Отзыв оппонента (Разработка методических основ и моделей оценки влияния уровня развития паротурбинных технологий на технико-экономические показатели эксплуатации высокотемпературных угольных энергоблоков)

В диссертационный совет Д 212.157.14 ОТЗЫВ ОФИЦИАЛЬНОГО ОППОНЕНТА доктора технических наук, академика РАН Филиппова Сергея Петровича на диссертационную работу Комарова Ивана Игоревича на тему: «Разработка методических основ и моделей оценки влияния уровня развития паротурбинных технологий на технико-экономические показатели эксплуатации высокотемпературных угольных энергоблоков», представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.01 — Энергетические системы и комплексы Актуальность темы исследования В обозримой перспективе функционирование и развитие электроэнергетики России будет неразрывно связано с использованием органических топлив. Значительное место в обеспечении экономики страны электрической энергией занимает угольная генерация, доля которой особенно велика в структуре установленной мощности ТЭС в восточной части России, богатой углями.

Эти регионы в ближайшее время могут стать территориями опережающего развития, что потребует адекватного роста производства электроэнергии, в том числе, на основе угольной электрогенерации. Сегодня наиболее эффективно процесс преобразования химической энергии угольного топлива в электрическую энергию осуществляется в паротурбинном цикле тепловых электрических станций, дальнейшее совершенствование которого неразрывно связано с повышением термодинамических параметров свежего пара и пара промежуточного перегрева. Очевидно, что повышение параметров пара (температуры свыше 600 'С и давления более 30 МПа) требует применения новых конструкционных материалов для изготовления многих ответственных элементов паровых котлов и турбин, а также некоторых видов вспомогательного оборудования.

Потребуются новые марки высоколегированных марок сталей и сплавов, способных сохранять прочностные свойства длительное время под воздействием высоких температур и работе в агрессивной среде. Экономическая целесообразность перехода на более высокий уровень начальных параметров рабочего тела при строительстве новых угольных ТЭС определяется многими факторами, в частности, соотношением между приростом капитальных вложений на сооружение новых генерирующих объектов и увеличением КПД энергоблока, что снижает топливную составляющую себестоимости отпуска электроэнергии, а также макроэкономическими условиями функционирования Единой энергетической системы. Ключевым параметром внешнеэкономического окружения ТЭС является цена на топливо, увеличение которой, как известно, делает оправданным создание и применение более дорогих, но энергетически более эффективных технологий.

Конечно, данная задача является оптимизационной. В этой связи актуальной научной задачей является разработка методических основ и модельных средств для оценки влияния уровня технического развития паротурбинных технологий на технико-экономические показатели ТЭ С с повышенными параметрами рабочего тела. Решение данной задачи требует, в частности, разработки корректных методов прогнозирования стоимости основного энергетического оборудования и капитальных затрат в сооружение энергоблоков в целом и получения количественных оценок КПД нетто высокотемпературных паротурбинных установок. Перечисленные научные проблемы получили решение в диссертационном исследовании, представленном для оппонирования. Следовательно, тема данного исследования несомненно обладает актуальностью.

Содержание работы Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка условных обозначений, списка литературы и одного приложения. Во введении достаточно четко определены объект исследований, цели и задачи работы, а также положения, выносимые на защиту. В первой главе изложены результаты выполненного исследования текущего состояния и проблем развития теплоэнергетики страны, а также обзора существующих и перспективных технологий угольной электро генерации. Показано, что магистральным направлением развития данного сектора электроэнергетики остается повышение параметров рабочего тела паротурбинных установок. В целях обоснования возможности создания энергоблоков на повышенные параметры пара автором проведен анализ состояния разработок в области создания жаропрочных материалов.

Рассмотрены конструкционные материалы для изготовления высокотемпературных элементов основного оборудования паротурбинных установок, работающего при температуре водяного пара 540-720'С и давлении 24-35 МПа. Представлены зависимости стоимости материалов от их рабочей температуры. В конце главы дан анализ методов оценки стоимости основного энергетического оборудования, обсуждены их основные достоинства и недостатки, показана необходимость разработки более корректного подхода применительно к решаемым в диссертационной работе задачам. Во второй главе приведены результаты оптимизации тепловых схем высокотемпературных паротурбинных установок и количественные оценки изменения КПД нетто энергоблока от начальных параметров пара.

Исследование тепловых схем автор проводил методом вариантных расчетов. Большое внимание в данной главе уделено исследованию влияния температуры питательной воды на оптимальное значение давления промежуточного перегрева пара. Третья глава посвящена разработке моделей оценки стоимости котельного агрегата и паротурбинной установки. Процесс разработки моделей включает в себя следующие этапы: а) исследование факторов, оказывающих существенное влияние на стоимость энергетического оборудования; б) определение аналитических зависимостей для оценки габаритов деталей и частей энергетических агрегатов; в) формирование моделей оценки металлозатрат в элементы оборудования и разработка на их основе моделей оценки стоимости паровой турбины и котла.

Основной акцент в разработке моделей автор делает на учете изменений конструктивных параметров энергетического оборудования и структуры расходуемых конструкционных материалов (марок сталей и сплавов), использованных при изготовлении оборудования, вызванных изменением технологического уровня паротурбинных установок. В четвертой главе приводятся полученные на основе разработанных моделей, представленных в третьей главе, оценки стоимости основного энергетического оборудования и осуществляется переход к оценкам стоимости угольного энергоблока в целом.

В главе представлен анализ полученных зависимостей изменения стоимости паровой турбины и котла от начальных параметров пара и приведено обоснование формы полученных кривых. Показано, что данные зависимости имеют нелинейный характер, выявлены области начальных параметров пара с существенно различающимися темпами роста стоимостной функции.

Дано объяснение наблюдаемым эффектам. В конце главы автор объединяет полученные ранее результаты и на основе изложенной методики проводит исследование влияния уровня развития технологии угольной генерации на себестоимость отпуска электрической энергии. Таким образом, можно заключить, что автор достаточно полно рассмотрел все научно-технические аспекты, связанные с решением поставленных задач и достиг цели исследования. Степень обоснованности научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в работе, их достоверность и новизна Научная новизна работы состоит в разработке методических основ и моделей оценки стоимости основного энергетического оборудования и энергоблока в целом применительно к перспективным высокотемпературным технологиям угольной электрогенерации.

Особенности подхода состоят в детальном учете изменений структуры металлозатрат и конструктивных характеристик элементов паровой турбины и котла при повьппении термодинамических параметров рабочего тела. Применение данного подхода позволило автору получить оценки стоимости энергетического оборудования высокотемпературных паротурбинных установок в широком диапазоне изменения параметров пара, количественно определить влияние уровня развития паротурбинной технологии на технико-экономические показатели ТЭС.

В работе представлены следующие новые научные результаты, полученные лично автором: 1. Получены количественные оценки КПД нетто высокотемпературного энергоблока с однократным перегревом пара для широкого диапазона начальных параметров: Ро = 26-35 МПа, го = 580-720 'С. Установлена зависимость между оптимальным значением давления промежуточного перегрева пара и температурой питательной воды (с. 50-59).

2. Установлены зависимости массогабаритных характеристик паровой турбины и парового котла от начальных параметров пара в диапазоне: Ро = 26-35 МПа, го = 580- 720 'С (с. 127-133, 156-172). 3. Разработан комплекс математических моделей оценки стоимости паровой турбины, котельного агрегата и энергоблока в целом, базирующихся на затратном подходе, и учитывающих конструктивные изменения основного энергетического оборудования, возникающие при переходе на более высокий уровень начальных параметров пара (с. 134-140, 173-179). 4. Установлены зависимости изменения стоимости создания основного энергетического оборудования и энергоблока в целом от начальных параметров пара в диапазоне: Ро = 26-35 МПа,ге= 580-720 'С (с.

180-190). 5. Установлена зависимость себестоимости отпуска электрической энергии от начального давления и температуры пара при различных значениях цен на топливо. Определены сочетания Ро и го, при которых для текущей и прогнозных цен на топливо обеспечивается минимум удельной себестоимости отпуска электроэнергии (с. 191-198). Обоснованность и достоверность полученных научных результатов подтверждается высокой степенью детализации разработанных моделей, активным использованием в ходе выполнения работы современной научной зарубежной и отечественной литературы, актуальных статистических данных, применением комбинации различных научных подходов и методов (методы инженерного анализа, анализа конструкций, корреляционно-регрессионного анализа, метода вариантных расчетов, экономического анализа), а также активным использованием в процессе исследования программных продуктов мирового уровня. Основные результаты диссертационного исследования были опубликованы в 9 научных работах, среди которых 4 — в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России для опубликования основных результатов диссертационных исследований на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук, а также две статьи в изданиях, входящих в международные системы цитирования Ясона и %еЬ оГ Яс1епсе.

Основные результаты работы неоднократно докладывались на международных и отечественных научных конференциях. Значительное число опубликованных работ в рецензируемых журналах, включая публикации на иностранном языке, и докладов на конференциях свидетельствуют о достаточном уровне апробации полученных научных результатов и выводов. Практическая и теоретическая значимость научных результатов В диссертационной работе получили развитие методы и инструменты прогнозирования технико-экономических характеристики новых типов энергетических установок, что чрезвычайно актуально при решении задач долгосрочного прогнозирования научно-технологического развития энергетики страны.