Введение. Важнейшими задачами современного этапа развития энергетики страны является повышение тепловой, экономической эффективности

Важнейшими задачами современного этапа развития энергетики страны является повышение тепловой, экономической эффективности, надежности и экологичности энергетического комплекса. Особое место в решении этих задач отводится дальнейшему развитию источников и систем теплоснабжения.

Анализ технико-экономических показателей теплоснабжающих комплексов городов России за последние 10 – 12 лет показал на заметное их ухудшение. В результате сокращения промышленного производства уменьшился отпуск тепловой энергии от ТЭЦ и котельных, увеличилась себестоимость производства и транспорта теплоты. Стоимость теплоснабжения потребителей от новых газовых котельных оказалась меньшей, чем при комбинированном производстве на ТЭЦ с учетом транспорта. Возросли потери тепловой энергии при транспорте теплоносителей. Из-за дефицита финансовых ресурсов для замены теплосетей увеличилось количество аварий в системах теплоснабжения, а топливные ограничения ТЭЦ и котельных приводят к недоотпуску теплоты потребителям. Внедрение передовых технологий во всех звеньях теплового хозяйства происходит медленными темпами и не отвечает современным требованиям технического перевооружения отрасли. Таким образом, в теплоснабжении накопилось множество технических, организационных, экономических, проблем, создающих кроме того социальную напряженность в обществе, без решения которых невозможно дальнейшее развитие страны.

Для выхода из кризисного состояния теплового хозяйства особую актуальность приобретает проблема модернизации и реконструкции теплоэнергетических установок (ТЭУ) и систем теплоснабжения с целью улучшения показателей тепловой и экономической эффективности, повышения надежности энергоснабжения и сокращения вредного воздействия на окружающую среду. Техническое перевооружение источников и систем необходимо осуществлять при условии выбора оптимальных параметров и схемных решений, обеспечивающих достижение максимального экономического эффекта.

Реализация поставленных задач требует подготовки высококвалифицированных специалистов, способных находить оптимальные технические решения на стадии проектирования и эксплуатации теплоэнергетических объектов. Данный курс предназначен для магистрантов второго года обучения по направлению “Теплоэнергетика и теплотехника” и ориентирован на использование содержащихся в нем методических подходов при подготовке магистерских выпускных работ.

Список рекомендуемой литературы:

Основная:

1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети (учебник) –М.: МЭИ, 2009, -472 с.

2. Тепловые электрические станции: учебник для вузов/ В.Д. Буров, Е.В. Дорохов, Д.П. Елизаров и др.; под ред. В.М. Лавыгина, А.С. Седлова, С.В. Цанева.-М.: МЭИ, 2007. – 466 с.

Дополнительная:

3. Андрющенко А.И. Теплофикационные установки и их использование / А.И. Андрющенко, Р.З. Аминов, Ю.М. Хлебалин. – М., Высшая школа, 1989. -256 с. ISBN

4. Николаев Ю.Е. Научно-технические проблемы совершенствования теплоснабжающих комплексов городов / Ю.Е. Николаев. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т. 2002.-88 с. ISBN

5. Николаев Ю.Е. Эффективность применения малых ТЭЦ с газовыми турбинами для энергоснабжения промышленных и коммунальных потребителей/ Ю.Е. Николаев., С.В. Сизов. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т. 2011.-69 с. ISBN

6.Кандырин Ю.В. Методы и модели многокритериального выбора вариантов в САПР: Учебное пособие для вузов. – М.: Издательство МЭИ, 2004. 172 с. ISBN/

Термодинамический критерий оптимальности

Энергетическая эффективность определена по критерию относительной экономии топлива

, (1)

где Δ В_эк, В_кэс, В_кот – абсолютная экономия топлива от комбинированной выработки электрической и тепловой энергии на ТЭЦ, расходы условного топлива на конденсационной электростанции (КЭС) и в котельной.

Для анализа влияющих факторов на величину выразим расходы топлива на КЭС и в котельной, кг у.т./год:

, (2)

, (3)

где , – электрическая и тепловая нагрузки потребителей, кВт; – теплота сгорания условного топлива, ; – соответственно, КПД КЭС и котельной; – соответственно, КПД транспорта электроэнергии от КЭС и теплоты от котельной.

Расход топлива на ТЭЦ с ГТУ и ПВК, кг у.т./год:

, (4)

где – электрический КПД ГТУ; – КПД электрических сетей; – доля тепловой нагрузки, обеспечиваемой за счет утилизации уходящих газов ГТУ (коэффициент теплофикации); – КПД пикового водогрейного котла МТ; – КПД тепловых сетей.

С учетом (2), (3) и (4) абсолютная экономия топлива запишется в виде:

. (5)

При подстановке полученного выражения в (1) с учетом преобразований имеем:

, (6)

где – удельная выработка электроэнергии на базе отпускаемой теплоты от ГТУ; – электрическая мощность, кВт.

Приняв во внимание и выражение , получим:

, (7)

где – доля утилизируемой теплоты в газоводяном подогревателе; – отводимая теплота из цикла ГТУ, кВт.

Поскольку и связаны уравнением энергетического баланса ГТУ, то с некоторым допущением имеем:

.

Критерии экономической эффективности

В рыночных условиях технико-экономическая эффективность вариантов источников и систем теплоснабжения определяется с использованием следующих критериев: интегрального эффекта (чистого дисконтированного дохода), индекса доходности, внутренней нормы доходности и срока окупаемости капиталовложений. Принятие решения об эффективности проекта основывается на качественном анализе перечисленных показателей.

Величина интегрального эффекта за расчетный период Т_сл вычисляется по формуле, руб:

, (8)

где R_t-результат, представляющий выручку за реализованную продукцию (теплоту и электроэнергию) в год t, руб/год; И_t -эксплуатационные затраты в рассматриваемый объект проектирования в год t, руб/год; К– приведенные капиталовложения, руб; Е- норма дисконта; t- номер шага расчета (t=0, 1…Т_сл); Т_сл- срок службы, лет.

Индекс доходности или рентабельность капиталовложений определяется выражением:

, (9)

, (10)

где К_t – капиталовложения в объект в год t, руб.

Проект считается эффективным при условии J_D> 1.

Внутренняя норма доходности (ВНД) представляет собой такую норму дисконта Е_вн, при которой величина приведенных эффектов равна приведенным капиталовложениям и находится в результате решения уравнения:

. (11)

Полученное значение Е_вн должно удовлетворять следующим условиям:

Е_вн> Е_д или Е_вн> Е_кр или Е_вн> Е_ин. Здесь Е_д, Е_кр- средние ставки доходности банков по депозиту и кредитным операциям, Е_ин – требуемая инвестером норма доходности капитала.

Срок окупаемости (Т_ок) – минимальный временной интервал (от начала осуществления проекта), за пределами которого интегральный эффект остается неотрицательным, то есть первоначальные вложения и другие затраты, связанные с инвестиционным проектом, покрываются суммарным результатом его осуществления. Срок окупаемости рекомендуется определять с использованием дисконтирования в результате решения уравнения:

. (12)

Полученная величина Т_ок сравнивается с требуемой инвестором сроком окупаемости.

Обязательным условием выполнения расчетов по приведенным показателям является экономическая сопоставимость рассматриваемых вариантов. Это условие означает: 1- обеспечение одинакового полезного отпуска тепловой и электрической энергии потребителям требуемых параметров; 2- оптимальность сравниваемых вариантов в одинаковых условиях развития систем энергоснабжения; 3- обеспечение требуемой надежности энергоснабжения потребителей; 4-обеспечение покрытия заданных графиков тепловых и электрических нагрузок; 5 - не превышение предельно допустимых выбросов в окружающую среду. Выполнение этих условий предусматривает включение стоимостной оценки затрат в критерий экономической эффективности.

Лекция 2