Развитие региональной теплоэнергетики путем реконструкции котельныхв ТЭЦ малой мощности

НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОГРЕСС

РАЗВИТИЕ РЕГИОНАЛЬНОЙ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ ПУТЕМ РЕКОНСТРУКЦИИ КОТЕЛЬНЫХ В ТЭЦ МАЛОЙ МОЩНОСТИ

УДК 621.1

В. М. Лебедев, С. В. Приходько, С. В. Глухов, А. В. Коваленко Омский государственный университет путей сообщения

Изложены некоторые тенденции в развитии и совершенствовании теплоисточников применительно к ситуации, сложившейся в настоящее время в энергетике России. Особое внимание уделяется вопросу возможности создания ТЭЦ малой мощности как элемента теплофикационной системы на базе внедрения энергосберегающих технологий, выбору оборудования. Показана экономическая целесообразность инвестиционных вложений в реконструкцию промышленно-отопи-тельных котельных в ТЭЦ малой мощности при использовании собственных и заемных средств.

Ключевые слова: централизованное теплоснабжение, комбинированный способ производства тепловой и электрической энергии, газовая надстройка, промышленно-отопительная котельная, ТЭЦ малой мощности, срок окупаемости проекта реконструкции.

Вот уже 22 года мы живем в так называемом «переходном периоде» - в процессе демонтажа тех технико-социальных систем, которые существовали в Советском Союзе, и создании новых систем, соответствующих рыночной экономике западного образца.

Россия находится на пороге большого энергетического кризиса, ибо процессы, происходящие в энергетической отрасли, от которой ждут наращивания ее мощности, свидетельствуют о том, что без серьезных мер по замене, модернизации и наращиванию основных производственных фондов эта цель в короткие сроки не может быть достигнута.

Еще в 2006 году В. В. Путин, будучи Президентом РФ, заявил: «Сегодня нам становится очевидно, что естественным ограничителем при решении задачи удвоения ВВП за 10 лет является нехватка энергетических мощностей, дефицит, с которым мы уже столкнулись».

За последние два десятка лет «большая» энергетика практически не развивалась, так как существенный спад потребления энергии

в промышленности создал иллюзию благополучия в электроэнергетике, хотя износ основного оборудования электростанций достиг 65 %, и в большинстве своем это оборудование отработало не только расчетный, но и так называемый «парковый» ресурс.

В последние два десятилетия комбинированный способ производства электрической и тепловой энергии практически не внедрялся, а осуществлялся раздельный способ производства электрической и тепловой энергии, когда электроэнергия потребляется из объединенной энергосистемы, а тепловая энергия - от местных котельных.

При рассмотрении современной ситуации в теплоэнергетике с позиции энергосбережения и возможности внедрения энергосберегающих технологий отдельные крупные промышленно-отопительные котельные (ПОК) могут быть включены в состав теплофикационных систем централизованного теплоснабжения в качестве пиковых котельных (последовательно с ТЭЦ), а в отдельных случаях могут быть реконструированы в ТЭЦ малой мощности.

Если, к примеру, в Дании еще в 90-х годах прошедшего столетия на законодательном уровне было принято, что выработка тепловой энергии мощностью более одной гигакалории должна производиться комбинированным способом, то в России сотни тысяч котельных работают с несовершенными схемами и с низкими технико-экономическими показателями, естественно, без выработки собственной электроэнергии, потребляя на собственные нужды электроэнергию из энергообъединения.

Из-за инерционности развития электроэнергетики в ближайшие 10 дет наращивание электрогенерирующих мощностей в «большой» энергетике весьма проблематично, ввод мощностей может быть осуществлен в основном только на ранее построенных энергообъектах или реконструируемых, что практически не позволяет выводить из эксплуатации морально и физически изношенное оборудование как на тепловых электростанциях, так и в промышленной и муниципальной теплоэнергетике.

Обследование ряда ПОК г. Омска показало, что теплоэнергетический потенциал источников промышленных предприятий составляет около 30 % в покрытии тепловых нагрузок, однако роль этих ПОК несколько принижена, многие из них работают в неэкономичном режиме и не могут конкурировать с источниками энергосистемы.

Переход к рыночным отношениям между производителями и потребителями энергии, установление тарифов в условиях монопольного производства электроэнергии с учетом общей сложившейся в России экономической ситуации, заставляет рассматривать курс на развитие «малой» энергетики и, прежде всего, реконструкцию ПОК в ТЭЦ малой мощности для комбинированного производства электрической и тепловой энергии.

На рис. 1 мы видим процесс дросселирования острого пара, при котором теряется тепловой перепад без выработки электрической энергии.

Весьма простое предложение - вместо дроссельного редукционного устройства (РУ) поставить малогабаритную противодавленческую турбину небольшой мощности для выработки собственной электроэнергии, которая может использоваться не только на собственные нужды котельной, но и подаваться во внешнюю сеть (рис. 2).

С переводом котельных города на сжигание природного газа появляется второе принципиальное направление реконструк-

Питательная вода

Рис. 1. Фрагмент принципиальной тепловой схемы

котельной до реконструкции: ПК - паровой котел; РУ - редукционная установка

ции ПОК - применение газовых надстроек с целью рационального использования природного газа с внедрением как традиционно выпускаемых стационарных газотурбинных установок (ГТУ), так и авиационных газотурбинных двигателей, например, Омского моторостроительного предприятия им. Баранова, на котором освоены в серийном производстве авиадвигатели типа АЛ21ф-3ф электрической мощностью 20 МВт, ТВД-20 (850 кВт), ТВ7-117 (2 МВт), при этом ОМП им. Баранова может осуществлять их обслуживание, ремонт, обеспечивать необходимой документацией и запасными частями.

Рис. 2. Фрагмент принципиальной тепловой схемы ПОК,

реконструируемой в ТЭЦ малой мощности: ПК - паровой котел; РУ - редукционная установка; ПТ - паровая турбина; ЭГ - электрический генератор; ПСВ - подогреватель сетевой воды (1 и 2 ступени); СН - сетевой насос

Рис. 3. Фрагмент принципиальной тепловой схемы водогрейной котельной с газотурбинной надстройкой: ВК - воздушный компрессор; КС - камера сгорания; ГТ - газовая турбина; ЭГ - электрический генератор; КВ - котел водогрейный; ТП - тепловой потребитель; СН - сетевой насос

Для чисто отопительных котельных рационально использовать газовые надстройки со сбросом газов с температурой 450-480 °С в малогабаритные теплофикационные котлы или в существующие котлы, выполнив небольшую их реконструкцию (рис. 3, 4).

При газификации котельных и с внедрением газовых надстроек (с использованием авиационных газотурбинных двигателей) при незначительных капитальных затратах довольно быстро наращивается электрическая мощность.

В этом направлении в г. Омске за прошедшие 10 лет получена дополнительная электрическая мощность в размере 78 МВт (завод «Техуглерод» - 18 МВт, завод «Синтетического каучука» - 36 МВт, завод «Омскшина» - 12 МВт, завод «Пластмасс» - 12 МВт).

На рис. 5 изображена принципиальная тепловая схема ТЭЦ с установленными газовой и паровой турбиной (цикл Брайтона-Ренкина) со сбросом горячих газов после ГТУ в топку

Рис. 4. Фрагмент принципиальной тепловой схемы ГТУ со сбросом газов в топку котлоагрегата с дожиганием: ВК - воздушный компрессор; КС - камера сгорания; ГТ - газовая турбина; Д - деаэратор; ПН - питательный насос

парового котла-утилизатора с дожиганием, при этом полученный в котел пар номинальных параметров направляется на паровую конденсационную турбину небольшой мощности с промышленным отбором (например, П-6-3,4/0,6) или блочную турбину небольшой мощности с противодавлением (например, ТГ 3,5/10,5 Р 12/1,2; Р-4-2,1/0,3; Р-2,5-2,0/0,3; ПР-6-3,4/1,5/0,5-1; ПР-6-3,4/1,0/0,1-1).

Эффективность капиталовложений при реконструкции ПОК при использовании собственных и заемных средств определяется технико-экономическим расчетом.

Экономическую целесообразность инвестиционных вложений в реконструкцию позволяют оценить показатели общей эффективности, к которым относятся чистый дисконтированный доход и производная от него величина срока окупаемости.

Для приведения разновременных затрат, результатов и эффектов используется норма дисконтирования (Е), равная (в общем случае) приемлемой для инвесторов норме дохода на капитал.

Текущий эффект на ¿-м шаге (за ¿-й расчетный период) определяется следующим образом:

Э=ri - si - А,

где ri - результаты, достигаемые на ьм шаге расчета; для котельной, реконструируемой в ТЭЦ малой мощности, результаты определяются суммированием дохода от реализации продукции (тепловой и электрической энергии) и экономии денежных средств, возникающей при отказе от покупной электроэнергии, р.; S. - издержки производства тепловой и электрической энергии на ьм шаге, включающие в себя затраты на производство, налоги и выплаты, р.; а. - величина постоянных ежегодных платежей, полностью компенсирующих за расчетный период капитальные вложения на проведение реконструкции, р.

Сумма доходов от реализации тепловой и электрической энергии, р., на >м шаге:

ц = эотп.тэ. + @огттп> (2) где эотш - объем электроэнергии, отпущенной за ¿-й период стороннему потребителю (определяется как разница между объемом электроэнергии, вырабатываемым ТЭЦ и объемом электроэнергии, расходуемым на собственные нужды ТЭЦ), кВт^ч; тэ. - отпускной тариф на электрическую

остевая вода Конденсат

Рис. 5. Фрагмент принципиальной тепловой схемы ТЭЦ малой мощности с паровой и газовой турбинами

энергию (принимается равным тарифу, действующему в энергосистеме), р./кВт^ч; QЭОТПi - объем тепловой энергии, отпущенной от ТЭЦ за ^й период, ГДж; Тп - отпускной тариф на тепловую энергию, для ТЭЦ малой мощности принимается равным среднеотпускному тарифу на тепловую энергию, рассчитанному для котельной до реконструкции, р./ГДж.

Экономия денежных средств при отказе от покупной электроэнергии, р., на ^м шаге:

бэ.эш = эснл

где Эсш - расход электрической энергии за ^й период на собственные нужды ТЭЦ, кВт^ч; БЭ1 - себестоимость производства электрической энергии ТЭЦ малой мощности, р./кВт^ч.

Издержки производства тепловой и электрической энергии, р., на ^м шаге могут быть рассчитаны суммированием затрат на производство тепловой и электрической энергии или через себестоимость производства:

Б = эоттбэа +

где - себестоимость производства тепловой энергии ТЭЦ малой мощности, р./ГДж.

Величина постоянных ежегодных платежей А. в общем случае рассчитывается из условия равномерного погашения капитальных вложений в течение расчетного периода по формуле, используемой для нахождения годовой эквивалентной суммы [3]: 1 п К з ,

,

А, = -

£( + г )-

0

где

Величина

К, :

позволяет оценить раз-

/=о

новременные капитальные вложения заемных средств путем приведения их к начальному периоду (момент времени i = 0).

В случае финансирования предприятием реконструкции за счет собственных средств величина А. может быть рассчитана из условия равенства нулю банковской ставки следующим образом:

1 " К А = £ '

1 £ (1 + г)-1,=0 (1+е У =

1 п К

. ^ ^ ^С 1

п - т +11=0

где Ка - капитальные собственные вложения на осуществление мероприятия в год i, р.

К,

Ве личин а ,

,=о(1 + £) ^ К»

так же, как и

величина ^^ + ¡¿у , позволяет оценить ра.зно-

временные капитальные вложения собственных средств путем приведения их к начальному периоду.

Чистый дисконтированный доход (ЧДД) при постоянной норме дисконта определяется по формуле [4]:

ЧДД = £

Э'

(1 + Е У1

= £

к - ^ - А, (1 + е у

- капитальные заемные вложения

на осуществление мероприятия в ^й период, р.; Е - норма дисконтирования (норма дисконта); г - реальная процентная ставка; п - продолжительность расчетного периода; т - период, начиная с которого ожидается поступление доходов от реализации мероприятия (реконструкции), идущих на погашение капитальных вложен ий.

Если ЧДД инвестиционного проекта положителен, проект является эффективным (при данной норме дисконта). Чем больше ЧДД, тем эффективнее проект.

В случае финансирования мероприятия как собственными, так и заемными средствами ЧДД проекта определяется следующим образом:

п э £(1+Ег'

ЧДД = £-'— - г=т-

,6т (1 +ЕУ п - т +1

¿о

г=т

г=т

г=т

г=т

где Э\ - величина текущего эффекта на ¿-м шаге, рассчитанная при условии, что в него не входит величина постоянных ежегодных платежей, р.

Срок окупаемости инвестиций - это период времени от начала реализации проекта, за пределами которого ЧДД становится неотрицательным. Таким образом, срок окупаемости проекта может быть определен из условия равенства ЧДД проекта нулю.

Для определения срока окупаемости используется равенство, полученное из выражения (8):

. . £<1+яг'

п

я - т +1

К,,,

э,

Т К ,

¿0

+ т -1

= Е:

,-=ш(1 +Е) + е) При величине Э', изменяющейся по периодам, срок окупаемости находится мето-

дом итерации. При Э'¡=const выражение (11) может быть преобразовано с использованием формулы для определения суммы первых (п - т + 1) членов геометрической прогрессии.

Так как величина

представля-

Щ1+ЕУ ыо[1+еУ

При вложении собственных капитальных средств формула (9) упрощается (не учитывается слагаемое, определяющее суммарные выплаты в течение расчетного периода по заемным средствам) и срок окупаемости определяется по выражению:

Т (1 + Е )-

,=т

При вложении заемных капитальных средств срок окупаемости определяется из выражения

" э',. Л К,,

ет собой сумму (п - т + 1) членов геометрической прогрессии вида (1 + Е)-т, (1 + Е)-(т + ... , (1 + Е)-п, знаменателем которой является выражение (1 + Е)-1, то выражение для определения срока окупаемости при вложении заемных капитальных средств может быть записано в виде:

Сравнительный экономический анализ показателей котельных до и после реконструкции в ТЭЦ малой мощности позволяет отметить:

1) на ряде промышленных предприятий при установке газовых и противодавленческих паровых турбин становится возможным не только обеспечение потребности в электроэнергии на собственные нужды предприятия, но и отпуск ее во внешнюю сеть потребителям;

2) удельные капиталовложения в реконструкцию котельных значительно ниже, чем в строительство крупных ТЭЦ;

3) при реконструкции котельных существенно снижаются вредные выбросы в окружающую среду и, следовательно, плата за них;

4) реконструкция котельных в ТЭЦ малой мощности ориентировочно окупается в течение трех - четырех лет.

т

п =

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Лебедев В. М. Источники и системы теплоснабжения предприятий: Монография / В. М. Лебедев, С. В. Приходько; Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск: ОмГУПС, 2010. - 231 с.

2. Лебедев В. М. Технико-экономическая эффективность ТЭЦ малой мощности / В. М. Лебедев, Ю. А. Усманов, С. В. Олькова // Промыш-

ленная энергетика. - 2000. - № 1. - С. 6 - 8.

3. Бирман Г. Экономический анализ инвестиционных проектов / Г. Бирман, С. Шмидт. - М.: Банки и биржи: ЮНИТИ, 1997. - 631 с.

4. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиций на железнодорожном транспорте. - М.: Слово, 1997. - 52 с.

Лебедев Виталий Матвеевич - доктор технических наук, профессор; Дата поступления статьи в редакцию:

Приходько Светлана Валерьевна - кандидат технических наук, доцент; 25 июня 2012 г.

Глухов Сергей Витальевич - кандидат технических наук, преподаватель - сотрудники кафедры «Теплоэнергетика» Омского государственного университета путей сообщения;

Коваленко Александр Валентинович - генеральный директор НПП «Омскэнергопром»

© В. М. Лебедев, С.В. Приходько, С. В. Глухов, А. В. Коваленко, 2012