Розподіл витрати палива в когенераційних енергоустановках.
В когенераційних установках спалюється єдиний потік палива, але одержується два види енергії – теплова і електрична.
Зрозуміло, що обидва одержані види енергії є товаром, який має бути проданий споживачам відповідного напряму енергоспоживання.
Як відомо:
- відпускна ціна товару, визначається його повною (заводською) собівартістю;
- складовою повної собівартості теплової і електричної енергії є паливна складова, див. Лекції 2, 3;
- в структуру паливної складової входить кількість палива, що витрачена на вироблення кожного виду енергії, див. ф-ли (7.3), (8.3) та (9.3), (10.3);
- оскільки в когенераційній установці витрачається єдиний потік палива, то перед її власником постає проблема розподілу витраченого палива між тепловою і електричною енергією – тобто стоїть проблема формування собівартості потоків теплової та електричної енергії;
Перед державними органами управління енергетикою (в т.ч. НКРЕ – Національним комітетом з регулювання енергетики) стоїть задача отримати такі собівартості теплової і електричної енергії, які би не створювали економічних проблем, породжених неприйнятною вартістю домінуючого енергоресурсу, для ефективного функціонування всіх, а насамперед, енергоємних галузей.
Нижче, на рис. 15.5, наведено принципову схему одержання двох видів енергії в когенераційній системі – ТЕЦ, створеної на базі парової турбіни типу “П-…” – конденсаційної турбіни з виробничим відбором пари на промислове підприємство.
Наведена схема допоможе зрозуміти принципи і необхідність розподілу палива між двома видами енергії.
Рис. 15.5. Принципова схема потоків енергії в когенераційній установці (На прикладі ТЕЦ з паровою турбіною типу “П-...”).
В наведеній когенераційній установці спалюється паливо у кількості – ВКоУ , і енергія палива витрачається таким чином:
- частина на відпуск теплової енергії споживачам теплової енергії– QКоУ;
- частина на відпуск електричної енергії споживачам електричної енергії – WКоУ;;
- частина на компенсацію втрат теплоти в системі, а саме: в паровому котлі – – QКДвтр(8 %... 12 %); в турбогенераторі – QТГвтр(3 %...7 %; в турбіні– QТГвтр(3 %...5 %); в системі власних потреб – QВл.пвтр(5 %...12 %; в конденсаторі – QКДвтр (35 %...60 %. Оскільки теплота втрат одержана з енергії палива, то в когенераційній установці втрачається паливо, на закупівлю якого витрачені кошти .
Логічне запитання –Якому виду відпущеної енергії (теплової чи електричної) належать ці втрати теплоти (тобто палива).
Логічна думка –Приналежність втрат енергії до певного виді відпущеної енергії збільшує витрату палива і коштів на його закупівлю на одержання цієї бенергії.
Логічний висновок –До якого виду відпущеної енергії буде віднесено втрати теплоти в навколишнє середовище, той вид енергії буде мати більшу витрату палива віднесену на свою генерацію, а, відповідно, більшу собівартість.
У разі “віднесення” втрат теплоти на одержання електроенергії:
– собівартість електроенергії збільшиться;
– прибутки виробників електроенергії зменшаться;
– закупівельна вартість електроенергії для споживачів (промислових підприємств) – збільшиться;
– витрати коштів на електропостачання споживачів (промислових підприємства) – збільшиться;
– стануть меншими прибутки від продажу продукції, виробленої підприємствами.
У разі “віднесення” втрат теплотина одержання теплової енергії – аналогічна картина виглядатиме для споживачів теплової енергії, насамперед, для житлово-комунального сектору та харчової промисловості.
Тобто проблема розподілу є актуальною у політико-економічному аспекті –
яку олігархічну структуру фінансово підтримати, щоб влада в державі не “розхитувалась” незадоволеними економічними силами?
В загальному сенсі варіанти розподілу втрат між електричною та тепловою енергіями в когенераційних установках можуть бути такими:
- всі втрати можуть бути “віднесені” на вироблення електроенергії;
- всі втрати можуть бути “віднесені” до вироблення теплової енергії;
- втрати можуть бути “поділені” між обома видами енергії пропорційно потужності кожного виду енергії;
- втрати можуть бути “поділені” між обома видами енергії пропорційно економічній доцільності використання в “народному” господарстві того або іншого енергоресурсу;
- втрати можуть бути “поділені” між обома видами енергії пропорційно ексергіям потоків енергії;
- втрати можуть бути “поділені” між обома видами енергії пропорційно “коефіцієнтам цінності” потоків енергії;
- тощо.
Оскільки енергетика займає ключове місце в господарстві держави, і вартість енергоресурсів визначає економічну успішність галузей, то саме держава визначає за яким методом ділити паливо між виробленими енергіями.
До 1988 року в Україні діяв т.зв. “ентальпійний” метод розподілу палива. У відповідності до цього методу термодинамічні втрати реалізованих циклів (в конденсаторах парових турбін, з відхідними газами ДВЗ та ГТУ) відносилися до електричної енергії, “працюючи” на збільшення її собівартості. Але електроенергія, вироблена на тепловому споживанні (тобто відборами пари з турбін) методологічно вважалася виробленою з ККД=100 % і формули для визначення питомих витрат умовного палива, які входили до структури формул собі вартості електричної теплової енергії мали відомий вам вигляд, а саме: bт= 143/ηтдж і bе = 143/ηедж.
Такий метод розподілу палива і втрат надавав переваги споживачам електричної енергії, оскільки здешевлював електроенергію за рахунок здороження теплової енергії. В умовах, коли держава зацікавлена в електрифікації всього господарства такий розподіл вважався доцільним.
На сучасний період розвитку держави прийнято до використання т.зв. методику “50/50”. Ця методика базується на тому факті, що когенерація гарантує одержання економії палива в державному масштабі, тобто гарантує заощадження енергії. Ключовим “зерном” в методиці розподілу палива між електричною та тепловою енергією в когенераційних установках – паросилових ТЕЦ “50/50” є положення, за яким 50 % зекономленої енергії відноситься на відпуск теплової енергії, а 50 % відноситься на відпуск електричної енергії.
У відповідності до цієї методики:
- витрата палива на вироблення електроенергії в паросилових ТЕЦ – збільшується, а електроенергія – дорожчає відносно визначеної за “ентальпійним” методом;
- витрата палива на вироблення теплової енергії в паросилових ТЕЦ – зменшується, а теплова енергія – дешевшає відносно визначеної за “ентальпійним” методом.
Нижче, наведено ключові положення методології “50/50”.
Витрата палива (в у.п.) на відпущену електричну енергію – Ве , тепловою електростанцією (ТЕЦ) визначається за формулою:
|
|
![](images/image-041-4752.gif)
де:
ВПГ – кількість палива, спаленого в паро-генераторах, т у.п./τ
WГЕН – кількість виробленої електроенергії, тис.кВт.год/ τ;
Wвідп – кількість відпущеної електроенергії, тис.кВт.год/ τ;
Wвл.п– кількість електроенергії, спожитої системою власні потреби, пов’язаних з виробленням електричної енергії, тис.кВт.год/ τ;
αвл.п – частка електричної енергії, що надійшла на власні потреби з шин власної електростанції, од. У разі використання на власні потреби виключно власної електроенергії – αвл.п = 1,0.
Ке– “методологічний” коефіцієнт, що визначає долю витрати палива в ТЕЦ на вироблення електричної енергії і базується на постулаті “50/50”, од. Визначається за формулою:
![]() |
Ке = (15.18)
Qе – витрата тепла на вироблення електричної енергії, ГДж (Гкал).
Qвл.пТУ – витрата тепла на власні потреби турбоустановок, ГДж (Гкал).
0,5 – директивний коефіцієнт, який означає, що 50% теплової енергії, що заощаджена при комбінованому виробленні теплової та електричної енергії, відноситься на вироблення електричної енергії;
Δ Qекомб – економія тепла за рахунок комбінованого вироблення теплової та електричної енергії, ГДж (Гкал). Визначається за відповідною розрахунковою формулою.
Qвідп – сумарний відпуск теплоти від електростанції зовнішнім споживачам, ГДж (Гкал).
αПВК – частка відпуску теплоти від ПВК, од.
αнасвідп– частка відпуску теплоти від електростанції за рахунок нагрівання мережної води в насосах, од.
αвтрат– коефіцієнт втрат теплоти, пов’язаних з її відпуском від котлів і турбін, од.
ΔQекомб =[ ΣQвідпвідб(і) · (1–ξвідб ) + QухКД · (1–ξвідб) + (QвідпКД – QухКД) ] ·
· Qвідпвідпр / QΣТУ (15.19) де:
ΣQвідпвідб (і)– кількість теплоти, що відпущена (зовнішнім споживачам на власні потреби) з кожного відбору турбіни в, Гкал(ГДж) / τ.
QΣТУ = ΣQвідпвідб (і)
QΣТУ – загальна кількість теплоти, що відпущена від турбіни (на зовнішнє споживання + власні потреби), в т.ч. з конденсатора Гкал(ГДж) / τ.
Примітка: QΣТУ= ΣQвідпвідб (і)
Qвідпр – кількість теплоти, що відпущена від турбіни у вигляді всіх відборів відпрацьованої пари тільки зовнішнім споживачам (без власних потреб), Гкал(ГДж)/ τ.Регенеративні відбори турбіни в формулах – участі не приймають.
QвідпКД – кількість теплоти, що відпущена з конденсатора, Гкал(ГДж) / τ.
QухКД – кількість теплоти, що відпущена з конденсатора, що працює тільки з погіршеним вакуумом, Гкал(ГДж) / τ.
ξвідб – коефіцієнт цінності теплоти з кожного відбору турбіни без проміжного перегріву, од. Визначається за формулою:
| |||
| |||
|
![](images/image-043-4677.gif)
![](images/image-044-6707.gif)
|
де:
іо – ентальпія (фактична) гострої пари перед турбіною, кДж/кг
і2 – ентальпія (фактична) відпрацьованої пари перед конденсатором за умови роботи турбіни в конденсаційному режимі !! , кДж/кг.
і відб– ентальпія (фактична) пари в кожному відборі турбіни, з яких відпускається теплота для зовнішнього споживання і власних потреб ТЕЦ, кДж/кг.
Примітка: ξвідб КД = 0.
КРоТo– коефіцієнт “методологічний”, що залежить від параметрів гострої пари перед турбіною, од. Визначається з таблиці 15.1.