Анализ локальных и системных факторов для обоснования предложений по строительству, реконструкции и техническому перевооружению источников тепловой энергии МО ГО «Инта»

Как локальный источник тепла, любая ТЭЦ находится под влиянием множества местных факторов:  

- климатических условий;

- численности и плотности населения, характера размещения жилых, жилищно-коммунальных и промышленных потребителей, обеспеченности общей и жилой площадью, теплофизических характеристик жилых и общественных зданий их этажности;

- соотношения электрической и тепловой нагрузки, определяющего необходимость дополнительного развития электрических сетей: либо для получения из энергосистемы недостающей, либо для выдачи в нее избыточной электроэнергии. 

Как системный источник электроэнергии, ТЭЦ играют значительную роль в структуре генерирующих мощностей и производстве электроэнергии региональных и объединенных энергосистем. На действующих ТЭЦ значительная часть оборудования нуждается в демонтаже, модернизации или замене более прогрессивным оборудованием. Экономическая эффективность дальнейшего использования накопленного потенциала мощностей действующих ТЭЦ сильно зависит от таких «системных» факторов, как темпы роста электро- и теплопотребления и темпы «старения» мощности действующих ТЭЦ. 

В энергосистемах с относительно неплотным суточным графиком нагрузки зимнего рабочего дня они оказывают заметное влияние и на допустимое развитие остальных типов базисных электростанций (особенно АЭС), т.к. ТЭЦ имеют ограниченные технические возможности ежесуточно снижать электрические нагрузки в период зимнего максимума тепловой нагрузки.

При этом эффективность теплофикации, как на локальном, так и на системном уровне, сильно зависит от таких внешних факторов, как цена топлива, технико-экономические показатели всех типов действующих и новых источников производства и транспорта тепла и электроэнергии.

Оценку эффективности ТЭЦ обычно осложняет отсутствие достоверной информации о перспективном росте тепло- и электропотребления, а также о технико-экономических показателях всех объектов (электростанций, котельных, тепловых и электрических сетей). Поэтому при проведении данной работы задача анализа сужена принятием ряда допущений, что позволяет ограничиваться описанием потребления, производства и транспорта энергии с помощью относительно небольшого числа обобщенных показателей и не учитывать специфику энергоснабжения каждого единичного потребителя. Объективность обобщенных показателей учитывается путем рассмотрения ограниченного числа значений в пределах принятых диапазонов их изменения.

Во-первых, за счет отдельного рассмотрения способов энергоснабжения промышленности и жилищно-коммунального хозяйства. Обеспечение растущей потребности жилищно-коммунального хозяйства выделено техническим заданием в самостоятельную задачу, а энергоснабжение промышленности, в связи с прекращением практики участия в долевом строительстве, осуществляется, в основном, собственными энергоисточниками хозяйствующих субъектов. 

Во-вторых, решающим фактором становится соблюдения таких общих принципов организации отношений в сфере теплоснабжения как 1) обеспечение приоритетного использования комбинированной выработки электрической и тепловой энергии для организации теплоснабжения; 2) развитие систем централизованного теплоснабжения.

В-третьих, оценка сравнительной эффективности комбинированной и раздельной схем энергоснабжения жилищно-коммунального хозяйства городов выполняется преимущественно для ТЭЦ на газе, которые в новых условиях проектируются с использованием прогрессивных парогазовых и газотурбинных технологий. Такое использование стало доступным с появлением новых эффективных типов оборудования и установок различной мощности, в том числе агрегатов небольшой мощности, которые обладают относительно высокой экономичностью и, обеспечивая меньший отпуск тепла, могут устанавливаться в районах, что способствует расширению зоны теплофикации с меньшими затратами в сети по сравнению с предшествующим периодом.

 В-четвертых, анализ проводится на предпроектной стадии оценки эффективности комбинированной и раздельной схемы энергоснабжения, что позволяет делать укрупненные расчеты.

В-пятых, все многообразие факторов, влияющих на эффективность комбинированной и раздельной схем энергоснабжения, можно разделить на два вида: локальные и системные и рассматривать их поэтапно. 

На первом этапе проводится укрупнение ряда локальных факторов в небольшое число обобщенных показателей. После этого анализируется их влияние на эффективность комбинированной и раздельной схемы энергоснабжения при фиксированных значениях определяющих системных факторов, например, изменением состава альтернативных источников, заменяющих ТЭЦ при раздельной схеме энергоснабжения, которое влияет на сравнительную эффективность комбинированной и раздельной схем энергоснабжения.

На втором этапе при фиксированных значениях основных обобщенных локальных показателей по каждому району (зоне) рассматривается влияние системных факторов на эффективность комбинированной и раздельной схемы энергоснабжения, и определяются масштабы развития ТЭЦ при разных уровнях электро- и теплопотребления на перспективу.

Определение энергопотребления осуществляется с использованием следующих обобщенных показателей

1) климатической характеристики рассматриваемой территории, которая определяется двумя важнейшими параметрами:

 - расчетной температурой наружного воздуха (tр), принимаемой при проектировании систем отопления. Она, при прочих равных условиях, сильно влияет на удельное теплопотребление;  

 - длительностью стояния разной среднесуточной температуры наружного воздуха и длительностью отопительного периода, которая определяет график Россандера и значение годового числа часов использования максимальной тепловой нагрузки. 

2) удельного потребления тепла и электроэнергии на одного жителя в рассматриваемой климатической зоне. Выбор именно этого показателя основан на предварительном расчете и анализе ряда частных показателей по обеспеченности населения жилой и общей площадью, по этажности застройки и теплотехническим характеристикам зданий (кирпичные, панельные постройки и др.), обеспеченности квартир газовыми или электроплитами. В зависимости от обеспеченности населения общей площадью, этажности застройки и теплотехнических характеристик зданий удельное часовое теплопотребление может меняться в очень широком диапазоне (таблица 127).

Таблица127 -   Удельная потребность в тепле на отопление и ГВС

Расчетная температура наружного воздуха		Обеспеченность общей площадью
		25 м2/чел			30 м2/чел
		Здания 1-3 этажа	Здания 4-10 этажей		Здания 1-3 этажа	Здания 4-10 этажей
-43	Республика Коми	4590 (13, 4)	2460 (7, 3)	2710 (8, 0)	2250 (6, 7)	2900 (8, 5)	2630 (7, 8)
Часовая - ккал/ч чел (Годовая - Гкал/ч чел)

 

Очевидна следующая тенденция изменения этого показателя: по мере внедрения энергосбережения при строительстве жилых и общественных зданий удельное теплопотребление будет снижаться, а по мере роста обеспеченности населения общей площадью – возрастать. 

По электроэнергии прогнозируется только удельное годовое электропотребление каждого городского жителя. При этом все оценки выполняются по его среднему значению для каждой обеспеченности общей площадью, т.е. при допущении, что охват плитами каждого типа составляет 50% (таблица 128).

 

Таблица128 -   Удельное годовое электропотребление населения, кВт ч/чел

Обеспеченность плитами для пищеприготовления	Обеспеченность общей площадью, м2/чел
	25	30
Газовые	2214	2678
Стационарный электрические	2744	3304
Среднее значение	2480	2990

 

Выявленные диапазоны значений удельного часового и годового теплопотребления и годового электропотребления используются далее для определения суммарной перспективной потребности жилищно-коммунального хозяйства города в тепле и электроэнергии. 

Выбор источников производства тепла и электроэнергии при комбинированной схеме энергоснабжения осуществляется на примере рассмотрения типовых двухблочных ТЭЦ различной мощности (таблица 129), условно разделенных на 3 группы (мелкие, средние, крупные). Как показано ниже, деление ТЭЦ на группы принципиально важно и для последующего укрупненного представления схемы передачи тепла от ТЭЦ до потребителей. Для раздельной схемы рассматриваются крупные конденсационные электростанции разного типа (АЭС, ПГЭС) и котельные разной производительности на газе.

Таблица129 -   Технико-экономические показатели типовых двухблочных ТЭЦ

Тип оборудования	Установленная мощность, МВт	Часовой отпуск тепла, Гкал/ч		Удельные капиталовложения, долл США/кВт (по состоянию на 2007 г)
		от двух блоков	от ТЭЦ
1 Мелкие ТЭЦ
ГТУ-6+КУ	2*6=12	12, 5*2=25	50	1475-1620
ГТУ-16+КУ	2*16=32	21, 5*2=43	86	1385-1520
ПГУ-16 (2ГТУ-6+Т-4)+КУ	2*16=32	10*2=20	40	1675-1840
2. Средние ТЭЦ
ГТУ-25	2*25=50	33, 8*2=67, 6	135, 2	1290-1415
ПГУ-46 (2*ГТУ-16+Т-14)	2*46=92	32, 2*2=64, 4	128, 8	1575-1730
ПГУ-70(2*ГТУ-25+Т-20)	2*70=140	50, 7*2=101, 4	202, 8	1465-1610
3. Крупные ТЭЦ
ГТУ-110	2*110=220	149*2=298	595	990-1085
ПГУ-450 (2*ГТУ-150+Т-150)	2*450=900	354*2=708	1416	1120-1230
Т-115-130	2*115=230	175*2=350	700	1790-1985

 

На основе приведенных в таблице 130 данных производства тепла и электроэнергии ТЭЦ разного типа для города (района), в рассматриваемой климатической зоне рассчитывается количество ТЭЦ разной тепловой мощности, необходимых для его полного обеспечения теплом. Часовая потребность города в тепле определяется как произведение удельного часового теплопотребления на численность населения города.

Как видно из таблицы 130, при потребности в тепле МО ГО «Инта» 155 Гкал/ч (с учетом увеличения численности населения) не имеет смысла рассматривать любой из трех типов крупных ТЭЦ, т.к. отпуск тепла даже от одной крупной электростанции кратно превышает дополнительную потребность района в тепле. Вместе с тем, при максимальной потребности города в тепле вызывает сомнение и целесообразность сооружения чрезмерно большого числа мелких ТЭЦ. 

На основе подобного анализа отсеивается часть альтернативных типов ТЭЦ для проведения дальнейших расчетов эффективности комбинированной и раздельной схем энергоснабжения. Следующим этапом будет определение количества и мощности ТЭЦ с учетом перспективных нагрузок, на котором оптимизируется окончательные мощности ТЭЦ для города в целом.

Таблица130 -   Количество ТЭЦ разной мощности, способных обеспечить приросты часовой потребности районов МОГО «Инта» в тепле

Тип оборудования	Отпуск тепла от ТЭЦ, Гкал/ч	Количество ТЭЦ при разных вариантах часового потребления города
		135 Гкал/ч	155 Гкал/ч
1 Мелкие ТЭЦ
2*ГТУ-6	50	2, 7	3, 1
2*ГТУ-16	86	1, 6	1, 8
2*ПГУ-16	40	3, 4	3, 9
2. Средние ТЭЦ
2*ГТУ-25	135, 2	1, 0	1, 1
2*ПГУ-46	128, 8	1, 05	1, 2
2*ПГУ-70	202, 8	0, 7	0, 8
3. Крупные ТЭЦ
2*ГТУ-110	595	-	-
2*ПГУ-450	1416	-	-
2*Т-115-130	700	-	-

 

Оценка сравнительной эффективности теплофикации в локальном разрезе

Показателем экономической (общественной) эффективности каждого варианта энергоснабжения города (района) являются суммарные дисконтированные затраты на обеспечение его потребности в тепле и электроэнергии. При определении этой эффективности сопоставляемые варианты приводятся к равному отпуску тепла и электроэнергии.

Сопоставимость разных вариантов комбинированной и раздельной схем энергоснабжения по отпуску тепла обеспечивается тем, что каждый вариант полностью обеспечивает потребность города в тепле за счет собственных источников (ТЭЦ, котельных). Поскольку электропотребление города при этом может обеспечиваться как от собственных источников (ТЭЦ), так и от энергосистемы, то выравнивание вариантов осуществляется через покупку или продажу электроэнергии из (в) энергосистемы. Для случая, когда ТЭЦ при работе по тепловому графику не обеспечивают потребность города в электроэнергии, определяются удельные дисконтированные затраты на отпуск электроэнергии при загрузке ТЭЦ по конденсационному режиму. Если удельные затраты на ТЭЦ в конденсационном режиме выше цены покупки электроэнергии из энергосистемы, то ТЭЦ загружается лишь по тепловому графику, а недостающая городу электроэнергия покупается у энергосистемы. Если удельные затраты на ТЭЦ при работе в конденсационном режиме ниже цены покупки электроэнергии из энергосистемы, то ТЭЦ загружается по конденсационному режиму до такого числа часов использования их мощности, при котором полностью обеспечивается потребность города в электроэнергии. Только недостаток электроэнергии, сверх отпускаемой ТЭЦ при ее предельной загрузке, дополнительно покупается из энергосистемы. С определенной степенью условности предельно допустимая выработка ТЭЦ определяется в работе при годовой продолжительности работы всех ТЭЦ равной 6500 часов.

Если отпуск электроэнергии ТЭЦ при ее работе по тепловому графику будет превышать потребность города в электроэнергии, избыток энергии продается в энергосистему по величине затрат на отпуск электроэнергии замыкающими АЭС, КЭС на угле или ПГЭС. При раздельной схеме энергоснабжения, именно этими замыкающими электростанциями, рассматриваемыми альтернативно, полностью обеспечивается потребность города в электроэнергии.

Необходимость покупки электроэнергии представляет собой дополнительные затраты по варианту; возможность продажи электроэнергии, напротив, снижает выработку других электростанций энергосистемы и учитывается как снижение затрат по варианту.

В состав суммарных дисконтированных затрат по каждому варианту включаются:

- затраты на ТЭЦ или котельные (с учетом потерь в тепловых сетях через - изоляцию и расхода электроэнергии на транспорт теплоносителя, определяемого потерей давления по тракту);

- затраты на тепловые сети;

- затраты на электрические сети: либо на присоединение ТЭЦ к городской электрической сети при комбинированной схеме энергоснабжения, либо на покупку электроэнергии от электрической сети высшего напряжения в городскую электрическую сеть напряжением 110 кВ при раздельной схеме энергоснабжения;

 - затраты на покупку или экономия от продажи электроэнергии из (в) энергосистемы для выравнивания разных вариантов комбинированной схемы энергоснабжения.

На рисунке 109 приведены данные расчета суммарных дисконтированных затрат на раздельную и комбинированную схемы энергоснабжения города при низком значении удельного теплопотребления, норме дисконта 10% и минимальном значении цен топлива. 

Раздельная схема рассчитана при сочетании угольной КЭС и котельной на газе, а комбинированная схема – для четырех типов ТЭЦ (ГТУ-6, ГТУ-16, ГТУ-25 и ПГУ-70) при минимальном значении их удельных капиталовложений.

На рисунке 109 видна предпочтительность комбинированной схемы энергоснабжения практически во всем диапазоне плотности населения, но при плотности менее 2 тыс чел./км2 наиболее эффективными представляются ГТУ-6 

При плотности населения сверх 10 тыс. чел./км2 крупные ТЭЦ имеют наибольшие экономические преимущества не только перед раздельной, но и перед комбинированной схемой энергоснабжения на базе мелких и средних ТЭЦ.

Рисунок109 - Эффективность комбинированной и раздельной схем энергоснабжения

 

Анализ выше приведенного материала позволяет сформулировать следующие принципиальные выводы:

- теплопотребление городов разделяют на три группы в зависимости от плотности населения: менее 2 тыс. чел./км2, 2-10 тыс. чел./км2 и сверх 10 тыс.чел./км2;

- прирост теплопотребления по каждой из выделенных групп определяется с помощью обобщенного показателя - удельного (часового и годового) теплопотребления;

- при формировании комбинированной и частично-раздельной схемы энергоснабжения допустимо менять состав или сокращать количество вариантов по сравнению с рассмотренными в таблице 28 и 29: среди мелких ТЭЦ можно ограничиться рассмотрением ГТУ-6 и ПГУ-16, среди средних – ГТУ-25 и ПГУ-70, крупных – ПТУ-110, ПГУ-450 и Т-115.

Влияние ключевых системных факторов на долю ТЭЦ в структуре установленной мощности и в структуре производства тепла.

Важными обобщенными показателями эффективности теплофикации являются динамика доли ТЭЦ в установленной мощности электростанций и динамика доли ТЭЦ в производстве централизованного тепла. 

На рисунке 110 показана динамика этих показателей. 

В каждом из рассмотренных сценариев просматривается четкая тенденция снижения доли ТЭЦ в структуре установленной мощности (на 7-10 %  к 2030 г. по сравнению с отчетным 2008 г.) при увеличении их доли в суммарном производстве тепла (на 3-4% к 2030 г. по сравнению с отчетным 2008 г.). В определенной степени такая тенденция предопределена прогнозируемым соотношением между ростом электропотребления и теплопотребления в России в период до 2030 г.: в зависимости от сценария объем потребления электроэнергии к 2030 году увеличится в 1, 82-1, 52 раза, тогда как объем потребляемой тепловой энергии – всего в 1, 18-1, 11 раза.

Рисунок110 - Изменение доли ТЭЦ в структуре установленной мощности и в структуре производства тепла при: 1-благоприятном, 2- энергоэффективном сценарии энергопотребления

 

Таким образом, анализ позволяет сделать вывод об эффективности дальнейшего развития теплофикации, в первую очередь с использованием прогрессивных парогазовых и газотурбинных установок. Однако следует иметь в виду, что удельный вес ТЭЦ в структуре генерирующих мощностей в перспективе будет сокращаться из-за медленного роста потребности в централизованном тепле и его рост должен достигаться за счет снижения удельного веса котельных (котельнизации).

⇐ Предыдущая29303132333435363738Следующая ⇒

Поделиться: