ГЕЛИОЭНЕРГЕТИКА

СТЭС с циклом Ренкина

При существующих на сегодня в ближайшую перспективу стоимостных показателях нестандартного оборудования СЭС, такого как гелиостаты и АСУ полем гелиостатов, СПГ с башней, система аккумулирования энергии и цр., а также стои­мости органического топлива, технико-экономические показа­тели СЭС, т. е. удельные капиталовложения, себестоимость, приведенные затраты и т. ц., значительно уступают аналогич­ным показателям для ТЭС. Для того, чтобы башенные СЭС с термодинамическим циклом преобразования стали конкурен­тоспособными с традиционными электростанциями, необходимо добиться снижения капиталовложений в них по крайней мере на порядок, а себестоимости - в 35-40 раз.

Исследования, выполненные в последние годы в ЭНИНе, выявили имеющиеся крупные резервы создания экономически эффективных СЭС [4-6]. Основные из них:

- укрупнение единичной мощности и элементов оборудова­ния;

< - организация специализированного серийного производства

нестандартного оборудования;

- совершенствование конструкций гелиостатов;

- выбор района размещения СЭС с наиболее благоприятны­ми географическими и погодно-климатическими условиями;

- повышение КПД оптической системы за счет секторной компоновки доля с преимущественным расположением гелиоста­тов в северной части и применения зеркал с коэффициентом отражения 0,9—0,93;

— совершенствование теплоэнергетической установки за счет применения СПГ полостного типа и перехода на современные па­раметры пара (450-540°С, 13 или 24 МПа);

- комбинированные СПГ и ТПГ.

Анализ вышеуказанных факторов снижения капиталовложений в СЭС и улучшения их основных технике—экономических пока­зателей свидетельствует о возможности достижения на прак - ’ тике удельных капиталовложений на уровне 43 5-560 руб./кВт, себестоимости 1,18-1,4 (коп./(кВт • ч) и удельных приведен-* ных затрат 1,98-2,41 коп./(кВт ■ ч) [5].

Как уже указывалось, в ЭНИНе в период 1981—1984 гг, разработаны и достаточно детально развиты научно-техничес­кая концепция создания и принципиальные тепловые и техноло­гические схемы комбинированных СТЭС.

В цели настоящей главы не входит изложение влияния каж­дого из факторов на улучшение показателей СЭС. Здесь же следует ограничиться анализом фактора комбинирования солнеч­ного и топливного парогенераторов и связанным с этим выбо­ром экономически и технически целесообразного соотношения их мощностей.

Комбинирование в одной тепловой схеме СПГ и ТПГ поз­воляет резко увеличить годовое число часов работы электро­станции с 2000-3000 до 7000 и более. При этом коэффи­циент использования установленной мощности может превышать 0,8, в то время как для СЭС-5 в Крыму он составит 0,22. Для сравнения укажем, что и на традиционных электростанци­ях этот коэффициент существенно ниже: на ТЭС и АЭС 0,5-0,7, на ГЭС 0,3-0,4.

Резкое снижение удельных капиталовложений, на СТЭС про­является не только из-за свойств аддитивности. Существен­ный эффект может быть получен благодаря тому, что удельные затраты на топливную часть СТЭС намного ниже аналогичных затрат на традиционных ТЭС, что объясняется использованием на СТЭС только одного элемента обычной ТЭС - парогенера­тора с топливным хозяйством, причем этот элемент органичес­ки увязан со всей тепловой и технологической схемой СЭУ.

По сравнению с раздельным производством электрической энергии на СЭС и ТЭС при этом не только снижаются затраты, но и сохраняются площади под размещение паротурбинной уста­новки, вспомогательного тепломеханического оборудования, электротехнического хозяйства и т. д.

Комбинированная СТЭС - высокоманевренная станция, об­ладающая возможностью обеспечивать постоянную нагрузку ТПГ

И, как следствие этого, исключить пережог топлива в пусковых я переходных режимах. Наличие СЭУ в составе СТЭС наделяет паротурбинную установку возможностью отслеживать график ' нагрузки, т. е. участвовать в регулировании диспетчерского гра­фика нагрузки Объединенной энергосистемы. Следовательно,

СТЭС позволяет на уровне мощности ТПГ нести базисную наг­рузку N тэу и дополнительно выдавать маневренную мощность N СЭУ от СЭУ, для чего должен быть предусмотрен турбо­генераторный резерв мощности на СТЭС. Таким образом, СТЭС обладает возможностью выдавать два вида электроэнергии: базис­ную и пиковую.

Комбинированная СТЭС обеспечивает более высокую надеж­ность энергоснабжения по сравнению с чисто СЭС, поскольку на СТЭС отсутствует жесткая связь между приходом и уровнем солнечной радиации, с одной стороны, и выработкой электро­энергии - с другой благодаря установке на СТЭС ТПГ с про­изводительностью, обеспечивающей номинальную мощность всей станции. Однако доля СЭУ по отношению к мощности ТПГ яв­ляется параметром, зависящим прежде всего от стоимости обо­рудования и затрат на органическое топливо. В общем случае мощность СЭУ может составлять от нескольких процентов до Юб% от мощности ТПГ. Эта доля СЭУ в СТЭС зависит и от технических ограничений, определяемых, в частности, возмож­ностью организации промежуточного перегрева всего пара СТЭС в ТПГ, а также эффективностью работы СЭУ большой Мощности с гелиостатами, расположенными на значительном расстоянии от башни.

Поскольку комбинированные СТЭС обладают возможностью выдавать как базисную, так и пиковую электроэнергию, в ка­честве альтернативного варианта следует рассматривать базио - ную ТЭС и дополняющую ее ПЭУ, например ГТУ.

При сравнении вариантов СТЭС и ТЭС + ПЭУ эти вариан­ты должны быть выравнены: а) по полезному отпуску энергии, и, соответетвешю, по мощности, участвующей в максимуме Вагрузки энергосистемы; б) по надежности работы; в) по ка­честву отпускаемой енергии; г) по степени воздействия на ок­ружающую среду.

Из условия равенства выработки маневренной Я базисной бпэктроэнергии следует '

V ш wB3y + wn3y<= wCT3c.

гПе W Бэу» W ПЭУ' ^ СТЭС “ выработка электроэнергии, соответственно, на базисной ТЭС, пиковой (ГТУ) и на СТЭС, 8-і

Отметим, что в отличие от СТЭС, способной к отслеживанию графика нагрузки, для реализации такой возможности на ТЭС она должна быть снабжена специализированной пиковой установ­кой, например ГТУ, что позволяет снизить установленную мощ­ность такой станции на величину мощности ПЭУ.

При сравнении СТЭС и ТЭС + ПЭУ равенство условия про­хождения максимума и минимума нагрузки имеет вид

ТЭС

мальная мощности соответственно: ANn » ANp - пиковая мощч ность и глубина разгрузки. k

Исходя из длительности циклов разгрузки rmjn и выдачи пиковой мощности rmax удельный расход топлива на СТЭС составит

стзс тэс wT3y Ь. уд = ЬУД WCT3C

ЬТЭС (^УтЬ'тЬК-Р).

уд

где Фтіп> ад “ коэФФт*иенТЫ минимальной и максимальной нагрузки; rmjn, гтах - время работы с минимальной и мак­симальной нагрузкой; Nc3y/ N суэс " допя мошноо-

ти СЭУ в составе СТЭС. '

Из условия равенства затрат на производство пиковой и базисной электроэнергии на традиционной ТЭС с ПЭУ, с одной стороны, и комбинированной СТЭС - с другой стрроны име­ем ^тэс +Зтэс и Зотэс

ПЗУ БЭУ

ТЭС, базисную ТЭС и на СТЭС соответственно.

Предельные капиталовложения в СТЭС определяются в сле­дующем виде:

КпрЭС* КПЭУ +КБЭУ + ЬПЭУГПЭУ

ZT6. 10~3 ЬСТЭС ГСТЭС т,

ТЭУ ТЭУ ястэс+Рн

гае К, к ПЭУ' ^ БЭУ “ уаельшле капиталовложения в

СТЭС (предельные), пиковую и базисную энергоустановки со­ответственно; г пэу> т БЭУ - вРемя реботы в году в режиме

выдачи пиковой и базисной энергии; 2 ” , 2е* - стоимость

1 ' т

органического топлива для пиковой и базисной энергоустановки;

Ь ПЭУ> ^БЭУ ~ уаельный расход топлива на пиковой и базис­ной энергоустановках.

Бьща проведена оценка предельных капиталовложений в базисную и маневренную СЭС. Например, пои 50 руб./т. у. т, для базисной СЭС они составляют 630 руб./кВт, для маневрен­ной - 400 руб./кВт, а при 100 руб./т у. т., соответственно, 1080 и 650 руб./кВт.

Предварительные проработки по СТЭС в УзССР, выполнен­ные в Среднеазиатском отделении Института Атомтеплоэлекв - ропроект (СаО АТЭГ1) под научным руководством ЭНИНа, по­казывают, что проектируемая СТЭС будет иметь удельные ка­питаловложения меньше предельно допустимых, .обеспечивающих, ее конкурентоспособность с традиционной ТЭС.

Учитывая имеющуюся тенденцию возрастания стоимости топлива к рубежу 1995-2000 гг., т. е. к моменту возмож­ного срока строительства СТЭС в УзССР, станция будет более экономична по сравнению с аналогичной по мощности и выработке ТЭС.

Полученные результаты свидетельствуют о целесообразноо- ти развития солнечной электроэнергетики с термодинамичес­ким циклом преобразования на ближайшую перспективу в нап­равлении создания комбинированных СТЭС, которые по мере снижения затрат на нестандартное оборудование и увеличения стоимости топлива в дальнейшем уступят место чисто СЭС.