CC BY
381
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ГАЗОТУРБИННЫХ И ПАРОГАЗОВЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ ПРОИЗВОДСТВА ЭНЕРГИИ
1 2 Белков М.Л. , Лобов Д.Д.
1Белков Михаил Леонидович - студент;
2Лобов Дмитрий Дмитриевич - магистрант, кафедра авиационной теплотехники и теплоэнергетики, Уфимский государственный авиационный технический университет,
г. Уфа
Аннотация: в статье выполнен сравнительный анализ газотурбинной установки и парогазовой установки при использовании в составе тепловой электростанции в качестве источника энергии. Для обеих установок приведены достоинства и недостатки, в которых отмечено как преимущество друг перед другом, так и перед классической паротурбинной установкой. Учтены такие факторы как экологичность, энергоэффективность, размеры установок, скорость выхода на рабочий режим, уровень шума, издаваемого в процессе работы, необходимый тип топлива и т. д. Ключевые слова: анализ, ГТУ, ПГУ, ПТУ, ТЭС, ТЭЦ, турбина.
COMPARATIVE ANALYSIS OF GAS-TURBINE AND COMBINED-CYCLE ENERGY PRODUCTION TECHNOLOGIES Belkov M.L.1, Lobov D.D.2
1Belkov Mikhail Leonidovich - Student;
2Lobov Dmitry Dmitrievich - Undergraduate, DEPARTMENT OF AVIATION AND SPACE-ROCKET HEAT ENGINEERING, UFA STATE AVIATION TECHNICAL UNIVERSITY, UFA
Abstract: the article compares the gas turbine plant and combined-cycle plant when used as a power source in a thermal power plant. For both units, advantages and disadvantages are given, in which both advantages are noted for each other, as well as for the classical steam-turbine plant. Factors such as environmental friendliness, energy efficiency, plant size, speed of access to operating conditions, noise level issued during operation, the type of fuel required, etc., are taken into account.
Keywords: analysis, GTP, SGP, STP, TPP, TPC, turbine.
УДК 62-135.4
Наибольшее распространение в энергетике в настоящее время получили ТЭС, на которых тепловая энергия, выделяющаяся при сжигании органических топлив, преобразуется в электрическую энергию. На их долю приходится около 75% вырабатываемой электроэнергии на Земле и около 80% производимой электроэнергии в России.
К силовым установкам современных тепловых электростанций ТЭС предъявляются жесткие требования по экономичности и экологичности, в добавление к этому еще могут добавиться требования к шумности, размерам, быстроте развертки (в случае мобильных станций), быстроте выхода на рабочие режимы. В связи с этим возникает необходимость сравнительного анализа типов силовых установок для получения энергии в нынешних условиях.
Приблизительно с 50-х годов 20-го столетия на ТЭС для привода электрических генераторов стали применять газовые турбины, в основном работающие по циклу Брайтона. Однако, данные установки могут работать только на природном газе или на жидком качественном топливе.
К достоинствам газотурбинных установок (ГТУ) можно отнести:
• Газотурбинная установка проще по устройству, чем паросиловая из-за отсутствия котельной установки, сложной системы паропроводов, конденсатора, а также большого числа вспомогательных механизмов, применяющихся в паровых установках.
Металлозатраты и вес газотурбинной установки на единицу мощности вследствие указанных причин будут значительно меньше, чем паротурбинной.
• Установка требует минимального расхода воды — практически только на охлаждение масла, идущего к подшипникам.
• Для газотурбинных установок характерен быстрый ввод турбоагрегата в работу. Пуск мощных установок из холодного состояния до принятия нагрузки занимает порядка 15 -18 минут, в то время как подготовка к пуску паросиловой установки занимает несколько часов.
Недостатки газотурбинных установок:
• Для того, чтобы установка давала полезную мощность, начальная температура газа перед турбиной должна быть больше 550°С, т.е., весьма высокой. Это требует использования жаростойких материалов и систем охлаждения лопаток при выполнении газовых турбин
• На привод компрессора расходуется до 50 — 70% мощности, развиваемой турбиной. Поэтому полезная мощность газотурбинной установки гораздо меньше фактической мощности газовой турбины.
• В газотурбинных установках исключено применение твердого топлива по обычной схеме. Наилучшие виды топлива для ГТУ — природный газ и качественное жидкое (керосин). Мазут же требует специальной подготовки для удаления шлакообразующих примесей [1].
• Единичная мощность газотурбинной установки ограничена. На конец XX века она составляет 120-150 МВт. Это обусловлено большими габаритными размерами установки из-за невысокого начального давления газа перед турбиной — до 25 кгс/см2 и его гораздо меньшей работоспособности по сравнению с водяным паром.
• Очень большая шумность при работе, значительно превышающая ту, что имеет место при эксплуатации паротурбинных установок.
Стоит отметить, что кроме стационарной энергетики газовые турбины применяются во многих областях, чего нельзя сказать о паровых турбинах.
Дальнейшим развитием энергетики вслед за паротурбинным и газотурбинными установками является синтез двух этих технологий - парогазовые установки.
Парогазовая установка (ПГУ) содержит два отдельных двигателя: паросиловой и газотурбинный. В газотурбинной установке турбину вращают газообразные продукты сгорания топлива. Топливом может служить как природный газ, так и продукты нефтяной промышленности (дизельное топливо). На одном валу с турбиной находится генератор, который за счет вращения ротора вырабатывает электрический ток. Проходя через газовую турбину, продукты сгорания отдают лишь часть своей энергии и на выходе из неё, когда их давление уже близко к наружному и работа не может быть ими совершена, все ещё имеют высокую температуру. С выхода газовой турбины продукты сгорания попадают в паросиловую установку, в котел-утилизатор, где нагревают воду и образующийся водяной пар. Температура продуктов сгорания достаточна для того, чтобы довести пар до состояния, необходимого для использования в паровой турбине (температура дымовых газов около 500°С позволяет получать перегретый пар при давлении около 100 атмосфер) [2].
К преимуществам парогазовых установок можно отнести:
• Парогазовые установки позволяют достичь электрического КПД более 60%. Для сравнения, у работающих отдельно паросиловых установок КПД обычно находится в пределах 33-45%, для газотурбинных установок — в диапазоне 28-42%.
• Низкая стоимость единицы установленной мощности.
• Парогазовые установки потребляют существенно меньше воды на единицу вырабатываемой электроэнергии по сравнению с паросиловыми установками.
• Компактные размеры позволяют возводить непосредственно у потребителя (завода или внутри города), что сокращает затраты на ЛЭП и транспортировку эл. Энергии.
• Более экологически чистые в сравнении с паротурбинными установками. Недостатки парогазовых установок:
• Необходимость осуществлять фильтрацию воздуха, используемого для сжигания топлива.
• Ограничения на типы используемого топлива. Как правило, в качестве основного топлива используется природный газ, а резервного — дизельное топливо.
• Сезонные ограничения мощности. Максимальная производительность в зимнее время [3]. Исходя из перечисленных выше достоинств и недостатков можно сказать, что для
современных стационарных ТЭС лучше подойдет силовая установка на базе ПГУ. Она наиболее экологична и эффективна, и имеет низкую стоимость единицы мощности, что делает возможным её использования даже для небольших ТЭС, находящихся в черте города.
Для мобильных установок лучше подойдет ГТУ, поскольку эта установка требует меньшего количества коммуникаций и имеет возможность быстрого запуска и выхода на рабочий режим.
Список литературы /References
1. Бойко Е.А. Тепловые электрические станции: справочное пособие / Е.А. Бойко, К.В. Баженов, П.А. Грачев. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2006. 152 с.
2. Буров В.Д., Дорохов Е.В., Елизаров Д.П. Тепловые электрические станции / под ред. В.М. Лавыгина, А.С. Седлова, С.В. Цанева. М.: Изд. Дом МЭИ, 2009. 466 с.
3. Лавыгин В.М., Седлов А.С., Цанев С.В. «Тепловые электрические станции»: Учебник для вузов. М.: Издательство МЭИ, 2005. 454 с.
