Энергосберегающие технологии в электроэнергетике России

Тепловые электрические станции

ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ

В электроэнергетике работают более 1 млн человек. На производство электрической н тепловой энергии в России в 2004 г. было израсходовано более 50 % всех добываемых в стране ТЭР. Экономия энергии в электроэнергетике обеспечивается путем улучшения использования мощностей в максимуме нагрузок, расширения использования межсистемного эффекта, снижения удельных расходов топлива на электростанциях за счет модернизации оборудования, ввода крупных высокоэкономичных блоков, повышения уровня теплофикации и др. [2J.

Значительное количество горючих энергоресурсов за период 2004 2020 гг. будет сэкономлено в результате ввода более совершенного оборудования па новых н реконструируемых тепловых электрических станциях (ТЭС).

Повышение технического уровня ТЭС намечается достигнуть за счет дальнейшего роста удельного веса н единичной мощности высокоэкономич- ных агрегатов на сверхвысокие параметры пара (13.0 и 24,0 МПа), а также за счет демонтажа мелкого и устаревшего оборудования, вывода малоэкономичного оборудования в холодный резерв и консервацию, перевода конденсационных агрегатов в теплофикационный режим, существенное улучшение структуры оборудования ТЭС произойдет от укрупнения электрической мощности агрегатов до 500 800 тыс. кВт. Улучшение структуры теплоснабжения предусматривается за счет большего использования высокоэкономичных видов топлива, дальнейшего развития теплофикации на базе строительства крупных теплоэлектроцентралей, повышения технического уровня их эксплуатации. Это позволит добиться снижения удельного расхода условного топлива на электростанциях России уже к 2010 г. на 4 5 %.

Оценка эффективности укрупненных мероприятий по экономии топлива, намеченных к реализации за период 2004 2010 гг. на ТЭС РАО «ЕЭС России», приведена в табл. 2.1. Анализ данных таблицы показывает, что основными направлениями снижения удельных расходов топлива па ТЭС являются мероприятия по модернизации энергетического оборудования, увеличению уровня теплофикации, вводу нового высокоэффективного оборудования.

Номенклатура изготовляемых электротехнической промышленностью турбо- и гидрогенераторов, диапазон мощностей которых от 25 30 тыс. кВт до 1 млн 200 тыс. кВт, весьма разнообразна.

Таблица 2.1
Мероприятие	Снижение удельною расхода топлива. г/(кВт • ч)
Модернизация конденсационных энергоблоков и оборудования неблочных электростанции, демонтаж физически изношенного оборудования	5,2
Повышение использования тепловой мощности теплофикационно­го оборудования действующих ТЭЦ и увеличение уровня центра­лизованной теплофикации жилищно-коммунального хозяйства	4.5
Ввод и освоение крупных высокоэкономичных энергоблоков на закритические параметры пара, уменьшение производства элек­троэнергии на низкоэкономичном оборудовании	3,8
Доведение до проектных показателей работы действующего и вновь вводимого энергетического оборудования	1,5
ИТОГО	15.0

Турбогенераторы изготовляют с различными системами охлаждения, в которых хладагентами служат воздух, водород, вода, масло. Один из перспективных путей развития генераторостроення использование явления сверхпроводимости. В России создан и испытан криотурбогенератор КТГ-20 мощностью 20 МВт, ведется разработка сверхпроводникового турбогенератора мощностью 220 МВт для станций комбинированного цикла. Внедрение таких генераторов в 2 раза снизит потери электроэнергии, в 2 2,5 раза уменьшит массогабаритные показатели, существенно повысит надежность их работы в энергосистеме, увеличит реактивную мощность в режиме потребления.

ВНИИэлектромаш совместно с АО «Уралэлектротяжмаш» и АО «Эл- Сиб» разрабатывают и внедряют гидрогенераторы мощностью от 0,5 до 10 МВт в вертикальном и горизонтальном исполнениях для малых ГЭС. Эффект от экономии топлива на ТЭС и дизельных станциях за счет внедрения малых ГЭС составит 10%.

В России и за рубежом накоплен значительный опыт по совершенствованию конструкции электрогенераторов для ветровых электростанций. Этот опыт должен быть использован для ветровых электростанций уже в 2005 г. при создании генераторов мощностью до 1000 кВт, способных работать с переменной частотой вращения. Внедрение таких станций обеспечит экономию топлива на ТЭС порядка 6 7 % при высокой экологической чистоте. Важными направлениями экономии ТЭР в электроэнергетике являются:

внедрение в 2005 2006 гг. системы возбуждения для турбогенераторов мощностью 60 220 МВт со 100%-ным резервированием, с микропроцессорной системой управления типа СТС-МРУ-1200-2,5 УХЛ. Это значительно повысит надежность и безопасность работы электрической части электростанций за счет полной автоматизации и ввода систем информации, контроля и

диагностики;

внедрение в 2005 2010 гг. паротурбинного оборудования для парогазовых установок (ПГУ) мощностью 10 15 МВт обеспечит сокращение удельного среднегодового расхода топлива на 20 25 %, значительно уменьшит площади машинных залов электростанций, удешевит новое строительство на 20 25 %;

создание и внедрение экологически чистых ПГУ с внутрицнкловой газификацией твердого топлива мощностью 300 320 МВт для ТЭЦ позволят снизить выбросы оксидов азота, углекислого газа в 10 раз, золы с 50 до 8 мг/м отходящих газов, уменьшить расходы топлива на 10-12 %, металла на 12 15 %, воды на 25 40 %;

освоение производства котлов-утилизаторов для ПГУ различной производительности позволит сэкономить до 20 % топлива;

создание экологически чистых мусоросжигающих станций с котлами единичной производительности 5 т/ч по сжиганию 100 тыс. т/год твердых бытовых отходов и 10 т/ч по сжиганию 200 тыс. т/год твердых бытовых отходов улучшит экологическую обстановку в крупных городах, обеспечит дополнительную тепловую и электрическую энергию за счет сжигания отходов;

экономия ТЭР ожидается от создания н освоения производства химнко- технологического оборудования мощностью 5 МВт по переработке сероводородсодержащих газов Астраханского газоконденсатного месторождения;

создание и внедрение средств измерения расхода тепловой и электрической энергии могут обеспечить снижение потерь ТЭР в объеме 3-7 %.

В последнее время в России и за рубежом проявляют повышенный интерес к котлам, оборудованным топками с псевдосжиженным или кипящим слоем. Эти топки занимают промежуточное положение между топками слоевого сжигания п факельными.

Представляют большой интерес новые технологии сжигания угля в топках котлов тепловых электростанций. Например, котел Бенсона новой конструкции оснащен тороидальным вихревым предтопком с удалением шлака в жидком виде. Удаление до 90 % золы в виде шлака позволяет уменьшить габариты и стоимость котла. В дополнение к очистке дымовых газов от S02 и NOx связывание SO; в предтопке и топке осуществляется нн- жекцией сорбента, при этом образуется NO_Х более низкого уровня.

Газотурбинный цикл с непрямым сжиганием угля основан на применении пиролиза угля и керамического воздухоподогревателя, расположенного внутри топки. Тонко раздробленный уголь подвергается при пониженном содержании О₂ пиролизу в выхлопных газах ГТУ при 0,3 МПа и 870 °С с ннжекцией известняка для связывания серы. Образующийся кокс сжигается в предтопке (с удалением шлака в жидком виде), установленном перед основной топкой, где в трубках нагревается чистый воздух до температуры 760 °С. Газ пиролиза сжигается в усовершенствованных малотоксичных горелках, а образовавшиеся продукты сгорания проходят над керамическими трубками, в которые подается чистый воздух с температурой 760 °С.

Чистый воздух выходит из керамического теплообменника с температурой 980 °С. Для реализации преимуществ современной газотурбинной технологии в дополнительных горелках сжигается природный газ, чтобы повысить температуру воздуха в газовой турбине до 1260 °С. При очистке пиролизного газа от золы и частиц

сорбента применяют циклопы. В случае необходимости производится дополнительная очистка в керамическом фильтре, при этом используется отдельное устройство за ним для улавливания SO;.

Пнролнзер, газовая топка и предтопок работают при давлении, примерно равном атмосферному давлению. Если возникает необходимость очистки топливного газа в керамическом или в высокотемпературном фильтре другого типа, следует учитывать, что его объем невелик.

Приведенный пример свидетельствует о возможности в перспективе внедрения на ТЭС РАО «ЕЭС России» нового способа сжигания твердого топлива. Особое значение этот метод сжигания ухудшенного качества углей имеет для условий технического перевооружения и реконструкции ТЭС, при установке новых котлов в ячейки демонтируемого устаревшего оборудования.

По экспертной оценке специалистов, большая группа действующих ТЭЦ располагает свободной тепловой мощностью около 20 тыс. Гкал/ч, использование которой обеспечило бы увеличение годовой экономии условного топлива примерно па 4 млн т у. т. В связи с этим на некоторых предприятиях для повышения теплофикационной нагрузки ТЭЦ в летний период компрессионные холодильные агрегаты для кондиционирования воздуха заменяют абсорбционными и пароэжекторными установками. Кроме того, увеличивается отпуск тепловой энергии предприятиям для нужд вентиляции.

Оптимизируются режимы работы отопительно-вентиляционных установок потребителей, особенно установок промышленных предприятий. Широкое развитие теплично-парникового хозяйства, являющегося крупным потребителем тепла в осенне-весенний период, приводит к увеличению тепловой нагрузки ТЭЦ.

В теплоснабжении страны велика роль котельных. По отпуску тепловой энергии котельные занимают значительный удельный вес в общем балансе теплопотреблен»я России. Так, доля тепловой энергии, отпускаемой всеми видами котельных, достигает 45 % суммарного годового теплопотреб- лення городов и отраслей промышленности.

Повышение эффективности топливопотреблеиия намечается достигнуть путем установки на тепловых источниках промышленных и районных котельных оборудования с более высоким КПД. В связи с необходимостью передачи больших потоков энергии на дальние и сверхдальние расстояния важным направлением экономии ТЭР является снижение потерь в электрических сетях. Наибольшие потери имеют место в сетях 110 кВ и выше (до 77 % всех сетевых потерь). Кроме того, в ряде энергосистем имеются перегруженные участки сети, работающие с плотностью тока, значительно (в 2-3 раза) превышающие экономическую, что приводит к резкому увеличению потерь. Большие потерн обусловлены прежде всего тем, что электрические сети энергосистем недостаточно оснащены средствами регулирования напряжения и компенсацией реактивной мощности трансформаторами с регулированием напряжения под нагрузкой (РПН), трансформаторами с продольно- поперечным регулированием, синхронными компенсаторами, батареями статических конденсаторов и др. В целях улучшения режимов работы энергосистем в последние годы в практику диспетчерского управления РАО «ЕЭС России» внедрены математически обоснованные методы оптимизации режимов энергосистем, что позволяет сократить расход потерь в сетях на 1 1,5 %. Это составляет около 3-4 млн т у. т. в год. Значительная часть этой экономии достигается за счет снижения потерь в сети 110 кВ н выше, путем оптимального выбора реактивных мощностей, напряжений, внедрения регулировочных ответвлений трансформаторов.

Снижение потерь электроэнергии следует ожидать и от внедрения новой серии силовых трансформаторов 1 IV' габаритов и выше. В конструкции их магиитопроводов будет использована электротехническая сталь с уменьшенными потерями электроэнергии на гистерезис.

В последние годы эксперты АО «ЭНИН им. Г. М. Кржижановского» провели коррекцию потенциала энергосбережения в части, относящейся к сфере интересов РАО «ЕЭС России», т. е. к электроэнергетике и конечному потреблению электроэнергии и тепла (табл. 2.2).

Таблица 4.2

Потребитель	Весь потенциал, млн. Г кал	В том числе
электроэнергия, млрд. kBтч	тепловая энергия, млн. Г кал	топливо, млн. т у. т.
Электроэнергетика	595-720	25-30	120 135	65-80
Сфера конечного потребления В том числе:	490 560	290 335	240 270	-
промышленность, %	57-60	68-70	45-50	-
бытовой сектор	36 34	25-22	50 45
Всего	1085-1280	315-365	360 405	65 80

Скорректированный потенциал энергосбережения в электроэнергетике определяется ухудшением экономических показателей работы в 1991 2004 гг. Потерн электроэнергии в сети общего пользования (с учетом потерь нз-за ее хищения) и расходы электроэнергии на собственные нужды электростанций

в целом по стране увеличились в процентном отношении к выработке с 14,5 % в 1990 г. до 17,2 % в 2004 г. и составили 145,5 млрд. кВтч. Производство электроэнергии экономическими энергоблоками сократилось в 2004 г. по сравнению с 1991 г. на 33 %, снижение выработки на ТЭС составило 25,5 % за тот же период. В АО-эиерго в настоящее время применяется оборудование со средним использованием мощности 47 % и удельным расходом условного топлива более 440 т у.т./(кВт ч), что приводит к ежегодному перерасходу топлива в 1,2 млн. т у. т. Потерн энергии в тепловых сетях составляют около 90 % экономии топлива, получаемой при комбинированной выработке электрической и тепловой энергии. Недостаток устройств компенсации реактивной мощности в электрических сетях AO-энерго и у потребителей приводит к увеличению потерь электроэнергии.

Дата добавления: 2017-01-14