Парогазовые циклы.

Газотурбинная установка, в которой рабочим веществом служат газообразные продукты сгорания и водяные пары, называется парогазовой установкой, а ее цикл – паровым циклом. (Парогазовая установка — электрогенерирующая станция, служащая для производства электроэнергии. Отличается от паросиловых и газотурбинных установок повышенным КПД)

Принцип действия и устройство

Парогазовая установка состоит из двух отдельных установок: паросиловой и газотурбинной. В газотурбинной установке турбину вращают газообразные продукты сгорания топлива.

Топливом может служить как природный газ, так и продукты нефтяной промышленности (мазут, солярка). На одном валу с турбиной находится первый генератор, который за счет вращения ротора вырабатывает электрический ток.

Проходя через газовую турбину, продукты сгорания отдают ей лишь часть своей энергии и на выходе из газотурбины все ещё имеют высокую температуру. С выхода из газотурбины продукты сгорания попадают в паросиловую установку, в котел-утилизатор, где нагревают воду и образующийся водяной пар.

Температура продуктов сгорания достаточна для того, чтобы довести пар до состояния, необходимого для использования в паровой турбине (температура дымовых газов около 500 градусов по Цельсию позволяет получать перегретый пар при давлении около 100 атмосфер). Паровая турбина приводит в действие второй электрогенератор.

Существуют парогазовые установки, у которых паровая и газовая турбины находятся на одном валу, в этом случае устанавливается только один генератор.

Иногда парогазовые установки создают на базе существующих старых паросиловых установок. В этом случае уходящие газы из новой газовой турбины сбрасываются в существующий паровой котел, который соответствующим образом модернизируется. КПД таких установок, как правило, ниже, чем у новых парогазовых установок, спроектированных и построенных «с нуля».

Преимущества ПГУ

• Парогазовые установки позволяют достичь электрического КПД более 50 %. Для сравнения, у работающих отдельно паросиловых установок КПД обычно находится в пределах 33-45 %, для газотурбинных установок — в диапазоне 28-42 %

• Низкая стоимость единицы установленной мощности

• Парогазовые установки потребляют существенно меньше воды на единицу вырабатываемой электроэнергии по сравнению с паросиловыми установками

• Короткие сроки возведения (9-12 мес.)

• Нет необходимости в постоянном подвозе топлива ж/д или морским транспортом

• Компактные размеры позволяют возводить непосредственно у потребителя (завода или внутри города), что сокращает затраты на ЛЭП и транспортировку эл. энергии

• Более экологически чистые в сравнении с паротурбинными установками

Недостатки ПГУ

• Низкая единичная мощность оборудования (160—972,1 МВт на 1 блок), в то время как современные ТЭС имеют мощность блока до 1200 МВт, а АЭС 1200—1600 МВт.

• Необходимость осуществлять фильтрацию воздуха используемого для сжигания топлива

Применение на электростанция

Северо-западная ТЭЦ — первая электростанция в России, использующая парогазовый цикл

Несмотря на то, что преимущества парогазового цикла были впервые доказаны еще в 1950-х годах советским академиком С. А. Христиановичем, этот тип энергогенерирующих установок не получил в России широкого применения. В СССР были построены несколько экспериментальных ПГУ. Примером могут служить энергоблоки мощностью 170 МВт на Невинномысской ГРЭС и мощностью 250 МВт на Молдавской ГРЭС. В последние годы в России введены в эксплуатацию ряд мощных парогазовых энергоблоков. Среди них:

• 2 энергоблока мощностью 450 МВт каждый на Северо-западной ТЭЦ в Санкт-Петербурге

• 2 энергоблока мощностью 450 МВт каждый на Калининградской ТЭЦ-2^[1]

• 2 ПГУ мощностью 220 МВт каждая на Тюменской ТЭЦ-1^[2]

• 2 ПГУ мощностью 450 МВт на ТЭЦ-27^[3][4] и 1 ПГУ на ТЭЦ-21^[5] в Москве

• 1 ПГУ мощностью 325 МВт на Ивановской ГРЭС^[6]

• 3 энергоблока на Сочинской ТЭС. Два энергоблока мощностью 39 МВт каждый (1-я очередь строительства). Один энергоблок 80 МВт (2-я очередь строительства)^[7].

• 2 энергоблока мощностью 121 МВт каждый на ТЭС Международная (г. Москва, Ситиэнерго)^[8]

• 1 ПГУ мощностью 400 МВт на Шатурской ГРЭС^[9]

• 1 ПГУ мощностью 420 МВт на Краснодарская ТЭЦ ^[10]

• 1 ПГУ мощностью 230 МВт на Челябинской ТЭЦ-3 ^[11]

По состоянию на середину 2011 г. в России в различных стадиях проектирования или строительства находятся несколько ПГУ.

По сравнению с Россией, в странах Западной Европы и США парогазовые установки стали широко применяться раньше. На западных электростанциях, использующих в качестве топлива природный газ, установки такого типа используются гораздо чаще.

Интересные факты

• Несмотря на то, что на данный момент парогазовый цикл используется на крупных энергетических объектах, в компании BMW сделали предположение о возможности использования его в автомобилях. Предполагается использовать выхлопные газы автомобиля для работы небольшой паровой турбины.

В одних парогазовых установках оба рабочих вещества, т.е. газообразные продукты сгорания и водяные пары, смешиваются и затем поступают в турбину, в других рабочие вещества не смешиваются, а каждое из них раздельно направляется соответственно в газовую и паровую турбины.

Применение парогазовых циклов позволяет значительно повысить КПД теплосиловой установки и уменьшить капитальные затраты на ее сооружение.

Парогазовый цикл - это бинарный цикл, в котором в области высоких температур используются газы - продукты горения жидких и газообразных топлив, а в области низких температур - водяной пар. В настоящее время как в СССР, так и за рубежом разработано большое количество парогазовых циклов, отличающихся как в пароводяной, так и в газовой частях.