Электроэнергетика в мировой экономике

Планирование развития экономики и промышленного комплекса страны невозможно без учета энергообеспеченности. Для строительства новых и эксплуатации имеющихся заводов необходимо обеспечение их энергией. Получение заданных при планировании финансовых и производственных показателей должно достигаться вне зависимости от экономической конъюктуры и кризисных явлений. Именно поэтому стабильность и обеспеченность энергетического комплекса имеет особое значение.

башенные градирни ночью

По оценкам Международного энергетического агентства, спрос на электроэнергию вырастет на 80% к 2050 году, а увеличение объемов генерации будет движущей силой для всей мировой экономики. При этом доля использования ископаемых ресурсов заметно снизится, а возобновляемых источников энергии составит до 65%.

Одновременно по данным ООН к 2050 году население мира составит 9,7 млрд человек, из них 67% будет жить в регионах с дефицитом воды.

Очевидно, что развитие мировой экономики возможно при совершенствовании энергетических технологий, снижении потерь при производстве и передаче энергии.

Текущий уровень развития электроэнергетики и прогнозы на ближайшие 10-15 лет отражают факт, свидетельствующий о том, что основная доля выработки электроэнергии придется на тепловые атомные электростанции.

Учитывая, что для эффективной работы гидроэлектростанции препятствием становится нехватка уровня запаса воды в водохранилищах и сопутствующие решению данного вопроса проблемы, стоит больше внимания уделить эффективности работы ТЭС (тепловых электростанций). Так, потери от недостатка генерации составляют до 5% ВВП, а на 1 рубль потребления энергии приходится до 50 рублей ВВП.

башенные градирни днем

Основные проблемы эффективной работы электростанции

Тепловые станции подразделяются на ТЭЦ (теплоэлектростанции) и ГРЭС (государственные районные электростанции), отличающиеся режимом работы.

ГРЭС работает только в конденсационном режиме и вырабатывает электричество, а ТЭЦ еще и в теплофикационном, производя дополнительно тепло.

Станция – сложный технический объект, включающий машины и механизмы, требующие обслуживание. Поскольку номинальная мощность электростанции редко совпадает с реальной, то в энергетике анализируют их соотношение. Существует специальный коэффициент использования установленной мощности (КИУМ), который показывает насколько эффективна станция. Это интегральный коэффициент, учитывающий и техническое состояние, технологическое  совершенство, квалификацию персонала и организацию работы.

Подобрать вентиляторную градирню

Ответьте на 5 вопросов и получите ТКП вентиляторной градирни для вашего производства и гарантированную скидку

Заполнить форму

К сожалению, среднее значение КИУМ в Росси составляет 46,3%, получается, что при правильном подходе на имеющихся электростанциях можно получить в 2 раза больше энергии.

Проблемами ограничения мощности энергетики занимаются не одно десятилетие, и получены весьма точные результаты.

Основные причины ограничений мощности:

  • недостаток охлаждающих устройств 42%
  • недостаток теплопотребления 32%
  • недостаток технического состояния основного оборудования 14%
  • прочее 12%

Основные причины ограничения мощности

Как видно, основная причина неэффективности тепловых электростанций – плохая работа охлаждающих устройств.

Кроме этого, вторая по величине проблема, связанная с недостаточностью потребления тепла, решается ввиду невозможности обеспечения его расчетного значения, перенаправлением всего парового потока в конденсаторы турбин с увеличением конденсационной мощности. А такой вариант зависит только от производительности и технической готовности систем водоохлаждения.

Подытожим: системы технического водоснабжения непосредственно влияют на ограничения мощности электростанций. Их доля в суммарной потере выработки - 74%!!!

Системы технического водоснабжения электростанций

СТВ-сложный комплекс природных и технических объектов (включающий теплообменные устройства, насосы, гидроохладители, очистные установки, конденсаторы турбин), предназначенные для отвода теплоты от установок электростанции с последующим рассеиванием ее в окружающую среду.

Системы техводоснабжения входят в низко накопительную часть электростанции, основная функция которой - передача тепла от отработавшего в турбине пара в атмосферу. Правильная работа НПЧ обеспечивает стабильный и экономически наиболее выгодный режим работы за счет поддержания вакуума в конденсаторах при любых их режимах работы.

Системы технического водоснабжения подразделяют на прямоточные (присущие ГРЭС) и замкнутые.

Водный кодекс с 2006 года предписывает проектирование ТЭС, включая ПГУ (парогазовые установки) с использованием оборотных систем водоснабжения с градирнями.

башенные градирни

Такое решение продиктовано описанными выше общемировыми проблемами водопотребления и дефицита ресурсов.

Эффективная работа низко потенциальной части напрямую зависит от точности расчетов и баланса параметров конденсаторов турбин, насосного оборудования и градирен для конкретных условий эксплуатации.

В основном системы технического водоснабжения ТЭЦ укомплектованы башенными, или испарительными вентиляторными градирнями большой мощности. Через них в окружающую среду рассеивается около 60% тепла низкопотенциальной части, полученной при сжигании топлива.

Если сравнить, то через дымовые трубы уходит всего 12% энергии. Поэтому качественная градирня, помимо увеличения производительности ТЭЦ, позволяет снизить выбросы СО2,  SO2, NO в атмосферу.

От совершенства конструкции, правильности проектирования градирен зависит и расход топлива, и наличие ограничений мощности электростанции. Очевидно, что имеет смысл рассмотреть этот вопрос подробно.

Влияние градирен на ТЭП ТЭЦ

В энергосистеме ТЭЦ России на сегодня 748 электростанций мощностью 239,8 тысяч МВт, вырабатывающих порядка 1 триллиона кВт*ч электричества. Из них 63,7% составляют ТЭС, 19,25% АЭС, 17% ГЭС.

работа башенных градирен

Водопотребление за год составляет порядка 300 млрд м3. Учитывая, что наличие замкнутых систем должно увеличиваться темпами, значительно превышающими текущие.

В работе на электростанциях порядка 370 башенных и 70 вентиляторных градирен. Их суммарная площадь орошения около 700 000 м2, а производительность около 5 500 000 м3 /час.

Основная часть установок построена с 1960 по 1985 года, новых градирен не более 40%. Многолетние испытания, проводимые специалистами ЕЭС, ОРГРЭС, ИНТЕРРАО, показывают, что недоохлаждение воды в системах составляет от 2 до 10 градусов. Нехватка воды для обеспечения охлаждения расчетных объемов пара в конденсаторах турбин 30-40%.

Так что же является основной проблемой? Старение парка градирен? Нет. Если бы это было так, то простое финансирование реконструкции охладителей за несколько лет исчерпало бы вопрос.

Основных проблем ограничения мощности из-за градирен несколько:

  • Технические задания для проектирования и строительства электростанций зачастую не согласованы. Создание сложных технических комплексов требует согласованности работы проектировщиков, изготовителей, наладчиков и эксплуатантов. А реальные случаи ее достижения можно пересчитать по пальцам рук. Часто запроектированные решения не согласуются с реалиями эксплуатации, или не позволяют вести ее в экономически оптимальных режимах, ввиду сложности последних. Многие регламентные документы не согласуются друг с другом
  • Разработанные технико-экономические обоснования не соответствуют проектам. Практика, когда проектирование и внесение изменений идут параллельно распространена. Времени на корректировку начальных исследований фактически не отводится
  • Система закупок ориентирована на минимизацию стоимости приобретаемого оборудования, а не на уменьшение ограничений мощности и стоимости генерации. Фактически приобретается оборудование с более дорогой стомостью владения
  • При расчетах водоохладителей и режимов работы ТЭЦ используются усредненные данные, тепловой и гидравлической баланс в расчет не берутся. В результате рассогласования параметров работы эффективность охлаждения градирен ТЭЦ мала. Часто при расчетах температура оборотной воды принимается завышенной (среднее значение-33оС)
  • Значение проектных напоров и расходов насосного оборудования, рассчитанная при строительстве станций 30-40 лет назад, не соответствует характеристикам модернизированных градирен, что не позволяет обеспечить их оптимальную загрузку
  • Ремонтные работы и реконструкции ведутся различными фирмами без общего четкого плана и понимания общей конечной цели электростанции
  • При модернизации выбираются спорные технические решения, мотивированные низкой стоимостью. Например, сухие градирни, или системы Геллера. Принцип работы этих установок исключает наиболее эффективный режим охлаждения – испарение. Разница в температуре охлажденной воды достигает 7 градусов, по сравнению с испарительными градирнями
  • В ходе выполнения работ по обновлению парка градирен не учитывается согласование гидравлических параметров водораспределения смежных установок. В результате разница уровней достигает 3-5 метров водного столба, что ведет к перегрузке одних и недозагрузке других охладительных башен
  • Отсутствует должный уровень автоматизации процессов, исключающий ошибки из-за человеческого фактора и оптимизирующий режимы работы оборудования

Все эти проблемы ведут к неприятным последствиям. Эксплуатационники сталкиваются с тем, что отремонтированная градирня работает без улучшений параметров.

башенные градирни в рабочем состоянии

Подведем итог:

Влияние градирен на низкопотенциальную часть электростанций велико. Оно определяет наличие ограничений мощности, особенно в летний пиковый сезон.

Из-за сложившихся ограничений недовыработки ТЭЦ и АЭС исчисляются сотнями меговатт-часов.

Основные причины такого состояния дел возможно устранить техническим перевооружением.

Для получения стабильного, гарантированного результата модернизация должна базироваться на следующих принципах:

  • предварительные инженерные и экономические изыскания
  • проработка и согласование всех нормативных документов, задействованных на этапе планирования и проектирования
  • проведение расчетов для конкретных условий, с учетом текущих метеопараметров, гидравлического и теплового баланса, особенностей режима работы станции
  • внедрение современных технических разработок и устройств (ороситель, сопла, жалюзи)
  • автоматизация и согласование алгоритмов работы НПЧ станции (насосов, градирни, конденсаторов)
  • резервирование охлаждающих мощностей, влекущее увеличение бюджета, но уменьшение стоимости владения и генерации

Выбор комплексного подрядчика, или инжиниринговой компании, владеющей описанными компетенциями, существенно снижает риск ошибок и финансовых потерь.

Другие статьи