Розподіл витрати палива в когенераційних енергоустановках.

В когенераційних установках спалюється єдиний потік палива, але одержу­ється два види енергії – теплова і електрична.

Зрозуміло, що обидва одержані види енергії є товаром, який має бути прода­ний споживачам відповідного напряму енергоспоживання.

Як відомо:

- відпускна ціна товару, визнача­ється його повною (заводською) собівартістю;

- складовою повної собівартості теплової і електричної енергії є паливна складова, див. Лекції 2, 3;

- в структуру паливної складової входить кількість палива, що витрачена на вироблення кожного виду енергії, див. ф-ли (7.3), (8.3) та (9.3), (10.3);

- оскільки в когенераційній установці витрачається єдиний потік палива, то пе­ред її власником постає проблема розподілу витраченого палива між теп­ловою і електричною енергією – тобто стоїть проблема формування собі­вар­тості потоків теплової та електричної енергії;

Перед державними органами управління енергетикою (в т.ч. НКРЕ – Націо­нальним комітетом з регулювання енергетики) стоїть задача отримати такі собівартості теплової і електричної енергії, які би не створювали економі­ч­них проблем, породжених неприйнятною вартістю домінуючого енерго­ре­сур­су, для ефективного функціонування всіх, а насамперед, енергоємних галу­зей.

Нижче, на рис. 15.5, наведено принципову схему одержання двох видів енергії в когенераційній системі – ТЕЦ, створеної на базі парової турбіни типу “П-…” – конденсаційної турбіни з виробничим від­бором пари на промислове підприємство.

Наведена схема допоможе зрозуміти принципи і необхідність розподілу па­ли­ва між двома видами енергії.

Рис. 15.5. Принципова схема потоків енергії в когенераційній установці (На прикладі ТЕЦ з паровою турбіною типу “П-...”).

В наведеній когенераційній установці спалюється паливо у кількості – В_КоУ , і енергія палива витрачається таким чином:

- частина на відпуск теплової енергії споживачам теплової енергії– Q_КоУ;

- частина на відпуск електричної енергії споживачам електричної енергії – W_КоУ;;

- частина на компенсацію втрат теплоти в системі, а саме: в паровому котлі – – Q_КД^втр(8 %... 12 %); в турбогенераторі – Q_ТГ^втр(3 %...7 %; в турбіні– Q_ТГ^втр(3 %...5 %); в системі власних потреб – Q_Вл.п^втр(5 %...12 %; в конденсаторі – Q_КД^втр (35 %...60 %. Оскільки теплота втрат одержана з енергії палива, то в когенераційній установці втрачається паливо, на закупівлю якого витрачені кошти .

Логічне запитання –Якому виду відпущеної енергії (теплової чи електрич­ної) належать ці втрати теплоти (тобто палива).

Логічна думка –Приналежність втрат енергії до певного виді відпущеної енергії збільшує витрату палива і коштів на його закупівлю на одержання цієї бенергії.

Логічний висновок –До якого виду відпущеної енергії буде віднесено втра­ти теплоти в навколишнє середовище, той вид енергії буде мати більшу витрату палива віднесену на свою генерацію, а, відповідно, більшу собівартість.

У разі “віднесення” втрат теплоти на одержання електроенергії:

- собівартість електроенергії збільшиться;

- прибутки виробників електроенергії зменшаться;

- закупівельна вартість електроенергії для споживачів (про­мислових підпри­ємств) – збільшиться;

- витрати коштів на електропостачання споживачів (промисло­вих підпри­ємства) – збільшиться;

- стануть меншими прибутки від продажу продукції, виробленої підпри­ємст­вами.

У разі “віднесення” втрат теплотина одержання теплової енергії – анало­гічна картина виглядатиме для споживачів теплової енергії, насамперед, для житлово-комунального сектору та харчової промисловості.

Тобто проблема розподілу є актуальною у політико-економічному аспекті –

яку олігархічну структуру фінансово підтримати, щоб влада в державі не “роз­хи­ту­валась” незадоволеними економічними силами?

В загальному сенсі варіанти розподілу втрат між електричною та тепловою енергіями в когенераційних установках можуть бути такими:

- всі втрати можуть бути “віднесені” на вироблення електроенергії;

- всі втрати можуть бути “віднесені” до вироблення теплової енергії;

- втрати можуть бути “поділені” між обома видами енергії пропорційно по­туж­ності кожного виду енергії;

- втрати можуть бути “поділені” між обома видами енергії пропорційно еко­номічній доцільності використання в “народному” господарстві того або ін­шого енергоресурсу;

- втрати можуть бути “поділені” між обома видами енергії пропорційно ексер­гіям потоків енергії;

- втрати можуть бути “поділені” між обома видами енергії пропорційно “ко­е­фіцієнтам цінності” потоків енергії;

- тощо.

Оскільки енергетика займає ключове місце в господарстві держави, і вартість енергоресурсів визначає економічну успішність галузей, то саме держава визна­чає за яким методом ділити паливо між виробленими енергіями.

До 1988 року в Україні діяв т.зв. “ентальпійний” метод розподілу палива. У від­повідності до цього методу термодинамічні втрати реалізованих циклів (в конденсаторах парових турбін, з відхідними газами ДВЗ та ГТУ) відносилися до електричної енергії, “працюючи” на збільшення її собівартості. Але електро­е­н­е­р­гія, вироблена на тепловому споживанні (тобто відборами пари з турбін) ме­то­­доло­гіч­но вважалася виробленою з ККД=100 % і формули для визначення пито­мих витрат умовного палива, які входили до структури формул собі вар­тості елек­тричної теплової енергії мали відомий вам вигляд, а саме: b_т= 143/η_т^дж і b_е = 143/η_е^дж.

Такий метод розподілу палива і втрат надавав переваги споживачам елект­ричної енергії, оскільки здешевлював електроенергію за рахунок здороження теплової енергії. В умовах, коли держава зацікавлена в електрифікації всього господарства такий розподіл вважався доцільним.

На сучасний період розвитку держави прийнято до використання т.зв. мето­дику “50/50”. Ця методика базується на тому факті, що когенерація гарантує одержання економії палива в державному масштабі, тобто гарантує заощад­ження енергії. Ключовим “зерном” в методиці розподілу палива між електрич­ною та тепловою енергією в когенераційних установках – паросилових ТЕЦ “50/50” є положення, за яким 50 % зекономленої енергії відноситься на відпуск теплової енергії, а 50 % відноситься на відпуск електричної енергії.

У відповідності до цієї методики:

- витрата палива на вироблення електроенергії в паросилових ТЕЦ – збільшується, а електроенергія – дорожчає відносно визначеної за “ентальпійним” методом;

- витрата палива на вироблення теплової енергії в паросилових ТЕЦ – зменшується, а теплова енергія – дешевшає відносно визначеної за “ентальпійним” методом.

Нижче, наведено ключові положення методології “50/50”.

Витрата палива (в у.п.) на відпущену електричну енергію – В_е , тепловою електростанцією (ТЕЦ) визначається за формулою:

де:

В_ПГ – кількість палива, спаленого в паро-генераторах, т у.п./τ

W_ГЕН – кількість виробленої електроенергії, тис.кВт.год/ τ;

W_відп – кількість відпущеної електроенергії, тис.кВт.год/ τ;

W^вл.п– кількість електроенергії, спожитої системою власні потреби, пов’язаних з виробленням електричної енергії, тис.кВт.год/ τ;

α^вл.п – частка електричної енергії, що надійшла на власні потреби з шин власної електростанції, од. У разі використання на власні потреби виключно власної електроенергії – α^вл.п = 1,0.

К_е– “методологічний” коефіцієнт, що визначає долю витрати палива в ТЕЦ на вироблення електричної енергії і базується на постулаті “50/50”, од. Визна­чається за формулою:

К_е = (15.18)

Q_е – витрата тепла на вироблення електричної енергії, ГДж (Гкал).

Q^вл.п_ТУ – витрата тепла на власні потреби турбоустановок, ГДж (Гкал).

0,5 – директивний коефіцієнт, який означає, що 50% теплової енергії, що зао­щад­жена при комбінованому виробленні теплової та електричної енергії, відноситься на вироблення електричної енергії;

Δ Q_е^комб – економія тепла за рахунок комбінованого вироблення теплової та електричної енергії, ГДж (Гкал). Визначається за відповідною розра­хунковою формулою.

Q_відп – сумарний відпуск теплоти від електростанції зовнішнім споживачам, ГДж (Гкал).

α_ПВК – частка відпуску теплоти від ПВК, од.

α^нас_відп– частка відпуску теплоти від електростанції за рахунок нагрівання мере­ж­ної води в насосах, од.

α_втрат– коефіцієнт втрат теплоти, пов’язаних з її відпуском від котлів і турбін, од.

ΔQ_е^комб =[ ΣQ^відп_відб(і) · (1–ξ_відб ) + Q^ух_КД · (1–ξ_відб) + (Q^відп_КД – Q^ух_КД) ] ·

· Q^відп_відпр / Q^Σ_ТУ (15.19) де:

ΣQ^відп_{відб (і)}– кількість теплоти, що відпущена (зовнішнім споживачам на власні потреби) з кожного відбору турбіни в, Гкал(ГДж) / τ.

Q^Σ_ТУ = ΣQ^відп_{відб (і)}

Q^Σ_ТУ – загальна кількість теплоти, що відпущена від турбіни (на зовнішнє споживання + власні потреби), в т.ч. з конденсатора Гкал(ГДж) / τ.

Примітка: Q^Σ_ТУ= ΣQ^відп_{відб (і)}

Q_відпр – кількість теплоти, що відпущена від турбіни у вигляді всіх відборів відпрацьованої пари тільки зовнішнім споживачам (без власних потреб), Гкал(ГДж)/ τ.Регенеративні відбори турбіни в формулах – участі не приймають.

Q^відп_КД – кількість теплоти, що відпущена з конденсатора, Гкал(ГДж) / τ.

Q^ух_КД – кількість теплоти, що відпущена з конденсатора, що працює тільки з погіршеним вакуумом, Гкал(ГДж) / τ.

ξ_відб – коефіцієнт цінності теплоти з кожного відбору турбіни без проміжного перегріву, од. Визначається за формулою:

де:

і_о – ентальпія (фактична) гострої пари перед турбіною, кДж/кг

і₂ – ентальпія (фактична) відпрацьованої пари перед конденсатором за умови роботи турбіни в конденсаційному режимі !! , кДж/кг.

і _відб– ентальпія (фактична) пари в кожному відборі турбіни, з яких від­пус­кається теплота для зовнішнього споживання і власних потреб ТЕЦ, кДж/кг.

Примітка: ξ_{відб КД} = 0.

К_РоТo– коефіцієнт “методологічний”, що залежить від параметрів гострої пари перед турбіною, од. Визначається з таблиці 15.1.