Современная техника и технология в энергетике

В результате изучения этой главы студент должен:

знать

• • технологические особенности энергокомпаний как производителей энергии;
• • новое оборудование для производства и передачи электрои теплоэнергии;
• • современные технологии энергетического производства;
• • нормативные документы по рациональному использованию топливно-энергетических ресурсов;
• • основы техники безопасности, особенно в части энергобезопасности;

уметь

• • обеспечивать функционирование энергокомпании как составляющей единой социально-экономической системы;
• • проводить расчеты основных технико-экономических показателей энергосберегающих систем энергопроизводства;
• • подготовить план мероприятий по развитию электроэнергетических компаний с учетом возможностей повышения эффективности их функционирования;
• • решать задачи повышения надежности и эффективности энергоснабжения, уменьшения негативных воздействий на окружающую среду;

владеть

• навыками приобретения новых знаний в области инноваций в энергетическом производстве.

Ключевые слова: инновации, тепловые электрические станции, парогазовые установки, научно-техническая политика, электрогазовые установки, асинхронные генераторы, возобновляемые источники энергии.

В Энергетической стратегии России сформулированы достаточно жесткие требования к экономической эффективности отрасли, которые к 2020 г. должны быть полностью удовлетворены за счет развития новых энерготехнологий. Исходя из этих требований, первостепенную важность среди направлений научно-технического прогресса приобретает разработка и массовое внедрение энерготехнологий, способных качественно повысить эффективность использования органического топлива без дополнительного роста загрязнений окружающей среды, а также обеспечить более широкое и эффективное вовлечение прочих топливных и не топливных энергетических ресурсов.

Теплоэнергетика

Инновационное развитие в теплоэнергетике определяется необходимостью решения следующих основных задач:

• • повышение эффективности энергоснабжения и сокращение ограничений мощности;
• • снижение негативного воздействия ТЭС на окружающую среду;
• • обеспечение промышленной безопасности;
• • повышение производительности труда и улучшение условий труда;
• • повышение эффективности использования существующих производственных площадей и, соответственно, занимаемых земельных участков за счет установки более производительного оборудования (большей мощности);
• • снижение затрат на ремонтно-восстановительные работы.

Основным направлением технической политики в области теплоэнергетики для действующих мощностей в период до 2020 г. является техническое перевооружение и реконструкция с внедрением новой техники и современных передовых технологий.

По этому направлению должны осуществляться две основные группы мероприятий:

• • модернизация находящегося в эксплуатации оборудования;
• • техническое перевооружение и реконструкция с заменой физически изношенного и морально устаревшего оборудования.

Модернизация оборудования включает в себя:

• — совершенствование тепловой схемы энергоблока;
• — совершенствование турбинной установки;
• — повышение эффективности котельной установки;
• — совершенствование вспомогательного оборудования.

При осуществлении технического перевооружения и реконструкции с заменой физически изношенного и морально устаревшего оборудования должны соблюдаться следующие основные требования к замещению действующего конденсационного и теплофикационного оборудования (табл. 2.1).

Таблица 2.1. Требования к замещению действующего конденсационного и теплофикационного оборудования тепловых электростанций.

Развитие теплоэнергетических технологий происходит в направлении повышения КПД ГТУ/ПГУ до 45/60%, повышения экономичности паротурбинных пылеугольных энергоблоков до КПД = 45/47%, с одновременным повышением эффективности природоохранных систем.

Для газомазутных ТЭС:

• • ПГУ бинарного типа с КПД 55/60% на базе внедрения высокоэффективных газовых турбин единичной мощностью 70/300 МВт с КПД > 38%;
• • ГТУ-ТЭЦ.

Для ТЭС, работающих на угле:

• • внедрение энергоблоков на суперсверхкритические параметры острого пара (Ро = 30/32 МПа; t0 = 600/620°С), КПД = 45/47%;
• • внедрение на энергоблоках 200/300 МВт котлов с ЦКС с КПД > 90%;
• • внедрение ПГУ с КСД (кипящий слой под давлением) или с газификацией угля.

При этом должны соблюдаться ограничения по применению устаревших оборудования и технологий. Должна быть сведена к минимуму выработка электроэнергии на ТЭЦ на конденсационном режиме.

При новом строительстве, техническом перевооружении и реконструкции ТЭС, использующих в качестве топлива газ, должны применяться парогазовые и газотурбинные технологии с утилизацией тепла. Использование паросиловых технологий для этих целей экономически не целесообразно.

Как правило, энергоустановки ТЭС, работающие при начальном давлении пара 8,8 МПа и менее, после выработки индивидуального ресурса должны выводиться из эксплуатации.

При техническом перевооружении и реконструкции ТЭС должно быть предусмотрено применение современного электротехнического оборудования:

• • турбогенераторов мощностью до 200/300 МВт с воздушным охлаждением серии ТФ и ТЗФ; мощностью от 300 до 800 МВт с водяным охлаждением серии ТЗВ;
• • элегазовых генераторных выключателей;
• • силовых трансформаторов с автоматическим регулированием напряжения, необходимой динамической стойкостью, низкими потерями X. X. и к. з. за счет применения стали высших марок; оснащенных современными надежными вводами с твердой изоляцией; с увеличенным сроком работы до капитального ремонта до 20 лет.

Все энергетические объекты при техническом перевооружении должны оснащаться полномасштабной АСУ ТП, обеспечивающей выполнение всех технических функций, включая:

• • диагностику оборудования;
• • мониторинг для организации рынка системных услуг;
• • дистанционное управление для подключения электростанций к системе АРЧМ;
• • организацию современных каналов телеизмерения и телеуправления для осуществления мониторинга и управления энергоблоками и электростанциями.

При новом строительстве ТЭС рекомендуется применение того же оборудования, что и для замены при техническом перевооружении и реконструкции.

Однако при новом строительстве может применяться и иное оборудование в зависимости от особенностей, условий и источников финансирования отдельных инвестиционных проектов.

Планируемое увеличение доли угля в топливном балансе генерирующих компаний на базе ТЭС существенно обострило экологические проблемы. Особенно актуальными эти проблемы стали после принятия законов «Об охране атмосферного воздуха» (1999 г.) и «Об охране окружающей среды» (2002 г.), в которых впервые в практику природоохранной деятельности в законодательном порядке введены такие понятия, как экологическая нагрузка на природную среду, экологические и технические нормативы.

При разработке современных энергетических установок одинаково важны повышение их экономичности и снижение вредных выбросов.

Особенно актуальным для энергетики является снижение парниковых газов (СO2). Выбросы электростанций составляют ~ 30% от эмиссии этого вещества в стране. Основные способы снижения выбросов СO2: повышение энергоэффективности и энергосбережения, переход на другие виды топлива (с угля на газ или биотопливо, внедрение возобновляемых источников энергии).

Существенное снижение выбросов СO2 в атмосферу от ТЭС, достигается при комбинированной выработке электроэнергии и тепла. В России она получила широкое развитие и по принятым оценкам снижает потребление топлива в стране на ~ 20 млн т у.т. в год. Повышение экономичности угольных энергоблоков и ТЭЦ может сократить удельные расходы топлива и выбросы СO2 на 20% и более.

При новом строительстве, техническом перевооружении и реконструкции ТЭС должны использоваться перспективное оборудование и новые технологии подготовки и сжигания топлива.

Масштабы принятой программы обновления российской электроэнергетики таковы, что при ее реализации изменится структура топливного баланса в стране. Доля газа в балансе в результате осуществления этой программы будет сокращаться и одновременно пойдет процесс возрастания доли угля.

Это делает весьма актуальными новые технологические разработки в области подготовки и сжигания топлива. Возвращение угля в энергетику не должно быть возвратом к архаичным способам его сжигания. Нужны новые технологии, позволяющие использовать достоинства угля, но свести к минимуму сложности его применения.

Принципиально важным решением для угольной энергетики может стать переход от прямого сжигания угля в различных топочных устройствах на приготовление из углей различных качеств, в том числе и из отходов углеобогащения, водоугольного топлива (ВУТ).

Использование ВУТ обеспечивает:

• — низкий уровень генерации окислов азота;
• — предельное выгорание топлива;
• — нечувствительность процесса сжигания к качеству исходного угля и универсальность топочного устройства в отношении углей любых марок, включая отходы углеобогащения;
• — хорошую управляемость и возможность автоматизации процесса сжигания ВУТ;
• — экологическую чистоту, взрывои пожаробезопасность процессов хранения, транспортировки и сжигания.

Одним из важных направлений развития угольной энергетики является расширение использования канско-ачинских углей. При этом предусматривается не только ввод новых генерирующих мощностей на электростанциях Канско-Ачинского топливно-энергетического комплекса (КАТЭК), но и перевод ряда действующих электростанций на канско-ачинский уголь.