Показатели экономичности и эффективности комбинированного производства тепловой и электрической энергии энергетическими установками | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 8 июня, печатный экземпляр отправим 12 июня.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №3 (189) январь 2018 г.

Дата публикации: 22.01.2018

Статья просмотрена: 222 раза

Библиографическое описание:

Трошина Н. С., Хороших О. В. Показатели экономичности и эффективности комбинированного производства тепловой и электрической энергии энергетическими установками // Молодой ученый. — 2018. — №3. — С. 46-48. — URL https://moluch.ru/archive/189/47944/ (дата обращения: 25.05.2019).



Рассмотрены показатели экономичности и эффективности использования комбинированного производства тепловой и электрической энергии различными энергетическими установками. Получены зависимости для расчета результатов финансовой деятельности предприятия.

Ключевые слова: энергоресурсы, когенерация, энергетическая установка, энергосбережение, показатели эффективности.

Для Российской Федерации, как и для любой другой развивающейся страны, энергетика является базовой отраслью экономики. Эта отрасль создает предпосылки для применения новых технологий, а также обеспечивает наряду с другими факторами современный уровень жизни. Вместе с этим, энергетика является одним из основных потребителей органических видов топлива, таких как природный газ, уголь и нефтепродукты [1]. Интенсивность добычи полезных ископаемых постоянно увеличивается. За последние 30 лет потребление угля возросло в два раза, а нефти и газа — почти в шесть раз. В связи с этим, рациональное использование топливно-энергетических ресурсов на сегодняшний день является проблемой современного общества.

На территории города Омска мероприятия по реализации Федерального закона «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» являются одними из приоритетных направлений деятельности.

В соответствии с вышеуказанным Федеральным законом приняты муниципальная программа города Омска «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности» на 2014–2020 годы и программы энергосбережения и повышения энергетической эффективности муниципальных предприятий и учреждений [2].

В октябре 2013 года в городе Омске состоялся научный семинар, посвященный переводу котельных города на процесс комбинированной выработки тепловой и электрической энергии (когенерации). На семинаре были представлены доклады о модернизации омской муниципальной теплоэнергетики [3].

Когенерация — это комбинированный процесс одновременного производства тепла и электроэнергии одним устройством. В этом процессе обычно используются первичный источник энергии и электрогенератор, которые предназначены для получения двух форм энергии — тепловой и электрической. В качестве первичного источника энергии может быть представлен дизельный двигатель внутреннего сгорания (ДВС), конвертированный для работы на газовом топливе, тепловой насос, газовая турбина и др. Ключевыми особенностями таких установок являются дешевая электрическая и тепловая энергия, территориальная близость к потребителю и др. Таким образом, используя принцип когенерации, потребитель становится независимым от перебоя электроснабжения при автономном обеспечении тепла [4].

Учитывая постоянную тенденцию роста стоимости электрической энергии, применение когенерации дает значительный экономический эффект, выраженный в снижение затрат на тепло и электроэнергию до 2,8 раза [3].

Теплота энергия, выделяющаяся при сгорании топлива в двигателе внутреннего сгорания, только частично преобразуется в полезную работу, большая часть ее, примерно 55–65 %, теряется с выпускными газами и охлаждающей жидкостью [5–8].

Теплота, теряемая с выпускными газами, имеет высокий температурный уровень, поэтому ее легко можно утилизировать [5–8]. Потери теплоты зависят от температуры выпускных газов, суммарного коэффициента избытка воздуха и колеблются у разных поршневых двигателей на номинальном режиме в пределах 28–43 % [4].

Тепло, отводимое отработавшими газами, может быть использовано в утилизационных котлах для получения горячей воды или пара, потребляемых для отопления, работы турбогенератора и др.

Утилизационные установки различают по параметрам получаемого пара, по типу применяемых утилизационных котлов и их компоновке. Утилизационные котлы генерируют пар, насыщенный или перегретый, давлением 0,2–1,4 МПа [4].

На сегодняшний день в Омске и Омской области продолжается перевод котельных на процесс когенерации. Вложения в когенерационные установки являются экономически целесообразными, т. к. такие проекты быстро окупаются: себестоимость получаемой энергии ниже рыночной более чем в два раза [3].

Эффективность использования когенерационной установки определяется экономичностью первичного источника энергии и системой утилизации тепла. Одним из основных показателей эффективности является коэффициент использования топлива, который можно рассчитать по формуле:

(1)

где Nэл — электрическая мощность когенерационной установки, кВт;

Qтэ — тепловая мощность когенерационной установки, кВт;

Qнр — удельная низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг;

Вт — расход топлива, кг/с.

Эффективность первичного источника энергии характеризуется эффективным КПД двигателя (дизеля):

(2)

где Nмех — механическая мощность двигателя, кВт.

Топливный элемент преобразует химическую энергию топлива в электрическую, поэтому его эффективность характеризуется электрическим КПД:

(3)

где Nэл — электрическая мощность, развиваемая топливным элементом, кВт.

Оценку экономической эффективности утилизации отработавших газов без учета дисконтирования, можно рассчитать, используя такой показатель, как срок окупаемости проекта [9]:

(4)

где I — инвестиции на реализацию проекта;

ΔFэ — изменение результатов годовой экономической деятельности предприятия (финансы) после внедрения утилизационной установки:

(5)

здесь F0 — результаты годовой экономической деятельности предприятия до внедрения утилизационной установки:

(6)

где СQ — стоимость теплоты у централизованных поставщиков;

Qот м i количество теплоты, отпущенное на теплоснабжение в i-м месяце;

Сог э i стоимость утилизации отработавших газов в i-м месяце,

τм — продолжительность месяца в часах;

kτ = 0,95 — коэффициент использования установленной мощности;

(7)

здесь F — результаты годовой экономической деятельности предприятия (финансы) после внедрения утилизационной установки;

эi + РQi) — результаты годовой экономической деятельности предприятия (финансы) после внедрения утилизационной установки;

Рэi, РQi — доходы (прибыль) от продажи электроэнергии (разница в затратах на покупку электроэнергии в сети и ее производство) и теплоты (аналогично электроэнергии) в i-oм месяце.

(8)

где сэ с — цена электроэнергии в сети;

Nэ — электрическая мощность двигателя;

ΔNс.н. затраты электроэнергии на собственные нужды.

Себестоимость вырабатываемой электроэнергии определяется по зависимости:

(9)

где kэ — доля затрат на энергокомплексе, приходящаяся на выработку электроэнергии;

Суп.з условно-постоянные затраты (заработная плата персонала с начислениями, расходные материалы и др.).

Оценка прибыли от продажи теплоты находится из выражения:

(10)

здесь СQ себестоимость отпускаемой теплоты после установки утилизационной установки.

Применяя полученные зависимости для расчета, можно определить, что изменение результатов финансовой деятельности предприятия ΔFэ при исходных условиях зависит, главным образом, от цены электроэнергии в сети и объема утилизируемых отработавших газов, т. е. ΔFэ = f э с, Qог).

Выводы

  1. Экономическая эффективность зависит от следующих показателей: стоимости электроэнергии в сети, объема утилизируемой теплоты, количества теплоты, отпускаемой потребителю и температуры теплоносителя.
  2. Количество тепла утилизации отработавших газов поршневых ДВС зависит от их мощности.
  3. Систему когенерации с поршневыми ДВС целесообразно использовать при реконструкции выработавших ресурс муниципальных котельных, а также как самостоятельные тепло- и электроисточники небольшой мощности.

Литература:

  1. Цанаев, С. В. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций: учебное пособие для вузов / С. В. Цанаев, В. Д. Буров, А. Н. Ремезов. Под ред. С. В. Цанаева. — М.: Издательство МЭИ, 2002. — 584 с.
  2. Энергосбережение / Омск.рф — официальный портал Администрации города Омска [Электронный ресурс]. URL: http://www.admomsk.ru/web/ guest/progress/energy-saving.
  3. Кручинский, П. В курсе. Экономика. В Омской мэрии продолжают развивать идею когенерации [Текст] / П. Кручинский // Ваш Ореол. — 2013. — 28 октября.
  4. Ведрученко, В. Р. Выбор схемы утилизации тепла отработавших газов поршневых ДВС и оценка полезного теплоиспользования в составе когенерационной установки [Текст] / В. Р. Ведрученко, В. В. Крайнов, Н. В. Жданов, М. В. Кокшаров, Д. К. Кузнецова // Омский научный вестник. — 2015. –№ 1 (137). — С. 114–119.
  5. Селиверстов, В. М. Экономия топлива на речном флоте [Текст] / В. М. Селиверстов, М. И. Браславский. — М.: Транспорт, 1983. — 231 с.
  6. Перельман, Р. С. Судовые энергетические установки. Энергетика [Текст] / Р. С. Перельман. — Одесса: Феникс, 2006. — 92 с.
  7. Иконников, С. А. Силовые установки речных судов [Текст] / С. А. Иконников, Ф. Д. Урланг. — М.: Транспорт, 1971. — 248 с.
  8. Овсянников, М. К. Судовые дизельные установки: справ. [Текст] / М. К. Овсянников, В. А. Петухов. — Л.: Судостроение. — 424 с.
  9. Шубенко, А. Л.Экономическая эффективность утилизации низкопотенциальных вторичных энергетических ресурсов посредством установки турбины на низкокипящем рабочем теле / А. Л. Шубенко, Н. Ю. Бабак, М. И. Роговой, А. В. Сенецкий // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. — 2010. — № 6 (76). — С. 18–26.
Основные термины (генерируются автоматически): утилизационная установка, годовая экономическая деятельность, первичный источник энергии, энергетическая эффективность, газ, электрическая энергия, установка, топливный элемент, Российская Федерация, внутреннее сгорание.


Похожие статьи

Системы утилизации теплоты энергоустановок как способ...

ВЭР можно использовать в качестве топлива либо непосредственно (без изменения вида энергоносителя), либо за счет выработки теплоты, электрической энергии, холода, механической работы в утилизационных установках.

Экологические аспекты применения возобновляемых источников...

В статье рассмотрено влияния возобновляемых источников энергии на окружающею среду.

Энергия ветра. При использовании ветроэлектрических установок (ВЭУ) вредных

По оценкам годовая смертность птиц от столкновения с ВЭС равна 0,0285 млн. особей [2].

Экономические аспекты эффективности применения различных...

Библиографическое описание: Аблязов Р. С. Экономические аспекты эффективности применения различных источников энергии

Традиционным источникам энергии относятся: органическое топливо ― уголь, нефть, газ; гидроэнергия; атомная энергия ― ядерное топливо.

Особенность экономики в энергетической отрасли

Энергетика является важнейшей частью единого топливно-энергетического хозяйства страны, которое включает добычу и

Электрические станции являются структурой электроэнергетической отрасли. В зависимости от видов природных источников энергии...

Энергосбережение и повышение энергетической...

Основные термины (генерируются автоматически): энергетическая эффективность, устойчивое развитие, раз, ресурс, Российская Федерация, валовый внутренний продукт, экономическое развитие, российская экономика, государственное регулирование...

Сравнительный анализ применения двигателя Стирлинга...

мощность одной установки: 0,10–5,00 МВт

Основные термины (генерируются автоматически): Российская Федерация, дизельный генератор, Арктическая зона, рабочее тело, уровень шума, источник теплоты, двигатель, район, внутреннее сгорание, окружающая среда.

Биогазовые установки как альтернативный источник энергии...

Российская энергетика – оптимизация энергетического баланса, высвобождение дополнительных объемов природного

Энергетические. Биогаз с высокой эффективностью используется для получения собственной тепловой и электрической энергии.

Проблемы энергетических ресурсов | Статья в журнале...

Для начала следует увеличить эффективность использования энергоресурсов и энергии, а

Альтернативные источники энергии. В зависимости от увеличения цен на традиционные

Внедрение в хозяйственную деятельность освоенных вспомогательных топливных...

Современное состояние и перспективы развития...

В статье приведены перспективы развития топливно-энергетического комплекса мира и Узбекистана на инновационной основе. В том числе рассмотрены перспективы применения в республике парогазовых установок, возобновляемых источников энергии...

Похожие статьи

Системы утилизации теплоты энергоустановок как способ...

ВЭР можно использовать в качестве топлива либо непосредственно (без изменения вида энергоносителя), либо за счет выработки теплоты, электрической энергии, холода, механической работы в утилизационных установках.

Экологические аспекты применения возобновляемых источников...

В статье рассмотрено влияния возобновляемых источников энергии на окружающею среду.

Энергия ветра. При использовании ветроэлектрических установок (ВЭУ) вредных

По оценкам годовая смертность птиц от столкновения с ВЭС равна 0,0285 млн. особей [2].

Экономические аспекты эффективности применения различных...

Библиографическое описание: Аблязов Р. С. Экономические аспекты эффективности применения различных источников энергии

Традиционным источникам энергии относятся: органическое топливо ― уголь, нефть, газ; гидроэнергия; атомная энергия ― ядерное топливо.

Особенность экономики в энергетической отрасли

Энергетика является важнейшей частью единого топливно-энергетического хозяйства страны, которое включает добычу и

Электрические станции являются структурой электроэнергетической отрасли. В зависимости от видов природных источников энергии...

Энергосбережение и повышение энергетической...

Основные термины (генерируются автоматически): энергетическая эффективность, устойчивое развитие, раз, ресурс, Российская Федерация, валовый внутренний продукт, экономическое развитие, российская экономика, государственное регулирование...

Сравнительный анализ применения двигателя Стирлинга...

мощность одной установки: 0,10–5,00 МВт

Основные термины (генерируются автоматически): Российская Федерация, дизельный генератор, Арктическая зона, рабочее тело, уровень шума, источник теплоты, двигатель, район, внутреннее сгорание, окружающая среда.

Биогазовые установки как альтернативный источник энергии...

Российская энергетика – оптимизация энергетического баланса, высвобождение дополнительных объемов природного

Энергетические. Биогаз с высокой эффективностью используется для получения собственной тепловой и электрической энергии.

Проблемы энергетических ресурсов | Статья в журнале...

Для начала следует увеличить эффективность использования энергоресурсов и энергии, а

Альтернативные источники энергии. В зависимости от увеличения цен на традиционные

Внедрение в хозяйственную деятельность освоенных вспомогательных топливных...

Современное состояние и перспективы развития...

В статье приведены перспективы развития топливно-энергетического комплекса мира и Узбекистана на инновационной основе. В том числе рассмотрены перспективы применения в республике парогазовых установок, возобновляемых источников энергии...

Задать вопрос