Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Энергетические системы и комплексы

Диссертационная работа:

Захаренков Евгений Алексеевич. Исследование и оптимизация схем и параметров гибридных электростанций на основе топливных элементов и газотурбинных установок : диссертация ... кандидата технических наук : 05.14.01 / Захаренков Евгений Алексеевич; [Место защиты: Моск. энергет. ин-т].- Москва, 2009.- 120 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/2165

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ 6

ВВЕДЕНИЕ 7

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ РАБОТ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ И
ОПТИМИЗАЦИИ СХЕМ И ПАРАМЕТРОВ ГИБРИДНЫХ
ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ 11

  1. Термодинамические основы гибридных электростанций 11

  2. Обзор существующих тепловых схем гибридных электростанций 22

  3. Обзор работ по исследованию и оптимизации энергетических показателей ГибЭС 26

  4. Постановка задачи и цели исследования 30

ГЛАВА 2. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТА ТЕПЛОВЫХ
СХЕМ ГИБЭС И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
ТЕПЛОВОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ 32

2.1. Основные положения методики расчетов тепловых схем и

определения показателей тепловой экономичности ГибЭС 32

  1. Расчёт электрохимического генератора 33

  2. Расчёт газотурбинной установки 40

  3. Расчет показателей тепловой экономичности гибридных электростанций 43

2.1.4. Особенности определения показателей тепловой
экономичности ГибЭС с учетом затрат электроэнергии

на собственные нужды 44

2.1.5. Алгоритм методики расчета гибридной электростанции 46

  1. Описание используемого программного обеспечения для моделирования ГибЭС 50

  2. Выводы по второй главе 53

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ

ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ ГИБЭС 55

  1. Условия расчета. Ограничения и допущения 55

  2. Выбор тепловой схемы для дальнейшей оптимизации 59

  3. Методика оптимизации степени сжатия в компрессоре ГТУ ГибЭС. Критерий оптимизации 62

  4. Оптимизация степени сжатия в компрессоре ГТУ 63

  5. Исследование влияния параметров схемы ГибЭС на оптимальное значение степени сжатия в компрессоре ГТУ 65

3.5.1. Влияние выбора плотности тока в топливных элементах
на оптимальное значение степени сжатия в компрессоре

ГТУ 66

3.5.2. Влияние выбора степени использования топлива в
топливных элементах на оптимальное значение степени
сжатия в компрессоре ГТУ 68

3.5.3. Влияние выбора КПД компрессора и турбины ГТУ на
оптимальное значение степени сжатия в компрессоре

ГТУ 71

  1. Влияние выбора степени регенерации на оптимальное значение степени сжатия в компрессоре ГТУ 72

  2. Влияние температуры наружного воздуха на оптимальное значение степени сжатия в компрессоре

ГТУ 74

3.6. Выводы по главе 3 75

ГЛАВА 4. ВЫБОР ГТУ ДЛЯ РАБОТЫ В СОСТАВЕ ГИБЭС 77

4.1. Основные показатели ГТУ в составе ГибЭС. Рекомендации

по выбору ГТУ 77

  1. Анализ существующих ГТУ малой мощности 78

  2. Исследование режимов работы ГибЭС 80

  3. Выводы по главе 4 90

ГЛАВА 5. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

ГИБРИДНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ 91

  1. Основные положения методики определения экономической эффективности 91

  2. Оценка стоимости строительства ГибЭС 93

  1. Оценка стоимости электрохимического генератора 96

  2. Оценка стоимости газотурбинной установки 97

5.3. Экономическая эффективность строительства ГибЭС 99

5.4. Анализ чувствительности эффективности инвестиций в
ГибЭС 106

5.5. Вывод по главе 5 110

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ 112

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 114

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ГибЭС

ДК к

КВОУ

РКТЭ

ТОТЭ

тптэ

ТЭС ФКТЭ

эдс эхг

Вольт-амперная характеристика Гибридная электростанция Газовая турбина Газотурбинная установка Дожимной компрессор топливного газа Компрессор газотурбинной установки Комплексная воздухоочистительная установка Камера сжигания газотурбинной установки Парогазовая установка Паросиловая установка

Топливные элементы на расплавленном карбонате Твердооксидные топливные элементы Твердополимерные топливные элементы Тепловая электрическая станции

Топливные элементы с фосфорнокислым электролитом Электродвижущая сила Электрохимический генератор

Введение к работе:

В условиях роста цен на топливо электроэнергетика обращается к более
экономичным и новым технологиям производства электроэнергии. Мы
видим, как в большой энергетике активно внедряют парогазовые установки с
электрическим КПД до 58-60%, проектируются паротурбинные угольные
станции на суперкритические параметры с КПД до 45-48%. Крупные
производители энергетического оборудования совместно с

государственными организациями вкладывают значительные средства в исследования новых технологий производства электроэнергии.

Опыт западных стран показывает, что в рыночных условиях затруднительно добиться устойчивого энергоснабжения при существовании энергосистемы с преимущественно мощными энергоустановками. Современные тенденции развития мирового рынка электроэнергетики свидетельствуют о неуклонном росте доли автономных источников электроэнергии, работающих на различных видах топлива. В некоторых странах эта доля достигает 25 %. За рубежом, как правило, установка независимых источников электроэнергии диктуется законами обеспечения энергетической безопасности различных объектов, таких, как аэропорты, государственные учреждения, предприятия с взрывоопасным производством и т. д. Однако довольно часто интересы энергетической безопасности совпадают с экономичной целесообразностью оснащения предприятий различных отраслей резервными источниками электроснабжения. Причины автономизации производства электроэнергии в России исходят с двух сторон. Исторически сложилось так, что большая часть территории России (по разным оценкам, от 50 до 70 %) располагается вне зоны действия централизованного энергоснабжения, а в неохваченных регионах используют автономные электростанции (около 50 тыс. шт.) [18,24]. Другая проблема,

которая в России в настоящее время стоит достаточно остро, - это уязвимость энергосистемы, которая исходит от значительной изношенности оборудования электростанций и электрических сетей. Существуют и другие причины, под влиянием которых автономизация электроэнергетики на сегодняшний день принимает в России общенациональный масштаб. Например, многие субъекты российской экономики пытаются освободиться от давления оставшейся после реструктуризации РАО «ЕЭС России» энергосистемы. Несмотря на исчезновение целостной монополии, подключаться и договариваться с энергосистемой по-прежнему трудно. Следовательно, на ровне с большой должна и будет развиваться малая энергетика.

Предлагаемые производителями энергетические установки малой
мощности, сегодня, не могут похвастаться высокой экономичностью в
сравнение с большими энергоблоками. На рис. 1. показан график
зависимости «КПД-Мощность» различных технологий производства
электроэнергии. В
диапазоне
мощностей до

&****

o-rtP'

jjwW

0,01 0,1 1 10 100

Электрическая мощность, МВт

нескольких мегаватт наиболее распространены двигатели внутреннего сгорания (ДВС), газотурбинные установки (микро-ГТУ и ГТУ). Электрический

КПД микро-ГТУ и Рис.1. График зависимости «КПД-Мощность» разных технологий генерации электроэнергии

ГТУ с такой мощностью составляет 20-30%, ДВС - 30-45%), что в сравнении с мощными агрегатами достаточно низко.

Для малой энергетики возможно значительное повышение эффективности выработки электроэнергии на органическом топливе с применением гибридных электростанций (ГибЭС). Основными составляющими этих установок являются высокотемпературные топливные элементы (ТЭ) и тепловые двигатели [12-14,17]. В настоящее время для ГибЭС используют два типа ТЭ - на основе твердооксидного (ТОТЭ) и расплавленного карбонатного (РКТЭ) электролитов. Использование остаточного тепла от реакций, проходящих в топливных элементах, возможно в газотурбинных и парогазовых установках, в котлах утилизаторах получая пар с дальнейшей выработкой электроэнергии в паровой турбине или выдачей тепла потребителю. ГибЭС - это единственный тип энергетических установок способных вырабатывать электроэнергию с эффективностью до 70% и выше на органическом топливе.

В мировой промышленности крупные производители энергетического оборудования уже продемонстрировали первые пилотные установки. Компании «Siemens- Westinghouse», «Fuel Cell Energy» и «Mitsubishi» построили установки по 220, 250 и 200 кВт с электрическим КПД 53, 56% и 52,1 соответственно. Также в разработке ряд установок от 200 до 1000 кВт находится у компаний «Rolls Royce», «DLR», «Ansaldo», «J-Power», «IHI», a компания «GE Energy» проектирует установку в несколько МВт [33,36-40,42,45,51,56,62-63].

Гибридные электростанции находятся на стадии исследований и разработки. Параметры тепловых схем ГибЭС не оптимизированы, не выбрана конфигурация схем и нет четких методик расчета тепловых схем.

Данная работа посвящена исследованию и анализу характеристик различных вариантов тепловых схем ГибЭС на основе топливных элементов и газотурбинных установок.

Основная часть работы посвящена оптимизации структуры тепловой схемы гибридных электростанций и выбору основных параметров газов в топливных элементах и газотурбинных установках. Разработана методика расчета тепловых схем и показателей тепловой экономичности ГибЭС. Проанализировано влияние различных параметров тепловой схемы ГибЭС на оптимальные параметры газов в схеме. Проведена оценка экономической эффективности предложенных оптимизированных решений.

Работа выполнена под руководством профессора кафедры ТЭС, МЭИ (ТУ), кандидата технических наук, научного руководителя НИЛ «ГТУ и ПТУ ТЭС» МЭИ (ТУ) Бурова Валерия Дмитриевича, которому автор выражает глубокую благодарность.

Автор выражает благодарность и признательность профессору кафедры ТЭС МЭИ (ТУ), кандидату технических наук Цаневу Стефану Вичеву за ценные замечания, советы и консультации при выполнении диссертационной работы. Автор благодарит коллектив НИЛ «ГТУ и ПТУ ТЭС» за помощь и ценные замечания при написании работы, а так же сотрудников кафедры ТЭС МЭИ (ТУ) за ряд сделанных важных и полезных рекомендаций.

Автор также признателен профессору Кузьме-Кичте Ю.А (ИТФ, МЭИ (ТУ)), профессору Баумбаху Г. (Технический университет г. Штутгарт) за оказанную помощь, специалистам Немецкого Аэрокосмического Центра (DLR) за консультации и предоставленные материалы.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net