energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTU10.21122/1029-7448-2026-69-4-356-369energy-2580Research ArticleТЕПЛОЭНЕРГЕТИКАНEAT POWER ENGINEERINGОптимальные начальные параметры двухконтурных теплофикационных парогазовых установок на базе отечественных ГТУ мощностью 60–70 МВт с использованием инструментов цифрового моделированияOptimal Initial Parameters of Double-Circuit Combined-Cycle Heating Plants Based on Domestic Gas Turbine Units with a Capacity of 60–70 MW Using Digital Modeling ToolsМирончукМ. П.MironchukM. P.

г. Санкт-Петербург, Российская Федерация

Saint Peterburg, Russian Federation

ТрещёвД. А.TreshchevD. A.

г. Санкт-Петербург, Российская Федерация

Saint Peterburg, Russian Federation

ТрещёваМ. А.TreshchevaM. A.

г. Санкт-Петербург, Российская Федерация

Saint Peterburg, Russian Federation

ВладимировЯ. А.VladimirovY. A.

Адрес для переписки:Владимиров Ярослав АлександровичСанкт-Петербургский политехническийуниверситет Петра Великогоул. Политехническая, 29,195251, г. Санкт-Петербург,Российская ФедерацияТел. +7950 024-69-54vladim_yaa@spbstu.ru

Address for correspondence:Vladimirov Yaroslav A.Peter the Great St. Petersburg PolytechnicUniversity29, Polytechnicheskaya str.,195251, Saint Petersburg,Russian FederationTel.: +7950 024-69-54vladim_yaa@spbstu.ru

vladim_yaa@spbstu.ruКравченкоС. О.KravchenkoS. O.

г. Санкт-Петербург, Российская Федерация

Saint Peterburg, Russian Federation

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра ВеликогоРоссияPeter the Great St. Petersburg Polytechnic UniversityRussian Federation202613082026694356369Copyright © Мирончук М.П., Трещёв Д.А., Трещёва М.А., Владимиров Я.А., Кравченко С.О., 20262026Мирончук М.П., Трещёв Д.А., Трещёва М.А., Владимиров Я.А., Кравченко С.О.Mironchuk M.P., Treshchev D.A., Treshcheva M.A., Vladimirov Y.A., Kravchenko S.O.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/2580

Работа посвящена реализации актуальных планов по импортозамещению и повышению эффективности энергетической отрасли Российской Федерации. Исследование направлено на обоснование начальных параметров пара в двухконтурных теплофикационных парогазовых установках (ТПГУ) с перспективной отечественной газотурбинной установкой ГТЭ-65. В качестве критерия использован показатель относительной экономии топлива при комбинированной выработке энергии по сравнению с раздельной. На базе САПР United Cycle разработана имитационная модель для анализа влияния давления свежего пара в контурах высокого и низкого давления на эффективность ТПГУ. Модель позволяет проанализировать диапазоны давлений свежего пара для контуров: высокого давления – от 10 до 18 МПа; низкого – от 1,0 до 2,0 МПа. Установлено, что повышение давления пара в ТПГУ на базе перспективной установки ГТЭ-65 с традиционно принятых для установок конденсационного профиля 7–8 до 15–17 МПа обеспечивает суммарную относительную экономию топлива на уровне 38,0–38,1 %. Увеличение параметров пара в контуре низкого давления с традиционно принятого значения 0,5–0,8 МПа до уровня 1,3–1,5 МПа также позволяет повысить экономию топлива. Предложены практические рекомендации по использованию докритических параметров давления пара, исходя из опыта эксплуатации и технических ограничений существующего оборудования.

The work is devoted to the implementation of current plans for import substitution and improving the efficiency of the energy sector of the Russian Federation. The study aims to substantiate the initial steam parameters in double-circuit combined-cycle heating plants with a promising domestic gas turbine installation GTE-65. The indicator of relative fuel savings in combined energy generation in comparison with separate energy generation was used as a criterion. A simulation model for analyzing the effect of fresh steam in high- and low-pressure circuits on the efficiency of double-circuit combined-cycle heating plants has been developed on the basis of United Cycle CAD. The model allows analyzing the pressure ranges of fresh steam for circuits: for the high-pressure circuit – from 10 to 18 MPa; for the low-pressure one – from 1.0 to 2.0 MPa. It has been established that increasing the steam pressure in the double-circuit combinedcycle heating plants based on the promising GTE-65 installation from the traditionally accepted 7–8 MPa for condensation profile installations to 15–17 MPa provides a total relative fuel saving of 38.0–38.1 %. An increase in steam parameters in the low-pressure circuit from the traditional value of 0.5–0.8 to the level of 1.3–1.5 MPa also makes it possible to improve fuel savings. Practical recommendations on the use of subcritical steam pressure parameters are proposed, based on operational experience and taking into account technical limitations of existing equipment.

теплоэлектростанциякогенерационная установкапарогазовая установкатеплофикационная установкатеплофикацияотносительная экономия топливаthermal power plantcogeneration plantcombined-cycle plantheating plantheating systemrelative fuel savingsReferencesГринчук, А. С. Повышение эффективности утилизационных ПГУ за счет применения промежуточного перегрева пара / А. С. Гринчук // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2008. №. 5. С. 78–86.Grinchuk A. S. (2008) Improving the Efficiency of Utilization Combined Cycle Gas Plant Through the Use of Intermediate Steam Overheating. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, (5), 78–86 (in Russian).Сравнение характеристик ПГУ с одним и двумя контурами в котле-утилизаторе для условий республики Кот-д'Ивуар / Т. С. А. Кеке, Г. Эсмель, А. Б. Прохорятов [и др.] // Энергосбережение и водоподготовка. 2012. № 4 (78). С. 57–61.Keke T. S. A., Esmel' G., Prokhoryatov A. B., Prokhoryatov A. B., Tsanev S. V., Burov V. D. (2012) Comparison of the Characteristics of CCGTs with One and Two Circuits in a Recovery Boiler for the Conditions of the Republic of Côte d’Ivoire. Energosberezhenie i vodopodgotovka [Energy saving and water treatment], (4), 57–61 (in Russian).Березинец, П. А. Бинарные ПГУ на базе газотурбинной установки средней мощности / П. А. Березинец, М. К. Васильев, Г. Г. Ольховский // Теплоэнергетика. 1999. № 1. С. 15–21.Berezinets P. A., Vasil'ev M. K., Ol'khovskii G. G. (1999) Binary CCGTs Based on a Medium-Power Gas Turbine Unit. Teploenergetika = Thermal Engineering, (1), 15–21 (in Russian).Яковлев, Б. В. Эффективность современных энергоустановок ТЭС / Б. В. Яковлев, А. С. Гринчук // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2007. № 6. С. 69–77.Yakovlev B. V., Grinchouk A. S. (2007) Optimization of Initial Parameters and Fuel Afterburning Ratio in Heat-Recovery Boiler of Single- and Two-Loop Combined-Cycle Plant. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, (6), 69–77 (in Russian).Kotowicz, J. The Influence of Economic Parameters on the Optimal Values of the Design Variables of a Combined Cycle Plant / J. Kotowicz, Ł. Bartela // Energy. 2010. Vol. 35. No 2. Р. 911–919. https://doi.org/10.1016/j.energy.2009.07.014Kotowicz J., Bartela Ł. (2010) The Influence of Economic Parameters on the Optimal Values of the Design Variables of a Combined Cycle Plant. Energy, 35 (2), 911–919. https://doi.org/10.1016/j.energy.2009.07.014Nadir, M. Thermodynamic Optimization of Several (Heat Recovery Steam Generator) HRSG configurations for a range of exhaust gas temperatures / M. Nadir, A. Ghenaiet // Energy. 2015. Vol. 86. Р. 685–695. https://doi.org/10.1016/j.energy.2015.04.023Nadir M., Ghenaiet A. (2015) Thermodynamic Optimization of Several (Heat Recovery Steam Generator) HRSG Configurations for a Range of Exhaust Gas Temperatures. Energy, 86, 685–695. https://doi.org/10.1016/j.energy.2015.04.023Оптимизация давлений в утилизационной ПГУ двух давлений с учетом технических ограничений / А. В. Мошкарин, Ю. В. Мельников, Т. А. Жамлиханов, Е. В. Шомов // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2008. № 2. С. 23–25.Moshkarin A. V., Melnikov Yu. V., Gamlikhanov T. A., Shomov E. V. (2008) Pressure Optimization in Heat-Recovery Double-Pressure Combined Cycle Plant and Engineering Restrictions. Vestnik of Ivanovo State Power Engineering University, (2), 23–25 (in Russian).Методика оптимизации структуры и параметров мощных парогазовых ТЭС / В. Д. Буров, Г. В. Сойко, А. А. Дудолин [и др.] // Энергосбережение и водоподготовка. 2013. № 5 (85). С. 37–42.Burov V. D., Soyko G. V., Dudolin A. A. Makarevich E. V., Zakharenkov E. A., Kovalev D. A. (2013) Methodology for Optimizing the Structure and Parameters of Powerful Combined-Cycle Thermal Power Plants. Energosberezhenie i vodopodgotovka [Energy Saving and Water Treatment], (5), 37–42 (in Russian).Horlock, J. H. Combined Power Plants: Including Combined Cycle Gas Turbine (CCGT) Plants / J. H. Horlock. Pergamon Press, 1992. 320 с.Horlock J. H. Combined Power Plants: Including Combined Cycle Gas Turbine (CCGT) Plants. Pergamon Press, 1992. 288.Dubois, M. Competitive Combined Cycle Expansion of Martin County / M. Dubois, B. Melvin // Modern Power Systems. 1992. November. P. 49–53. URL: https://www.osti.gov/etdeweb/biblio/6810520Dubois M., Melvin B. (1992) Competitive Combined Cycle Expansion of Martin County. Modern Power Systems, (Novembrt), 49–53. Available at: https://www.osti.gov/etdeweb/biblio/6810520Power-Carbon Coordinated Control of BFG-Fired CCGT Power Plant Integrated with Solvent-Based Post-Combustion CO2 Capture / X. Wu, H. Xi, Y. Ren, K. Y. Lee // Energy. 2021. Vol. 226. Art. 120435. https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.120435Wu X., Xi H., Ren Y., Lee K. Y. (2021) Power-Carbon Coordinated Control of BFG-Fired CCGT Power Plant Integrated with Solvent-Based Post-Combustion CO2 Capture. Energy, 226, 120435. https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.120435Stradioto, D. A. Reprint of: Performance Analysis of a CCGT Power Plant Integrated to a LNG regasification process / D. A. Stradioto, M. F. Seelig, P. S. Schneider // Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2015. Vol. 27. P. 18–22. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2015.06.009Stradioto D. A., Seelig M. F., Schneider P. S. (2015) Reprint of: Performance Analysis of a CCGT Power Plant Integrated to a LNG Regasification Process. Journal of Natural GasScience and Engineering, 27, 18–22. https://doi.org/10.1016/j.jngse.2015.06.009Comparative Study of a Combined Heat and Power Plant Retrofitted by CO2 Capture During the Combustion of Syngas From Sewage Sludge Gasification Versus Zero-Emission Combustion of Hydrogen Produced Using Renewables / K. Bąk, P. Ziółkowski, J. Frost, M. Drosińska-Komor // International Journal of Hydrogen Energy. 2023. Vol. 48, No 99. P. 39625–39640. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.07.322Bak K., Ziółkowski P., Frost J., Drosińska-Komor M. (2023) Comparative Study of a Combined Heat and Power Plant Retrofitted by CO2 Capture During the Combustion of Syngas from Sewage Sludge Gasification Versus Zero-Emission Combustion of Hydrogen Produced Using Renewables. International Journal of Hydrogen Energy, 48 (99), 39625–39640. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.07.322Sterkhov, K. V. Zero Carbon Emission CCGT Power Plant with Integrated Solid Fuel Gasification / K. V. Sterkhov, D. A. Khokhlov, M. N. Zaichenko // Energy. 2024. Vol. 294. Art. 130958. https://doi.org/10.1016/j.energy.2024.130958Sterkhov K. V., Khokhlov D. A., Zaichenko M. N. (2024) Zero Carbon Emission CCGT Power Plant with Integrated Solid Fuel Gasification. Energy, 294, 130958. https://doi.org/10.1016/j.energy.2024.130958Boretti, A. Green Hydrogen Electrolyzer and Hydrogen-Methane CCGT Power Plant in NEOM City / A. Boretti // International Journal of Hydrogen Energy. 2024. Vol. 67. P. 1056–1064. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.11.337Boretti A. (2024) Green Hydrogen Electrolyzer and Hydrogen-Methane CCGT Power Plant in NEOM City. International Journal of Hydrogen Energy, 67, 1056–1064. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.11.337Gas Turbine Operating as Part of a Thermal Power Plant with Hydrogen Storages / G. E. Marin, B. M. Osipov, A. V. Titov, A. R. Akhmetshin // International Journal of Hydrogen Energy. 2023. Vol. 48, No 86. P. 33393–33400. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.05.109.Marin G. E., Osipov B. M., Titov A. V., Akhmetshin A. R. (2023) Gas Turbine Operating as Part of a Thermal Power Plant with Hydrogen Storages. International Journal of Hydrogen Energy, 48 (86), 33393–33400. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.05.109Энергоэкономическая оценка стратегий повышения энергетической эффективности теплоэнергетики России / Ф. В. Веселов, И. В. Ерохина, А. С. Макарова [и др.] // Теплоэнергетика. 2021. №. 12. С. 20–32. https://doi.org/10.1134/S0040363621120110Veselov F. V., Erokhina I. V., Makarova A. S., Solyanik A. I., Urvantseva L. V. (2021) Energy-Economic Assessment of the Strategies for Energy Efficiency Improvements at Thermal Power Plants in Russia. Thermal Engineering, 68 (12), 895–905. https://doi.org/10.1134/s0040601521120119Каталог газотурбинного оборудования 2022 / гл. ред. В. И. Галигузов. M.: ИД «Газотурбинные технологии», 2022. 100 c.Galiguzov V. I. (Ed.) (2022) Catalog of Gas Turbine Equipment, 2022. Moscow, Gazoturbinnye tekhnologii Publ. 100 (in Russian).Развитие и совершенствование котлов-утилизаторов для ПГУ / П. А. Березинец // Проблемы эксплуатации котлов-утилизаторов парогазовых установок: Междунар. науч.-техн. конф., 26–27 апр. 2018 г.: cб. докл. / под общ. ред. А. Н. Тугова, Ю. А. Радина. М.: ОАО «ВТИ», 2018. С. 10–16.Berezinets P. A. Development and Improvement of Recovery Boilers for CCGT. Problemy ekspluatatsii kotlov-utilizatorov parogazovykh ustanovok: Mezhdunar. nauch.-tekhn. konf., 26–27 apr. 2018 g.: cb. dokl [Collection of Presentations at the International Scientific and Technical Conference “Problems of Operation of Waste Boilers of Combined-Cycle Gas Installations”. Moscow, JSC “VTI”, April 26–27, 2018]. Moscow, All-Union Thermal Engineering Institute JSC, 10–16 (in Russian).Калютик, А. А. Использование показателя относительной экономии топлива для оптимизации параметров теплофикационной ПГУ / А. А. Калютик, Д. А. Трещев, М. А. Трещева // Материаловедение. Энергетика. 2020. Т. 26, № 4. С. 51–63. https://doi.org/10.18721/JEST.26404Kalyutik A. A., Treshchev D. A., Treshcheva M. A. (2020) Use of Relative Fuel Economy Indicator for Optimization of CHP CCGT Parameters. Materialovedenie. Energetika [Materials Science. Power Engineering], 26 (4), 51–63 (in Russian). https://doi.org/10.18721/JEST.26404Анкудинова, М. С. Сравнительная системная тепловая и топливная эффективность отопительных ПГУ / М. С. Анкудинова, Е. А. Ларин, Л. А. Сандалова // Труды Академэнерго. 2015. № 1. С. 47–56.Ankudinova M. S., Larin E. A., Sandalova L. A. (2015) Comparative Thermal and Fuel Systemic Effectiveness of Combined Cycle Cogeneration Power Plants. Trudy Akademenergo = Transactions of Academenergo, (1), 47–56 (in Russian).Оценка термодинамической эффективности Объединенной энергетической системы Беларуси. Ч. 2 / В. Н. Романюк, А. А. Бобич, Т. В. Рыжова [и др.] // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2023. Т. 66, № 2. С. 141–157. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2023-66-2-141-157Romaniuk V. N., Bobich A. A., Ryzhova T. V., Bubyr T. V., Yanchuk V. V., Yatsukhna Y. S. (2023) Assessment of Thermodynamic Efficiency of the Belarusian Energy System. Part 2. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 66 (2), 141–157 (in Russian). https://doi.org/10.21122/1029-7448-2023-66-2-141-157.Янчук, В. В. Повышение эффективности действующих тепловых электрических станций в современных условиях / В. В. Янчук, В. Н. Романюк // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2022. Т. 65, № 6. С. 511–523. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2022-65-5-511-523Yanchuk V. V., Romaniuk V. N. (2022) Operating Thermal Power Plants Efficiency Improvement under Current Conditions. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 65 (6), 511–523 (in Russian). https://doi.org/10.21122/1029-7448-2022-65-5-511-523Газовые турбины средней и большой мощности // ПАО «Силовые машины». Режим доступа: https://power-m.ru/customers/thermal-power/gas-turbines/Gas Turbines of Medium and High Power. Power Machines. Available at: https://powerm.ru/customers/thermal-power/gas-turbines (in Russian).Читашвили, Г. П. Термодинамический анализ энергоэффективности паротурбинных ТЭЦ / Г. П. Читашвили // Теплоэнергетика. 2000. № 12. С. 40–45.Chitashvili G. P. (2000) Thermodynamic Analysis of Energy Efficiency of Steam Turbine Thermal Power Plants. Teploenergetika = Thermal Engineering, (12), 40–45 (in Russian).Mehrgoo, M. A Constructal Theory Framework for Optimizing Hrsg Design: Enhancing Thermal Performance and Cost-Effectiveness / M. Mehrgoo, M. Amidpour // Results in Engineering. 2025. Vol. 27. Art. 105849. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2025.105849Mehrgoo M., Amidpour M. (2025) A Constructal Theory Framework for Optimizing HRSG Design: Enhancing Thermal Performance and Cost-Effectiveness. Results in Engineering, 27, 105849. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2025.105849Thermoeconomic Optimisation of Heat Recovery Steam Generators of Combined Cycle Gas Turbine Power Plants Considering Off-Design Operation / A. Rovira, C. Sánchez, M. Muñoz [et al.] // Energy Conversion and Management. 2011. Vol. 52, No 4. P. 1840–1849. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2010.11.016Rovira A., Sánchez C., Muñoz M., Valdés M., Durán M. D. (2011) Thermoeconomic Optimisation of Heat Recovery Steam Generators of Combined Cycle Gas Turbine Power Plants Considering Off-Design Operation. Energy Conversion and Management, 52 (4), 1840–1849. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2010.11.016Установки турбинные паровые стационарные для привода электрических генераторов ТЭС. Общие технические требования: ГОСТ 24278–89. Взамен ГОСТ 24278-85Е; введ. 22.09.89. М.: Изд-во стандартов, 1989. 23 c.State Standard 4278-89. Stationary Turbine Steam Installations for Driving Electric Generators of Thermal Power Plants. General Technical Requirements. Moscow, Publishing House of Standards, 1989 (in Russian).

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