Повышение эффективности действующих тепловых электрических станций в современных условиях

В современных условиях вопрос энергосбережения приобретает все большую остроту и перманентную актуальность. Данная ситуация обусловлена резким скачком цен на первичные энергоресурсы и необходимостью снижения удельного веса природного газа в приходной части энергобаланса Беларуси. Согласно имеющимся статистическим данным, с вводом в эксплуатацию Белорусской АЭС удельный вес природного газа в приходной части энергобаланса снизится с 97 до 59 %. В хозяйственном комплексе доля этого первичного энергоресурса прогнозируется на уровне 70 %. Наиболее рационально и с наименьшими инвестициями задача энергосбережения решается лишь за счет повышения эффективности использования природного газа, тем более что в связи с вводом Белорусской АЭС остро стоит вопрос сохранения возможности применения централизованных теплофикационных мощностей. Необходимо повысить термодинамическую эффективность циклов паротурбинных установок, как теплофикационных, так и конденсационных, составляющих основу генерации энергосистемы Беларуси, для восстановления энергетических характеристик энергосистемы, несколько снизившихся с вводом в строй АЭС. В пределе следует снизить удельный вес природного газа в приходной части энергобаланса до значений, не превышающих 50 %, в соответствии с требованиями энергетической безопасности. В статье рассмотрены примеры утилизации низкотемпературных вторичных энергетических потоков, имеющих место на тепловых электрических станциях: теплоты процессов охлаждения генератора, систем смазки, конденсации отработанного пара турбины и более глубокого охлаждения уходящих дымовых газов. На основе указанного анализа определяются перспективные направления соответствующих исследований применительно к энергосистеме Беларуси.

1. Energy Use per Person [Electronic Resource] // Our World in Data. Mode of access: https://ourworldindata.org/grapher/per-capita-energy-use?tab=chart&country=~OWID_WRL. Date of access: 14.02.2022.

2. Ritchie, H. Belarus: Energy Country Profile [Electronic Resource] / H. Ritchie, М. Roser // Our World in Data. Mode of access: https://ourworldindata.org/energy/country/belarus?country=~BLR. Date of access: 4.06.2022.

3. Ritchie, H. Electricity Mix [Electronic Resource] / H. Ritchie, М. Roser // Our World in Data. Mode of access: https://ourworldindata.org/electricity-mix#fossil-fuels-what-share-of-electricity-comes-from-fossil-fuels. Date of access: 14.02.2022.

4. Годовые данные [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.belstat.gov.by/ofitsialnaya-statistika/realny-sector-ekonomiki/energeticheskaya-statistika/anual-dannye/. Дата доступа: 14.02.2022.

5. Производство электрической энергии [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://belenergo.by/content/deyatelnost-obedineniya/proizvodstvo-elektricheskoy-energii/. Дата доступа: 14.02.2022.

6. Воронов, Е. О. К вопросу оценки термодинамической эффективности Белорусской энергосистемы / Е. О. Воронов, В. Н. Романюк, В. А. Седнин // Энергия и менеджмент. 2016. № 3. С. 2–7.

7. Казаков, В. Г. Эксергетические методы оценки эффективности теплотехнических установок / В. Г. Казаков. СПб., 2013. 93 с.

8. Муслина, Д. Б. Научно-методическое обеспечение модернизации теплоэнергетических систем текстильных и трикотажных предприятий легкой промышленности: дис. … канд. техн. наук: 05.14.14 / Д. Б. Муслина. Минск, 2016. 172 с.

9. Маслеева, О. В. Тепловое загрязнение окружающей среды объектами малой энергетики / О. В. Маслеева, А. Г. Воеводин, Г. В. Пачурин // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. № 5–1. С. 26–30.

10. Zhang, H. S. Performance Analysis of the Coal-Fired Power Plant with Combined Heat and Power (CHP) Based on Absorption Heat Pumps / H. S. Zhang, H. B. Zhao, Z. L. Li // Journal of the Energy Institute. 2016. Vol. 89, No 1. Р. 70–80. https://doi.org/10.1016/j.joei.2015.01.009.

11. Tianle, Hu. Simulation Research on a Variable-Lift Absorption Cycle and its Application in Waste Heat Recovery of Combined Heat and Power System / Tianle Hu, Xiaoyun Xie, Yi Jiang // Energy. 2017. Vol. 140. Р. 912–921. https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.09.002.

12. A New Waste Heat District Heating System Combined Heat and Power (CHP) Based on Ejector Heat Exchangers and Absorption Heat Pumps / Fangtian Sun [et al.] // Energy. 2014. Vol. 69. Р. 516–524. https://doi.org/10.1016/j.energy.2014.03.044.

13. New Waste Heat District Heating System with Combined Heat and Power Based on Absorption Heat Exchange Cycle in China / Fangtian Sun [et al.] // Energy. 2012. Vol. 37. Р. 136–144. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2011.11.007.

14. Pashka, B. Exergy Method in Combined System of Heat Supply Thermal Power Station with District’s Heat Pump / B. Pashka // International Forum on Strategic Technology, IFOST. 2013. Vol. 2. P. 485–487. https://doi.org/10.1109/ifost.2013.6616923.

15. Industrial Waste Heat Recovery Technologies: An Economic Analysis of Heat Transformation Technologies / S. Brückner [et al.] // Applied Energy. 2015. Vol. 151. Р. 157–167. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.01.147.

16. Altai Sh. Alimgazin. Heat Pump in a New Modular Configuration to Recover Low-Grade Heat Emissions at Enterprises / Altai Sh. Alimgazin, Saule G. Alimgazina, Mikhail G. Zhumagulov // E35Web of Conferences. 2020. Vol. 178. Р. 1–5. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202017801003.

17. Дуванов, С. А. Исследование работы тепловых насосов на режимах, отличных от номинального, при сохранении выходных параметров: дис. … канд. техн. наук: 01.04.14 / С. А. Дуванов. Астрахань, 2006. 196 л.

18. Артёменко, К. И. Структурно-параметрическая оптимизация системы автоматического управления мощностью энергоблоков 300 МВт в широком диапазоне изменения нагрузок / К. И. Артёменко // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2019. Т. 62, № 5. С. 469–481. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-5-469-481.

19. Кулаков, Г. Т. Системный анализ научно-технической информации по системам автоматического управления мощностью энергоблоков / Г. Т Кулаков, К. И. Артёменко // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2017. Т. 60, № 5. С. 446–458. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2017-60-5-446-458.

20. Анализ использования тепловых насосов на тепловых и атомных электростанциях / Н. Н. Ефимов [и др.] // Известия ВУЗов. Северо-кавказский регион. Серия: Технические науки. 2010. № 4. С. 35–39.

21. Тепловые насосы в схемах деаэрации подпиточной воды ТЭЦ / И. Д. Аникина [и др.] // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. 2016. Вып. 243, № 2. С. 24–33. https://doi.org/10.5862/jest.243.3.

22. Плевако, А. П. Возможность использования тепловых насосов на ТЭС и котельных / А. П. Плевако, Г. Б. Чернетченко // Наука и техника Казахстана. 2008. № 1. С. 61–64.

23. Олейникова, Е. Н. Исследование и оптимизация теплонасосных установок в структуре схем ПГУ-ТЭЦ: дис. … канд. техн. наук: 05.14.14 / Е. Н. Олейникова. М., 2015. 158 л.

24. Повышение эффективности парогазовой установки с котлом-утилизатором за счет включения в схему абсорбционного преобразователя теплоты / Р. Н. Валиев [и др.] // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2017. Т. 19, № 11–12. С. 101–111.

25. Шидловская, Д. К. Применение абсорбционных тепловых насосов в тепловой схеме турбоустановки Т-180/210-130 / Д. К. Шидловская, Г. Д. Седельников // Международный студенческий научный вестник. 2016. № 3, Ч. 2. С. 270–271.

26. Янченко, И. В. Влияние абсорбционного теплового насоса на тепловую экономичность ТЭС и АЭС: дис. … канд. техн. наук: 05.14.14 / И. В. Янченко. Новочеркасск, 2015. 180 л.

27. Курнакова, Н. Ю. О возможности повышения энергоэффективности тепловой схемы ТЭС с применением теплового насоса / Н. Ю. Курнакова, А. В. Нуждин, А. А. Волохонский // Вестник ИрГТУ. 2018. Вып. 22, № 7. С. 114–122. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2018-7-114-122.

28. Шаталов, И. К. Подогрев добавочной цикловой воды с помощью ТНУ / И. К. Шаталов, Ю. А. Антипов // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Инженерные исследования. 2004. № 1. С. 60–65.

29. Чепурной, М. Н. Применение парокомпрессионных теплонасосных установок для утилизации сбросной теплоты конденсаторов паровых турбин / М. Н. Чепурной, Н. В. Резидент // Навуковi працi ВНТУ. 2013. № 4. С. 1–7.

30. Романюк, В. Н. Абсорбционные тепловые насосы на ТЭЦ Белорусской ОЭС на примере Мозырской ТЭЦ / В. Н. Романюк, А. А. Бобич // Энергия и менеджмент. 2015. № 1. С. 4–11.

31. Седнин, В. А. К вопросу о повышении эффективности отопительных котельных и мини-ТЭЦ / В. А. Седнин, Д. М. Райко, В. М. Левин // Энергия и менеджмент. 2015. № 1. С. 12–17.

32. Романюк, В. Н. Развитие энергосбережения на котельных за счет утилизации низкотемпературных тепловых потоков охлаждения уходящих дымовых газов / В. Н. Романюк, А. А. Бобич // Энергоэффективность. 2020. № 8. С. 7–14.

33. Романюк, В. Н. Численное исследование тепловых схем ТЭЦ с помощью их топологических моделей / В. Н. Романюк, А. А. Бобич // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2016. Т. 59, № 4. С. 376–390. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2016-59-4-376-390.

34. Абсорбционные тепловые насосы в тепловой схеме ТЭЦ для повышения ее энергетической эффективности / В. Н. Романюк [и др.] // Энергия и менеджмент. 2013. № 1. С. 14–19.

35. Романюк, В. Н. Абсорбционные или парокомпрессионные тепловые насосы в схемах ТЭЦ / В. Н. Романюк, А. А. Бобич, С. В. Мальков // Энергия и менеджмент. 2013. № 4. С. 18–21.

36. Романюк, В. Н. Обоснование параметров АБТН для утилизации ВЭР на ТЭЦ с помощью пассивного эксперимента и определение соответствующих изменений различных оценок работы энергосистемы / В. Н. Романюк, А. А. Бобич // Энергия и менеджмент. 2016. № 1. С. 14–23.

37. Романюк, В. Н. Время применения абсорбционных бромисто-литиевых тепловых насосов на ТЭЦ Беларуси / В. Н. Романюк, А. А. Бобич // Энергия и менеджмент. 2017. № 2. С. 2–5.

38. Бобич, А. А. Комплекс энергосберегающих мероприятий на ТЭЦ при адаптации к условиям работы энергосистемы с вводом Белорусской АЭС: дис. … канд. техн. наук: 05.14.14 / А. А. Бобич. Минск, 2018. 224 л.