Исследований технологической платформы «экологически чистая тепловая энергетика высокой эффективности» Инициаторы
Скачать 1.4 Mb.
|
| Раздел 2. Прогноз развития рынков и технологий в сфере деятельности платформы. Главным направлением в борьбе за конкурентоспособность разрабатываемых технологий и оборудования, реализующего эти технологии, является, безусловно, повышение технико-экономических показателей этого оборудования: его надёжности, величины эксплуатационных затрат, ремонтопригодности, компактности и экологических характеристик. Для достижения этих задач крупные поставщики энергетического оборудования должны иметь в своём распоряжении не только конструкторские бюро, но и Технологические Центры с экспериментальной базой. Проверка основных технических решений на полупромышленной установке могла бы гарантировать успешную работу полномасштабного изделия при его широком внедрении. В этом случае котлостроительная компания получает заказ на серию мощных угольных котлов, которые будут работать на новом угольном месторождении. Зная характеристики угля, конструкторы разработают пылеугольную горелку (основываясь на имеющемся у них опыте использования углей такого же типа). Пуск первого же котла с такими горелками покажет их недостатки, что потребует длительного останова котла и замены уже изготовленных горелок. При наличии огневого стенда в Технологическом Центре компании можно было бы проверить разработанную конструкцию горелки и тем самым избежать дополнительных затрат и срыва сроков сдачи в эксплуатацию энергоблока с новыми горелками. России нужно не любое, а передовое, коммерчески выгодное энерго машиностроение. Например, целью реструктуризации должно быть не удовлетворение потребности, а создание экономически эффективного (высокоприбыльного) производства конкурентоспособного энергетического оборудования для обеспечения отечественных нужд и экспорта. Важнейшим условием для достижения этой цели при рыночной эко номике является конкуренция. Совершенно недопустима монополия пред приятий на рынке в интересах их нынешних частных владельцев. Надо иметь по крайней мере двух-трех полноценных поставщиков каждого вида продукции и возможность выбора их на конкурсной основе. Конкуренция и соперничество не исключают сотрудничества для решения общих задач. В России нет опыта такого сотрудничества и целесообразно уделить внимание его организации. Сегодня одной из труднейших проблем многих энергомашиностроительных предприятий является чрезмерная инфраструктура, содержание которой ложится на небольшой объем продукции. Конкретные пути преодоления возникающих вследствие этого трудностей неясны и в «стратегии» не рассмотрены. Вопрос требует внимательного изучения на примере нескольких предприятий и выработки рекомендаций, которыми в действительности можно будет воспользоваться. Важное значение имеет ценообразование на энергомашинострои тельную продукцию. Есть случаи, когда отечественные предприятия назы вают цены, более высокие, чем зарубежные фирмы. Целесообразно предусмотреть развитие типизации, комплектной поставки оборудования блоками заводского изготовления, сервисного обслуживания на объектах. Важно более четко сформулировать новые требования, которым должны удовлетворять энергомашиностроительные предприятия, например:
Необходимо учесть особенности инвестиционного цикла в энергомашиностроении и энергетике. Обязательным этапом разработки новой техники является длительная и дорогостоящая ее демонстрация (отработка головных образцов). Для нее надо искать источники средств, в частности, государственные. Важным звеном реализаций передовых технологий заключение ответственного соглашения между государством и бизнесом с четкими обязательствами обеих сторон и сроками их исполнения. Такое соглашение должно включать программу конкретных работ и механизм их выполнения под руководством государства. Технология 1 Отечественные ГТУ и ПГУ на их основе мощностью до 1000МВт с КПД до 60 % и перспективные технологии с использованием топливных элементов, обеспечивающие КПД до 70 % Проект 1 Отечественные ГТУ и ПГУ на их основе мощностью до 1000МВт с КПД до 60 % Общее число энергетических ГТУ мощностью более 1 МВт, заказанных в течение 2010г, составило 687, их общая мощность около 33 млн. кВт. 338 ГТУ или 49 % предназначались для работы на природном газе, 207 (30 %) – на газе и жидком топливе. Больше по сравнению с другими регионами ГТУ заказано для Дальнего (24 % по числу) и Среднего (15 %) Востока. В Северную Америку заказано 10 %, в Восточную Европу и Россию – 51 агрегат (7,4 %) ГТУ. Прогнозируется, что к 2020 г. 40 % электроэнергии в мире будет вырабатываться с помощью газотурбинных и парогазовых установок, а продажи ГТУ будут увеличиваться на 2,5–3 % каждый год. В 2011–2020 гг. прогнозируется выпуск 12575 ГТУ общей стоимостью 150 млрд. долл. США. Стоимость ГТУ единичной мощностью более 180 МВт составит 42 % этой суммы. Внутри страны рынком для мощной перспективной ГТУ являются: - мощные газомазутные электростанции с паровыми энергоблоками 200, 300 и 800 МВт (техническое перевооружение); - новое строительство электростанций на природном газе. Суммарная потребность в ГТУ мощностью 375400 МВт 80100 шт. Кроме них возможен экспорт на традиционные российские рынки и рынки наших партнеров отдельных видов оборудования: котлов-утилизаторов, паровых турбин, электрогенераторов и др. В платформе устанавливаются технические требования к головной серии ПГУ. Планируется, что по мере накопления опыта производства и эксплуатации технико-экономические показатели ПГУ: тепловая эффективность, маневренность, экологичность будут улучшаться, а издержки производства, строительства и ввода в действие уменьшаться. По мере развития работы до организации серийного производства оборудования и освоения ПГУ в эксплуатации потребуется увеличение числа занятого в проекте персонала организаций-участников платформы. Проект 2 Перспективные технологии с использованием топливных элементов, обеспечивающие КПД до 70 % Целью исследований, активно проводимых за рубежом, является широкое внедрение энергетических установок на основе ТОТЭ в децентрализованную энергетику, а также разработка мощных гибридных установок на природном газе и продуктах газификации угля с КПД 60-70% и возможностью улавливания СО2. В результате к настоящему моменту результате получены обнадеживающие результаты по снижению стоимости технологий производства ТОТЭ, улучшению стабильности их характеристик, а также по возможности их работы на монооксиде углерода и продуктах газификации угля. Кроме того, продемонстрирована успешная работа гибридных установок разных типов и разных производителей. В краткосрочной перспективе можно прогнозировать расширение доли ТОТЭ в децентрализованной энергетике, в среднесрочной перспективе – испытания гибридных установок мощностью до нескольких мегаватт на природном газе и продуктах газификации угля, а в долгосрочной – ввод в эксплуатацию гибридных установок с улавливанием СО2 и КПД 60-70%. В настоящий момент для разработки гибридных установок в настоящее время актуальны следующие направления исследований:
В краткосрочной перспективе в России возможно создание гибридных установок на основе импортных высокотемпературных топливных элементов. В среднесрочной перспективе Россия обладает достаточным потенциалом для разработки собственных ТОТЭ достаточной для гибридных установок мощности. Технология 2 Угольные энергоблоки на суперкритические параметры пара единичной мощностью 330-660-800 МВт с КПД 44-46%, перспективные технологии на ультрасверхкритические параметры пара (35 МПа, 700/720 °С), обеспечивающие КПД 51-53 % и угольные ТЭЦ нового поколения единичной мощностью 100-200-300 МВт с использованием различных технологий сжигания топлива Проект 1 Угольные энергоблоки на суперсверхкритические параметры пара единичной мощности 330-600-800 МВт с КПД 44-46 %, перспективные технологии на ультрасверхкритические параметры пара (35 МПа, 700/720 °С), обеспечивающие КПД 51-53 % Дальнейшее развитие угольных ТЭС с учетом возрастания потребления угля в электроэнергетике и требований сокращения выбросов СО2 делает актуальным повышение КПД паросиловых энергоблоков. Энергетиками западных стран еще в 1994 году был поднят вопрос о дальнейшем возможном повышении параметров пара с использованием материалов на основе никеля в оборудовании паросиловых энергоблоков, разработанных для высокотемпературных реакторов и газовых турбин, что позволяет поднять параметры пара до 35 МПа и 700 °С. С 1998 года по решению комиссии Евросоюза начата работа по созданию блока, проект которого получил название АД700. В проекте принимают участие 40 различных компаний – коммерческие предприятия, промышленные и научные организации, представляющие европейскую энергетическую отрасль. Во ВТИ проводится подготовка по организации работ для создания отечественного блока на ультракритические параметры пара. Это касается разработки котельного агрегата на отечественных каменных углях с учетом специфики ограждающих топку экранных поверхностей нагрева, обеспечения отсутствия шлакования экранов, а также обеспечения предотвращения наружной коррозии труб экранов при применении технологических методов подавления оксидов азота, что может быть вызвано относительно высокой температурой наружной поверхности экранных труб. С этой целью может потребоваться нанесение на наружную поверхность труб защитного покрытия с помощью нанотехнологии. При инвертной или горизонтальной компоновке котельного агрегата для сокращения длины высокотемпературных дорогих паропроводов потребуется разработка соответствующей тепловой и гидравлической схемы пароводяного тракта. Проект 2 Угольные ТЭЦ нового поколения единичной мощностью 100-200-300 МВт с использованием различных технологий сжигания топлив Работа выполняется с целью реализации энергетической стратегии России на период до 2020 года (утверждена распоряжением правительства РФ от 13.11.2009 №1717-Р), разрабатываемой Минпромторгом РФ стратегии развития энергетического машиностроения, в соответствие с приоритетными направлениями развития науки, технологий и техники в Российской Федерации (направление энергетика и энергосбережение) и перечнем критических технологий (технологии производства топлив и энергии из органического сырья технологии новых и возобновляемых источников энергии; технологии создания энергосберегающих систем транспортировки, распределения и потребления тепла и электроэнергии), утвержденных приказом президента Российской Федерации №843 от 21.05.2006 . В России энергоснабжение городов и промышленных узлов ориентируется на мощные теплофикационные системы централизованного теплоснабжения, где источниками тепла являются крупные ТЭЦ, оборудованные теплофикационными турбинами различных мощностей и параметров пара. Наращивание электроэнергетических мощностей на базе экономичного оборудования на ТЭЦ сократит потребности в инвестициях для сооружения новых или увеличении мощности действующих электростанций. Создание высокоэффективного оборудования для эксплуатирующихся ТЭЦ при сжигании твердых топлив отражает перспективные общественные потребности в надежном снабжении потребителей теплом и электроэнергией при минимальных издержках производства и вредных выбросах. Технология 3 Производство электроэнергии и тепла с использованием ПГУ с внутрицикловой газификацией твердого топлива единичной мощностью 200-400 МВт с КПД до 50 % и перспективные технологии с использованием топливных элементов, обеспечивающие КПД до 60 %. Возможности повышения эффективности ПГУ с газификацией заключаются в совершенствовании процессов (мембранное разделение воздуха, высокотемпературная сероочистка, малоэмиссионное сжигание синтез-газа без разбавления его азотом или паром и др.) и оборудования (более мощные и экономичные ГТУ, увеличение межремонтных компаний газификатора и высокотемпературных теплообменников и т.д.). Существенное упрощение и повышение экономичности ПГУ с газификацией возможно при использовании воздушного дутья. По наиболее оптимистическим оценкам возможно повышение их КПД до 50-52 % которое оправдывает дальнейшие разработки таких ПГУ. Мощность действующих в российской энергетике ТЭЦ, использующих в качестве топлива уголь, составляет более 20 млн кВт, в том числе с долей угля более 50 % - свыше 16 млн кВт. В основном это ТЭЦ мощностью 250-500 МВт с морально устаревшим малоэкономичным оборудованием и высокой себестоимостью вырабатываемых электроэнергии и тепла. При любых соотношениях цен они в перспективе будут проигрывать конкуренцию более совершенным энергоисточникам. С учетом этого целесообразна замена оборудования этих ТЭЦ с укрупнением единичной мощности. На некоторых ТЭЦ, оснащенных современным оборудованием, паровые турбины могут использоваться (после восстановления ресурса) в перспективных схемах. Целесообразно техническое перевооружение ТЭЦ, с повышением экономичности и уменьшением негативного воздействия на окружающую среду путем интегрированной с энергопроизводством газификации угля. Возможности развития перспективных технологий с использованием топливных элементов были представлены в разделе 2.1.2. Технология 4 Технологии экологически чистого использования твердого топлива и газоочистки, обеспечивающие минимальные выбросы SO2, NOx, золовых частиц и др. ингредиентов, включая улавливание из цикла, компримирование и последующее захоронение СО2. Проект 1 Технологии экологически чистого использования твердого топлива и газоочистки, обеспечивающие минимальные выбросы SO2, NOx, золовых частиц При фактическом отсутствии на ТЭС установок очистки газов от оксидов и тяжелых металлов, а также отсутствии отечественного производства установок серо- и азотоочистки в условиях дефицита финансирования природоохранных мероприятий в РФ и планируемого ужесточения экологического законодательства, в российской тепловой энергетике складываются уникальные условия, позволяющие учесть зарубежный опыт и избежать излишних затрат при последовательном оснащении ТЭС раздельными системами газоочистки. Это, в свою очередь, даст возможность преодолеть технологическое отставание в производстве современного газоочистного оборудования и кардинально решить проблему сокращения выбросов тепловыми электростанциями в атмосферу всех загрязняющих веществ с минимальными финансовыми издержками. Обязательным требованием к современной комплексной технологии очистки дымовых газов является не только ее безотходность, но и производство товарной продукции из продуктов улавливания. Предлагаемая комплексная технология основана на последовательном постадийном применении электрофизического и электрокаталитического воздействия на очищаемые дымовые газы пылеугольных ТЭС. Основное преимущество комплексной технологии заключается в высокой эффективности очистки до 99,99% от твердых частиц, включая субмикронные, и до 95% от оксидов серы и до 90% от оксидов азота, а также получение побочных продуктов в виде ценных минеральных удобрений для сельскохозяйственной деятельности. Разработанная технология и оборудование комплексной газоочистки позволит снизить затраты в 1,5-2 раза на оснащение генерирующих мощностей установками газоочистки, обеспечивающими перспективные нормативные требования по выбросам загрязняющих веществ. Проект 2 Технологии улавливания из цикла и захоронения СО2 В 2005г. вступил в силу Киотский протокол, согласно которому развитые страны принимают на себя обязательства по сокращению антропогенной эмиссии парниковых газов с целью предотвращения глобальных изменений климата. Как принято сейчас полагать, наблюдаемое в настоящее время потепление климата вызвано именно антропогенной эмиссией этих газов (главным образом СО2). Примерно треть глобальной антропогенной эмиссии диоксида углерода связана с централизованным производством энергии из органического топлива. ТЭС являются мощными точечными источниками углекислого газа и поэтому представляют большой интерес с точки зрения организации улавливания на них СО2. Меры по повышению эффективности энергопроизводства и потребления, переход на сжигание газа вместо угля или мазута, разведение и восстановление лесов в краткосрочной перспективе являются основным способом снижения антропогенной эмиссии СО2. Кроме того, возможно повысить долю использования АЭС и возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в общем балансе, хотя рассчитывать в ближайшее время на эти источники энергии, как на основные, не приходится. Очевидно, что реализации первичных мер (энергосбережение, переход на сжигание газа и т.п.) недостаточно для стабилизации атмосферной концентрации диоксида углерода на безопасном для человечества уровне. В связи с этим в последние несколько лет в развитых странах, а также рядом международных организаций и крупнейших корпораций развернуты программы исследований возможностей снижения эмиссии СО2 за счет более дорогостоящих мер, принятие которых рассчитано на средне- и долгосрочную перспективу: сжигание топлив с пониженным содержанием углерода, улавливание диоксида углерода из дымовых газов и его последующее захоронение (или утилизация) а также ряд других. Очевидно, однако, что принятие такого рода мер в масштабах национальной экономики неминуемо приведет к заметному снижению эффективности энергопроизводства и повышению его стоимости. Именно поэтому в развитых странах большое внимание уделяется исследованию проблем, связанных с потеплением климата, и вопросам снижения затрат на борьбу с ним. Так, например, в последние годы ХХ века ежегодные расходы США на исследования в области изменения климата составляли примерно $1,6 млрд. (доля расходов на исследования в области собственно улавливания и захоронения СО2 пока относительно невелика). Наибольший вклад в эти исследования сделан к настоящему моменту Японией. Начиная с 1990г., за неполное десятилетие на эти цели было израсходовано более $350 млн. Существуют три основных способа удаления СО2 при сжигании органического топлива на ТЭС:
При реализации первого способа СО2 улавливается из дымовых газов, как правило, с помощью установок химической абсорбции, после чего отгоняется из раствора абсорбента, осушается, ожижается и направляется на захоронение. Удаление СО2 до сжигания может быть осуществлено в процессе газификации. После проведения риформинга и шифт-реакции газовая смесь содержит главным образом водород и углекислый газ. Водород направляется на сжигание в газовую турбину, а СО2 с помощью аппаратов физической абсорбции, или с помощью аминов, удаляется и направляется на ожижение и захоронение. Для исключения азота из цикла сжигания из воздуха в специальном сепарационном блоке извлекают кислород, после чего сжигание топлива осуществляют в смеси О2 и добавляемого с помощью рециркуляции СО2. Дымовые газы в этом случае состоят из смеси углекислоты и водяных паров, после конденсации которых жидкий СО2 направляется на захоронение. Технология 5 Высокоэффективные модульные теплофикационные парогазовые установки единичной мощностью 100 и 170 МВт для строительства новых и реконструкции действующих ТЭЦ и перспективные технологические комплексы на их основе с применением теплонасосных установок, обеспечивающие коэффициент использования тепла топлива, близкий к 95–98 % с учётом использования источников низкопотенциального тепла» Проект 1 Высокоэффективные модульные теплофикационные парогазовые установки единичной мощностью 100 и 170 МВт для строительства новых и реконструкции действующих ТЭЦ Переход на парогазовый цикл, как правило, будет сопровождаться увеличением мощности электростанций и высокоэффективным производством на них электроэнергии, что потребует проведения дополнительных балансовых проработок, учитывающих постанционные эффекты на интервалах 2011–2030г.г. Одновременно необходимо учитывать изменение (уменьшение) в балансах тепловой мощности доли теплофикационных отборов турбин в составе ПГУ-ТЭЦ, степень которого должна быть нормативно обоснована (показатель альфа-ТЭЦ), а дефицит скомпенсирован эффективными источниками тепла, например, тепловыми насосами и пиковыми котельными. Наиболее сложной и масштабной представляется задача реконструкции и перевода на ПГУ оборудования ТЭЦ, использующих природный газ, в составе 875 агрегатов с параметрами пара на давление 12,8–9,0 МПа и ниже. В то же время, как показывают предварительные оценки, перевод на ПГУ позволит на тех же площадках получить дополнительно до 80 ГВт эффективной мощности с выработкой на тепловом потреблении до 300 ГВт∙ч электроэнергии. Столь же масштабной является проблема наращивания когенерации. Из 132 городов с численностью населения от 100 тыс. чел. до 500 тыс. чел. только в 65 городах теплопотребление покрывается как от ТЭЦ, так и от котельных. В 67 городах потребители получают тепло только от муниципальных и ведомственных котельных, теплоэлектроцентрали территориальных генерирующих компаний в этих городах отсутствуют. Масштаб этих проблем и временные рамки их решения требуют обеспечения высоких темпов реконструкции действующих и строительства новых ТЭЦ при экономии капиталовложений, высокой надёжности и экономической эффективности оборудования, минимизации эксплуатационных затрат. Важным фактором при этом является стеснённость территории реконструируемых ТЭЦ, расположенных, как правило, в черте городской застройки, которая предъявляет жёсткие требования к компактности оборудования, оптимальному его размещению и минимальному воздействию на окружающую среду. В этих условиях от отечественного энергомашиностроения требуется максимальная унификация и высокий технический уровень оборудования, модульный принцип его заводского изготовления и поставки, высокая степень типизации проектно-технических решений. Проект 2 Перспективные технологические комплексы на основе теплофикационных ПГУ-170 и ПГУ-100 с применением теплонасосных установок, обеспечивающие коэффициент использования тепла топлива, близкий к 95–98 % с учётом использования источников низкопотенциального тепла Для эффективной компенсации дефицита тепла целесообразно применение в технологическом комплексе ПГУ-ТЭЦ тепловых насосов (ТН) на базе возобновляемых источников низкопотенциального тепла с коэффициентами преобразования 4–5 и отнесением потребляемой электроэнергии на собственные нужды ТЭЦ. Источниками низкопотенциального тепла могут быть обратная сетевая вода, циркуляционная вода систем охлаждения конденсаторов турбин, канализационные стоки, вентиляционные выбросы котельных и турбинных отделений главных корпусов ТЭЦ, тепло земли и другие. В настоящее время наметилась тенденция расширения использования тепловых насосов в крупных городах, ведётся разработка новых принципов работы ТН, начата реализация планов комплексного теплоснабжения с применением тепловых насосов. Уникальные термодинамические и теплофизические свойства диоксида углерода (СО2, R744) в качестве рабочего вещества позволяют создать ТН большой тепловой мощности, существенно превосходящие традиционные по энергетической эффективности и массогабаритным характеристикам. В России имеется производственная база для выпуска ТН большой мощности с центробежными компрессорами. Разработаны технические решения для таких ТН тепловой мощностью 20 и 50 МВт, построен действующий пилотный образец ТНСО2-20 с тепловой мощностью 20 кВт для теплоснабжения и горячего водоснабжения индивидуального дома. При всех позитивных качествах тепловых насосов их применение оказывается экономически целесообразным лишь при больших значениях коэффициента преобразования, которые достижимы при сравнительно малых разностях температур кипения и конденсации хладонов. Для их эффективного использования в России необходимы отопительные системы, позволяющие снижать температуру теплоносителя на входе в систему, увеличивать поверхность конвекторов и коэффициент их теплоотдачи, применять воздушное отопление. Технологический комплекс, в котором компенсация дефицита тепла осуществляется за счёт использования тепловых насосов, может стать энергетически и экономически эффективным благодаря значительному увеличению коэффициента использования тепла топлива, как показывают оценки до 95-98 %, и применению для ТН льготных тарифов на электроэнергию как для потребителей собственных нужд ТЭЦ. |
Похожие:
 | Отчет о разработке стратегической программы исследований технологической платформы Направления исследований и разработок, наиболее перспективных для развития в рамках платформы | | Программа исследований Технологической платформы «Текстильная и легкая промышленность» Текущие тенденции развития рынков и технологий в сфере деятельности платформы |
| Ежегодный отчет о выполнении проекта реализации технологической платформы... Технологии мехатроники, встраиваемых систем управления, радиочастотной идентификации и роботостроение | | Альтернативные источники энергии Солнечная энергетика Солнечная энергетика Солнечная энергетика используетнеисчерпаемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов.... |
 | Отчет о деятельности технологической платформы "Инновационные лазерные... Деятельность технологической платформы "Инновационные лазерные и оптоэлектронные технологии – фотоника" (далее – тп "Фотоника") в... | | Солнечная энергетика Солнечная энергетика использует неисчерпаемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов.... |
| Результаты мониторинга состояния работ и проектов, рекомендуемых... Исполнитель: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем машиноведения Российской академии наук | | Отчет о деятельности технологической платформы «Развитие российских... Муниципальное казенное образовательное учреждение бутурлиновская средняя общеобразовательная школа №7 |
| Университет В целом работа по программе в 2012 г направлена на создание технологической интеграционной платформы (телекоммуникационного кластера)... | | 3 юродивые и кликуши В целом работа по программе в 2012 г направлена на создание технологической интеграционной платформы (телекоммуникационного кластера)... |
| Дневник магини Предисловие В целом работа по программе в 2012 г направлена на создание технологической интеграционной платформы (телекоммуникационного кластера)... | | Кириллица – основа русской азбуки В целом работа по программе в 2012 г направлена на создание технологической интеграционной платформы (телекоммуникационного кластера)... |
| Пресс-релиз 29 ноября 2012 г. Агентство по прогнозированию балансов... Акимова, Т. А. Экология. Природа – Человек – Техника: учебник / Т. А. Акимова. – М.: Экономика, 2007. – 510с | | Материалы к урокам. Х. Бидструп. Юный художник В целом работа по программе в 2012 г направлена на создание технологической интеграционной платформы (телекоммуникационного кластера)... |
| «Риторика и культура речи: наука, образование, практика» В целом работа по программе в 2012 г направлена на создание технологической интеграционной платформы (телекоммуникационного кластера)... | | Обзор красноярских сми за 22 июня 2011 года В целом работа по программе в 2012 г направлена на создание технологической интеграционной платформы (телекоммуникационного кластера)... |
