Выбор типа газотурбинного оборудования

 

В настоящее время на российском энергетическом рынке предлагается достаточно широкая номенклатура как поршневых, так и газотурбинных двигателей. Среди поршневых превалируют импортные двигатели, а среди газотурбинных – отечественные. Сведения о технических характеристиках газотурбинных двигателей и электростанциях на их базе, предлагаемых для эксплуатации в России, в последние годы регулярно публикуются в «Каталоге газотурбинного оборудования»[30]. Аналогичные сведения о поршневых двигателях и электростанциях, в состав которых они входят, можно почерпнуть только из рекламных проспектов российских и иностранных фирм, поставляющих это оборудование. Информация о стоимости двигателей и электростанций чаще всего не публикуется, а опубликованные сведения[31] часто не соответствуют действительности.

Рассмотрим количественную и качественную оценку преимуществ и недостатков газотурбинных двигателей. Рекламные материалы не дают полную достоверность, требуют проверки и данные о результатах работы отдельных двигателей и электростанций. Каждый двигатель имеет индивидуальные характеристики, и только их следует использовать при выборе. Это позволяет формировать состав основного оборудования электростанции заданной мощности в нескольких вариантах, варьируя, в первую очередь, электрическую мощность и количество необходимых двигателей.

Многовариантность затрудняет выбор предпочтительного типа двигателя. 65% всех инвестиционных предложений - 9 млн. кВт - относятся к внедрению прогрессивных технологий, из которых около 8 млн. кВт - ПГУ и чуть более 1 млн. кВт - ГТУ[32] (Рис. 4).

Рис. 4. Структура инвестиционных предложений по типам генерирующих мощностей, млн. кВт

Важнейшей характеристикой любого двигателя в составе электростанций является КПД по выработке электроэнергии (КПДэ), определяющий основной, но не полный объем потребления газа. Обработка статистических данных по значениям КПДэ позволяет наглядно показать области применения, в которых по этому показателю один тип двигателя имеет преимущества перед другим.2 Анализ значений электрического КПД различных двигателей, позволяет сделать некоторые выводы:

· даже в пределах одного типа двигателей одинаковой мощности наблюдается значительный разброс значений КПД по выработке электроэнергии;

· при единичной мощности более 16 МВт газотурбинные двигатели в комбинированном цикле обеспечивают значение КПДэ выше 48% и монопольно владеют рынком.

Необходимо, чтобы стоимость сэкономленного газа окупила разницу в стоимости старых и новых установок, а также дополнительного оборудования к ним. Количество сэкономленного газа не может быть определено, если неизвестен режим работы станции по отпуску электроэнергии в зимнее и летнее время. Идеально, если известны необходимые электрические нагрузки – максимальные (зимний рабочий день) и минимальные (летний выходной день). Если же электростанция должна производить не только электрическую, но и тепловую энергию, то потребуется определить, за счет каких источников можно покрыть тепловое потребление. Таких источников, как правило, два – утилизированная теплота двигателей и/или котельная. У ГТУ утилизируется теплота выхлопных газов. Основное количество теплоты утилизируется из выхлопных газов с помощью котлов-утилизаторов (утилизационных теплообменников).

Таблица 4

Выбор типа установок

Параметры сравнения	Газотурбинная установка	Парогазовая установка
Достоинства	Отсутствие водяной системы охлаждения Низкая эмиссия вредных веществ Работа установки на нескольких видах топлива	Высокий КПД Работа установки на нескольких видах топлива Большая возможная единичная мощность Высокая экологичность Высокие экономические показатели
Недостатки	Высокий уровень шума Требуется подготовка топлива (очистка, осушка, компрессия) Низкая эффективность при неполной загрузке Высокая температура уходящих газов	Высокие капитальные затраты Требуется подготовка топлива (очистка, осушка, компрессия) Низкая эффективность при неполной нагрузке
Основные показатели	Используемое топливо - газ, биогаз, дизельное топливо, керосин Диапазон единичной мощности - 0,25-300 МВт КПД эл. - 25-42%	Используемое топливо - газ, биогаз, дизельное топливо, керосин Диапазон единичной мощности - 3-300 МВт КПД эл. - 35-55%
Приводом электрического генератора является газовая турбина	Приводом электрического генератора является газовая турбина. Тепло уходящих газов используется в котле-утилизаторе для получения пара, который в свою очередь подается в паровую турбину. Паровая турбина является приводом электрического генератора

 

Количество утилизированной теплоты в значительной степени зависит от режима работы по выработке электроэнергии и от климатических условий. Неверная оценка режимов работы двигателей в зимнее время приведет к ошибкам в определении количества утилизированной теплоты и неправильному выбору установленной мощности котельной.

Абсолютные значения экономии газа справедливы только для конкретного объекта, характеристики которого были заложены в расчет, но общий характер зависимости отражен правильно, а именно: чем ниже значение КПД газотурбинного, тем больше экономия газа.

Выбор оборудования для производства нужного количества электроэнергии определяет возможности выработки утилизированной теплоты. При этом надо учесть все особенности изменения технических характеристик, связанные с климатическими условиями, с характером электрической нагрузки, и определить влияние этих изменений на отпуск утилизированной теплоты.

В состав ТЭЦ входят не только двигатели. На ее площадке обычно располагается свыше десятка вспомогательных сооружений, работа которых также влияет на технические и экономические показатели электростанции. При этом знание характеристик конкретных единиц оборудования и их влияние на экономические показатели будущей электростанции чрезвычайно важно.

При выполнении экономических расчетов неизбежен учет моторесурса, ремонтопригодности, сроков проведения и стоимости капитальных ремонтов. Эти показатели также индивидуальны для каждого конкретного двигателя независимо от его типа. Нельзя исключать влияние экологических факторов на выбор типа двигателей для электростанции.

Состояние атмосферы в районе предполагаемой эксплуатации электростанции может стать основным фактором при определении типа установки (несмотря ни на какие экономические соображения). Данные о стоимости двигателей и электростанций на их базе не публикуются. Изготовители или поставщики оборудования ссылаются на возможную разницу в комплектации, условия доставки и другие причины. Только после заполнения фирменного опросного листа будут представлены цены.

Таким образом, в классе единичной мощности нельзя отдавать однозначное предпочтение ни газотурбинным, ни паротурбинным двигателям. В условиях ОАО «НПК «Уралвагонзавод» преимущества газотурбинных установок в части выработки тепла бесспорны. По мере роста КПД газотурбинных двигателей количество утилизированной теплоты должно неизбежно снижаться. Если принять, что расчетное потребление тепла объектом может быть полностью покрыто утилизированной теплотой ГТУ.