В последние годы все более заметным становится ухудшение систем энерго- и теплоснабжения городов России. Возросли потери тепловой энергии при транспортировке и распределении теплоносителей. Из-за дефицита финансовых ресурсов для замены и реконструкции источников и энергосетей увеличилось количество аварий, что приводит к снижению надежности и качеству энергоснабжения. Одним из решений этой проблемы может стать строительство малых ТЭЦ (мини-ТЭЦ).
Мини-ТЭЦ — электростанция с комбинированным производством электроэнергии и тепла, расположенная в непосредственной близости от конечного потребителя. В основе работы мини-ТЭЦ лежит принцип когенерации, а в качестве источника энергии используются двигатели внутреннего сгорания (ДВС): дизельные, газовые и газотурбинные. Энергия, выделившаяся при сгорании топлива, в ДВС производит механическую работу и теплоту. Механическая работа на валу двигателя используется для выработки электроэнергии генератором электрического тока, а тепло отработавших газов и системы охлаждения двигателя служит для получения горячей воды или пара [1]. Создание таких установок имеет ряд преимуществ, основными из которых являются короткие сроки строительства, повышение надежности теплоснабжения потребителей, снижение инерционности теплового регулирования и потерь в тепловых сетях.
Стоит отметить, что в отличие от газотурбинных, мини-ТЭЦ на базе газопоршневых двигателей перспективны в качестве основного источника теплоты и электроэнергии на предприятиях самого широкого диапазона деятельности — как в сфере обслуживания, так и на промышленных предприятиях малой и средней мощности. Практика показывает, что в газопоршневых установках с утилизацией теплоты отходящих газов и охлаждающей воды может быть полезно использовано до 80…90 % теплоты, выделенного с топливом [2].
Однако строительство мини-ТЭЦ связано со значительными денежными затратами, поэтому важной составляющей для принятия решения о покупке малой ТЭЦ с дальнейшей эксплуатацией является ее срок окупаемости и прибыль от ее применения.
Срок окупаемости газопоршневых мини-ТЭЦ в значительной степени зависит от загрузки мини-ТЭЦ. Если средняя загрузка по электрической мощности газопоршневой мини-ТЭЦ составит порядка 70 %, то ориентировочный срок окупаемости составит 3–5 лет. Если же использовать мощность установки менее чем на 35 %, есть риск не уложиться по срокам окупаемости и в 10 лет [3].
Следовательно, очень важным вопросом при проектировании газопоршневой мини-ТЭЦ является определение минимальной среднеэксплуатационной электрической мощности установки, при которой срок окупаемости не превысит 5 лет [3].
Для автоматизации расчета срока окупаемости малой ТЭЦ авторами была разработана программа, на основе предложенной авторской методики, описанной в работах Разуваева А. В. и Костина Д. А. [2–6], алгоритм которой представлен на рис. 1. Если срок окупаемости Ток больше 5 лет, то необходимо вернуться к исходным данным и снизить среднеэксплуатационную электрическую мощность установки до минимальной, чтобы срок окупаемости Ток стал меньше 5 лет.
Рис. 1. Алгоритм методики [2–6]
На основании алгоритма (рис. 1) создана диаграмма переходов фокуса управления программы (рис. 2). Интерфейс программа представляет собой 6 вкладок. В первую вкладку (рис. 3) вводятся исходные данные. Если не введены данные или введены нулевые значения, при нажатии на кнопки Расчет, программа выдает сообщение об ошибке и просит пользователя ввести данные. Если данные введены корректно, то появляется сообщение о завершении расчета и информация, что результаты расчета находятся на других вкладках программы.
Рис. 2. Диаграмма переходов фокуса управления программы
Рис. 3. Вкладка Исходные данные главного окна программы.
На вкладках 2–6 показаны результаты расчета, которые разделены на группы показателей (рис. 4–8), характеризующие определенные затраты и их составляющие.
Рис. 4. Вкладка Затраты на топливо и масло
Рис. 5. Вкладка З/плата
Рис. 6. Вкладка Затраты на ТО и ремонт
Рис. 7. Вкладка Прочие затраты и себестоимость энергии
Рис. 8. Вкладка Прибыль и срок окупаемости
На последней вкладке (рис. 8) — итоговые значения расчета в виде прибыли от эксплуатации мини-ТЭЦ и срок окупаемости теплоэнергетического комплекса, на основе которого принимаются решение об использовании мини-ТЭЦ при заданных исходных данных.
Исходные данные были получены на основании анализа энергопотребления реального объекта — здания Балаковского института техники, технологии и управления (рис. 3). Приведенный расчет, на рис. 4–8, показывает, что применение газопоршневой малой ТЭЦ для обеспечения здания института электро- и тепловой энергией экономически эффективно и может заменить централизованное энергоснабжение. В свою очередь, срок окупаемости данной малой ТЭЦ составляет 2,43 года, что меньше 5 лет, т. е. срока за который оборудование морально устаревает.
Литература:
1. Разуваев А. В., Костин Д. А., Разуваев В. А. Газопоршневые мини-ТЭЦ. Сборник научных трудов 3 Всероссийской н/т конференции «Информационные технологии, система автоматизированного проектирования и автоматизации» Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2011. С 102–105.
2. Костин Д. А., Разуваев А. В. Зависимость срока окупаемости мини-ТЭЦ от ее средней электрической мощности. Материалы международной научной конференции «Современные научно-технические проблемы теплоэнергетики и пути их решения». — Саратов, 2012
3. Разуваев А. В., Костин Д. А., Сармаева Е. А. Экономическая эффективность газопоршневых мини — ТЭЦ. Сборник научных трудов 3 Всероссийской н/т конференции «Информационные технологии, система автоматизированного проектирования и автоматизации» Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2011. С 105–107.
4. Костин Д. А., Разуваев А. В. Срок окупаемости газопоршневой мини-ТЭЦ. Химическая физика и актуальные проблемы энергетики: сборник тезисов и статей Всероссийской молодежной конференции / под ред. Г. В. Кузнецова, Е. Е. Бульбы, А. В. Захаревича, В. И. Максимова, Т. А. Нагорновой; Томский политехнический университет. — Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2012. С 150–154.
5. Костин Д. А., Разуваев А. В. Зависимость срока окупаемости мини-ТЭЦ от ее средней электрической мощности. Материалы международной научной конференции «Современные научно-технические проблемы теплоэнергетики и пути их решения». — Саратов, 2012. С 329–335.
6. Костин Д. А., Разуваев А. В. Автоматизация расчета срока окупаемости малой ТЭЦ. Южно-Сибирский научный вестник, № 2(2). — МИП «Политех», 2012. С 54–58
7. Е. Р. Кожанова, Д. А. Костин, А. В. Разуваев, А. О. Меркулова. Расчет срока окупаемости малой ТЭЦ // Свидетельство о гос. регистрации программ для ЭВМ № 2014610845 от 17.01.2014г.
