt på kol till cirka 47%. Kostnadsökningen för kraftverk med stora (600-800 MW) enheter på grund av användning av dyrare material (till exempel austenitiska överhettningsrör) vid högre parametrar är relativt liten. Det är 2,5% med en effektivitetsökning från 43 till 45% och 5,5 till 47%. Men även denna prisökning stiger till mycket höga kolpriser.

Arbetet med ångans superkritiska parametrar, som började i mitten av förra seklet i USA och Sovjetunionen, har kommersialiserats under senare år i Japan och västeuropeiska länder med höga energipriser.

I Danmark och Japan har kraftenheter med en kapacitet på 380-1050 MW med ett levande ångtryck på 24-30 MPa och överhettning upp till 580-610 ° C byggts och fungerar framgångsrikt på kol. Bland dem finns det block med dubbel uppvärmning upp till 580 ° С. Effektiviteten hos de bästa japanska enheterna ligger på nivån 45-46%, de danska, som arbetar på kallt cirkulerande vatten med ett djupt vakuum, är 2-3% högre.

Lignitaggregat med en kapacitet på 800-1000 MW med ångparametrar upp till 27 MPa, 580/600 ° C och en verkningsgrad på upp till 45% har byggts i Tyskland.

Arbetet med en kraftenhet med superkritiska ångparametrar (30 MPa, 600/600 ° C), organiserat i vårt land, bekräftade verkligheten att skapa en sådan enhet med en kapacitet på 300-525 MW med en verkningsgrad på cirka 46% i de kommande åren.

En effektivitetsökning uppnås inte bara genom att öka ångparametrarna (deras bidrag är cirka 5%), utan också i större utsträckning på grund av en ökning av verkningsgraden för turbinen (4,5%) och pannan (2,5%) och förbättring av stationsutrustning med en minskning av förluster som är karakteristiska för hans arbete.

Den eftersläpning som finns i vårt land var inriktad på ångtemperaturen på 650 ° C och den utbredda användningen av austenitiska stål. En liten experimentpanna med sådana parametrar och ett ångtryck på 30,0 MPa har fungerat sedan 1949 vid VTI: s experimentella kraftvärme i över 200 tusen timmar. Den är i fungerande skick och kan användas för forskningsändamål och långsiktiga tester. SKR-100 kraftenhet vid Kashirskaya SDPP med en 720 t / h panna och en 30 MPa / 650 ° C turbin

arbetade 1969 över 30 tusen timmar. Efter att driften avbröts av skäl som inte var relaterad till dess utrustning, gjordes den av mal. 1955 utarbetade K. Rakov vid VTI möjligheterna att skapa en panna med ångparametrar på 30 MPa / 700 ° C.

Användningen av austenitiska stål med höga linjära expansionskoefficienter och låg värmeledningsförmåga för tillverkning av massiva ouppvärmda delar: ångledningar, rotorer och turbinhöljen och beslag orsakar uppenbara svårigheter vid cykliska belastningar som är oundvikliga för kraftutrustning. Med detta i åtanke kan nickelbaserade legeringar som kan fungera vid betydligt högre temperaturer vara mer praktiska i praktiken.

Så i USA, där man efter ett långt uppehåll har återupptagit arbetet med att införa superkritiska parametrar för ånga, koncentrerar de sig främst på utveckling och testning av de material som är nödvändiga för detta.

För delar som arbetar med de högsta trycken och temperaturerna: överhettningsrör, uppsamlare, ångledningar har flera nickelbaserade legeringar valts. För uppvärmningsvägen, där trycket är betydligt lägre, beaktas också austenitiska stål och för temperaturer under 650 ° C - lovande ferritiska stål.

Under 2003 är det planerat att identifiera förbättrade legeringar, tillverkningsprocesser och beläggningsmetoder som säkerställer drift av pannor vid ångtemperaturer upp till 760 ° C, med beaktande av de karakteristiska svepningarna, temperaturförändringar och eventuell korrosion i miljön för riktigt kol. förbränningsprodukter.

Det är också planerat att justera ASME -beräkningsstandarderna för nya material och processer och att överväga konstruktion och drift av utrustning vid ångtemperaturer upp till 870 ° C och tryck upp till 35 MPa.

I länderna i Europeiska unionen, på grundval av kooperativ finansiering, utvecklas en förbättrad kolkraftsenhet med en högsta ångtemperatur över 700 ° C med deltagande av en stor grupp energi- och maskinbyggande företag. Parametrarna för levande ånga accepteras för det

37,5 MPa / 700 ° C och en cykel med dubbel uppvärmning upp till 720 ° C vid tryck på 12 och 2,35 MPa. Vid ett tryck i kondensorn på 1,5-2,1 kPa bör effektiviteten för en sådan enhet vara över 50% och kan nå 53-54%. Och här är materialen kritiska. De är utformade för att ge en långsiktig styrka i 100 tusen timmar, lika med 100 MPa vid temperaturer:

nickelbaserade legeringar för rör från de sista buntarna med överhettare, utloppsrör, ångledningar, höljen och turbinrotorer - 750 ° C;

austenitiskt stål för överhettare - 700 ° C;

ferritisk -martensitiskt stål för pannrör och uppsamlare - 650 ° С.

Nya konstruktioner av pannor och turbiner, tillverkningsteknik (till exempel svetsning) och nya nära layouter utarbetas för att minska behovet av de dyraste materialen och enhetskostnaden för enheter utan att minska tillförlitlighets- och prestandaindikatorer som är typiska för moderna ångkraftsenheter.

Implementeringen av enheten är planerad efter 2010, och det slutliga målet på ytterligare 20 år är att uppnå en nettoeffektivitet på upp till 55% vid ångtemperaturer upp till 800 ° C.

Trots de redan uppnådda framgångarna och de befintliga utsikterna för ytterligare förbättring av ångkraftsenheter är de termodynamiska fördelarna med kombinerade anläggningar så stora att mycket uppmärksamhet ägnas åt utvecklingen av koleldade CCGT-enheter.

Eftersom förbränning av askhaltigt bränsle i gasturbinenheten är svår på grund av bildandet av avlagringar i turbinernas flödesbana och korrosion av deras delar, utförs arbete med användning av kol i gasturbinenheten huvudsakligen åt två håll:

förgasning under tryck, rening av brännbar gas och dess förbränning i en gasturbinenhet; förgasningsenheten är integrerad med CCGT -enheten, vars cykel och schema är desamma som för naturgas;

direkt förbränning av kol under tryck i en högtrycks ånggenerator med fluidiserad bädd, rening och expansion av förbränningsprodukter i en gasturbin.

Genomförandet av processerna för förgasning och rening av konstgjord gas från kolaska och svavelföreningar vid höga tryck gör det möjligt att öka deras intensitet, minska utrustningens storlek och kostnad. Värmen som avlägsnas under förgasning utnyttjas inom CCGT -cykeln, och ånga och vatten som används under förgasning, och ibland luft, tas också från den. Förluster på grund av kolförgasning och generatorgasrening minskar CCGT -enhetens effektivitet. Men med rationell design kan den vara ganska hög.

De mest utvecklade och praktiskt tillämpade teknikerna för kolförgasning i en bulkbädd, i en fluidiserad bädd och i en ström. Syre används som oxidationsmedel, sällan luft. Användningen av industriellt utvecklad teknik för att rena syntesgas från svavelföreningar kräver gaskylning till 40 ° C, vilket åtföljs av ytterligare tryck- och prestandaförluster. Kostnaden för gaskylning och reningssystem är 15-20% av den totala kostnaden för TPP. För närvarande utvecklas aktivt gasrengöringstekniker med hög temperatur (upp till 540-600 ° C), vilket kommer att minska kostnaderna för system och förenkla deras drift, samt minska förlusterna i samband med rengöring. Oavsett förgasningsteknik överförs 98-99% av kolenergi till brännbar gas.

1987-91. I Sovjetunionen, under det statliga programmet "Miljövänlig energi", utarbetade VTI och CKTI tillsammans med designinstitut i detalj flera CCGT -enheter med kolförgasning.

Enhetskapaciteten för enheterna (netto) var 250-650 MW. Alla tre förgasningstekniker som nämnts ovan beaktades i förhållande till de vanligaste kolen: Berezovskijbrun, Kuznetsksten och ASh, som är mycket olika i sammansättning och egenskaper. Effektivitet från 39 till 45% och mycket god miljöprestanda erhölls. I allmänhet var dessa projekt i linje med dåvarande världsnivå. Utomlands har liknande CCGT-enheter redan implementerats på demonstrationsmodeller med en enhetskapacitet på 250-300 MW, och inhemska projekt avbröts för 10 år sedan.

Trots detta är förgasningsteknik av intresse för vårt land. I synnerhet i VTI fortsätter de

experimentellt arbete vid förgasningsanläggningen med hjälp av "härd" -metoden (med en bulkbädd och avlägsnande av flytande slagg) och optimeringsstudier av CCGT -system.

Med hänsyn tagen till det måttliga svavelhalten i de mest lovande inhemska kolen och de framsteg som uppnåtts med de ekonomiska och miljömässiga indikatorerna för traditionella pulveriserade koleldade kraftaggregat, som dessa CCGT-enheter kommer att behöva konkurrera med, är de främsta orsakerna till deras utveckling möjlighet att uppnå högre värmeeffektivitet och mindre svårigheter att ta bort CO2 från cykeln. om det behövs (se nedan). Med tanke på komplexiteten hos CCGT-enheten med förgasning och de höga kostnaderna för deras utveckling och utveckling, är det lämpligt att ta CCGT-enhetens effektivitet till nivån 52-55%, enhetskostnaden på 1-1,05 av kostnaden för kolblocket, SO2- och NOX -utsläpp.< 20 мг/м3 и частиц не более 10 мг/м3. Для достижения их необходимо дальнейшее развитие элементов и систем ПГУ.

Sänka temperaturen på den brännbara gasen vid förgasarens utlopp till 900-1000 ° C, rengör den från svavelföreningar och partiklar och rikta in den i förbränningskammaren i GTU vid en förhöjd temperatur (till exempel 500-540 ° C vid vilka rörledningar och kopplingar kan tillverkas av billiga stål) genom att använda luft snarare än syreblåsning, minska tryck och värmeförluster i förgasningssystemets gas-luftkanal och använda värmeväxlingskretsar som är stängda inuti det, är det möjligt att minska förlust av prestanda i samband med förgasning från 16-20 till 10-12% och avsevärt minska strömförbrukningen av egna behov.

Projekt som genomförs utomlands indikerar också en betydande minskning av enhetskostnaden för TPP med CCGT med kolförgasning med en ökning av produktivitet och enhetskapacitet för utrustning, samt med en ökning av teknikutvecklingen.

En annan möjlighet är en CCGT -enhet med kolförbränning i en fluidiserad bädd under tryck. Den erforderliga luften tillförs bädden av en gasturbinkompressor med ett tryck på 1-1,5 MPa, förbränningsprodukterna expanderar efter rengöring från aska och matning i gasturbinen och utför användbart arbete. Värmen som släpps ut i sängen och värmen från avgaserna i turbinen används i ångcykeln.

Genom att utföra processen under tryck och bibehålla alla fördelar som är kännetecknande för kolförbränning i en fluidiserad bädd kan avsevärt öka enhetskapaciteten hos ånggeneratorer och minska deras dimensioner med en mer fullständig förbränning av kol- och svavelbindning.

Fördelarna med en CCGT -enhet med KSD är fullständig (med en effektivitet> 99%) förbränning av olika typer av kol, höga värmeöverföringskoefficienter och små värmeytor, låga (upp till 850 ° C) förbränningstemperaturer och som ett resultat små (mindre än 200 mg / m3) NOX-utsläpp, ingen slaggning, möjlighet att tillsätta ett sorbent (kalksten, dolomit) till skiktet och binda i det 90-95% av svavlet i kolet.

Hög verkningsgrad (40-42% i kondenseringsläge) uppnås i en CCGT-enhet med KSD vid måttlig effekt (ca 100 MW el.) Och subkritiska ångparametrar.

På grund av pannans lilla storlek och avsaknaden av avsvavling är det område som CCGT -enheten upptar med KSD litet. Möjlig block-komplett leverans av deras utrustning och modulkonstruktion med en minskning av dess kostnad och villkor.

För Ryssland lovar CCGT med KSD först och främst den tekniska omutrustningen för koleldade kraftvärme i trånga områden, där det är svårt att hitta nödvändig miljöskyddsutrustning. Att byta ut gamla pannor mot HSG med GTU kommer också att avsevärt förbättra effektiviteten hos dessa kraftvärme och öka deras elektriska kapacitet med 20%.

På VTI, utifrån inhemsk utrustning, utarbetades flera standardstorlekar av CCGT med KSD.

Under gynnsamma ekonomiska förhållanden kan sådana CCGT -enheter implementeras i vårt land på kort tid.

CCGT -teknik med KSD är enklare och mer bekant för motoringenjörer än förgasningsanläggningar, som är komplex kemisk produktion. Olika kombinationer av båda teknikerna är möjliga. Deras syfte är att förenkla förgasnings- och gasreningssystem och minska deras karakteristiska förluster från ena sidan och öka temperaturen på gaser framför turbinen och gasturbineffekten i system med KSD på andra sidan.

En viss återhållsamhet hos allmänheten och återspeglar dess känslor av experter och regeringar vid bedömningen av utsikterna för en bred och långsiktig användning av kol är förknippat med ökande koldioxidutsläpp till atmosfären och fruktar att dessa utsläpp kan orsaka globala klimatförändringar, vilket kommer att ha katastrofala konsekvenser.

Diskussion om soliditeten i dessa farhågor (de delas inte av många kompetenta specialister) är inte föremål för denna artikel.

Men även om de visar sig vara korrekta, om 40-60 år, när det krävs, eller ännu tidigare, är det ganska realistiskt att skapa konkurrenskraftiga TPP (eller energitekniska företag) som arbetar på kol med försumbara koldioxidutsläpp till atmosfären .

Redan idag är en betydande minskning av koldioxidutsläppen till atmosfären från TPP, särskilt koleldade, möjlig med den kombinerade el- och värmeproduktionen och ökningen av TPP: s effektivitet.

Med hjälp av de redan behärskade processerna och utrustningen är det möjligt att designa en CCGT -enhet med kolförgasning, omvandling av СО + Н2О till Н2О och СО2 och avlägsnande av СО2 från syntesgas.

Projektet använde en Siemens GTU U94.3A med en initial gastemperatur enligt ISO-standarden 1190 ° C, en PRENFLO-förgasare (in-line, på torrt damm från Pittsburgh-kol nr 8 och syreblåsning), en skiftreaktor och borttagning av sura gaser: H2S, COS och CO2 till Rectisol -systemet i Lurgi -företaget.

Fördelarna med systemet är den lilla storleken på utrustningen för att utföra CO2 -avlägsnandeprocesser vid högt (2 MPa) tryck, högt partiellt tryck och CO2 -koncentration. Avlägsnande av cirka 90% av koldioxid sker av ekonomiska skäl.

En minskning av effektiviteten hos den ursprungliga CCGT-enheten vid avlägsnande av CO2 uppstår på grund av förlusten av exergi under den exoterma omvandlingen av CO (med 2,5-5%), ytterligare energiförluster vid separationen av CO2 (med 1%) och pga. en minskning av förbrukningen av förbränningsprodukter genom gasturbinen och pannan. användaren efter separering av СО2 (med 1%).

Inkluderingen av anordningar för omvandling av CO och avlägsnande av CO2 från cykeln i kretsen ökar enhetskostnaden för en CCGT med GF med 20%. Flytande CO2 kommer att lägga till ytterligare 20%. Kostnaden för el kommer att öka med 20 respektive 50%.

Som nämnts ovan indikerar inhemska och utländska studier möjligheten till en ytterligare betydande - upp till 50-53% - effektivisering av CCGT -enheter med kolförgasning, och följaktligen deras modifieringar med avlägsnande av CO2.

EPRI i USA främjar skapandet av koleldade kraftkomplex som är konkurrenskraftiga mot värmekraftverk som använder naturgas. Det är lämpligt att bygga dem i etapper för att minska de initiala investeringarna och återvinna dem snabbare, samtidigt som de uppfyller de nuvarande miljökraven.

Den första etappen: en lovande miljövänlig CCGT -enhet med GF.

Andra etappen: införande av ett CO2 -avlägsnande- och transportsystem.

Den tredje etappen: organisationen av produktionen av väte eller rent transportbränsle.

Det finns mycket mer radikala förslag. I undersöker till exempel ett kolkraftverk med "noll" utsläpp. Dess tekniska kretslopp är följande. Det första steget är förgasning av en kol-vattensuspension med tillsats av väte och erhållande av CH4 och H2O. Kolaska avlägsnas från förgasaren och ånggasblandningen renas.

I det andra steget binds kol, som har gått över i ett gasformigt tillstånd, i form av CO2 av kalciumoxid i en reformer, där renat vatten också tillförs. Vätet som bildas i det används i hydroförgasningsprocessen och levereras efter finrening till en fastoxidbränslecell för att generera elektricitet.

I det tredje steget kalcineras CaCO3 som bildas i reformatorn med användning av värmen som frigörs i bränslecellen och bildandet av CaO och koncentrerad CO2 lämplig för vidare bearbetning.

Det fjärde steget är att omvandla vätgas kemiska energi till elektricitet och värme, som återförs till cykeln.

CO2 avlägsnas från kretsloppet och mineraliseras i karboniseringsprocessen för sådana mineraler som till exempel magnesiumsilikat, som är allestädes närvarande i mängder som är storleksordningar högre än kolreserver. Slutprodukterna av kolsyrning kan kasseras i utarmade gruvor.

Effektiviteten för att omvandla kol till el i ett sådant system kommer att vara cirka 70%. Till en total kostnad för borttagning av koldioxid på 15-20 dollar per ton skulle det öka elkostnaden med cirka 0,01 US $ / kWh.

Den övervägda tekniken är fortfarande en fråga om en avlägsen framtid.

Idag är den viktigaste åtgärden för att säkerställa en hållbar utveckling ekonomiskt hållbar energibesparing. Inom produktionsområdet är det förknippat med en ökning av effektiviteten för energiomvandling (i vårt fall vid värmekraftverk) och användning av synergetisk teknik, d.v.s. kombinerad produktion av flera typer av produkter i en installation, något som energiteknik, populärt i vårt land för 40-50 år sedan. Självklart genomförs det nu på en annan teknisk grund.

Det första exemplet på sådana installationer var CCGT med förgasning av oljerester, som redan används på kommersiella villkor. Bränslet för dem är avfall från oljeraffinaderier (till exempel koks eller asfalt), och produkterna är el, processånga och värme, kommersiellt svavel och väte som används vid raffinaderiet.

Fjärrvärme med kombinerad elproduktion och värme, som är utbredd i vårt land, är i huvudsak en energibesparande synergetisk teknik och förtjänar mycket mer uppmärksamhet i denna kapacitet än vad som för närvarande ges till den.

Under de nuvarande ”marknadsförhållandena” i landet är kostnaderna för att producera el och värme vid kraftvärme i ångturbiner utrustade med föråldrad utrustning och inte optimalt belastade i många fall alltför höga och garanterar inte deras konkurrenskraft.

Denna bestämmelse bör inte användas för att revidera den grundläggande sunda tanken om kraftvärme för el och värme. Naturligtvis löses inte frågan genom omfördelning av kostnader mellan el och värme, vars principer har diskuterats fruktlöst i vårt land i många år. Men ekonomin i kraftvärmeverk och värmeförsörjningssystem som helhet kan förbättras avsevärt genom att förbättra teknik (binära gaseldade CCGT-enheter, koleldade CCGT-enheter, förisolerade värmeledningar, automatisering etc.), organisatoriska och strukturella förändringar och statliga regleringsåtgärder. De behövs särskilt i ett så kallt land och med en lång uppvärmningsperiod som vårt.

Det är intressant att jämföra olika värme- och krafttekniker med varandra. Den ryska erfarenheten, både digital (prissättning) och metodisk, ger inte skäl för sådana jämförelser, och de försök som gjorts i denna riktning är inte tillräckligt övertygande. På ett eller annat sätt måste du locka till dig utländska källor.

Beräkningarna av många organisationer, utförda utan att samordna de initiala uppgifterna, både i vårt land och utomlands, visar att utan en radikal förändring av prisförhållandet mellan naturgas och kol, som nu har utvecklats utomlands (gas per värmeenhet är cirka dubbelt så dyrt som kol), förblir moderna CCGT-enheter konkurrenskraftiga fördelar jämfört med koleldade kraftaggregat. För att detta ska förändras måste förhållandet mellan dessa priser öka till ~ 4.

En intressant prognos för teknikutvecklingen gjordes i. Det visar till exempel att användningen av eldningsolja ångkraftenheter prognostiseras fram till 2025 och gasenheter - fram till 2035; användningen av CCGT med kolförgasning - från 2025 och gaseldade bränsleceller - från 2035; CCGT -enheter som drivs av naturgas kommer att användas efter 2100, utsläpp av CO2 börjar efter 2025 och vid CCGT -enheter med kolförgasning efter 2055.

Med alla osäkerheter i sådana prognoser uppmärksammar de kärnan i långsiktiga energiproblem och möjliga sätt att lösa dem.

Med utvecklingen av vetenskap och teknik, som pågår i vår tid, intensifieras och kompliceras processerna som sker i värmekraftverk. Tillvägagångssättet för deras optimering förändras. Det utförs inte enligt det tekniska, det var tidigare, men enligt ekonomiska kriterier som återspeglar marknadens krav, som förändras och kräver ökad flexibilitet för värme- och kraftanläggningar, deras förmåga att anpassa sig till förändrade förhållanden. Att designa kraftverk över 30 års nästan oförändrad drift är nu omöjligt.

Liberalisering och införande av marknadsförhållanden inom elkraftsindustrin har under de senaste åren orsakat allvarliga förändringar i värme- och kraftteknik, ägarstruktur och finansieringsmetoder för energibyggnad. Kommersiella kraftverk har dykt upp på en fri elmarknad. Tillvägagångssätten för val och utformning av sådana kraftverk skiljer sig mycket från traditionella. Ofta är kommersiella TPP: er utrustade med kraftfulla CCGT-enheter inte försedda med kontrakt som garanterar oavbrutna leveranser av gasformigt bränsle året runt och måste ingå avtal utan garanti med flera gasleverantörer eller säkerhetskopieras med dyrare flytande bränsle med en ökning av enhetskostnaden för TPP med 4-5%.

Eftersom 65% av livscykelkostnaderna för grundläggande och halvtopps TPP är relaterade till bränslekostnaderna är det viktigaste att öka deras effektivitet. Dess relevans idag har till och med ökat, med beaktande av behovet av att minska specifika utsläpp till atmosfären.

Under marknadsförhållanden har kraven på TPP: s tillförlitlighet och tillgänglighet ökat, som nu utvärderas ur en kommersiell synvinkel: beredskap är nödvändig när driften av TPP är efterfrågad och priset på otillgänglighet vid olika tidpunkter är väsentligt annorlunda.

Miljökrav och stöd från lokala myndigheter och allmänheten är avgörande.

Det är i allmänhet lämpligt att öka effekten under toppbelastningsperioder, även om detta uppnås på bekostnad av viss försämring av effektiviteten.

Åtgärder för att säkerställa TPP: s tillförlitlighet och beredskap övervägs särskilt. För detta ändamål beräknas MTBF och genomsnittlig återhämtningstid i konstruktionsstadiet, och den kommersiella effektiviteten hos möjliga sätt att förbättra tillgängligheten bedöms. Mycket uppmärksamhet ägnas åt

förbättring och kvalitetskontroll av leverantörer av utrustning och komponenter, och i konstruktion och konstruktion av TPP, samt tekniska och organisatoriska aspekter av underhåll och reparationer.

I många fall är påtvingade avstängningar av kraftaggregat resultatet av funktionsstörningar i deras anläggningsutrustning. Med detta i åtanke blir begreppet underhåll av hela TPP allt populärare.

En annan viktig utveckling var spridningen av märkesvaror. Kontrakten för det ger entreprenörens garantier för utförande av nuvarande, medelstora och större reparationer inom en viss tid; arbetet utförs och övervakas av kvalificerad personal, om det behövs på fabriken; problemet med reservdelar mildras etc. Allt detta ökar tillgängligheten av vattenkraftverk väsentligt och minskar riskerna för deras ägare.

För femton eller tjugo år sedan var kraftindustrin i vårt land på den mest moderna nivån, kanske, förutom gasturbiner och automationssystem. Ny teknik och utrustning utvecklades aktivt, som inte var sämre på teknisk nivå än utländska. Industriella projekt baserades på forskning från kraftfull industri och akademiska institutioner och universitet.

Under de senaste 10-12 åren har potentialen inom elkraftsindustrin och byggandet av kraftmaskiner i stort sett gått förlorad. Utvecklingen och konstruktionen av nya kraftverk och avancerad utrustning har praktiskt taget upphört. Sällsynta undantag är utvecklingen av gasturbiner GTE-110 och GTE-180 och det automatiska processstyrsystemet KVINT och Kosmotronic, som har blivit ett betydande steg framåt, men inte har eliminerat det befintliga gapet.

Idag, med tanke på den fysiska försämringen och föråldringen av utrustning, är den ryska kraftindustrin i stort behov av förnyelse. Tyvärr finns det för närvarande inga ekonomiska förutsättningar för aktiva investeringar i energi. Om sådana förhållanden uppstår under de kommande åren kommer inhemska vetenskapliga och tekniska organisationer att - med sällsynta undantag - kunna utveckla och tillverka den avancerade utrustning som är nödvändig för kraftindustrin.

Naturligtvis kommer utvecklingen av dess produktion att vara förknippad med stora kostnader för tillverkare och användningen - innan erfarenhetsackumulering - med en känd risk för ägarna av kraftverk.

Det är nödvändigt att leta efter en källa för att kompensera för dessa kostnader och risker, eftersom det är klart att egen produktion av unik energiutrustning tillgodoser landets nationella intressen.

Kraftmaskinindustrin själv kan göra mycket för sig själv, utveckla exporten av sina produkter och därigenom skapa ackumuleringar för sin tekniska förbättring och kvalitetsförbättring. Det senare är viktigt för långsiktig stabilitet och välstånd.

Liknande dokument

Principen för drift av termiska ångturbiner, kondenserande och gasturbinkraftverk. Ångpannans klassificering: parametrar och märkning. Huvudegenskaper för jet- och flerstegsturbiner. Miljöproblem vid värmekraftverk.

term paper, tillagd 2006-06-24


Användningsområden och indikatorer på tillförlitlighet för gasturbiner med liten och medelstor effekt. Principen för gasturbinanläggningar, deras konstruktion och beskrivning av den termodynamiska cykeln Brayton / Joule. Typer och huvudfördelar med gasturbinkraftverk.

abstrakt, tillagd 2014-08-14


Kännetecken för kraftverk av olika slag. Konstruktion av kondenserande värme-, värme-, kärnkraft-, dieselkraftverk, vatten- och vindkraftverk, gasturbinanläggningar. Spänningsreglering och effektreservkompensation.

term paper, tillagt 10/10/2013


Elkraftsindustrins betydelse för Ryska federationens ekonomi, dess ämne och utvecklingsriktningar, de viktigaste problemen och framtidsutsikterna. Allmänna egenskaper hos de största värme- och kärnkraftverk, hydrauliska kraftverk, OSS -ländernas enhetliga energisystem.

test, tillagd 2011-03-01


Sammansättning, klassificering av kol. Ask- och slaggprodukter och deras sammansättning. Innehåll av element i ask- och slaggmaterial i ångkol från Kuznetsk. Kolens struktur och struktur. Strukturell enhet i en makromolekyl. Nödvändighet, metoder för djup avmineralisering av termiskt kol.

abstrakt, tillagd 02/05/2011


Ursprunget till utvecklingen av värmekraftsteknik. Omvandla bränslets inre energi till mekanisk energi. Industriproduktionens framväxt och utveckling i början av 1600 -talet. Ångmaskinen och dess funktionsprincip. Dubbelverkande ångmotordrift.

abstrakt, tillagd 21/06/2012


Karakterisering av en ångturbinanläggning som huvudutrustning för moderna värme- och kärnkraftverk. Dess termodynamiska cykel, processerna som sker under arbetets gång. Sätt att öka effektiviteten hos STU -cykeln. Utsikter för ångturbinkonstruktion i Ryssland.

abstrakt, tillagd 29/01/2012


Beskrivning av processerna för att generera el vid värmekondensatoriska kraftverk, gasturbinanläggningar och kraftvärmeverk. Studie av strukturen för hydraul- och lagerkraftverk. Geotermisk och vindkraft.

abstrakt, tillagd 25/10/2013


Elproduktion. De viktigaste typerna av kraftverk. Värme- och kärnkraftverkens inverkan på miljön. Byggande av moderna vattenkraftverk. Tidvattens stationers värdighet. Andel av typerna av kraftverk.

presentation läggs till 2015-03-23


Numerisk studie av den energieffektiva driften av kondenseringsenheten i minitermiska kraftverk under olika förhållanden för värmeväxling med miljön. Övervägande av det allmänna beroendet av driften av kraftverk av användningen av olika organiska arbetssubstanser.