Внедрение высокоманевренных газотурбинных теплоэлектроцентралей как способ повышения тепловой и экологической эффективности ЕЭС России

  • Алексей [Aleksey] Анатольевич [A.] Дудолин [Dudolin]
Ключевые слова: пиковая ГТУ-ТЭЦ, режимы работы ТЭЦ, когенерация, системный энергоэффект, энергосистема

Аннотация

Новые тенденции в борьбе с изменением климата на планете, предполагающие снижение выбросов парниковых газов, оказывают влияние на формирование новой структуры электроэнергетической системы. Активное развитие возобновляемых источников энергии (ВИЭ) воздействует на электрические режимы работы электростанций. В результате роста доли ВИЭ в энергосистемах стран Европейского Союза наблюдается снижение производства электрической энергии в режиме комбинированной выработки. Структура генерирующих мощностей должна соответствовать структуре потребления тепловой и электрической энергий. Для покрытия суточной неравномерности нагрузки необходима работа генерирующего оборудования в полупиковом и пиковом режимах. Внедрение высокоманевренной ГТУ–ТЭЦ, способной работать в режиме комбинированной выработки с ежедневными пусками/остановами, позволяет значительно повысить эффективность производства электрической энергии в пиковой части суточного графика нагрузок. Внедрение 10 ГВт высокоманевренных ГТУ–ТЭЦ в ЕЭС России позволит уменьшить расход органического топлива на 19,6 млн т.у.т в год, снизить выбросы СО2 на 55 млн т и NOx на 24,7 тыс. т в год.

Сведения об авторе

Алексей [Aleksey] Анатольевич [A.] Дудолин [Dudolin]

кандидат технических наук, доцент кафедры тепловых электрических станций НИУ «МЭИ», e-mail: dudolinAA@mpei.ru

Литература

1. СО ЕЭС. Отчёт о функционировании ЕЭС России в 2019 г. [Офиц. сайт] https://www.so-ups.ru/index.php?id=tech_disc2020ups (дата обращения 03.09.2022).
2. СО ЕЭС [Офиц. сайт] https://www.so-ups.ru/ (дата обращения 03.09.2022).
3. Melentiev L.A. Selected Works. Scientific Bases of Heating and Power Supply of Cities and Industrial Enterprises. Moscow: Nauka, 1993.
4. Ершевич В.В. и др. Справочник по проектированию электроэнергетических систем. М.: Энергоатомиздат, 1985.
5. Указ Президента Российской Федерации № 666 от 4 ноября 2020 г. «О сокращении выбросов парниковых газов».
6. Распоряжение Правительства РФ № 3052-р. от 29 октября 2021 г. «Стратегия социально-экономического развития Российской Федерации с низким уровнем выбросов парниковых газов до 2050 года».
7. Белобородов С.С., Дудолин А.А. Перспективы комбинированного производства тепловой и электрической энергии на теплоэлектроцентрали в современной энергосистеме // Вестник МЭИ 2020. № 5. С. 54—66.
8. Белобородов С.С., Дудолин А.А. Конкурентоспособность существующих теплоэлектроцентралей по сравнению с современными источниками раздельного производства электрической энергии и тепла // Вестник МЭИ. 2021. № 4. С. 11—21.
9. Белобородов С.С., Дудолин А.А. Сравнение использования паросиловых и парогазовых технологий для покрытия сезонных максимумов потребления электрической энергии в ЕЭС РФ // Электрические станции. 2017. № 12. С. 20—25.
10. Beloborodov S.S., Dudolin A.A. Analysis of the Adjustment Range in the Ups Russia and Ways of Its Improvement in the Creation of New Power Facilities // IOP Conf. Series: J. Physics: Conf. Series. 2017. V. 891. Pp. 1—11.
11. Белобородов С.С. Обеспечение баланса производства и потребления электроэнергии в энергосистеме Германии в дни с максимальной выработкой ВИЭ // Электрические станции. 2020. № 2. С. 16—22.
12. Теплов Б.Д., Радин Ю.А. Повышение маневренности и экономической эффективности эксплуатации ПГУ в условиях оптового рынка электроэнергии и мощности // Теплоэнергетика. 2019. № 5. С. 39—47.
13. Directive 2004/8/EC of the European Parliament and of the Council of 11 February 2004 on the Promotion of Cogeneration Based on a Useful Heat Demand in the Internal Energy Market and Amending Directive 92/42/EEC [Электрон. ресурс] https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/ALL/?uri=CELEX%3A32004L0008 (дата обращения 03.09.2022).
14. Growth and Responsibility in the World Economy [Электрон. ресурс] https://wwf.ru/upload/iblock/64c/2007_06_07_gipfeldokument_wirtschaft_engpropertypublicationfile.pdf (дата обращения 03.09.2022).
15. Белобородов С.С. Влияние ВЭС, АЭС и электростанций, работающих на принципе утилизации отходов, на объём комбинированной выработки электрической энергии в энергосистемах стран Европейского Союза // Новости теплоснабжения. 2019. № 4(220). С. 10—24.
16. Белобородов С.С. Cнижения эмиссии СО2: развитие когенерации или строительство ВИЭ? // Энергосовет. 2018. № 1(51). С. 16—25.
17. Аракелян Э.К., Андрюшин А.В., Бурцев С.Ю., Андрюшин К.А. Исследование технической и экономической целесообразности работы ПГУ-450 в режимах ГТУ-ТЭЦ // Теплоэнергетика. 2018. № 12. С. 53—64.
18. Аракелян Э.К., Матвиенко К.С., Бархударян В.М. Техническая возможность и целесообразность привлечения теплофикационного энергоблока Т-250 к регулированию частоты и мощности в энергосистеме // Теплоэнергетика. 2011. № 10. С. 45—50.
19. Аракелян Э.К., Андрюшин А.В., Бурцев С.Ю., Андрюшин К.А. Способы расширения регулировочного диапазона парогазовых установок и их сравнительная эффективность по показателям экономичности, маневренности и надёжности на примере ПГУ-450. Обзор литературы // Вестник МЭИ. 2017. № 6. С. 20—30.
20. Пикина Г.А., Аракелян Э.К., Пащенко Ф.Ф., Филиппов Г.А. Разработка моделей тепловых процессов турбины в малопаровых и моторных режимах // Теплоэнергетика. 2021. № 8. С. 26—32.
21. Белобородов С.С. О необходимости применения системного подхода при проектировании развития ЕЭС России // Электрические станции. 2021. № 9. С. 2—9.
22. Юферев Ю.В., Белобородов С.С. Перспективы развития ТЭЦ Санкт-Петербурга в современных условиях // Энергетик. 2017. № 2. С. 3—8.
23. СТО 70238424.27.100.007—2008. Парогазовые установки. Условия поставки. Нормы и требования.
24. Усов С.В., Козаров С.А. Режимы тепловых электростанций. Л: Энергоатомиздат, , 1985.
25. Радин Ю.А. Исследование и улучшение маневренности парогазовых установок: автореф. дисс. … доктора техн. наук. М.: Всеросс. дважды ордена Трудового Красного Знамени Телотехнический исслед. инс-т, 2013.
26. Белобородов С.С., Дудолин А.А. Влияние пиковой генерации на долю базовой генерации в Единой энергетической системе Российской Федерации // Новое в Российской электроэнергетике. 2018. № 5. С. 31—39.
27. Ольховский Г.Г., Радин Ю.А., Макаров О.Н., Осыка А.С., Трушечкин В.П. Расширение регулировочного диапазона парогазовых установок ПГУ-450 // Электрические станции. 2015. № 3(1004). С. 2—9.
28. Радин Ю.А., Гомболевский В.И., Смышляев В.Б., Руденко Д.В. Эффективность глубоких разгрузок парогазовых полиблоков в «горячим» резервированием части остановленного оборудования // Электрические станции. 2017. № 11(1036). С. 17—22.
29. Радин Ю.А., Фролов М.С. Ограничения регулировочного диапазона нагрузок энергоблока ПГУ-325 // Надёжность и безопасность энергетики. 2017. Т. 10. № 1. С. 53—59.
30. Радин Ю.А., Ленев С.Н., Ханеев К.В., Мельников Д.А., Смышляев В.Б. Особенности глубоких разгрузок энергетических барабанных котлов на давлении свежего пара 130 кгс/см2 ТЭЦ филиалов ПАО «Мосэнерго» // Электрические станции. 2021. № 9(1082). С. 17—22.
31. Радин Ю.А. Повышение маневренности и надёжности паросиловых энергоблоков ТЭС // Теплоэнергетика. 2021. № 6. С. 77—86.
32. СО ЕЭС России. Глоссарий [Офиц. сайт] https://www.so-ups.ru/index.php?id=glossary (дата обращения 03.09.2022).
33. Макаревич Е.В., Буров В.Д., Макаревич В.В., Вараксина Н.В. Оценка эффективности инвестиционных проектов в теплоэнергетике. М: Издат. дом МЭИ, 2013.
---
Для цитирования: Дудолин А.А. Внедрение высокоманевренных газотурбинных теплоэлектроцентралей как способ повышения тепловой и экологической эффективности ЕЭС России // Вестник МЭИ. 2023. № 2. С. 86—97. DOI: 10.24160/1993-6982-2023-2-86-97
---
Работа выполнена при поддержке: Министерства образования и науки России (Шифр научной темы FSWF-2020-0021)
#
1. SO EES. Otchet o Funktsionirovanii EES Rossii v 2019 g. [Ofits. Sayt] https://www.so-ups.ru/index.php?id=tech_disc2020ups (Data Obrashcheniya 03.09.2022). (in Russian).
2. SO EES [Ofits. sayt] https://www.so-ups.ru/ (Data Obrashcheniya 03.09.2022). (in Russian).
3. Melentiev L.A. Selected Works. Scientific Bases of Heating and Power Supply of Cities and Industrial Enterprises. Moscow: Nauka, 1993.
4. Ershevich V.V. i dr. Spravochnik po Proektirovaniyu Elektroenergeticheskikh Sistem. M.: Energoatomizdat, 1985. (in Russian).
5. Ukaz Prezidenta Rossiyskoy Federatsii № 666 ot 4 Noyabrya 2020 g. «O Sokrashchenii Vybrosov Parnikovykh Gazov». (in Russian).
6. Rasporyazhenie Pravitel'stva RF № 3052-r. ot 29 Oktyabrya 2021 g. «Strategiya Sotsial'no-ekonomicheskogo Razvitiya Rossiyskoy Federatsii s Nizkim Urovnem Vybrosov Parnikovykh Gazov do 2050 Goda». (in Russian).
7. Beloborodov S.S., Dudolin A.A. Perspektivy Kombinirovannogo Proizvodstva Teplovoy i Elektricheskoy Energii na Teploelektrotsentrali v Sovremennoy Energosisteme. Vestnik MEI 2020;5:54—66. (in Russian).
8. Beloborodov S.S., Dudolin A.A. Konkurentosposobnost' Sushchestvuyushchikh Teploelektrotsentraley po Sravneniyu s Sovremennymi Istochnikami Razdel'nogo Proizvodstva Elektricheskoy Energii i Tepla. Vestnik MEI. 2021;4:11—21. (in Russian).
9. Beloborodov S.S., Dudolin A.A. Sravnenie Ispol'zovaniya Parosilovykh i Parogazovykh Tekhnologiy dlya Pokrytiya Sezonnykh Maksimumov Potrebleniya Elektricheskoy Energii v EES RF. Elektricheskie Stantsii. 2017;12:20—25. (in Russian).
10. Beloborodov S.S., Dudolin A.A. Analysis of the Adjustment Range in the Ups Russia and Ways of Its Improvement in the Creation of New Power Facilities. IOP Conf. Series: J. Physics: Conf. Series. 2017;891:1—11.
11. Beloborodov S.S. Obespechenie Balansa Proizvodstva i Potrebleniya Elektroenergii v Energosisteme Germanii v Dni s Maksimal'noy Vyrabotkoy VIE. Elektricheskie Stantsii. 2020;2:16—22. (in Russian).
12. Teplov B.D., Radin Yu.A. Povyshenie Manevrennosti i Ekonomicheskoy Effektivnosti Ekspluatatsii PGU v Usloviyakh Optovogo Rynka Elektroenergii i Moshchnosti. Teploenergetika. 2019;5:39—47. (in Russian).
13. Directive 2004/8/EC of the European Parliament and of the Council of 11 February 2004 on the Promotion of Cogeneration Based on a Useful Heat Demand in the Internal Energy Market and Amending Directive 92/42/EEC [Elektron. Resurs] https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/ALL/?uri=CELEX%3A32004L0008 (Data Obrashcheniya 03.09.2022).
14. Growth and Responsibility in the World Economy [Elektron. Resurs] https://wwf.ru/upload/iblock/64c/2007_06_07_gipfeldokument_wirtschaft_engpropertypublicationfile.pdf (Data Obrashcheniya 03.09.2022).
15. Beloborodov S.S. Vliyanie VES, AES i Elektrostantsiy, Rabotayushchikh na Printsipe Utilizatsii Otkhodov, na Ob'em Kombinirovannoy Vyrabotki Elektricheskoy Energii v Energosistemakh Stran Evropeyskogo Soyuza. Novosti Teplosnabzheniya. 2019;4(220):10—24. (in Russian).
16. Beloborodov S.S. Cnizheniya Emissii SO2: Razvitie Kogeneratsii ili Stroitel'stvo VIE? Energosovet. 2018;1(51):16—25. (in Russian).
17. Arakelyan E.K., Andryushin A.V., Burtsev S.Yu., Andryushin K.A. Issledovanie Tekhnicheskoy i Ekonomicheskoy Tselesoobraznosti Raboty PGU-450 v Rezhimakh GTU-TETS. Teploenergetika. 2018;12:53—64. (in Russian).
18. Arakelyan E.K., Matvienko K.S., Barkhudaryan V.M. Tekhnicheskaya Vozmozhnost' i Tselesoobraznost' Privlecheniya Teplofikatsionnogo Energobloka T-250 k Regulirovaniyu Chastoty i Moshchnosti v Energosisteme. Teploenergetika. 2011;10:45—50. (in Russian).
19. Arakelyan E.K., Andryushin A.V., Burtsev S.Yu., Andryushin K.A. Sposoby Rasshireniya Regulirovochnogo Diapazona Parogazovykh Ustanovok i Ikh Sravnitel'naya Effektivnost' po Pokazatelyam Ekonomichnosti, Manevrennosti i Nadezhnosti na Primere PGU-450. Obzor Literatury. Vestnik MEI. 2017;6:20—30. (in Russian).
20. Pikina G.A., Arakelyan E.K., Pashchenko F.F., Filippov G.A. Razrabotka Modeley Teplovykh Protsessov Turbiny v Maloparovykh i Motornykh Rezhimakh. Teploenergetika. 2021;8:26—32. (in Russian).
21. Beloborodov S.S. O Neobkhodimosti Primeneniya Sistemnogo Podkhoda pri Proektirovanii Razvitiya EES Rossii. Elektricheskie Stantsii. 2021;9:2—9. (in Russian).
22. Yuferev Yu.V., Beloborodov S.S. Perspektivy Razvitiya TETS Sankt-Peterburga v Sovremennykh Usloviyakh. Energetik. 2017;2:3—8. (in Russian).
23. STO 70238424.27.100.007—2008. Parogazovye Ustanovki. Usloviya Postavki. Normy i Trebovaniya. (in Russian).
24. Usov S.V., Kozarov S.A. Rezhimy Teplovykh Elektrostantsiy. L: Energoatomizdat, 1985. (in Russian).
25. Radin Yu.A. Issledovanie i Uluchshenie Manevrennosti Parogazovykh Ustanovok: Avtoref. Diss. … Doktora Tekhn. Nauk. M.: Vseross. Dvazhdy Ordena Trudovogo Krasnogo Znameni Telotekhnicheskiy Issled. Ins-t, 2013. (in Russian).
26. Beloborodov S.S., Dudolin A.A. Vliyanie Pikovoy Generatsii na Dolyu Bazovoy Generatsii v Edinoy Energeticheskoy Sisteme Rossiyskoy Federatsii. Novoe v Rossiyskoy Elektroenergetike. 2018;5:31—39. (in Russian).
27. Ol'khovskiy G.G., Radin Yu.A., Makarov O.N., Osyka A.S., Trushechkin V.P. Rasshirenie Regulirovochnogo Diapazona Parogazovykh Ustanovok PGU-450. Elektricheskie Stantsii. 2015;3(1004):2—9. (in Russian).
28. Radin Yu.A., Gombolevskiy V.I., Smyshlyaev V.B., Rudenko D.V. Effektivnost' Glubokikh Razgruzok Parogazovykh Poliblokov v «Goryachim» Rezervirovaniem Chasti Ostanovlennogo Oborudovaniya. Elektricheskie Stantsii. 2017;11(1036):17—22. (in Russian).
29. Radin Yu.A., Frolov M.S. Ogranicheniya Regulirovochnogo Diapazona Nagruzok Energobloka PGU-325. Nadezhnost' i Bezopasnost' Energetiki. 2017;10;1:53—59. (in Russian).
30. Radin Yu.A., Lenev S.N., Khaneev K.V., Mel'nikov D.A., Smyshlyaev V.B. Osobennosti Glubokikh Razgruzok Energeticheskikh Barabannykh Kotlov na Davlenii Svezhego Para 130 kgs/sm2 TETS Filialov PAO «Mosenergo». Elektricheskie Stantsii. 2021;9(1082):17—22. (in Russian).
31. Radin Yu.A. Povyshenie Manevrennosti i Nadezhnosti Parosilovykh Energoblokov TES. Teploenergetika. 2021;6:77—86. (in Russian).
32. SO EES Rossii. Glossariy [Ofits. Sayt] https://www.so-ups.ru/index.php?id=glossary (Data Obrashcheniya 03.09.2022). (in Russian).
33. Makarevich E.V., Burov V.D., Makarevich V.V., Varaksina N.V. Otsenka Effektivnosti Investitsionnykh Proektov v Teploenergetike. M: Izdat. Dom MEI, 2013. (in Russian).
---
For citation: Dudolin А.А. Improving the UES of Russia Thermal Efficiency and Environmental Friendliness by Using Highly Maneu-verable Gas Turbine Combined Heat and Power Plants. Bulletin of MPEI. 2023;2:86—97. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2023-2-86-97
---
The work is executed at support: Ministry of Education and Science of Russia (Code of Scientific Topic SWF-2020-0021)
Опубликован
2022-12-16
Раздел
Энергетические системы и комплексы (технические науки) (2.4.5)