2.4 Комбинированная выработка тепловой и электрической энергии
Россия является самой холодной страной и на отопление расходуется от 35% до 40% вырабатываемых ресурсов. В то же время на электрических станциях превращается в электрическую энергию не больше 40% теплоты сжигаемого топлива, а более 50% теряется с охлаждающей водой. При этом уменьшается работа, совершаемая в турбине. Но отработанный пар имеющий такую температуру можно направить в теплообменник и подогреть воду для нужд теплоснабжения.
Совместная выработка тепла и электрической энергии называется комбинированной. Тепловая и электрическая нагрузки не совпадают: летом – отопительная нагрузка = 0, а электрическая энергия потребляется столько же сколько и зимой. График электрической нагрузки выполняется крупными ГРЭС, ТЭС и АЭС, а ТЭЦ работает по тепловому графику. В России по теплофикационному циклу вырабатывают 20-25% электрической энергии. Эту цифру можно увеличить.
2.5 Газотурбинные и парогазовые установки (гту и пгу)
В настоящее время газотурбинные и парогазовые установки являютсяся самыми перспективными из всех установок для пр-ва тепловой и электрической энергии. Применение этих установок во многих странах мира позволило значительно повысить экономичность станции и улучшить экологию.
Принцип работы газовой турбины такой же, как и паровой: продукты сгорания разгоняются до скорости 300 м/с и более, они давят на лопатки турбины при их обтекании и тем самым вращают ротор турбины, соединенный с электрогенератором. КПД ГТУ тем больше, чем выше температура газов на входе в ГТУ. Эта температура определяется жаропрочностью элементов газовой турбины. Отработанный в ГТУ газ выходит из турбины с температурой 500ºС. Теплоту этих газов можно использовать для получения пара, который совершает работу в паровой турбине и тем самым увеличивается КПД цикла. Max КПД ПГУ составляет 58%, планируется его увеличение до 60%.
В камеру сгорания ГТУ подается топливо и сжатый в компрессоре воздух. Образовавшиеся продукты сгорания поступают в газовую турбину. В современных ГТУ существует система охлаждения ее деталей. Это связано с высокими температурами на входе в газовую турбину (1000 - 1300ºС). Из условий длительности работы элементов газовой турбины, температура этих газов не должна превышать 900 С. Для охлаждения обычно используют воздух, отбираемый за отдельными ступенями компрессора. Температура газов на выходе из ГТУ в зависимости от начальной температуры воздуха и степени сжатия в компрессоре составляют 500-600С. После газовой турбины продукты сгорания поступают в котел-утилизатор, где отдают часть своего тепла рабочему телу, которое циркулирует в контуре. Полученный в котле-утилизаторе перегретый пар вращает паровую турбину.
Перспективным является использование ТЭС, работающих на природном газе. В них можно смонтировать несколько газовых турбин необходимой мощности. Постепенно, действующие паровые котлы, которые выработали свой ресурс, можно заменить на котлы-утилизаторы. Оставшуюся схему станции, т.е. паровая турбина, паропроводы, водоподготовка, электрическая часть, можно использовать без капитальных затрат. Как показывает зарубежный опыт, при таком варианте реконструкции удельная стоимость надстройки составит от 400 до 500 дол. за кВт. Такая надстройка дает возможность снизить температуру перегретого пара без значительного снижения КПД станции, а снижение параметров пара увеличивает ресурс работы оборудования в 3-5 раз.