ИССЛЕДОВАНИЕ ВАРИАНТОВ ПЕРЕВОДА КОТЕЛЬНОЙ 4-С г. ЧЕБОКСАРЫ В РЕЖИМ КОГЕНЕРАЦИИ

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение 4
1. Литературный обзор. Постановка задачи 8
1.1. Обзор научно-технической литературы и патентный поиск по существующим схемам теплофикации и когенерации 8
1.1.1. Анализ современного состояния отечественной энергетики и тенденций ее развития 11
1.1.2. СХЕМА И ПРОГРАММА перспективного развития электроэнергетики Чувашской Республики на 2022–2026 годы 16
1.2. Теплофикация и когенерация 21
1.2.1. Энергетическая эффективность теплофикации 23
1.3. Состояние, проблемы и перспективы развития когенерации в России 26
1.4. Распределенная генерация на основе отопительных и промышленных котельных в стратегии развития энергетики России 28
1.5. Методы, способы и схемы перевода отопительных и промышленных котельных в режим когенерации. Постановка задачи исследования по переводу котельной 4-С г. Чебоксары в режим мини-ТЭЦ 30
2. Назначение и характер существующей и перспективной тепловой нагрузки отопительной котельной 4-С 31
2.1. Расчет удельных затрат условного топлива, электрической энергии, воды и себестоимости 1 Гкал тепловой энергии по месяцам в течение года 34
3. Анализ существующего состава основного и вспомогательного оборудования и тепломеханической схемы котельной 4-С 39
4. Обоснование и выбор методов и схем перевода котельной в режим когенерации 43
4.1. Технологии с использование газовых турбин 46
4.3. Технологии с использованием противодавленчиских паровых турбин низкого давления 47
4.4. Технологии с использованием паровинтовых машин 48
4.5. Перевод водогрейного котла в паровой режим 49
5. Сравнение технико-экономических показателей различных вариантов когенерационных установок. Обоснование и расчет оптимальной схемы когенерационной установки 51
6. Выбор основного и вспомогательного оборудования когенерационной установки 52
6.1 Подбор паровой турбины 54
6.2. Тепломеханическая схема модернизированной котельной 67
6.3. Подбор газотурбинного оборудования 68
6.4. Подбор газопоршневого оборудования 74
7. Расчет основных технико-экономических показателей и срока окупаемости проекта 78
Выводы 80
Список литературы 81
Приложения 84

Весь текст будет доступен после покупки

Концепция распределенной энергетики заключатся в обеспечении локальных потребителей электрической и тепловой энергии с учетом их запросов по объему от генерирующих мощностей находящиеся в непосредственной близости от них и полностью независимых от централизованных сетей. В середине 80-х годов 20 века все это стало привлекательным не только для конечных потребителей, но и для инвесторов и производителей технических оборудований. Определить объект распределенной энергетике можно по следующим признакам: расположение в непосредственной близости к конечному потребителю; объем вырабатываемой энергии достаточного для нужд потребителя в диапазоне от 15–100 кВт до 20–50 МВт; в качестве генерирующих установок могут быть использованы дизельные, газопоршневые и газотурбинные генераторы, топливные ячейки [1].
Постоянный рост численности городского населения в России и во всем мире с конца XX века привело к высокой плотности потребления электрической и тепловой энергии в городах, особенно в крупных мегаполисах. Поэтому в настоящее время энергоснабжение городов, как правило, осуществляется через единую энергосистему от удаленных центров генерации электрической энергии (ТЭС, ГЭС, АЭС). Для этого используются развитые и протяженные электрические сети, в которых потери электрической энергии, с учетом потерь в распределительных сетях, в России достигает до 15-18% [2]. Для надежного поддержания энергоснабжения необходимы постоянные вложения в развитие инфраструктуры передающих электрических сетей, что в конечном счете повышает стоимость подключения потребителей к электрическим сетям.
Важно также отметить, что при эксплуатации тепловых электрических станций, работающих в конденсационном режиме (КЭС) до 60% тепловой энергии бесполезно теряется в окружающую среду через градирни. При этом вместе с дымовыми газами выбрасывается огромное количество вредных веществ, в том двуокись углерода (СО2), что вызывает парниковый эффект и глобальное потепление климата.
В настоящее время теплоснабжение большинства потребителей городов осуществляется с помощью районных отопительных и промышленных производственных котельных, работающих преимущественно на природном газе. При этом химическая энергия газа используется неэффективно, т.к. на выходе котельной получают, как правило, только горячую воду с температурой до 150 0С, которая идет в тепловую сеть.
На территории Российской Федерации сравнении с другими странами насчитывается около 50 тысяч установок распределенной энергетики, что является незначительным. В этих странах энергоснабжение отдаленных регионов осуществляется объектами малой генерации. Так как в нашей стране построенные 40-50 лет назад ТЭС практически исчерпали свой ресурс, возникла большая необходимость инвестиции в электроэнергетику страны. Уже к 2035 году реконструировать или заменить новыми генерирующими мощностями не менее 70 ГВт. Исследование, проведенное в Сколково [3] показало, что распределенная генерация в России обладает огромным потенциалом. При не полном использовании данного потенциала может стать возможным закрыть около 36 ГВт к 2035 году. Толчком появлению распределенной генерации на основе когенерационных установок стало бурное развитие и внедрение технологий интеллектуальных электроэнергетических систем. Последнее связано с достижениями информационно-коммуникационных и сетевых технологий сбора и передачи данных, систем дистанционного и автоматического управления различным оборудованием, в том числе перетоками энергии и энергоресурсов, способами оптимального прогнозирования спроса и предложения на энергоресурсы и их цен в реальном масштабе времени делают реальными управлять электрическими сетями и позволяют подключать установки малой генерации к системам централизованной энергосистемы [4].
Задача энерго- и ресурсосбережения является актуальной задачей и для Чувашии, которая практически не имеет своих первичных источников энергии, кроме торфа, древесины и сланца. В Чувашской республике несмотря на избыточную установленную электрическую мощность в последнее десятилетие наблюдается дефицит электрической энергии, которая покрывается из ФОРЭМ. Дефицит электрической энергии вызвано с низким коэффициентом использования установленной мощности на ТЭЦ-2 и ТЭЦ-3 филиала «Марий Эл и Чувашия» ПАО «Т Плюс» из-за снижения тепловой нагрузки производственными предприятиями. Перевод отопительных котельных в режим мини-ТЭЦ за счет внедрения когенерационных установок позволит существенно сократить дефицит электрической энергии в республике и повысить эффективность использования природного газа.
Объектом исследования является районная отопительная котельная 4-С северо-западного района г. Чебоксары.
Целью исследования является повышение эффективности работы котельной  за счёт перевода ее  в режим мини-ТЭЦ с применением современных когенерационных установок.
Основными задачами выпускной квалификационной работы являются:
1. Провести литературный обзор по известным схемам и способам перевода отопительных и промышленных котельных в режим когенерации;
2. Изучить существующий состав основного и вспомогательного оборудования котельной 4-С и технико-экономические показатели ее работы;
3. Провести обоснование и расчет оптимальной схемы когенерационной установки, выбрать основное и вспомогательное оборудование;
4. Разработать тепломеханическую схему когенерационной установки;
5. Провести технико-экономическое обоснование и срока окупаемости проекта после перевода котельной в режим мини-ТЭЦ.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Литературный обзор. Постановка задачи
1.1. Обзор научно-технической литературы и патентный поиск по существующим схемам теплофикации и когенерации

В России потребление электроэнергии по статистике растет, а внедрение новых генерирующих мощностей не изменяется. Одним из способов повышения энергоэффективности является когенерация наряду с развитием распределенной энергетикой. В мире внимание к когенерации растет: до 2025 года прогнозируется ежегодный прирост мощностей когенерации 2,8% [5].
Совместная выработка тепловой и электрической энергии на ТЭС в России за последние 25 лет снизилась на треть. Теплоснабжение в нашей стране представлено раздробленными структурами, объекты которых, не имеют единой технической, экономической и инвестиционной политики.
В 2018 году в странах Евросоюза около 20 % электроэнергии было получено методом когенерации. В Дании, Финляндии и Нидерландах показатель распространения когенерации на рынке составляет 58% от общего объема производства электроэнергии. [5].
В России суммарная электрическая мощность тепловых электростанций по состоянию на 1 января 2019 года увеличилась на 10,3% по отношению к 2012 году. При этом суммарная тепловая мощность тепловых электростанций в сравнении с 2012 годом снизилась на 12%. Доля тепловой энергии, выработанной в режиме когенерации общем отпуске тепла от всех источников за последние годы практически, не выросла. Это негативно сказывается на стоимости тепловой энергии для конечных потребителей, экологии, а также на эффективности использования энергоресурсов.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Распределенные энергетические системы Мировой Бренд // BPC Engineering. - 2012. - С. 16.
2. Лачков Г.Г., Федяев А.В. Совершенствование энергоснабжения региона путем использования распределенной. - Иркутск: Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН, 169 с.
3. Хохлов А. Распределенная энергетика в России: потенциал развития // Энергетический центр Московской школы управления СКОЛКОВО. - 2018. - С. 75.
4. Фролова М.В., Паскарь И.Н. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ГЕНЕРАЦИИ В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ PROSPECTS OF DEVELOPMENT OF DISTRIBUTED POWER GENERATION IN THE RUSSIAN FEDERA // XVII Международный научно-практическая конференция "Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири. СИБРЕСУРС-2018". – 2019.
5. Когенерация оказалась самым запущенным сектором в отечественной энергетике // ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА И ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА, ГЕНЕРАЦИЯ И ЭЛЕКТРОСЕТИ, ПРЕДПРИЯТИЯ И СПЕЦИАЛИСТЫ ЭНЕРГЕТИКИ. - [Электрон.ресурс]. - Режим доступа: https://www.eprussia.ru/news/base/2021/7763364.htm? (дата обращения: 09.06.2022)
6. ПОСТАНОВЛЕНИЕМ АДМИНИСТРАЦИИ Г. ЧЕБОКСАРЫ ЧУВАШСКОЙ РЕСПУБЛИКИ " Схема и программа перспективного развития электроэнергетики Чувашской Республики на 2022-2026 годы " от 29.04.2021 № N 184-рг // Официальный интернет-портал правовой информации
7. Богданов А.Б. Теплофикация России и когенерация Европы подобие и различие в цифрах и графиках, для регулятора и не только. - г. Омск : «ЭнергоАудиторы Сибири»
8. В. В Барановский, Т.Ю. Короткова Технико-экономическиое обоснование и создания тепловых электрических станций. Часть 1. - Санкт-Петербург: Высшая школа технологий и энергетики, 2018. - 30 с.
9. ПОСТАНОВЛЕНИЕМ АДМИНИСТРАЦИИ Г. ЧЕБОКСАРЫ ЧУВАШСКОЙ РЕСПУБЛИКИ " Схема теплоснабжения муниципального образования «город Чебоксары» до 2035 года (актуализация на 2022 год)" от 31.08.2021 // Официальный интернет-портал правовой информации).
10. Андреев С.Ю., Маляренко В.А., Темнохуд И.А., Немировский И.А. Когенерация в муниципальной энергетике . - Энергоаудит, 2015. - 23 с.
11. Парогазовые установки / Безлепкин В.П: СПб, 1999 - 232с.
12. Кандидаты техн. наук Седнин В.А., Седнин А.В., инж. Шимукович А.А. Перевод отопительных котельных в мини-ТЭЦ (Часть 1). - Белорусский национальный технический университет, 2015. - 77 с.
13. Каталог Winto // ВНЕДРЕНИЕ ПАРОВИНТОВЫХ МАШИН НА ОБЪЕКТАХ ТЕПЛОГЕНЕРАЦИИ. - 2015. - С. 75.
14. ДКВр-6,5-13 ГМ (250 ГМ) // ООО ЭНЕРГОМАШХОЛДИНГ Комплексное решение задач в области энергетики. - [Электрон.ресурс]. -: https://enmh.ru/oborudovanie/kotly-parovye/gaz-zhidkoe-toplivo/162-dkvr-6-5-13gm-250-gm.html (дата обращения: 09.06.2022)
15. Каталог паровых турбин и турбогенераторов // ООО "Калужский турбинный завод".
16. Орлов В.Н Проектирование рекуперативных теплообменных аппаратов. - Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2005 . - 136 с.
17. Цветков Ф.Ф., Григорьев Б. Тепломассообмен: Учебное пособие для вузов. - 2-е изд. - Издательство МЭИ, 2005. - 550 с.
18. Каталог насосов // Группа ГМС. ЛИВГИДРОМАШ.
19. Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. Изд. 2-е, стереотип. М., «Энергия», 1977. - 344 с
20. Гольдинер, А.Я. Газопоршневые электроагрегаты / А.Я. Гольдинер, М.И. Цыркин, В.В. Бондаренко. – СПб.: Галея Принт, 2006. – 240 с.
21. СНиП II-35–76*. Котельные установки. – М.: Стройиздат,1998. – 45с.
22. СНиП 23-01–99 Строительная климатология. – М.: Стройиздат,2000. –57 с
23. Веселовский О.Н Энергетическая техника и ее развитие: Учеб. пособие для энергетических и электротехнических специальностей вузов . - Высшая школа, 1976. - 304 с.
24. Постановление правительства РФ №1075 от 22.10.2012 О ценообразовании в сфере теплоснабжения // МУП "Теплосеть" города Чебоксары - [Электрон.ресурс]. -: http://chteplo.ru/ (дата обращения: 09.06.2022)
25. Басок Б.И, Базеев Е.Т, Диденко В.М, Коломейко Д.А Анализ когенерационных установок. Часть 1. Классификация и основные показатели.-3 изд. -Институт технической теплофизики НАН Украины - пром.теплотехник, 2006. - 89 с.
26. Ривкин С.Л., Александров А.А Термодинамические свойства воды и водяного пара. Справочник. . - 1984. - 550 с.
27. С.В.Цанев, В.Д.Буров, А.С.Зевцов, А.С.Осока, под ред. С.В.Цанев Газотурбинные энергетические установки: учебное пособие для вузов. - МЭИ: 2001. - 426 с.
28. Клименко А.В., Зорина В.М. Тепловые и атомные электростанции: справочник. Теплоэнергетика и теплотехника. - МЭИ: 2003. - 645 с.
29. Отчет о функционировании ЕЭС России в 2019 году Подготовлен в соответствии с «Правилами разработки и утверждения схем и программ перспективного развития электроэнергетики" от 17.10.2009 № 823 // Официальный интернет-портал правовой информации

Весь текст будет доступен после покупки