Competitiveness of Existing Combined Heat and Power Plants in Comparison with Modern Sources for Separate Generation of Electricity and Heat
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2021-4-11-21Keywords:
best available technologies, combined generation, competitiveness, fuel efficiency, power system, electric energyAbstract
The development of cogeneration has been recognized as a priority line of measures aimed at more efficient combating climate change. Given the climatic and geographical features, this is one of the main methods for reducing greenhouse gas emissions in the Russian Federation.
Development of the Russian Federation's energy sector is based on using the best available technologies (BAT). The Russian Federation Government’s Decree No. 398-R of March 19, 2014 defined "a set of measures aimed at doing away with outdated and inefficient technologies, switching to the principles of the best available technologies and introducing modern technologies".
In making strategic decisions about the target structure of generating capacities in the energy system of Russia, it is necessary to correctly compare the efficiency with which electricity and heat are obtained from sources of their combined and separate generation. In so doing, the same list of goods and services provided by the sources of electricity and heat for the same electrical and thermal loading modes of generating equipment should be taken into account. Cross-subsidization distorts the competitiveness indicators of combined generation in both the wholesale and retail markets.
Currently, for the purposes of drawing up state statistical reports on the fuel efficiency with which electricity and heat are produced and distributed, the physical method and the Firm ORGRES method are used. An analysis of combined heat and power plants (CHPPs) carried out using the physical method shows that CHPPs are less competitive in the heat market, whereas their analysis carried out using the Firm ORGRES method shows that they are less competitive in the electricity market. None of these methods should be used in making strategic decisions on shaping the structure of generating capacities for supplying electricity and heat supply to consumers, as they give insufficiently correct results.
CHPP operation in the cogeneration mode is in the interests of the electric power and heat power systems. CHPP operation in the condensing mode is performed by commands of the system operator to support the required electric modes in the country’s electric power system.
The developed method of separating fuel consumption between the production of electricity and heat eliminates cross-subsidizing, which distorts the initial information when making strategic decisions.
Calculations have shown that combined generation of electricity and heat at CHPPs equipped with R-, T-, and PT-type steam turbines with the mandatory process steam discharges into the condenser has the best specific fuel consumption indicators in generating electricity and heat in comparison with the modern technologies for their separate production during operation in the daily load curve base part. The highly maneuverable gas turbine based CHPP presented in the article features a higher fuel heat utilization coefficient in comparison with the modern technologies for separate production of electricity and heat during operation in the daily electric load curve peaking part.
References
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] www.eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2004:158:0077:0123:en:PDF (дата обращения 05.10.2020).
2. Growth and Responsibility in the World Economy [Электрон. ресурс] www.wwf.ru/upload/iblock/64c/2007_06_07_gipfeldokument_wirtschaft_engpropertypublicationfile.pdf (дата обращения 05.10.2020).
3. Белобородов С.С. Cнижение эмиссии СО2: развитие когенерации или строительство ВИЭ? // Энергосовет. 2018. № 1(51). С. 16—25.
4. Федеральный закон № 219-ФЗ от 21 июля 2014 г. «О внесении изменений в Федеральный закон «Об охране окружающей среды» и отдельные акты Российской Федерации».
5. Постановление Правительства РФ № 1458 от 23 декабря 2014 г. «О порядке определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии, а также разработки, актуализации и опубликования информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям».
6. Распоряжение Правительства РФ №398-р от 19 марта 2014 г. «Комплекс мер, направленных на отказ от использования устаревших и неэффективных технологий, переход на принципы наилучших доступных технологий и внедрение современных технологий».
7. ИТС 38—2017. Сжигание топлива на крупных установках в целях производства энергии.
8. 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.
9. Обновлённый справочник для конвенции 1979 г. «О трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния и её протоколов» [Электрон. ресурс] www.unece.org/fileadmin/DAM/env/lrtap/Publications/ECE_EB.AIR_131_Ru.pdf (дата обращения 05.10.2020).
10. О перспективных технологических направлениях развития теплоэлектроэнергетики и применения современного оборудования в проектах модернизации, строительства новых генерирующих объектов с учетом мирового опыта [Электрон. ресурс] www.soyuzmash.ru/docs/prez/prez-kem-070917-2.pdf (дата обращения 05.10.2020).
11. Протокол совместного заседания Научно-технического совета НП «НТС ЕЭС» и Секции Научного совета РАН по проблемам надёжности и безопасности больших систем энергетики на тему «О целесообразности технического перевооружения отечественных ТЭС с энергоблоками СКД, работающими на природном газе, с использованием перспективных газотурбинных установок» [Электрон. ресурс] www.nts-ees.ru/sites/default/files/2019.12.19_o_celesoobraznosti_tehnicheskogo_perevooruzheniya_otechestvennyh_tes_s_energoblokami_skd_rabotayushchih_na_prirodnom_gaze_s_ispolzovaniem_perspektivnyh_gazoturbinnyh_ustanovok.pdf (дата обращения 05.10.2020).
12. Обзор газовых турбин Siemens класса HL SGT5-9000HL/SGT6-9000HL/SGT5-8000HL [Электрон. ресурс] www.siemens-energy.com/global/en/offerings/power-generation/gas-turbines.html (дата обращения 05.10.2020).
13. Лебедев А.С., Павлов А.Ю. Продуктовая линейка ООО «Сименс технологии газовых турбин». Результаты производства и локализации газотурбинных установок // Фундаментальные проблемы исследований, разработок и реализации научных достижений в области газовых турбин в российской экономике: Материалы LXV научно-техн. сессии по проблемам газовых турбин и парогазовых установок. СПб.: ОАО «ВТИ», 2018. С. 18—21.
14. Березинец П.А. Развитие и совершенствование котлов-утилизаторов для ПГУ // Проблемы эксплуатации котлов-утилизаторов парогазовых установок: Сб. докладов Междунар. науч.-техн. конф. М: ОАО «ВТИ», 2018 г. С. 10—16.
15. 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.
16. Белобородов С.С., Дудолин А.А. Анализ конкурентоспособности ТЭЦ на рынке электроэнергии и тепла // Вестник МЭИ. 2018. № 2. С. 21—29.
17. Киселёв Г.П. Варианты расчёта удельных показателей эффективности работы ТЭЦ. М.: Изд-во МЭИ, 2003.
18. Чучуева И.А. Вычислительные методы определения удельных расходов условного топлива ТЭЦ на отпущенную электрическую и тепловую энергию в режиме комбинированной выработки // Наука и образование. 2016. № 2. С. 135—165.
19. Постановление Правительства РФ № 793 от 12 июля 1996 г. «О федеральном (общероссийском) оптовом рынке электрической энергии (мощности)».
20. Постановление Правительства РФ № 529 от 31 августа 2006 г. «О совершенствовании порядка функционирования оптового рынка электрической энергии (мощности)».
21. РД 34.08.552—95. Методические указания по составлению отчета электростанции и акционерного общества энергетики и электрификации о тепловой экономичности оборудования.
22. РД 34.08.552—93. Методические указания по составлению отчета электростанций и акционерного общества энергетики и электрификации о тепловой экономичности оборудования.
23. 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.
---
Для цитирования: 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. DOI: 10.24160/1993-6982-2021-4-11-21.
#
1. 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] www.eur-lex.europa.eu/LexUri Serv/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2004:158:0077:0123:en:PDF (Data Obrashcheniya 05.10.2020).
2. Growth and Responsibility in the World Economy [Elektron. Resurs] www.wwf.ru/upload/iblock/64c/2007_06_07_gipfeldokument_wirtschaft_engproper-typublicationfile.pdf (Data Obrashcheniya 05.10.2020).
3. Beloborodov S.S. Cnizhenie Emissii SO2: Razvitie Kogeneratsii ili Stroitel'stvo VIE? Energosovet. 2018;1(51):16—25. (in Russian).
4. Federal'nyy Zakon № 219-FZ ot 21 Iyulya 2014 g. «O Vnesenii Izmeneniy v Federal'nyy Zakon «Ob Okhrane Okruzhayushchey Sredy» i Otdel'nye Akty Rossiyskoy Federatsii». (in Russian).
5. Postanovlenie Pravitel'stva RF № 1458 ot 23 Dekabrya 2014 g. «O Poryadke Opredeleniya Tekhnologii v Kachestve Nailuchshey Dostupnoy Tekhnologii, a Takzhe Razrabotki, Aktualizatsii i Opublikovaniya Informatsionno-tekhnicheskikh Spravochnikov po Nailuchshim Dostupnym Tekhnologiyam». (in Russian).
6. Rasporyazhenie Pravitel'stva RF №398-r ot 19 Marta 2014 g. «Kompleks Mer, Napravlennykh na Otkaz ot Ispol'zovaniya Ustarevshikh i Neeffektivnykh Tekhnologiy, Perekhod na Printsipy Nailuchshikh Dostupnykh Tekhnologiy i Vnedrenie Sovremennykh Tekhnologiy». (in Russian).
7. ITS 38—2017. Szhiganie Topliva na Krupnykh Ustanovkakh v Tselyakh Proizvodstva Energii. (in Russian).
8. 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).
9. Obnovlennyy Spravochnik dlya Konventsii 1979 g. «O Transgranichnom Zagryaznenii Vozdukha na Bol'shie Rasstoyaniya i ee Protokolov» [Elektron. Resurs] www.unece.org/fileadmin/DAM/env/lrtap/Publications/ECE_EB.AIR_131_Ru.pdf (Data Obrashcheniya 05.10.2020). (in Russian).
10. O Perspektivnykh Tekhnologicheskikh Napravleniyakh Razvitiya Teploelektroenergetiki i Primeneniya Sovremennogo Oborudovaniya v Proektakh Modernizatsii, Stroitel'stva Novykh Generiruyushchikh Ob′ektov s Uchetom Mirovogo Opyta [Elektron. Resurs] www.soyuzmash.ru/docs/prez/prez-kem-070917-2.pdf (Data Obrashcheniya 05.10.2020). (in Russian).
11. Protokol Sovmestnogo Zasedaniya Nauchno-tekhnicheskogo Soveta NP «NTS EES» i Sektsii Nauchnogo Soveta RAN po Problemam Nadezhnosti i Bezopasnosti Bol'shikh Sistem Energetiki na Temu «O Tselesoobraznosti Tekhnicheskogo Perevooruzheniya Otechestvennykh TES s Energoblokami SKD, Rabotayushchimi na Prirodnom Gaze, s Ispol'zovaniem Perspektivnykh Gazoturbinnykh Ustanovok» [Elektron. Resurs] www.nts-ees.ru/sites/default/files/2019.12.19_o_celesoobraznosti_tehnicheskogo_perevooruzheniya_otechestvennyh_tes_s_energoblokami_skd_rabotayushchih_na_prirodnom_gaze_s_ispolzovaniem_perspektivnyh_gazoturbinnyh_ustanovok.pdf (Data Obrashcheniya 05.10.2020). (in Russian).
12. Obzor Gazovykh Turbin Siemens Klassa HL SGT5-9000HL/SGT6-9000HL/SGT5-8000HL [Elektron. Resurs] www.siemens-energy.com/global/en/offerings/power-generation/gas-turbines.html (Data Obrashcheniya 05.10.2020). (in Russian).
13. Lebedev A.S., Pavlov A.Yu. Produktovaya Lineyka OOO «Simens Tekhnologii Gazovykh Turbin». Rezul'taty Proizvodstva i Lokalizatsii Gazoturbinnykh Ustanovok. Fundamental'nye Problemy Issledovaniy, Razrabotok i Realizatsii Nauchnykh Dostizheniy v Oblasti Gazovykh Turbin v Rossiyskoy Ekonomike: Materialy LXV Nauchno-tekhn. Sessii po Problemam Gazovykh Turbin i Parogazovykh Ustanovok. SPb.: OAO «VTI», 2018:18—21. (in Russian).
14. Berezinets P.A. Razvitie i Sovershenstvovanie Kotlov-utilizatorov dlya PGU. Problemy Ekspluatatsii Kotlov-utilizatorov Parogazovykh Ustanovok: Sb. Dokladov Mezhdunar. Nauch.-tekhn. Konf. M: OAO «VTI», 2018 g:10—16. (in Russian).
15. 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).
16. Beloborodov S.S., Dudolin A.A. Analiz Konkurentosposobnosti TETS na Rynke Elektroenergii i Tepla. Vestnik MEI. 2018;2:21—29. (in Russian).
17. Kiselev G.P. Varianty Rascheta Udel'nykh Pokazateley Effektivnosti Raboty TETS. M.: Izd-vo MEI, 2003. (in Russian).
18. Chuchueva I.A. Vychislitel'nye Metody Opredeleniya Udel'nykh Raskhodov Uslovnogo Topliva TETS na Otpushchennuyu Elektricheskuyu i Teplovuyu Energiyu v Rezhime Kombinirovannoy Vyrabotki. Nauka i Obrazovanie. 2016;2:135—165. (in Russian).
19. Postanovlenie Pravitel'stva RF № 793 ot 12 Iyulya 1996 g. «O Federal'nom (Obshcherossiyskom) Optovom Rynke Elektricheskoy Energii (Moshchnosti)». (in Russian).
20. Postanovlenie Pravitel'stva RF № 529 ot 31 Avgusta 2006 g. «O Sovershenstvovanii Poryadka Funktsionirovaniya Optovogo Rynka Elektricheskoy Energii (Moshchnosti)». (in Russian).
21. RD 34.08.552—95. Metodicheskie Ukazaniya po Sostavleniyu Otcheta Elektrostantsii i Aktsionernogo Obshchestva Energetiki i Elektrifikatsii o Teplovoy Ekonomichnosti Oborudovaniya. (in Russian).
22. RD 34.08.552—93. Metodicheskie Ukazaniya po Sostavleniyu Otcheta Elektrostantsiy i Aktsionernogo Obshchestva Energetiki i Elektrifikatsii o Teplovoy Ekonomichnosti Oborudovaniya. (in Russian).
23. 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).
---
For citation: Beloborodov S.S., Dudolin A.A. Competitiveness of Existing Combined Heat and Power Plants in Comparison with Modern Sources for Separate Generation of Electricity and Heat. Bulletin of MPEI. 2021;4:11—21. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2021-4-11-21.
