Повышение энергетической эффективности газопоршневой ТЭС за счет комплексного использования тепловых вторичных энергоресурсов
И.В. Янченко, Н.Ю. Курнакова, А.В. Нуждин
Вестник ИГЭУ, 2024 г. выпуск 1, сс. 28—34
Скачать PDF
Состояние вопроса. В последнее время все более очевидны преимущества и перспективы применения поршневых газовых двигателей внутреннего сгорания для комбинированной выработки электрической и тепловой энергии. Диапазон единичных мощностей ГПУ составляет от 0,1 до десятков МВт, что делает их более привлекательными при проектировании различных энергообъектов. Большинство марок ГПУ может работать в режиме когенерации, то есть как теплоэлектроцентраль, вырабатывающая одновременно электрическую и тепловую энергию. Целью настоящего исследования является обоснование возможности комплексного использования теплоты систем охлаждения газопоршневого двигателя ТЭЦ.
Материалы и методы. Проведенные исследования выполнены с использованием известных методик термодинамического расчета цикла двигателя внутреннего сгорания, определения составляющих его теплового баланса и теплового расчета оборудования для утилизации вторичных тепловых энергетических ресурсов.
Результаты. Проведен анализ тепловых потерь приводного двигателя ГПУ, в результате которого установлено, что суммарные потери при его работе составляют около 11544,5 кВт, среднепотенциальные тепловые потери с дымовыми газами – 45,87 %, а низкопотенциальные тепловые потери с водой систем охлаждения и маслом системы смазки – 53,14 %. Предложена принципиальная схема для комплексной утилизации тепловых ВЭР на газопоршневой ТЭС.
Выводы. Основным отличием предложенной схемы от существующих технических решений является утилизация теплоты низкотемпературной системы охлаждения наддувочного воздуха после второй секции компрессора и теплоты системы смазки двигателя. Анализ расходной части энергетического баланса приводного двигателя, при комплексном использовании тепловых ВЭР в цикле ГПУ показал, что проведение энергосберегающих мероприятий позволит полезно использовать до 93,05 % подведенной энергии при производстве электрической и тепловой мощностей.
1. Петрущенков В.А., Коршакова И.А. Качественный и количественный анализ тепловой энергетики малых мощностей в России // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2020. – Т. 22, № 5. – С. 52–70.
2. Золотов В.П., Будкин А.В., Плисс А.А. Комбинированное производство тепловой и электрической энергии: состояние, перспективы // Вестник Самарского государственного технического университета. Технические науки. – 2008. – № 2(22). – С. 201–210.
3. Буянов А.Б., Комаров Д.Ю. Перспективы применения когенерационных газопоршневых электростанций // Известия Петербургского университета путей сообщения. – 2007. – № 1(10). – С. 116–135.
4. Выбор схемы утилизации тепла отработавших газов поршневых ДВС и оценка полезного теплоиспользования в составе когенерационной установки / В.Р. Ведрученко, В.В. Крайнов, Н.В. Жданов и др. // Омский научный вестник. – 2015. – № 1(137). – С. 114–119.
5. Двигатели внутреннего сгорания: Теория рабочих процессов: учебник для вузов. В 3 кн. / В.Н. Луканин, К.А. Морозов, А.С. Хачиян и др.; под ред. В.Н. Луканина, М.Г. Шатрова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2005.
6. Барановский Н.В., Коваленко Л.М., Ястребенецкий А.Р. Пластинчатые и спиральные теплообменники. – М.: Машиностроение, 1973. – 288 с.
7. Баранников Н.М. Расчет установок и теплообменников для утилизации вторичных энергетических ресурсов. – Красноярск: Изд-во Краснояр. ун-та, 1992. – 361 с.
8. Куперман Л.И., Романовский С.А., Сидельковский Л.Н. Вторичные энергоресурсы и энерготехнологическое комбинирование в промышленности. – Киев: Вища шк., 1986. – 303 с.
9. Колобков П.С. Использование тепловых вторичных энергоресурсов в теплоснабжении. – Харьков: Основа, 1991. – 222 c.
10. Справочник по теплопроводности жидкостей и газов / Н.Б. Варгафтик, Л.П. Филиппов, А.Л. Тарзиманов, Е.Е. Тоцкий. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 352 с.