Improving the UES of Russia Thermal Efficiency and Environmental Friendliness by Using Highly Maneuverable Gas Turbine Combined Heat and Power Plants
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2023-2-86-97Keywords:
peaking GTU-based CHPP, CHPP operation modes, cogeneration, system energy effect, power systemAbstract
New trends in the fight against climate change on the globe, involving the reduction of greenhouse gas emissions, influence the formation of a new electric power system structure. Rapid development of renewable energy sources (RES) affects the electrical operation modes of power plants. As a result of the growing share of RES in the power systems of the European Union member states, a decrease in the electricity production in the cogeneration mode is observed in them. The structure of generating capacities must correspond to the heat and electricity consumption structure. To cover the daily load schedule non-uniformity, it is necessary to operate the generating equipment in semi-peaking and peaking modes. The introduction of highly maneuverable GTU-based CHPPs capable of operating in the cogeneration mode with daily startups/shutdowns can achieve significantly better efficiency of electricity production in the daily load schedule peak part. The introduction of 10 GW of highly maneuverable GTU-based CHPPs in the UES of Russia will make it possible to reduce the annual fossil fuel consumption by 19.6 million tce, CO2 emissions by 55 million t, and NOx emissions by 24.7 thousand t.
References
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)