energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTU10.21122/1029-7448-2023-66-5-478-492energy-2311Research ArticleЭКОНОМИКА ЭНЕРГЕТИКИPOWER ENGINEERING ECONOMICSАнализ стоимости котельного агрегата угольных энергоблоков в зависимости от начального давления пара и наличия систем очистки дымовых газовCost Analysis of the Boiler Unit of Coal Power Units Depending on the Initial Steam Pressure and the Availability оf Flue Gas Purification SystemsСадкинИ. С.SadkinI. S.

Адрес для переписки:Садкин Иван Сергеевич –Новосибирский государственный технический университет,просп. К. Маркса, 20, 630073, г. Новосибирск, Российская Федерация Тел.: +7 383 346-11-42 sadkinvanya@mail.ru

Address for correspondence:Sadkin Ivan Sergeevich – Novosibirsk State Technical University, 20, K. Marks Ave., 630073, Novosibirsk, Russian FederationTel.: +7 383 346-11-42sadkinvanya@mail.ru

sadkinvanya@mail.ruШипицинаА. П.ShipitsinaA. P.

г. Новосибирск

Novosibirsk

ЩинниковП. А.ShchinnikovP. A.

г. Новосибирск

Novosibirsk

Новосибирский государственный технический университетРоссияNovosibirsk State Technical UniversityRussian Federation202313102023665478492Copyright © Садкин И.С., Шипицина А.П., Щинников П.А., 20232023Садкин И.С., Шипицина А.П., Щинников П.А.Sadkin I.S., Shipitsina A.P., Shchinnikov P.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://energy.bntu.by/jour/article/view/2311

При проектировании электростанций нового типа или оснащении их оборудованием нового поколения решается задача оценки капиталовложений при неопределенности информации о его стоимости. Отсутствие достоверных методов, пригодных к использованию в инженерной постановке, осложняет принятие решений о техническом развитии энергоблоков и ТЭС. При оценке капиталовложений в оборудование энергоблоков электростанций удобно применять неразрывные функции. Их использование позволяет вести анализ без стоимостных ограничений. В статье предлагается метод оценки капиталовложений в котельный остров энергоблоков электростанций на основе степенной параметрической функции. Метод включает оценку стоимости котлоагрегата с системами топливоподготовки в рамках котельного цеха, тяги и дутья. Особенностью метода является то, что стоимость котла включает стоимость природоохранных систем очистки дымовых газов от вредных продуктов сгорания в виде золы, оксидов серы и оксидов азота. Метод разработан в инженерной постановке. В методическом разделе показана работоспособность метода при оценке капиталовложений в котельный остров в сравнении с аналогичным показателем для стран ЕС, США и Китая. При обсуждении результатов исследования установлено, что капиталовложения в угольный котел с системами очистки дымовых газов лежат в диапазоне 25–200 млн дол. США в зависимости от мощности и начальных параметров пара. Доля стоимости природоохранных систем очистки дымовых газов составляют 28–50 % от суммарной стоимости котлоагрегата. Показано, что проектирование угольных энергоблоков с системами очистки дымовых газов на сверхкритические параметры мощностью менее 300 МВт неэффективно из-за низкой конкурентоспособности по показателю удельных капиталовложений в котел.

When designing power plants of a new type or equipping them with new generation equipment, the problem of estimating capital investments is solved with the uncertainty of information on its cost. The lack of reliable methods suitable for use in engineering setting complicates decision-making on the technical development of power units and thermal power plants. When evaluating investments in the equipment of power plant units, it is convenient to use continuous functions. Their use makes it possible to carry out the analysis without cost restrictions. The article proposes a method for estimating capital investments in the boiler island of power units of power plants based on a power parametric function. The method includes an assessment of the cost of a boiler unit with fuel preparation systems within the boiler shop, draught and blast. A specific feature of the method is that the cost of the boiler includes the cost of flue gas purification systems from harmful combustion products in the form of ash, sulfur oxides and nitrogen oxides. The method was developed in an engineering setting. The methodological section demonstrates the performance of the method in assessing capital investments in a boiler island in comparison with the same indicator for the EU countries, the USA and China. When discussing the results of the study, it was found that capital investments in a coal-fired boiler with flue gas purification systems is in the range of US$ 25–200 million, depending on the power and initial steam parameters. The share of the cost of environmental flue gas purification systems is 28–50 % of the total cost of the boiler unit. It is demonstrated that the design of coal-fired power units with flue gas purification systems for supercritical parameters with a capacity of less than 300 MW is inefficient due to low competitiveness in terms of specific investments in the boiler.

инженерный методпараметрыкапиталовложенияприродоохраназолаоксиды азотаоксиды серыстепенная функциякотелкотельный островengineering methodparametersinvestmentsenvironmental protectionashnitrogen oxidessulfur oxidespower parametric functionboilerboiler islandИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23–29–00035.ReferencesОценка стоимости строительства и эксплуатации электростанций [Электронный ресурс]: отчет LI 260610. М.: БадФильбель, 2009. Режим доступа: https://topuch.com/otchet-li-260610-oktyabre-2009/index.html. Дата доступа: 10.01.2020.Estimation of the Cost of Construction and Operation of Power Plants. Report LI 260610. Moscow, Bad Vilbel, 2009. Available at: https://topuch.com/otchet-li-260610-oktyabre-2009/index.html (accessed 17.10.2020) (In Russian).Бродский, Ю. Н. Очистка дымовых газов от диоксида серы магнезитовым методом / Ю.Н. Бродский, Р. Л. Шкляр // Электрические станции. 1993. № 8. С. 15–21.Brodskii Yu. N., Shklyar R. L. (1993) Flue Gas Purification from Sulfur Dioxide by the Magnesite Method. Elektricheskie Stantsii = Electrical Stations, (8), 15–21 (in Russian).Технико-экономическая эффективность энергоблоков ТЭС / В. С. Ларионов [и др.]. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1998. 31 с.Larionov V. S., Nozdrenko G. V., Shchinnikov P. A., Zykov V. V. (1998) Technical and Economic Efficiency of TPP Power Units. Novosibirsk, NSTU Publ. 31 (in Russian).Схемно-параметрическая оптимизация котлов ТЭС с кольцевой топкой / Н. Г. Зыкова [и др.] // Теплофизика и аэромеханика. 2003. Т. 10, № 3. С. 477–483.Zykova N. G., Serant F. A., Nozdrenko G. V., Shchinnikov P. A. (2003) Scheme and Parameter Optimization of TEP Boilers with an Annular Furnace. Teplofizika i Aeromekhanika = Thermophysics and Aeromechanics, (3), 477–483 (in Russian).Комплексные исследования ТЭС с новыми технологиями: монография / П. А. Щинников [и др.]. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2005. 528 с.Shchinnikov P. A., Nozdrenko G. V., Tomilov V. G., Ovchinnikov Yu. V., Lovtsov A. A., Kovalenko P. Yu., Zykova N. G., Vikhman O. A., Borodikhin I. V. (2005) Complex Research of TPP with New Technologies. Novosibirsk, NSTU Publ. 528 (in Russian).Бокун, И. А. Технико-экономический прогноз при выборе оптимальной технологии использования биомассы и местных ископаемых топлив для производства тепловой и электрической энергии / И. А. Бокун, С. С. Северина // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2010. № 4. С. 80–91.Bokun I. A., Severina S. S. (2010) Technical and Economic Forecast in Selection of Optimum Biomass and Local Fossil Fuel Application Technology for Thermal Electric Energy Generation. Enеrgеtika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, (4), 80–91 (in Russian).Ноздренко, Г. В. Обоснование рационального профиля энергоблока с суперсверхкритическими параметрами пара и установками серо- и азотоочистки / Г. В. Ноздренко, Е. Е. Русских, В. С. Шепель // Научный вестник НГТУ. 2011. № 1 (42). С. 131–138.Nozdrenko G. V., Russkikh E. E., Shepel' V. S. (2011) Rational Profile Substantiation for an Ultra-Supercritical Power Unit with Desulphurization and Denitrification Systems. Nauchnyi vestnik Novosibirskogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Universiteta = Science bulletin of the Novosibirsk state technical university, (1), 131–138 (in Russian).Sednin, V. A. Analysis of Hydrogen Use in Gas Turbine Plants / V. A. Sednin, A. V. Sednin, A. A. Matsyavin // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2023. Т. 66, №. 2. С. 158–168. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2023-66-2-158-168.Sednin V. A., Sednin A. V., Matsyavin A. A. (2023) Analysis of Hydrogen Use in Gas Turbine Plants. Enеrgеtika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 66 (2), 158–168. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2023-66-2-158-168.The Advanced Steam And Gas Technology / P. A. Shchinnikov [et al.] // Journal of Engineering Thermophysics. 2014. Vol. 23, Nо 3. P. 229–235. https://doi.org/10.1134/S1810232814030060.Shchinnikov P. A., Nozdrenko G. V., Grigoryeva O. K., Kuryanov A. A. (2014) The Advanced Steam and Gas Technology. Journal of Engineering Thermophysics, 23 (3), 229–235. https://doi.org/10.1134/S1810232814030060.Овсянник, А. B. Технико-экономический анализ полигенерационных турбоустановок на основе диоксида углерода / А. B. Овсянник, В. П. Ключинский // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2023. Т. 66, № 4. С. 387–400. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2023-66-4-387-400.Ovsyannik A. V., Kliuchinski V. P. (2023) Feasibility Study of Polygeneration Turbine Plants Based on Carbon Dioxide. Enеrgеtika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 66 (4), 387–400. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2023-66-4-387-400 (in Russian).Mehdizadeh, M. A. Ecological and Economic Efficiency of Traditional and Alternative Methods of Electrical Energy Production with the Features of the Islamic Republic of Iran / M. A. Mehdizadeh, A. S. Kalinichenko, S. A. Laptyonok // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2018. Vol. 61, No 1. P. 60–69. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2018-61-1-60-69.Mehdizadeh M. А., Kalinichenko A. S., Laptyonok S. A. (2018) Ecological and Economic Efficiency of Traditional and Alternative Methods of Electrical Energy Production with the Features of the Islamic Republic of IRAN. Enеrgеtika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 61 (1), 60–69 (in Russian). https://doi.org/10.21122/1029-7448-2018-61-1-60-69.Технико-экономические показатели новой технологии комбинированного энергоснабжения с ПГУ и термотрансформаторами / О. К. Григорьева [и др.] // Доклады академии наук высшей школы Российской Федерации. 2012. № 1 (18). С. 112–116.Grigoreva O., Nozdrenko G., Frantseva A., Serant F. A., Tomilov V. G., Ovchinnikov U. V. (2012) Techno-Economic Indicators New Technology Combined Heat Supply with Steam Gas Plant and Thermotransformer. Doklady Akademii Nauk Vysshei Shkoly Rossiiskoi Federatsii = Proceedings of the Russian Higher School Academy of Sciences, (1), 112–116 (in Russian).Nozdrenko G. Efficiency of Exergy Metod in Combined System of Heat Supply Thermal Power Station With District Ytat Pump / G. Nozdrenko, B. Pashka // International Conference on Knowledge Based Industry 2011, July 06–07, 2011. Ulaanbaatar, Mongolia, 2011. P. 438–442.Nozdrenko G., Pashka B. (2011) Efficiency of Exergy Method in Combined System of Heat Supply Thermal Power Station with District Heat Pump. International Conference on Knowledge Based Industry 2011, July 06–07, 2011. Ulaanbaatar, Mongolia, 438–442.Shchinnikov, P. A. Evaluation of Capital Investments in Energy Equipment of a Power Plant by a Power Function / P. A. Shchinnikov, A. A. Frantseva, I. S. Sadkin // Journal of Physics: Conference Series. 2020. Vol. 1652. Article No. 012024. https://doi.org/10.1088/17426596/1652/1/012024.Shchinnikov P. A., Frantseva A. A., Sadkin I. S. (2020) Evaluation of Capital Investments in Energy Equipment of a Power Plant by a Power Function. Journal of Physics: Conference Series, 1652, 012024. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1652/1/012024.Щинников, П. А. Поагрегатная оценка капиталовложений в энергоблоки электростанций с использованием параметрической степенной функции / П. А. Щинников, А. А. Францева, И. С. Садкин // Научный вестник Новосибирского государственного технического университета. 2020. № 2–3 (79). С. 123–138. https://doi.org/10.17212/1814-1196-20202-3-123-138.Shchinnikov P. A., Frantseva A. A., Sadkin I. S. (2020) Aggregate Estimation of Investments in Power Plant Units Using a Parametric Power Function. Nauchnyi Vestnik Novosibirskogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Universiteta = Science Bulletin of the Novosibirsk State Technical University, (2–3), 123–138. https://doi.org/10.17212/1814-1196-2020-2-3-123-138 (in Russian).Шипицина, А. П. Влияние природоохранных систем на стоимость котлоагрегатов / Шипицина А. П., П. А. Щинников // Проблемы совершенствования топливно-энергетического комплекса: Материалы XVI Междунар. науч.-техн. конф., Саратов, 11–13 октября 2022 года. Саратов: Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А., 2022. С. 232–237.Shiptsina A. P., Shchinnikov P. A. The Influence of Environmental Protection Systems on the Cost of Boilers. Problemy Sovershenstvovaniya Toplivno-Energeticheskogo Kompleksa: Materialy XVI Mezhdunarodnoi Nauch.-Tekhn. i Konf., Saratov, 11–13 Oktyabrya 2022 goda [Problems of Improving the Fuel and Energy Complex: Materials of the XVI International Scientific and Technical Conference, Saratov, October 11–13, 2022]. Saratov, Saratov State Technical University Named after Gagarin Yu. A., 232–237 (in Russian).Cost and Performance Baseline for Fossil Energy Plants. Vol. 1. Bituminous Coal and Natural Gas to Electricity [Electronic Resource]: Final Report DOE/2010/1397 / National Energy Technology Laboratory. Rev. 2. Pittsburgh, PA, USA, 2010. Mode of access: https://www.nrc.gov/docs/ML1217/ML12170A423.pdf.National Energy Technology Laboratory (2010) Cost and Performance Baseline for Fossil Energy Plants. Vol. 1. Bituminous Coal and Natural Gas to Electricity: Final Report DOE/ 2010/1397. Pittsburgh, PA, USA. Available at: https://www.nrc.gov/docs/ML1217/ML12170A423.pdf.Тепловые и атомные электрические станции: справочник / под общ. ред. В. А. Григорьева, В. М. Зорина. М.: Энергоатомиздат, 1989. 608 с.Grigoriev V. A., Zorin V. M. (eds.) (1989) Thermal and Nuclear Power Stations: The Reference Book. Moscow, Energoatomizdat Publ. 608 (in Russian).Перспективы использования технологии ЦКС при техническом перевооружении ТЭС России / Г. А. Рябов [и др.] // Теплоэнергетика. 2009. № 1. С. 28–36.Ryabov G. A., Folomeev O. M., Litun D. S., Sankin D. A., Dmitryukova I. G. (2009) Prospects for Using the Technology of Circulating Fluidized Bed for Technically Refitting Russian Thermal Power Stations. Thermal Engineering, 56 (1), 31–40. https://doi.org/10.1134/S0040601509010066.Шмиголь, И. Н. Проблемы и перспективы сероочистки дымовых газов ТЭС в России / И. Н. Шмиголь // Экология в энергетике: тр. II Междунар. науч.-практ. конф., 19–21 октября 2005 г. М.: Изд-во МЭИ, 2005. С. 107–114.Shmigol' I. N. Problems and Prospects of Flue Gas Desulphurization at TPP in Russia. Ekologiya v Energetike: Trudy II Mezhdunarodnoi Nauch.-Prakt. Konf., 19–21 Oktyabrya 2005 g. [Ecology in Power Engineering: Proceedings of the II International Scientific and Practical Conference, 19–21 October 2005]. Moscow, Publishing House MPEI, 107–114 (in Russian).Зайченко, В. М. Экономические аспекты снижения потребления природного газа на тепловых электростанциях / В. М. Зайченко, Э. Э. Шпильрайн, В. Я. Штеренберг // Теплоэнергетика. 2001. № 7. С. 15–18.Zaichenko V. M., Shpil'rain E. E., Shterenberg V. Ya. (2001) Economic Aspects of Reducing Natural Gas Consumption at Thermal Power Plants. Teploenergetika = Thermal Engineering, (7), 15–18 (in Russian).Тумановский, А. Г. Перспективы решения экологических проблем тепловых электростанций / А. Г. Тумановский, В. Р. Котлер // Теплоэнергетика. 2007. № 6. С. 5–11.Tumanovskii A. G., Kotler V. R. (2007) Prospects for Solving Environmental Problems Pertinent to Thermal Power Stations. Thermal Engineering, 54 (6), 424–431. https://doi.org/10.1134/S004060150706002X.Комплексная оценка эффективных масштабов обновления тепловых электростанций при обосновании рациональной структуры генерирующих мощностей на перспективу до 2035 г. / Ф. В. Веселов [и др.] // Теплоэнергетика. 2017. № 3. С. 5–14.Veselov F. V., Erokhina I. V., Makarova A. S., Khorshev A. A. (2017) Comprehensive Assessment of the Effective Scope of Modernization of Thermal Power Plants to Substantiate the Rational Structure of the Generating Capacities for the Future until 2035. Thermal Engineering, 64 (3), 161–169. https://doi.org/10.1134/S0040601517030107.Тумановский, А. Г. Перспективы развития угольных ТЭС России / А. Г. Тумановский // Теплоэнергетика. 2017. № 6. С. 3–13.Tumanovskii A. G. (2017) Prospects for the Development of Coal-Steam Plants in Russia. Thermal Engineering, 64 (6), 399–407. https://doi.org/10.1134/S0040601517060088.Прогноз научно-технологического развития отраслей топливно-энергетического комплекса России на период до 2035 года: утв. Министром энергетики Российской Федерации 14 октября 2016 года. М.: Минэнерго России, 2016. 106 с.Forecast of Scientific and Technological Development of the Fuel and Energy Complex of Russia for the Period up to 2035. Approved on October 14, 2016. Moscow, Ministry of Energy of Russia Publ., 2016. 106 (in Russian).Kumar, R. Cost Analysis of a Coal-Fired Power Plant Using the NPV Method / R. Kumar, A. Kr. Sharma, P.C. Tewari // Journal of Industrial Engineering International. 2015. Vol. 11 (4). P. 495–504. https://doi.org/10.1007/s40092-015-0116-8.Kumar R., Sharma A. Kr., Tewari P. C. (2015) Cost Analysis of a Coal-Fired Power Plant Using the NPV Method. Journal of Industrial Engineering International, 11 (4), 495–504. https://doi.org/10.1007/s40092-015-0116-8.Ольховский, Г. Г. Газификация твердых топлив в мировой энергетике (обзор) / Г. Г. Ольховский // Теплоэнергетика. 2015. № 7. С. 3–7.Ol’khovskii G. G. (2015) Solid Fuel Gasification in the Global Energy Sector (A Review). Thermal Engineering, 2015, Vol. 62, No 7, 465–472. https://doi.org/10.1134/S0040601515070071.Баторшин, В. А. Пылеугольные энергоблоки Manjung 4 и RBK 8 / В. А. Баторшин // Энергетика за рубежом. 2018. № 2. С. 30–39.Batorshin V. A. (2018) Pulverized Coal Power Units Manjung 4 and RBK 8. Energetika za Rubezhom, (2), 30–49 (in Russian).Газогенераторные технологии в энергетике: монография / А. В. Зайцев [и др.]. Екатеринбург: Сократ, 2010. 611 с.Zaitsev A. V., Ryzhkov A. F., Silin V. E., Zagrutdinov R. Sh., Popov A. V., Bogatova T. F. (2010) Gas-Generating Technologies in Power Engineering. Ekaterinburg, Sokrat Publ. 611 (in Russian).Щинников, П. А. Современные и перспективные черты российского рынка энергетического машиностроения / П. А. Щинников // Энергетика и теплотехника: сб. науч. тр. / П. А. Щинников, О. В. Боруш; под ред. П. А. Щинникова. Новосибирск, 2019. Вып. 22. С. 7–20.Shchinnikov P. A., Borush O. V. (2019) Modern and Promising Features of the Russian Power Engineering Market. Energetika i Teplotekhnika: Sbornik Nauchnykh Trudov [Power Engineering and Heat Engineering. Collection of Scientific Papers]. Novosibirsk, NSTU Publ., Iss. 22, 7–20 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.