Адрес для переписки:Игнатович Роман Сергеевич –Белорусский национальный технический университет,пр. Независимости, 65/2, 220113, г. Минск, Республика Беларусь. Тел.: +375 17 308-26-25 ignarovich.roma@gmail.com
Address for correspondence:Ignatovich Roman S. –Belarusian National Technical University, 65/2, Nezavistimosti Ave.,220113, Minsk, Republic of Belarus. Tel.: +375 17 308-26-25ignarovich.roma@gmail.com
г. Минск
Minsk
г. Витебск
Vitebsk
В статье представлены результаты исследования по определению рациональной структуры мини-ТЭЦ на местных видах топлива (МВТ) для функционирования в Объединенной энергетической системе (ОЭС) Беларуси с профицитом электрогенерирующих мощностей и доминированием в топливном балансе импортируемых видов энергоресурсов (природного газа и ядерного топлива). При оптимизации режимов эксплуатации мини-ТЭЦ на МВТ, работающих параллельно с ОЭС, имеющей значительный профицит электрогенерирующих мощностей, следует разделять варианты для существующих станций и для вновь строящихся. В первом случае, ввиду того что мощность оборудования известна, целесообразно рассматривать два крайних варианта, т. е. работу теплофикационного блока по электрическому или тепловому графику нагрузки, когда для выдерживания суточного трафика потребления надо предусматривать аккумулирование соответственно тепловой или электрической энергии. При новом строительстве оптимизируемым параметром выступает мощность генерирующего оборудования, поэтому предпочтение необходимо отдавать варианту с максимальным числом часов использования номинальной мощности. Для повышения экономической привлекательности рассмотрены варианты развития структуры мини-ТЭЦ на МВТ с переходом на полигенерационные технологии и адаптацией к сформировавшимся условиям работы ОЭС Беларуси. Представлены результаты анализа коммерчески доступных технологий накопления избыточной электрической энергии в соответствии с текущими и прогнозируемыми (до 2030 г.) стоимостными и эксплуатационными показателями. Для адаптации мини-ТЭЦ к работе в ОЭС в условиях профицита электроэнергетических мощностей набольший интерес представляет система аккумулирования электрической энергии с использованием водорода в качестве промежуточного энергоносителя. Для утилизации избыточной в часы суточных провалов потребления электрической энергии от мини-ТЭЦ с теплофикационной ORC-установкой предложена конфигурация структурной схемы с использованием модуля щелочного электролиза для производства водорода.
Рассмотрена эффективность технологии накопления и использования энергии в зависимости от удельной энергоемкости для различных технологий хранения электрической энергии. Предложено применение двух наиболее энергоемких технологий накопления энергии: аккумулирование на базе электрохимических батарей и типа «электроэнергия – водород». В ходе исследования осуществлен анализ функционирования ORC-установки Turboden 14 CHP, работающей в составе мини-ТЭЦ на МВТ. Выявлено, что на сегодняшний день установка работает в широком диапазоне изменения нагрузки (от 17 до 87 % от номинальной электрической мощности), при этом выработка электрической энергии на тепловом потреблении изменялась в диапазоне от 0,20 до 0,026 МВт/МВт. В связи с тем, что исследуемая ORC-установка является составляющей энергоисточника с высокой установленной пиковой тепловой мощностью, в текущем состоянии не прослеживается прямая корреляция между температурой наружного воздуха и мощностью генерации ORC-установки. Данное обстоятельство указывает на необходимость продолжения исследования трендов тепловых нагрузок для построения функциональных моделей для кратко- и среднесрочного прогнозирования тепловой нагрузки от времени суток и среднечасовой температуры наружного воздуха, что было реализовано во второй части работы.
The paper presents the results of a study to determine the rational structure of mini-CHP (Cogeneration Heat and Power Plant) using local fuels types (LFT) for operation as part of the United Energy System (UES) of Belarus with a surplus of electricity generating capacity and dominance of imported types of energy resources (natural gas and nuclear fuel) in the fuel balance. When optimizing the operating modes of mini-CHPs using LFT and operating in parallel with the UES, which has a significant surplus of electricity generating capacity, it is necessary to separate options for existing stations and options for newly built ones. In the first case, due to the fact that the power of the equipment is known, it is advisable to consider two extreme options, i.e., the operation of the heating unit according to an electrical or thermal load schedule. In this case, in order to maintain the daily consumption traffic it is necessary to provide for the accumulation of thermal or electrical energy, respectively. In the case of new construction, the optimized parameter is the power of the generating equipment, so it is advisable to give preference to the option with the maximum number of hours of use of the rated power. In order to increase the economic attractiveness of mini-CHP, options for developing the structure of mini-CHP using LFT with the transition to multi-generation technologies and adaptation to the existing operating conditions of the UES of Belarus have been considered. The results of an analysis of commercially available technologies for storing excess electrical energy are presented in accordance with current and projected (until 2030) cost and operational indicators. For adapting mini-CHP to operate in the UES in conditions of a surplus of electrical power capacity, an electrical energy storage system using hydrogen as an intermediate energy carrier is of greatest interest. To utilize the excess electrical energy consumption from a mini-CHP with a heating ORC unit during the daily dips, a structural diagram configuration using an alkaline electrolysis module for hydrogen production is proposed. The efficiency of energy storage and use technology is considered depending on the specific energy intensity for various electrical energy storage technologies. The use of the two most energy-intensive energy storage technologies is proposed: accumulation based on electrochemical batte-ries and the “electricity-hydrogen” type. During the study, an analysis of the functioning of the ORC-installation Turboden 14 CHP ORC-installation operating as part of a mini-CHP using LFT was carried out. It was revealed that today the installation operates in a wide range of load changes (from 17 to 87 % of the rated electrical power), while the generation of electrical energy from thermal consumption varied in the range from 0.20 to 0.026 MW/MW. Due to the fact that the ORC installation under study is a component of the energy source with a high installed peak thermal power, in the current state there is no direct correlation between the outside air temperature and the generation power of the ORC installation. This circumstance indicates the need to continue the study of heat load trends to build functional models for short- and medium-term forecasting of heat load depending on the time of day and average hourly outside air temperature, which was implemented in the second part of the work.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.