Турбина Пельтона

АВ с

Рис. 7. Турбина Пельтона

ttt

Особенностью работы этой турбины является частичное погру­жение лопастей в воду.

Особенностью работы реактивной гидротурбины (рис. 8) явля­ется полное погружение ее лопастей в воду. Скорость вращения реактивной гидротурбины 350-500 об/мин.

Реактивная гидротурбина

проекция лопастей

На сегодняшний день гидроресурсы являются основным возоб­новляемым источником энергии. На ГЭС вырабатывается около 17 % всей электроэнергии в мире. В таких странах, как Канада, Бра­зилия, Австрия, Норвегия, Венесуэла, Парагвай производство элек­троэнергии на ГЭС доминирует в приходной части энергобаланса. По данным IEA в Парагвае генерирующие источники на традици­онном ископаемом топливе отсутствуют, электроэнергия выраба­тывается только на ГЭС

Важнейшей энергоэкономической особенностью крупных ГЭС является их высокая маневренность, что обуславливает использо­вание мощностей ГЭС в централизованных энергосистемах как для покрытия пиков электрической нагрузки, так и для прохождения ночного минимума энергонагрузок (аккумулирование электроэнер­гии на ГАЭС). Высокая экономическая эффективность гидроэнер­гетики обусловлена отсутствием топливной составляющей себе­стоимости электроэнергии, слабой изнашиваемостью основных фондов, Следует также отметить, что сооружение гидроэнергети­ческих объектов оказывает разностороннее влияние на окружаю­щую среду. С одной стороны, при нормальном состоянии энерго­оборудования ГЭС могут полностью отсутствовать вредные выбро­сы в атмосферу. С другой, сооружение водохранилищ ГЭС сопро­вождается затоплением земель, изменением климатических усло­вий, негативным влиянием на животный мир и рыбное хозяйство, что требует отыскания новых экологически дружественных гидро-энерготехнологий. Основные направления инновационного разви­тия гидроэнергетики связаны с разработкой новых типов гидротур­бин - модернизированных турбин Каплана и Франсиса и турбин с ротором спиралевидной формы, изготавливаемый наподобие цен­тробежных насосов. В настоящее время данные технологические разработки находятся на этапе внедрения. Последующее тиражиро­вание инновационных гидроэнерготехнологий будет способство­вать оптимизации технологических процессов на ГЭС и минимиза­ции негативного воздействия гидроэнергетики на окружающую

среду.

1.5.2. Эффективность производства электрической и тепловой энергии в Белорусской энергосистеме

Производство электроэнергии в Беларуси осуществляется на 25 тепловых электростанциях Белорусской энергосистемы, из которых только 13 являются относительно крупными и они производят при­мерно 96 % всей производимой в стране электроэнергии. Осталь­ные 15 электростанций - это мелкие ТЭЦ, размещенные в различ­ных городах и являющиеся, прежде всего, источниками теплоснаб­жения этих городов. Вырабатываемая на них электроэнергия не является главным продуктом и она не определяет электроэнергети­ческий баланс страны. Заметим, что в настоящее время введены в эксплуатацию сотни ТЭЦ небольшой мощности на промышленных предприятиях, в коммунальном хозяйстве и в других организациях, которые работают, как правило, параллельно со станциями энерго­системы, но организационно в состав ее не входят. Из указанных 13 крупных электростанций три являются КЭС-ми (Лукомльская ГРЭС, Березовская ГРЭС и Минская ТЭЦ-5), а остальные ТЭЦ-ми, размещенными главным образом в крупных городах, производя помимо электроэнергии также тепло на нужды отопления, горячего водоснабжения, вентиляции и для технологических целей. По дан­ным за 2010 г. удельные расходы топлива на тепловых электро­станциях энергосистемы составили 274 г у.т./кВт-ч и 168 кг у.т./Гкал (согласно физическому методу разделения затрат средне­взвешенные значения).

Значения удельных расходов существенно разнятся по типам электростанций. По конденсационным электростанциям (ГРЭС-ам) они существенно выше, чем на теплоэлектроцентралях. По самим КЭС-ам они также существенно различаются. Следует заметить, что Минская ТЭЦ-5 хотя и называется ТЭЦ, однако это на самом деле КЭС. Эта станция строилась вначале как атомная ТЭЦ, но по­сле аварии на Чернобыльской АЭС, белорусскую атомную ТЭЦ переориентировали на КЭС, работающую на газовом топливе. На этой станции самый низкий удельный расход топлива среди всех КЭС - 314 г у.т./кВт-ч, так как на ней установлено оборудование более усовершенствованных моделей. Самый высокий удельный расход топлива на агрегатах с докритическими параметрами пара Березовской ГРЭС - порядка 365-370 г у.т./кВт-ч. На этой станции оборудование было установлено в 60-е годы, однако оборудование этой станции модернизируется на основе перевода с паротурбинно­го на парогазовый цикл. Из шести уже переведено 4 энергоблока, удельный расход топлива на которых снизился до 310 г у.т./кВт-ч. Анализ динамики удельного расхода топлива на указанных КЭС показывает, что величина его стабильна, несколько снижаясь в зимнее время и повышаясь в летний период. Это объясняется осо­бенностями энергетических характеристик оборудования, состоя­щими в том, что при более низкой температуре наружного воздуха повышается экономичность его работы.

за исключением оборудованных чисто теплофикационными турби­нами, работают в смешанном режиме, теплофикационном и кон­денсационном, и поэтому удельные расходы топлива определяются как средневзвешенные по теплофикационному и конденсационно­му режимам. На рис. 9 представлена динамика удельных расходов топлива в течение года на КЭС и на ряде ТЭЦ.

Как видно, значения удельных расходов ТЭЦ идут значительно ниже удельных расходов КЭС. На ТЭЦ удельный расход сущест­венно изменяется в течение года, повышаясь в летнее время и по­нижаясь в зимнее, что объясняется повышением удельного веса выработки электроэнергии по теплофикационному режиму в зим­нее время по сравнению с летним. Значения удельного расхода су­щественно различаются по ТЭЦ, так как разные ТЭЦ в различной мере загружены по теплофикационному циклу. Тот факт, что Мо-зырская ТЭЦ в летнее время имеет удельный расход на уровне его величины на Березовской ГРЭС свидетельствует о том, что она ра­ботает со значительной коненсационной выработкой из-за сниже­ния тепловой нагрузки. Низкие же значения удельного расхода на протяжении года на Минской ТЭЦ-3 свидетельствуют о наличии стабильной тепловой нагрузки, значительный удельный вес в кото­рой занимает производственная нагрузка.

Анализ динамики удельного расхода топлива по станциям пока­зывает, что на трех КЭС величина удельного расхода более или ме­нее стабильна на протяжении года. В то же время на ТЭЦ она су­щественно изменяется, поднимаясь в летнее время и снижаясь в зимнее время. Значения этого показателя существенно различаются по станциям. Те ТЭЦ, которые имеют меньшие значения удельного расхода по сравнению с другими ТЭЦ в одно и то же время, загру­жены в большей мере по теплофикационному циклу. Этот график показателен в том плане, что он отражает уровень загрузки ТЭЦ по теплу и свидетельствует о том, что она работает со значительной конденсационной выработкой из-за снижения тепловой нагрузки. Низкие же значения удельного расхода на протяжении года на Минской ТЭЦ-3 свидетельствуют о наличии стабильной тепловой нагрузки, значительный удельный вес в которой занимает произ­водственная нагрузка. Удельный вес теплофикационной выработки сохраняется на высоком уровне.

На ТЭЦ можно выделить два режима их работы: теплофикаци­онный и конденсационный. Первый характеризуется комбиниро­ванным характером производства электрической и тепловой энер­гии. Для этого режима удельные расходы топлива при использова­нии физического метода разделения затрат между двумя видами энергии составляют: 150-160 г у.т./кВт-ч и 160-170 кг у.т./Гкал. При конденсационном режиме удельный расход топлива сущест­венно выше, составляя от 350 до 400 г у.т./кВт-ч и больше. Все ТЭЦ

2007 год

350

										\/
										V

300

• Минская-4

• Могилевская Бобруйская

• Гродненская

• Минская-3 Новополоцкая

250

ш s ц с о

200

150

=1 о

Q.

100

50

0

450,00 400,00 350,00 300,00 250,00 . 200,00 . 150,00 100,00

50 00 0,00

								U
		_					-4=	—♦—Лукомльская —■— Гомельская _			—ж
								—й— Минская-5
			г"					—X—Мозырская -—Ж— Березовская —•—С етлогорская -
•ч											—§
	_____
январь	февраль	—			июнь		август	сентябрь	октябрь	ноябрь	декабрь

Рис. 9. Динамика удельных расходов топлива в течение года на КЭСи на ряде ТЭЦ

В целом белорусская энергосистема характеризуется довольно низким значением удельного расхода топлива. В доперестроечный период он был значительно выше, хотя состав генерирующего обо­рудования не претерпел существенных изменений. Это объясняется общим снижением электрической нагрузки энергосистемы с 8600 МВт в 1990 г. до 6000 МВт в 2010., в результате чего все ТЭЦ рабо­тают в основном по теплофикационному режиму с минимальной выработкой электроэнергии по менее экономичному конденсаци­онному циклу. Кроме того, выведены из работы неэкономичные агрегаты Березовской ГРЭС (2 энергоблока). Если же электриче­ская нагрузка в энергосистеме будет возрастать, то к работе будут подключаться конденсационные мощности ТЭЦ и агрегаты Бере­зовской ГРЭС и удельный расход топлива поднимется. Существен­ное снижение удельного расхода топлива на действующем обору­довании за счет проведения различных технических мероприятий не представляется возможным, так как технико-экономические по­казатели его работы определены нормативными энергетическими характеристиками. Радикальное решение проблемы повышения энергоэффективности производства энергии может быть осуществ­лено на базе коренной модернизации и обновления оборудования.

Электроэнергетика расходует до 40 % всех потребляемых энер­горесурсов, в том числе на выработку электроэнергии - 25 %, на отпуск тепла - 15 %. Снижение расхода топлива на выработку электроэнергии на 1 г. обеспечит годовую экономию в размере 28000 тонн условного топлива, что эквивалентно примерно 6 млн долларов. Экономия топлива в этой отрасли видится в выводе из эксплуатации морально и физически устаревшего неэкономичного генерирующего оборудования, в частности на Березовской ГРЭС, увеличении масштабов комбинированного производства электро­энергии и тепла, применении эффективного парогазового генери­рующего оборудования, снижении потерь электроэнергии в элек­трических сетях. В настоящее время энергоснабжение в десятках небольших городов страны осуществляется по раздельной схеме: тепло от котельных, электроэнергия от энергосистемы. Целесообра­зен переход в этих городах к комбинированной схеме энергоснаб­жения на основе небольших ТЭЦ с единичной мощностью 10 - 40 МВт. Это приведет к повышению общего коэффициента энергоис­пользования. Расширение производства электроэнергии предпола­гается осуществить на базе газопоршневых и парогазовых когене-рационных агрегатов малой мощности, размещаемых на предпри­ятиях, в муниципалитетах, в малых и средних городах, что обеспе­чит существенное повышение КПД.

Одним из направлений радикального решения данной проблемы является перевод действующих паротурбинных энергоблоков в па­рогазовые, что уже осуществлено частично на Березовской ГРЭС. Суть перевода состоит в том, что к действующему энергоблоку ус­танавливается, так называемая, надстройка из газотурбинной уста­новки (газотурбинная надстройка). В результате этого мероприятия снижается удельный расход топлива и повышается установленная мощность энергоблока. При этом удельные капитальные затраты в дополнительную генерирующую мощность существенно меньше, чем в сооружение новой электростанции. На Минской ТЭЦ-5 осу­ществляется строительство парогазового блока мощностью 400 МВт, а на Лукомльской ГРЭС намечается ввод двух парогазо­вых блоков взамен 4 действующих устаревших, которые будут вы­ведены из эксплуатации. Следует отметить, что согласно Концеп­ции энергетической безопасности РБ, утвержденной Президентом страны в 2007 году, предполагается все тепловые электростанции перевести на парогазовый цикл, что позволит на 15-20 % снизить величину удельного расхода топлива на производство электроэнер­гии.