Паро-газови електроцентрали

Високоефективно и екологично решение за производство на електроенергия

През последните години в световната практика се забелязва тенденция при изграждането на нови, както и при реконструкцията на стари мощности за производство на електроенергия, да се използва т.нар комбиниран паро-газов цикъл. Сред основните причини паро-газовите електроцентрали да намират все по-широко приложение и все по-често да бъдат предпочитани е постиганият от тях по-висок коефициент на полезно действие. Стойностите, които се посочват, обикновено са за КПД около 60%. Като предимства на тези централи се посочват голямата относителна мощност, бързата готовност за работа, относително малките габарити, относително ниските разходи за изграждане и обслужване.

Комбиниране на два термодинамични цикъла

Постиганият по-висок коефициент на полезно действие от паро-газовите електроцентрали се обяснява с комбинирането на два термодинамични цикъла - цикъл на Brayton и цикъл на Rankine, в резултат на което се постига повишаване на ефективността на централата като цяло. На практика, това се реализира чрез едновременна съвместна работа на газова (цикъл на Brayton) и парна турбина (цикъл на Rankine), като турбините съответно могат да бъдат една или няколко на брой. Известно е, че КПД на парните и газовите турбини, използвани самостоятелно за производство на електроенергия, обикновено не превишава 25-30%. Една от причините за това е ниската степен на оползотворяване на горивото. При електроцентралите, работещи с паро-газов цикъл, се постига значително по-висока степен на оползотворяване на горивото, което допринася и за постигания по-висок коефициент на полезно действие. В стандартните електроцентрали, ефективността на оползотворяване на горивото в турбините обикновено е около 33%, което на практика означава, че около 2/3 от изгаряното гориво, необходимо за задвижване на турбините, се изхвърля в атмосферата като отпадна топлина. От своя страна, при използването на комбиниран цикъл се постига около 50% и повече оползотворяване на горивото, т.е. изгореното от тях гориво е наполовина в сравнение със стандартните електроцентрали при едно и също количество произведена енергия.

Третият основен елемент от паро-газовите електроцентрали е котел-утилизатор (един или няколко) със или без допълнителна горивна система към него, който се използва за производство на прегрята водна пара.

Принцип на работа на паро-газовите електроцентрали

Както вече бе отбелязано, паро-газовият цикъл се базира на съвместната работа на парна и газова турбина.

Работата на газовата турбина протича през следните етапи. Горивото, най-често природен газ, се подава в горивна камера, където се запалва. Образувалите се продукти на горенето, които са с висока температура, обикновено от порядъка на 900 - 1200 0С, преминават през лопатките, фиксирани към вала на турбината, при което той се завърта и механичната енергия на вала се придава на първия електрогенератор. Тъй като при преминаването си през газовата турбина димните газове отдават само част от своята енергия, постигнатият на този етап КПД е от порядъка на 35-37%. На изхода от турбината те все още имат висока температура, която обикновено се движи в границите около 500-600 оС. Тази температура на газовете се счита за достатъчно висока, за да могат те да се използват за загряването на вода и производството на водна пара, която да се използва за задвижване на парна турбина. В парната турбина парата се разширява при преминаването си през лопатките на турбината, при което топлинната енергия се превръща в механична. Получената на този етап механична енергия се използва от втори електрогенератор за производство на допълнителна електроенергия. Благодарение на парната турбина се произвеждат допълнително около 20% електроенергия, което води до общо повишаване на КПД на електростанцията до около 60%. За сравнение, стандартните електроцентрали, оборудвани с газови турбини, достигат КПД от порядъка на 40%. Напускащият парната турбина поток се подава към кондензатор, където протича процес на кондензация посредством охлаждане. Получената от кондензацията на парата вода с помощта на помпа се подава към котела.

Котел-утилизатор

Друг основен елемент от паро-газовите електроцентрали се явява котелът-утилизатор. Специфична експлоатационна особеност на котлите, използвани в паро-газовите централи е, че с тях се оползотворяват топлината на димните газове, напускащи газовата турбина, чиято температура се счита за сравнително ниска, тъй като не надвишава 600 оС. На тази особеност се дължи и специфичната конструкция на нагревните повърхности в котела. Обикновено на мястото на постъпване на газовете в котела се поставя паропрегревател. С оглед на параметрите на газовете и с цел намаляване на дължината на тръбите и броя на заваръчните шевове, се използват предимно оребрени повърхности. Добре е да се има предвид, че поради големите количества газове на единица маса генерирана пара е необходимо да се осигури възможност за максимално охлаждане на газовете.

Две конфигурации

При изграждането на централи, работещи с комбиниран паро-газов цикъл, се използват основно две конфигурации. По-лесна за практическа реализация е схемата, в която се използват една газова турбина, една парна турбина, един генератор и един котел-утилизатор. В този случай газовата турбина, парната турбина и електрогенераторът обикновено са разположени върху един общ вал. Основни предимства на тази конфигурация са простота на работа, по-малки размери и по-ниски първоначални инвестиции. Тази схема на работа, обаче, се характеризира и с по-малка гъвкавост и надеждност в сравнение с втората конфигурация, при която се използват една или повече на брой газови турбини, един или няколко котела, осигуряващи общ поток пара към една или няколко отделни парни турбини. По отношение на първоначалните инвестиции, при използването на втория тип схема на работа се посочва, че разходите се повишават с около 5%.

Като цяло паро-газовите електроцентрали се отличават с простота и висока ефективност на производството на електроенергия. Постиганият от тях по-висок КПД при производството на електроенергия, движещ се от порядъка на 51-58-64% и по-доброто оползотворяване на горивото, допринасят както за намаляването на производствените разходи, така и за намаляване на количеството изхвърляни вредни газове. Тъй като при паро-газовите системи топлината от продуктите на горене се извлича по-ефективно и горивото може да се изгаря при много високи температури, отделените нива на азотни окиси са много по-ниски в сравнение с друг вид системи.

Посочваните стойности за количествата изхвърляни азотни окиси от паро-газовите електроцентрали са 2-3 пъти по-ниски в сравнение с останалите. Това е и една от основните причини в последните години около 65% от всички строящи се в света електроцентрали да се оборудват с паро-газови системи. Сред основните им достойнства са и сравнително несложното им устройство и компактност. Като тяхно предимство се посочва и значително по-ниската им себестойност в сравнение с традиционно използваните. Други предимства на паро-газовите електроцентрали са постигането на съществено по-нисък разход на вода в сравнение с класическите парни системи и относително ниската себестойност на производството. От друга страна, обслужването на оборудването е по-сложно. Използваното гориво е предимно природен газ, но също така подобни централи могат да работят с мазут, въглища или биогорива.

Паро-газови централи у нас

През 2009 г. ЧЕЗ Груп оповестява намерението си да изгради нов енергиен блок с инсталирана мощност 880 MW на площадката на ТЕЦ Варна. Блокът се предвижда да бъде първата в България мощност, проектирана с комбиниран паро-газов цикъл (Combined Cycle Gas Turbine CCGT технология) за изгаряне само на природен газ. Инвестицията за изграждането на новата мощност е планирана в размер на близо 800 милиона евро. Намеренията на компанията са новият блок да замени първите три въглищни блока в ТЕЦ Варна (с обща инсталирана мощност 630 MW), които според изискванията на ЕС или трябва да бъдат затворени до 2012 г., или да бъдат сериозно модернизирани, с оглед нормите за емисии на вредни газове.

ЧЕЗ за предимствата на CCGT технологията

За избора на технология, от ЧЕЗ разказват: “Комбинираната паро-газова технология (CCGT) има редица предимства. На първо място, CCGT технологията позволява да се намалят значително вредните емисии в околната среда и да се постигне двойно по-висока ефективност на производството. Електроцентрала от този тип би изпускала нулеви емисии SO2, почти никакви прахови емисии и 60-65% по-малко емисии на СO2, в сравнение със сегашните мощности на ТЕЦ Варна”, коментират представители на инвеститорите.

“Изключително важен е и фактът, че минималната нетна ефективност на CCGT централата е 57.5%, т.е. приблизително два пъти повече от въглищните блокове в ТЕЦ Варна - с 31% по този показател. Освен това фактът, че CCGT централа може бързо да се включва и изключва от мрежата, позволява да се компенсират колебанията на натоварването на възобновяемите енергийни източници, чието производство зависи от природните условия и ги прави и особено ефективни в условията на либерализиран пазар”, допълват от ЧЕЗ.

Именно поради това и компанията смята, че централата с комбиниран паро-газов цикъл е по-модерната и по-ефективна технология, която ще се изплати в дългосрочен план и ще бъде най-ефективна от гледна точка на цената за крайния клиент.

„Паро-газовата централа има и технически предимства, като например по-лесното и бързо изграждане на централата в сравнение с класическите въглищни електроцентрали”, продължават от ЧЕЗ. Срокът за изграждане отнема приблизително 48 месеца. Освен това, газовата мощност е гъвкав източник на електроенергия - мощностите могат бързо да се пускат и спират, което позволява да бъде използвана, както при нормални, така и при пикови натоварвания на мрежата”, убедени са от компанията.

Решение за прекратяване на работата по проекта

През месец март т. г. инвеститорът ЧЕЗ Груп взе решение за временното замразяване на работата по проекта за изграждане на паро-газов блок в ТЕЦ Варна. Като основни причини за това компанията посочва трудностите с осигуряването на дългосрочни доставки на газ и силно регулираният енергиен пазар в България. Товa обаче не означава непременно окончателен край на работата по проекта, заявяват от компанията. „ЧЕЗ ще продължи да следи отблизо развитието на енергийния сектор в страната през 2010 г. и може да преразгледа решението си, ако бъдат осигурени доставки на газ, има яснота за цената на газа и се променят условията на енергийния пазар”, допълват представителите на ЧЕЗ Груп.

“Преди да бъде взето решението за прекратяване на работата по проекта, ЧЕЗ Груп получи положително становище по оценката на въздействието му върху околната среда. Същевременно инженеринговата компания Worley Parsons представи в ЧЕЗ Груп и предварителния идеен проект за паро-газовия блок”, информират от ЧЕЗ.

Втори проект на територията на ТЕЦ Хасково

През април т. г. бе обявен стартът на още един проект за паро-газова централа у нас - на територията на ТЕЦ Хасково. Инвеститорът на обекта Финанс инженеринг стартира реконструкция и модернизация на започнатата преди повече от 20 години и незавършена топлоелектрическа централа. Намерението е да бъде изграден нов паро-газов енергиен блок с електрическа мощност 125-140 MW.

Съоръжението ще произвежда електрическа енергия, а топлинната енергия ще задоволява единствено собствените нужди на обекта. Нетното годишно производство на електроенергия се планира да достигне 695 684 MWh. За изграждане на паро-газовата централа ще се ползват около 160 дка от площадката на ТЕЦ Хасково, които са разположени югоизточно от града.

Част от прилежащата инфраструктура като водоем, пътища, временен трафопост е изградена. Необходимата застроена площ на централата е 81 203 кв.м. Според идейния проект, ще бъдат инсталирани две газови турбини с номинална мощност 44.1 MW, два броя котли-утилизатори и парна турбина с номинална мощност 42.2 MW. Като основно гориво ще се използва природен газ, който по план ще се доставя по два тръбопровода, всеки с капацитет до 27 000 Nm3/h.

ТЕЦ Хасково има сключен предварителен договор за присъединяване на електроцентралата към преносната електрическа мрежа. Съгласно този договор, дружеството ще трябва да изгради електрическа уредба 110 kV, два електропровода - до подстанции Узунджово и Димитър Канев, както и силови трансформатори.

Според извършената оценка на ефекта от работата на паро-газовия блок, до минимум е сведено образуването на азотни и въглеродни оксиди при работа на горивните уредби на централата посредством нискоемисионни горелки. Подбраните в проекта височини и диаметри на основните и байпасни комини осигуряват достатъчно добро разсейване на емитираните от централата вредни газови съставки, поради което не се очаква те да застрашат качеството на атмосферния въздух в района на гр. Хасково.

Към момента е обявена процедура по Закона за обществените поръчки (чрез договаряне) за избор на главен изпълнител за проектиране, изготвяне, доставка, монтаж и пускане в експлоатация на новата паро-газова електроцентрала на територията на ТЕЦ Хасково. Планираният срок за реализация на енергийния обект е две години.