ОЦІНКА ЕФЕКТИВНОСТІ ПАРОГАЗОВИХ УСТАНОВОК З ІНТЕГРАЦІЄЮ ТВЕРДООКСИДНИХ ПАЛИВНИХ ЕЛЕМЕНТІВ

Автор(и)

  • Андрій Костіков Інституту проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України, Україна https://orcid.org/0000-0001-6076-1942
  • Віктория Тарасова Інститут проблем машинобудуваня ім. А.М. Підгорного НАН України, Україна http://orcid.org/0000-0002-5180-8830
  • Михайло Кузнецов Інституту проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України, Україна https://orcid.org/0000-0002-5180-8830
  • Микола Ганжа Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України, Україна
  • Андрій Мазур Інституту проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України, Україна https://orcid.org/0000-0003-2864-4943

DOI:

https://doi.org/10.20998/2413-4295.2022.04.01

Ключові слова:

парова турбіна, газотурбінна установка, комбінований цикл, твердооксидний паливний елемент, енергетична ефективність, модернізація

Анотація

На сьогодні вкрай актуальною задачею є збільшення генерації електроенергії в Україні, яку можна вирішити за короткий термін не скільки створенням нових електростанцій, скільки модернізацією потужних паросилових установок існуючих теплоелектростанцій. Розроблено концептуальні рішення використання газотурбінного циклу та технології твердооксидних паливних елементів (ТОПЕ) як надбудови до існуючих потужних паротурбінних установок (ПТУ) для підвищення ефективності та екологічності їх роботи. У роботі розглянуто шляхи комплексної модернізації на прикладі енергоблоків ТЕЦ-5 м. Харкова з турбінами Т-110/120-130. Як надбудову запропоновано використання газотурбінної установки (ГТУ) ГТЕ-60 потужністю 60 МВт, що виробляється на підприємстві ДП НВКГ «Зоря-Машпроект», м. Миколаїв. Також розглянуто інтеграцію у парогазову схему «Т-110/120-130 – ГТЕ-60» модульної установки ТОПЕ з внутрішнім риформінгом сумарною потужністю 20 МВт, яку скомпоновано з 40 трубчастих паливних елементів потужністю 500 кВт. При дослідженні конденсаційного режиму роботи ПТУ отримано наступні результати: електричний ККД стандартної схеми паралельного підключення ГТУ до ПТУ з підведенням виробленої у котлі-утилізаторі пари до частини середнього тиску ПТУ становить 42 %, сумарна електрична потужність установки – 170 МВт; при паралельному підключенні ГТУ до ПТУ з підведенням виробленої у котлі-утилізаторі пари до частини високого тиску (ЧВТ) електричний ККД сягає 44,75 %, сумарна електрична потужність становить 170 МВт (при роботі такої схеми у котлі-утилізаторі здійснюється перегрів пари за рахунок додаткового спалення газу); скидна схема підключення ГТУ до ПТУ з ТОПЕ та заміщенням регенерації забезпечує електричний ККД 46 % та сумарну електричну потужність 190 МВт; у схемі паралельного підключення ГТУ та ТОПЕ до ПТУ з підведенням виробленої пари до ЧВТ електричний ККД складає 49,4 % при сумарній електричній потужності 190 МВт. Проведено порівняльний енергетичний аналіз різних варіантів комбінованих схемних рішень щодо модернізації діючого енергоблоку ТЕЦ-5, який показав, що найбільше підвищення електричного ККД на 12 % порівняно з діючою паровою турбіною Т-100/120-130 досягається у схемі паралельного підключення ГТУ ГТЕ-60 до неї з допалюванням газу у котлі-утилізаторі та ТОПЕ сумарної потужності 20 МВт.

Біографія автора

Віктория Тарасова, Інститут проблем машинобудуваня ім. А.М. Підгорного НАН України

старший науковий співробітник відділу модельвання иа ідентифікації теплових процесів, к.т.н.

Посилання

Basu S., Debnath A. K. Power plant instrumentation and control handbook. A guide to thermal power plants. 2nd ed. Academic Press, 2019, 1152 p.

Rai A. K., Pandey M., Baredar P. Super critical thermal power plant boiler efficiency calculation using imported coal. Int. J. for Research in Appl. Science & Eng. Technology, 2017, vol. 5 (9), pp. 709–717, doi: 10.22214/IJRASET.2017.9104.

Siemens Energy Steam Turbines. Available at: https://www.siemens-energy.com/global/en/offerings/ power-generation/steam-turbines/steam-turbines-in-combined-cycle-power-plants.html (accessed 30.11.2022).

Leo T. J., Perez-Grande I., Perez-del-Notario P. Gas turbine turbocharged by a steam turbine: a gas turbine solution increasing combined power plant efficiency and power. Appl. Therm. Eng., 2003, Vol. 23 (15), pp. 1913–1929, doi: 10.1016/S1359-4311(03)00144-3.

Khalatov A. A., Karp I. N., Kutsan Yu. G. Energeticheskoye gazoturbostroyeniye: perspektivy ispolzovaniya v energetike Ukrainy [Energy gas turbine construction: prospects for use in the energy sector of Ukraine]. Visn. Nac. Akad. Nauk Ukr., 2015, no. 11, pp. 52–58, doi: 10.15407/visn2015.11.052.

Khalatov A. A. Parohazovi ustanovky v enerhetytsi: suchasnyy stan i perspektyvy rozvytku v Ukrayini [Steam and gas plants in the energy industry: current state and development prospects in Ukraine]. Nauchnyye i prikladnyye voprosy promyshlennogo gazoturbostroyeniya (collection of published articles). Kyiv. ITTF NAS of Ukraine, 2014, Vol. 1, pp. 41–52.

Leontyev R. A. Rassokhin V. A. Osnovnyye puti povysheniya ekonomichnosti gazoparovykh ustanovok [The main ways to increase the efficiency of gas-steam plants]. Nauchno-tekhnicheskiye vedomosti SPbGPU. Nauka i obrazovaniye, 2012, no. 2 (2), pp. 40–47.

Romanov V. V., Raimov R. I., Chernyy G. V. Novyye gazoturbinnyye ustanovki moshchnostyu 45 i 60 MW razrabotki GP NPKG «Zorya-Mashproyekt» i vysokoeffektivnyye energeticheskiye ustanovki na ikh osnove v energetike Ukrainy [New gas turbine units with a capacity of 45 and 60 MW developed by SE "Zorya-Mashproekt" and highly efficient power plants based on them in the energy sector of Ukraine]. Intehrovani tekhnolohiyi ta enerhozberezhennya, 2008, no. 2, pp. 155–161.

Engines of State Enterprise "Zorya-Mashproekt". Available at: https://zmturbines.com/serial-production/engines (accessed 07.07.2022).

Sharaf O. Z., Orhan M. F. An overview of fuel cell technology: Fundamentals and applications. Renew. Sust. Energ. Rev., 2014, Vol. 32, pp. 810–853, doi: 10.1016/j.rser.2014.01.012.

Welaya Y. M. A., Mosleh M., Ammar N. R. Thermodynamic analysis of a combined gas turbine power plant with a solid oxide fuel cell for marine applications. Int. J. Nav. Archit. Ocean Eng., 2013, Vol. 5 (4), pp. 529–545, doi: 10.2478/IJNAOE-2013-0151.

Cheddie D. F. Integration of A Solid Oxide Fuel Cell into A 10 MW Gas Turbine Power Plant. Energies, 2010, vol. 3 (4), pp. 754-769, doi: 10.3390/en3040754.

Kharkiv Combined Heat and Power Plant No 5: official site. Available at: https://www.tec5.kharkov.ua/eng/index.php (accessed 30.11.2022).

Rusanov A. V., Kostikov A. O., Shubenko O. L., Kharlampidi D. Kh., Tarasova V. O., Senetskyi O. V. Highly efficient cogeneration power plant with deep regeneration based on air Braiton cycle. J. Mech. Eng., 2019, vol. 22 (4), pp. 12–23, doi: 10.15407/pmach2019.04.012.

Tarasova V., Kuznetsov M., Ganzha M., Litvinenko M. Optimization of the thermodynamic cycle of a combined-cycle power plant. 2021 IEEE 2nd KhPI Week on Advanced Technology (KhPI Week). Proceedings of the conference (September 13-17, 2021, Kharkiv, Ukraine). IEEE, 2021, pp. 208–212, doi: 10.1109/KhPIWeek53812.2021.9570103.

Kostikov A., Tarasova V., Kuznetsov M., Satayev M., Kharlampidi D. Thermoeconomical optimization of a regenerative air turbine cogeneration system. J. Therm. Eng., 2021, Vol. 7 (7), pp. 1719–1730, doi: 10.18186/thermal.1025958.

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-12-28

Як цитувати

Костіков, А. ., Тарасова, В. ., Кузнецов, М. ., Ганжа , М. ., & Мазур, А. . (2022). ОЦІНКА ЕФЕКТИВНОСТІ ПАРОГАЗОВИХ УСТАНОВОК З ІНТЕГРАЦІЄЮ ТВЕРДООКСИДНИХ ПАЛИВНИХ ЕЛЕМЕНТІВ. Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Нові рішення у сучасних технологіях, (4(14), 3–10. https://doi.org/10.20998/2413-4295.2022.04.01

Номер

Розділ

Енергетика, машинобудування та технології конструкційних матеріалів