Диссертация (1143937), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Большая часть газа низкого давления после ДГА иредукционного клапана направляется потребителям, а часть – на топливный элемент и бойлер(огневой подогреватель). Топливный элемент вырабатывает электрическую энергию, авыходящие из него газы высокой температуры направляются на подогреватель входящего наГРС газа. Бойлер подключается по мере необходимости для дополнительного нагрева газапродуктами сгорания. В работе также рассматривается возможность применения двух ДГА впаре с тем же топливным элементом, каждый из которых рассчитан на меньшие расходы газа.Такая реализация установки позволит увеличить диапазон работы установки в сторону малыхрасходов газа, типичных для летнего периода.
Абсолютный электрический КПД описываемойгибридной установки ηэ колеблется в пределах от 0,54 для периодов с малым расходом газачерез ГРС до максимального значения 0,85.Рисунок 1.7 – Схема гибридной установки ДГА-топливный элемент [71]21СовместнаяработаДГАитеплового насосаописанавработеученыхизТехнологического университета г. Шахруд, Иран [87]. Тепловая энергия теплового насосагеотермального типа используется для подогрева природного газа перед ДГА, рисунок 1.8. Всвою очередь, электродвигатель компрессора теплового насоса приводится электроэнергией,сгенерированной ДГА. Учитывая, что коэффициент преобразования геотермального тепловогонасоса составляет не меньше 3, предложенная схема является технологически оправданной.Использование солнечной энергии для непосредственного подогрева газа перед ДГАявляется возможным и оправданным для регионов с высокой солнечной активностью.
Иранскиеученые показывают [48], что срок окупаемости таких гибридных установок может составлять3,5 года ввиду их простоты и высокой эффективности.Рисунок 1.8 – Схема гибридной установки ДГА-тепловой насос [87]22Итак, в качестве источника тепловой энергии для подогрева газа ДГА большоймощности обычно используются:1.Сжигание органического топлива;2.Уходящие газы газовых турбин;3.Теплота технологических процессов;4.Циркуляционная вода установок генерации холода (осуществляется подогрев газапосле ДГА);5.Сетевая вода (прямая или обратная) ТЭЦ, циркуляционная вода ТЭЦ;6.Газ, охлаждаемый после центробежного нагнетателя на газокомпрессорнойстанции (подогрев газа за ДГА).Для ДГА малой мощности возможными вариантами являются:7.Уходящие газы топливных элементов;8.Теплота, генерируемая тепловыми насосами;9.Нагрев системой сбора солнечной энергии.Как можно заметить, существует множество источников теплоты для подогрева газаперед ДГА.
Для ДГА большой и малой мощности целесообразно применение различныхисточников теплоты.1.3.Определениевостребованногомощностногодиапазонадетандер-генераторных агрегатовВопрос о выборемощности установки неразрывно связан с вопросом реализациигенерируемой электрической энергии. Электрическая энергия можетрасходоваться насобственные нужды объектов газотранспортной системы, промышленных предприятий, гдеустановлены ДГА, или реализовываться в централизованную электрическую сеть.Возможность реализации энергии в сеть регулируется законодательством каждойстраны. В Европе, Японии, США, Китае индивидуальные производители электрическойэнергии вправе продавать излишки сгенерированной энергии в централизованную сеть.Тарифы, установленные на покупку такой энергии энергетическими компаниями, зачастуюпревышают тарифы, по которым потребители покупают энергию из централизованной сети.Таким образом, происходит стимулирование использования возобновляемых энергетическихресурсов и уменьшение сроков окупаемости оборудования.
На настоящий момент в Россиизаконодательство не разрешает реализацию энергии в сеть индивидуальным генераторам.Исключения являются единичными и не изменяют общей картины. Это является серьезнымпрепятствием в развитии генерации на возобновляемых источниках энергии и использовании23ВЭР. Вопрос о снятии такого запрета уже активно обсуждается [5], но учитываямонополизированность рынка генерации в России, нет надежды на скорое решение проблемы.Генерация только на собственные нужды резко сужает круг возможных примененийДГА большой мощности индивидуальными генераторами.
Решения с комбинированнымимини-ТЭЦ и ДГА, применяемые во всем мире газораспределительными компаниями, в Россиисейчаснеосуществимы.потреблениемПрименениеэлектроэнергииДГАнапромышленныхвозможно,нопредприятияхзатруднительносрешениебольшимвопросаманеврирования таких ДГА. При невозможности сбросить излишки энергии в сеть, необходимопереводить ДГА в частичные режимы работы, что нежелательно с точки зрения эффективностии вибрационного состояния установки, а также ведет к увеличению срока окупаемостисистемы. Установка ДГА даже большой мощности на ТЭЦ, вероятно, не являетсяпринципиально интересной для больших генераторов.
К примеру, 2 агрегата ДГА-5000 АО«Криокор» на ТЭЦ-21 в Москве имеют установленную мощность 10 МВт, что составляет всего0,56% от установленной электрической мощности ТЭЦ 1800 МВт. Рынок ДГА, очевидно, будетразвиватьсяактивно только сучастием индивидуальныхгенераторовприналичиисоответствующей законодательной базы и налоговых/тарифных льгот.Рассмотрим более подробно вопрос определения необходимой мощности ДГА,применяемых для генерации на собственные нужды объектов газотранспортной системы.В газораспределительных системах всего мира число ГРС большой пропускнойспособности значительно меньше числа ГРС с малыми расходами газа. Малые ГРС и ГРПустановлены для газоснабжения небольших населенных пунктов, небольших промышленныхпредприятий.
Небольшие размеры этих объектов газотранспортной системы определяют какмалый потенциал генерации на них, так и малую потребляемую электрическую мощность такихобъектов.На рисунке 1.9 приводится гистограмма количества ГРС/ГРП с заданным диапазономпотенциала генерируемой мощности в Province of Alberta, Канада [56], учтены только станции сотношением давления входа и выхода более 3 (π≥3). Как видно из рисунка, на 22 станциях из58, или почти на 40% станций, потенциал генерации не превышает 100 кВт.На Украине на 35 из 1449 ГРС возможно получение мощности на ДГА более 2,5 МВт, накаждой из остальных станций возможна выработка мощности не более 1 МВт [8].В Англии были проанализированы данные по потенциалу генерации ДГА на ГРС [57].Всего подвергнуты анализу были 800 станций, из них 9,5% обладают потенциалом свыше1 МВт, 15% – от 500кВт до 1 МВт, 25,5% – от 250 кВт до 500 кВт, оставшиеся 50% – менее500 кВт.24Рисунок 1.9 – Потенциал генерации на ГРС/ГРП Province of Alberta, Канада [56]Оценка потребляемой электрической мощности для объектов ООО «Газпром трансгазСанкт-Петербург», выполненная в работе Г.А.
Фокина [42], показывает следующие значения:1.Потребители линейной части магистральных газопроводов потребляют суммарнодо 3,5 МВт электрической энергии, при этом 221 потребитель нуждается вмощности 0,5…3 кВт, 820 потребителей требуют 3 кВт, а еще 10 потребителей –10 кВт электрической энергии;2.Компрессорные станции потребляют 350…600 кВт на одну станцию, суммарнаяпотребляемая электрическая мощность КС ООО «Газпром трансгаз СанктПетербург» составляет 5250…9000 кВт;3.Газораспределительные станции потребляют суммарно до 2500 кВт электрическоймощности, классификация ГРС по потребляемой мощности представлена нарисунке 1.10.Анализируя приведенные данные можно заметить, что потребляемая ГРС насобственные нужды мощность ниже потенциала генерации, что, однако, может бытьскомпенсировано энергообеспечением потребителей линейной части или компрессорныхстанций.
Такое решение является оправданным, учитывая суммарную электрическуюмощность,потребляемуюобъектамиОООсобственные нужды, не менее 10 МВт [42].«ГазпромтрансгазСанкт-Петербург»наКоличество ГРС, шт.2516014012010080604020014536До 10 кВтОт 10 до20 кВт205От 20 до45 кВтБолее 45кВтРисунок 1.10 – Потребности в электрической мощности различных ГРС ООО «ГазпромТрансгаз Санкт-Петербург» [42]Таким образом, ДГА малой мощности (до 100 кВт) являются чрезвычайновостребованными на объектах газотранспортной системы, что определяется как потенциаломгенерируемой мощности, так и потребностями объектов в электрической энергии.
В России,ввиду упомянутых выше законодательных ограничений на отпуск энергии индивидуальныхгенераторов в сеть, в настоящее время потенциальный рынок ДГА закономерно смещен всторону установок малой мощности, движение в сторону увеличения единичной мощностиагрегатов возможно с изменением законодательства.1.4.Определение конструктивного облика детандер-генераторных агрегатовмалой мощностиКак отмечалось во введении к текущей главе, необходимо производить снижениетехнологической сложности и стоимости установок. При этом важным является повышениеэксплуатационных показателей в части эрозионной стойкости, снижения требований к качествурабочего тела и стабильной работы в широком диапазоне режимов.Основными элементами ДГА являются турбина, электрический генератор, а также внекоторых случаях редуктор, они же и определяют технологическую сложность и стоимостьустановки в целом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
