The methodological aspects of objective species of thermal installations based on the power gas engine
The methodological aspects of objective species of combined heat and power gas engine heat efficiency calculation has been examined.
Збережено в:
| Дата: | 2006 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
2006
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/289 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | System Research in Energy |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
System Research in Energy| _version_ | 1871103484854534144 |
|---|---|
| author | Dubovskoy S.V. |
| author_facet | Dubovskoy S.V. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Dubovskoy S.V.",
"institution": null
}
] |
| author_sort | Dubovskoy S.V. |
| baseUrl_str | https://systemre.org/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T12:57:36Z |
| description | The methodological aspects of objective species of combined heat and power gas engine heat efficiency calculation has been examined. |
| first_indexed | 2026-03-24T02:01:20Z |
| format | Article |
| fulltext |
42 ПРОБЛЕМИ ЗАГАЛЬНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ • №14/2006
ÑÈÑÒÅÌͲ ÄÎÑ˲ÄÆÅÍÍß ÒÀ ÊÎÌÏËÅÊÑͲ ÏÐÎÁËÅÌÈ ÅÍÅÐÃÅÒÈÊÈ
Развитие комбинированного производства
электрической и тепловой энергии в мире харак-
теризуется возрастающей ролью теплофикаци-
онных энергоустановок на базе газотурбинных,
парогазовых и поршневых двигателей. Такие ус-
тановки применяют как при создании новых и
реконструкции существующих крупных ТЭЦ об-
щего пользования, так и в качестве локальных
источников для тепло- и электроснабжения не-
больших предприятий, жилых, торговых, офис-
ных и промышленных зданий.
Интерес к применению локальных ТЭЦ (име-
нуемых также мини-ТЭЦ) проявляют промыш-
ленные и коммунально-бытовые потребители,
неудовлетворенные надежностью и ценой пос-
тавки электрической или тепловой энергии из
централизованных источников. Потребитель,
выступающий в качестве потенциального вла-
дельца мини-ТЭЦ, определяет состав оборудова-
ния и режимы его использования, исходя из собс-
твенных потребностей в энергии. При этом пред-
почтительный выбор в пользу теплофикацион-
ных установок на базе газовых двигателей обус-
лавливается их относительно невысокой стои-
мостью, малыми сроками строительства, просто-
той эксплуатации и другими факторами, выгодно
отличающими такие установки от традиционных
паротурбинных ТЭЦ.
Выбор оптимальных вариантов использова-
ния мини-ТЭЦ в собственном энергохозяйстве
начинается, как правило, с анализа крайних слу-
чаев:
– применение мини-ТЭЦ в качестве аварий-
но-резервного источника энергии (источника
бесперебойного электроснабжения), вступающе-
го в работу при отключении внешнего электрос-
набжения;
– использование мини-ТЭЦ в качестве авто-
номного стационарного источника тепло-, элек-
троснабжения, обеспечивающего покрытие элек-
трических и тепловых нагрузок при полном отк-
лючении от внешних тепловых и электрических
сетей, либо при использовании данных сетей
только в качестве аварийно-резервного источни-
ка энергоснабжения.
Применение мини-ТЭЦ для аварийно-резер-
вного энергоснабжения оказывается, как прави-
ло, технически и экономически нецелесообраз-
ным из-за невозможности поддержания упорядо-
ченных режимов отпуска тепловой энергии.
Вариант автономного энергоснабжения мо-
жет быть приемлемым для отдельных объектов с
равномерными суточными и сезонными тепло-
выми и электрическими нагрузками при наличии
уже установленных аварийно-резервных источ-
ников. Однако для предприятий с одно- и двух-
сменным режимом работы, для объектов жилищ-
но-коммунального хозяйства, коммерческой и
социально-культурной сферы, имеющих нерав-
номерные и несогласованные графики потребле-
ния электрической и тепловой энергии, устройс-
тво автономного энергоснабжения от мини-ТЭЦ,
как правило, не оправдывает себя [1].
Объясняется это тем, что низкая степень заг-
рузки оборудования автономных ТЭЦ на протя-
жении суток и года, его вынужденное использо-
вание в частичных режимах, иногда с получением
лишь одного вида энергии, дублирование обору-
дования, установка согласующих тепловых и
электрических аккумуляторов, требуют значи-
тельных капитальных вложений, медленно оку-
паемых вследствие заведомой неполноты ис-
пользования установленного оборудования.
Кроме того, отключившись от внешних сетей
ценой дополнительных инвестиций, владелец
собственной мини-ТЭЦ оказывается в полной за-
висимости от внешних условий поставки топли-
ва, что определяет высокие инвестиционные рис-
ки в связи с непредсказуемостью изменений та-
ких условий даже в краткосрочной перспективе.
По изложенным причинам, приемлемым для
среднего потребителя оказывается обычно вари-
ант локального энергоснабжения, предусматри-
вающий возможность совместной работы мини-
ТЭЦ и внешних сетей с обменом энергией между
ними. Такой вариант использования характерен,
в частности, для существующих малых ТЭЦ (ло-
кальных ТЭЦ мощностью до 1 МВт и блок-ТЭЦ
мощностью свыше 1 МВт) предприятий пище-
вой, агроперерабатывающей и других отраслей
МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ОЦЕНКИ
УДЕЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕПЛОФИКАЦИОННЫХ УСТАНО-
ВОК НА БАЗЕ ГАЗОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
УДК 621.311.22
С.В. ДУБОВСКОЙ, канд. техн. наук (Институт общей энергетики НАН Украины, Киев)
Рассмотрены методические особенности расчета объективных показателей тепловой экономичности теплофика-
ционных установок на базе газовых двигателей.
ПРОБЛЕМИ ЗАГАЛЬНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ • №14/2006 43
промышленности. Практически все малые ТЭЦ
могут работать в режиме выдачи излишков мощ-
ности в сеть. Локальные ТЭЦ отдают энергию по
индивидуальному графику, а блок-ТЭЦ находят-
ся под оперативным управлением со стороны ре-
гионального диспетчерского центра. Преимущес-
тва варианта, предусматривающего энергообмен
мини-ТЭЦ с внешними сетями, хорошо известны
и сводятся к следующим.
Внешний отпуск излишков энергии повыша-
ет коэффициент использования установленной
мощности мини-ТЭЦ, что снижает инвестицион-
ную (капитальную) составляющую издержек на
получение единицы энергии. Более полная заг-
рузка оборудования сокращает время вынужден-
ной работы мини-ТЭЦ в режимах частичной наг-
рузки и/или выработки энергии по раздельной
схеме, что приводит к уменьшению эксплуатаци-
онных производственных издержек. Наряду с
этим, реализация излишков энергии избавляет от
выбора оборудования мини-ТЭЦ по величине со-
отношения тепловой и электрической мощности,
вытекающего из специфики объекта энергоснаб-
жения, что позволяет, в частности, применять
оборудование с большим значением теплофика-
ционного коэффициента, и соответственно, элек-
трическим КПД. Поскольку производство элек-
трической энергии на ТЭС обходится дороже,
чем тепловой, и требует больших затрат топлива,
увеличение теплофикационного коэффициента
повышает доходность ТЕЦ, отнесенную к пот-
реблению топлива, так же как и размер экономии
топлива в системе в целом. Кроме того, внешний
отпуск энергии способствует повышению надеж-
ности энергоснабжения потребителей региона
размещения мини-ТЭЦ, снижению потерь во
внешних сетях.
Таким образом, энергообмен мини-ТЭЦ с
внешней сетью потенциально выгоден как ее вла-
дельцу, так и системе в целом, в отличие от вари-
антов автономного и частично автономного энер-
госнабжения.
Законодательством Украины предусматрива-
ется свободный доступ установок комбинирован-
ного производства электрической и тепловой
энергии к внешним сетям для организации ком-
мерческого отпуска энергии по регулируемым та-
рифам, согласованным с независимым государс-
твенным регулирующим органом, что положи-
тельно сказывается на количественном и качес-
твенном росте мини-ТЭЦ.
Вместе с тем, одним из факторов, в опреде-
ленной степени сдерживающим владельцев
мини-ТЭЦ от присоединения к внешним сетям,
нередко является трудность согласования тари-
фов на внешний отпуск электрической и тепло-
вой энергии с потребителями. Этот недостаток
лежит сегодня в основе многих хозяйственные
споров, препятствующих организации внешнего
отпуска энергии от локальных источников с
пользой для всех заинтересованных сторон.
Одной из основных причин, определяющих
непрозрачность установления отпускных тари-
фов, является методическое несовершенство рас-
чета удельных затрат топлива на отпуск электри-
ческой и тепловой энергии, определяющих ос-
новную часть отпускного тарифа.
Существующий стандарт расчета удельных
характеристик ТЭЦ не вполне аргументирован
физически, оперируя к тому же с данными внут-
реннего технологического учета, недоступными
для непосредственного внешнего контроля, что
зачастую вызывает сомнения в объективности
определения отпускных тарифов у потребителей
и согласующих органов. Кроме того, область при-
менения действующего стандарта ограничивает-
ся паротурбинными установками и его механи-
ческий перенос на установки прочих типов не
представляется корректным.
Следует отметить, что внешние условия рабо-
ты мини-ТЭЦ на базе газовых двигателей, по су-
ти, не отличаются от условий работы паротур-
бинных ТЭЦ сходной мощности, что определяет
необходимость оценки показателей эффектив-
ности ТЭЦ различных типов на основе единой
методологии, аргументированной физически и
ориентированной на использовании объектив-
ной информации о работе ТЭЦ, доступной про-
изводителям и потребителям энергии в рамках
коммерческого учета энергоносителей.
Принципиальной особенностью комбиниро-
ванного производства электрической и тепловой
энергии является невозможность прямого разде-
ления затрат топлива на отпуск электрической и
на отпуск тепловой энергии в условиях эксплуата-
ции, что вынуждает использовать при таких оцен-
ках расчетные методы разделения затрат. По усло-
вию сравнимости показателей эффективности
(тепловой экономичности), расчетное разделение
затрат топлива должно базироваться на единой
физически мотивированной методологической ба-
зе, использующей наиболее общие закономернос-
ти преобразования энергии, присущие всем техно-
логиям комбинированного производства.
Вопрос достоверной оценки показателей теп-
ловой экономичности комбинированного произ-
ÑÈÑÒÅÌͲ ÄÎÑ˲ÄÆÅÍÍß ÒÀ ÊÎÌÏËÅÊÑͲ ÏÐÎÁËÅÌÈ ÅÍÅÐÃÅÒÈÊÈ
44 ПРОБЛЕМИ ЗАГАЛЬНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ • №14/2006
водства электрической и тепловой энергии воз-
ник на рубеже 19-20 веков и наиболее интенсив-
но рассматривался на рубеже 40-50-х и 80-90-х
годов прошлого века. Термодинамические иссле-
дования 40-х – начала 50-х годов по тем или
иным причинам не нашли практического призна-
ния, что способствовало принятию стандартного
метода определения показателей тепловой эко-
номичности ТЭЦ, исходя из практических сооб-
ражений. Среди большого количества предложе-
ний такого рода был выделен подход [2, 3], осно-
ванный на допущении о равной ценности тепло-
ты и работы, получаемых в теплофикационной
паровой турбине, позволявшем отождествить
КПД получения тепла с отработанным рабочим
телом паровых турбин, соответствующему КПД
получения тепла в парогенераторе, вырабатыва-
ющем пар для паровой турбины. Допущение, ле-
жащее в основе данного подхода, входило в явное
противоречие со вторым началом термодинами-
ки, в частности с теоремой Карно о предельной
эффективности тепловых машин, что отмечалось
многими авторами [4, 5]. Тем не менее, данный
подход был положен в основу так называемого
физического метода расчета показателей тепло-
вой экономичности электростанций комбиниро-
ванного производства, официально утвержден-
ного Министерством электростанций (МЭС)
бывшего СССР. В литературе этот метод имену-
ется также методом МЭС [4].
Принятие физического метода в качестве
стандартного позволило радикально снизить
удельный расход топлива на отпуск электричес-
кой энергии от ТЭЦ ценой соответствующего по-
вышения удельного расхода топлива на отпуск
тепла. В результате этого расчетная эффектив-
ность ТЭЦ по производству электрической энер-
гии – наиболее востребованного товара в период
послевоенной электрификации становилась не-
досягаемо высокой, что определяло приоритет-
ность широкомасштабного использования ТЭЦ
перед другими источниками электрической энер-
гии. С другой стороны, КПД котлоагрегатов ТЭЦ
существенно превышал КПД распространенного
в то время печного отопления и малых кустарных
индивидуальных и домовых котлов, что опреде-
ляло определенный запас рентабельности ТЭЦ
по отпуску тепла.
Наибольший вклад в обоснование и методи-
ческое оформление физического метода был вне-
сен А.С. Горшковым, Е.Я. Соколовым, Н.М. Зин-
гером и другими известными специалистами в об-
ласти теплофикации. Данный метод, при всем
своем несовершенстве, выполнял роль отраслево-
го стандарта более 40 лет, получив закрепление
также в стандарте Украины. Однако в 1998 году,
под давлением экономических обстоятельств, ос-
новные положения физического метода претерпе-
ли определенные изменения. В новой редакции
отраслевого стандарта [6] в формулы физическо-
го метода введена расчетная поправка, увеличива-
ющая удельный расход топлива на отпуск элек-
трической энергии и, соответственно, уменьшаю-
щая расход топлива на отпуск тепла. Вносимая
поправка представляет собой половину расчетной
экономии тепла, возникающей вследствие комби-
нированного производства электрической и теп-
ловой энергии. Расчет поправки осуществляется
по приближенным зависимостям, использующим
метод коэффициентов ценности тепла на основе
значений энтальпии пара в отборах турбины.
Новый стандарт внес определенные сложнос-
ти в процедуру расчета показателей тепловой
экономичности тепловых электростанций, сде-
лав ее еще менее прозрачной чем ранее, посколь-
ку к ранее используемым параметрам технологи-
ческого учета добавились дополнительные дан-
ные о энтальпии пара в отборах турбин Физичес-
кая аргументированность новой расчетной про-
цедуры также не возросла.
Однако достоинством нового стандарта яви-
лось то, что его применение на практике позволи-
ло приблизить расчетные показатели электричес-
ких станций к физическим и экономическим реа-
лиям. В частности, применение нового стандарта
позволило частично устранить такой изъян фи-
зического метода, как кажущаяся неконкурентос-
пособность ТЭЦ по отпуску тепла по сравнению
с современными газовыми котлами систем цен-
трализованного теплоснабжения. Вместе с тем,
удельные характеристики ТЭЦ не достигли уров-
ня конкурентности с современными газовыми
котлами децентрализованного теплоснабжения,
в частности, с домовыми (дворовыми и крышны-
ми) и поквартирными котлами и водонагревате-
лями, свободными от потерь в магистральных и
распределительных тепловых сетях централизо-
ванного теплоснабжения.
В связи с этим, в 2003 году приказом минис-
тра топлива и энергетики был введен очередной
стандарт расчета показателей тепловой эконо-
мичности ТЭЦ, основанный на применении пла-
вающих поправок в формулы физического мето-
да, величины которых определяются индивиду-
ально для каждой ТЭЦ и ТЭС исходя из реаль-
ных условий их работы. Минимальные значения
ÑÈÑÒÅÌͲ ÄÎÑ˲ÄÆÅÍÍß ÒÀ ÊÎÌÏËÅÊÑͲ ÏÐÎÁËÅÌÈ ÅÍÅÐÃÅÒÈÊÈ
ПРОБЛЕМИ ЗАГАЛЬНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ • №14/2006 45
данных поправок определяются в данном доку-
менте на основании термодинамического метода,
разработанного в Институте общей энергетики
НАН Украины [7]. Новый стандарт применяется
сегодня к ТЭС, работающим на конкурентном
рынке электрической энергии, но пока не рас-
пространяется на ТЭЦ, работающие по регулиру-
емым тарифам.
Сегодня становится понятной необходимость
дальнейшего совершенствования отраслевых
стандартов с целью их упрощения и приведения в
соответствие с законами физики, поскольку в ус-
ловиях продолжающегося роста цен на природ-
ный газ острота споров о справедливых тарифах
на тепловую и электрическую энергию от ТЭЦ
многократно усилится.
Вместе с тем, методические усовершенствова-
ния оценки показателей тепловой экономичнос-
ти последних лет касаются, главным образом, па-
ротурбинных установок, в то время как расчет
показателей теплофикационных установок про-
чих типов, в частности, газотурбинных установок
(ГТУ ТЭЦ) остается неизменным с 50-х годов
прошлого столетия [8]. Судя по публикациям
последних лет, оценки показателей ГТУ ТЭЦ по
физическому методу производятся и поныне, на-
ходя применение также и для оценки парогазо-
вых ТЭЦ [9]. В то же время, в литературе отмеча-
ется необходимость усовершенствования мето-
дов оценки газотурбинных ТЭЦ ввиду неприем-
лемости дальнейшего использования физическо-
го метода в [10].
Один из методологических подходов, удов-
летворяющих требованиям простоты, объектив-
ности и прозрачности расчета показателей тепло-
вой экономичности установок и электростанций
комбинированного производства все типов, пред-
ложен ранее в работе [11], где обоснован общий
поход к оценке показателей тепловой экономич-
ности ТЭЦ на основе закона сохранения и прев-
ращения энергии.
Цель настоящей работы состояла в анализе
методических особенностей практического при-
менения данного подхода в случае мини-ТЭЦ на
базе газовых двигателей.
В соответствии с [11] расчетные формулы
разделения затрат приводной энергии на произ-
водство электрической и тепловой энергии для
простейшей двупродуктовой когенерационной
установки имеют вид:
где E – фактическое производство электрической
энергии; Ео – теоретическое производство элек-
трической энергии или максимально возможная
техническая работоспособность рабочего тела на
входе в установку; Q – фактическое производс-
тво тепловой энергии; Qo – фактический расход
приводной энергии; Qе – затрата приводной энер-
гии на получение электрической энергии; QТ –
затрата приводной энергии на получение тепла.
В соответствии с результатами работы [11]
разделение затрат топлива на комбинированное
производство (отпуск) электрической и тепло-
вой энергии с учетом технологических затрат и
потерь электрической и тепловой энергии на
собственные нужды следует производить по фор-
мулам:
Соответствующие удельные затраты топлива
на отпуск электрической и тепловой энергии оп-
ределены формулами:
Коэффициент ω, присутствующий в форму-
лах (1)-(4), именуется коэффициентом термоди-
намической ценности тепла. Как это видно из (4),
он представляет собой отношение затрат привод-
ной энергии на получение одинаковых единиц
тепловой и электрической энергии.
Коэффициент ценности тепла определяется, в
общем случае, формулой:
где ηо – предельный КПД установки комбиниро-
ванного производства; ηе – фактический элек-
трический КПД.
Все показатели, необходимые для расчета
удельных характеристик когенерационных уста-
новок, кроме величины предельного КПД, отно-
сятся к параметрам внешнего или коммерческо-
го учета. Определение данных параметров не за-
висит от типа и особенностей конкретной уста-
новки и подчиняется соответствующим нормам
и правилам коммерческого учета потребления
топлива и отпуска электрической и тепловой
энергии. Что касается предельного КПД, то оп-
ределение данной величины является специфич-
ÑÈÑÒÅÌͲ ÄÎÑ˲ÄÆÅÍÍß ÒÀ ÊÎÌÏËÅÊÑͲ ÏÐÎÁËÅÌÈ ÅÍÅÐÃÅÒÈÊÈ
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
46 ПРОБЛЕМИ ЗАГАЛЬНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ • №14/2006
ным и требует знания общих данных, характери-
зующих тип и общие параметры конкретной ус-
тановки.
Как известно, все установки комбинирован-
ного производства реализуют внешний или внут-
ренний подвод тепла сгорания топлива. К уста-
новкам с внешним подводом тепла относятся
традиционные паротурбинные установки элек-
тростанций, работающие по циклу Ренкина. Оп-
ределение удельных характеристик таких устано-
вок рассмотрено кратко в работе [11], результаты
которой в определенной степени пригодны и для
оценки установок с внешним подводом тепла, ра-
ботающих по циклам Стирлинга.
В настоящей работе рассмотрены наиболее
распространенные теплофикационные установки
с внутренним сгоранием топлива – газотурбин-
ные, работающие по циклу цикл Брайтона (горе-
ние при постоянном давлении) и газопоршневые,
работающие по циклу Отто (горение при посто-
янном объеме).
Под предельным КПД теплофикационной
установки понимается КПД ее идеализирован-
ного рабочего цикла, соответствующего работе
установки в режиме производства только элек-
трической энергии с отводом теплоты при темпе-
ратуре окружающей среды. Для установок с
внутренним сгоранием величина предельного
КПД определяется эффективностью идеализи-
рованных процессов подготовки и сжигания топ-
лива:
где Ео – максимальная техническая работа (эк-
сергия) продуктов сгорания топлива за вычетом
энергии предварительного сжатия компонентов
топливной смеси; Qo – тепловой эффект реакции
горения.
Величина максимальной технической работы
двигателей со сжиганием топлива при постоян-
ном давлении определяется формулой:
При этом работа предварительного сжатия ком-
понент топливной смеси определяется формулой:
Для двигателей со сжиганием топлива при
постоянном объеме эти величины определяются
формулами:
Инженерные расчеты КПД циклов машин
внутреннего сгорания проводят обычно для ус-
ловно замкнутого цикла таких машин, принимая
во внимание малость различий термодинамичес-
ких свойств продуктов сгорания и компонент ис-
ходной топливной смеси.
При этом предельный КПД всех циклов внут-
реннего сгорания может быть выражен единой
формулой:
Теплота реакции горения определяется в (11)
по низшей рабочей теплотворности топлива:
Данная формула содержит величину теорети-
ческой температуры горения, подлежащую рас-
чету, исходя из фактических значений парамет-
ров работы анализируемой установки.
Поскольку точный расчет температуры горе-
ния представляет определенную сложность,
автором была разработана соответствующая рас-
четная программа, обеспечивающая определение
предельного теоретического КПД и коэффициен-
та термодинамической ценности тепла на основа-
нии технических характеристик установки, пере-
численных в таблице 1.
Алгоритм расчета предельного КПД установ-
ки состоит в следующем. Теоретическая темпера-
тура горения при постоянном давлении может
быть определена из уравнения теплового баланса
процесса горения как функция температуры
предварительного сжатия:
В свою очередь, температура предваритель-
ного сжатия Т2 определяется из уравнений
теплового и энтропийного баланса процессов
предварительного сжатия компонент топливной
смеси:
По величине теоретической температуры го-
рения Т3 производится последовательный расчет
энтальпии и энтропии сгоревшей топливной сме-
си, предельный термический КПД, а затем – ко-
эффициент термодинамической ценности по
формуле (5).
Энтальпия и энтропия газов в уравнениях
(11)-(16) рассчитываются по законам газовых
ÑÈÑÒÅÌͲ ÄÎÑ˲ÄÆÅÍÍß ÒÀ ÊÎÌÏËÅÊÑͲ ÏÐÎÁËÅÌÈ ÅÍÅÐÃÅÒÈÊÈ
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
(13)
(14)
(15)
(16)
ПРОБЛЕМИ ЗАГАЛЬНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ • №14/2006 47
смесей на основании предварительного расчета
компонентного состава продуктов сгорания:
где – удельная энтальпия и энтропия
компонент газовой смеси продуктов сгорания;
gi – массовая доля компонент; i = 1…M.
Функциональные зависимости термодинами-
ческих свойств компонент топлива и продуктов сго-
рания от температуры получены методом аппрокси-
мации табличных данных, представленных в [12].
Расчет цикла постоянного объема произво-
дится так же, однако вместо энтальпий использу-
ются соответствующие значения внутренней
энергии газов.
Программный комплекс реализован в прог-
раммной среде Visual Basic (VBA) и может быть
использован как внешняя подпрограмма-фун-
кция при проведении расчетов в программной
среде Exel.
В качестве примера на рис. 1 представлены
результаты расчета зависимостей предельного
КПД газотурбинного цикла Брайтона на природ-
ном газе от степени повышения давления и коэф-
фициента избытка воздуха.
ÑÈÑÒÅÌͲ ÄÎÑ˲ÄÆÅÍÍß ÒÀ ÊÎÌÏËÅÊÑͲ ÏÐÎÁËÅÌÈ ÅÍÅÐÃÅÒÈÊÈ
Таблица 1. Основные технические характеристики, используемые при расчете
показателей теплофикационных установок на базе газовых двигателей
Рис. 1. Предельный КПД газотурбинного цикла Брайтона в зависимости от степени повышения
давления и коэффициента избытка воздуха
№
п/п Наименование параметра Обозначение Размерность
1 Электрическая мощность нетто Е КВт
2 Электрический КПД ηe %
3 Потребление топлива vо
f нмЗ/час
4 Потребление воздуха Gв кг/час
5 Расход газов Gг кг/час
6 Степень повышения давлення (для ГТУ) π -
7 Степень сжатия (для дизельных установок) х
8 Компонентний состав сухого топлива сj(j=1...N) % (об.)
9 Влажность топлива d кг/нмЗ
10 Низшая рабочая теплота сгорания Qр
н МДж/кг
11 Температура воздуха Т1 К
12 Давление воздуха P1 МПа
13 Относитсльная влажность воздуха ϕ1 %
48 ПРОБЛЕМИ ЗАГАЛЬНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ • №14/2006
Результаты расчета коэффициентов термоди-
намической ценности тепла, как и расчетные оцен-
ки удельных характеристик ряда практически ис-
пользуемых газотурбинных установок НПО "За-
ря-Машпроект", проведенные на основании расче-
тов предельных КПД, представлены в таблице 2.
Из представленных данных видно, что величины
коэффициентов ценности тепла для всех рассмот-
ренных установок, несмотря на существенные раз-
личия в параметрах их работы, близки к 0,5.
Соответствующие расчеты предельных КПД
установок цикла Отто на природном газе пред-
ставлены на рис. 2.
Расчеты коэффициентов термодинамической
ценности тепла и удельных показателей некото-
рых когенеративных установок на основе газо-
поршневых двигателей с использованием найден-
ных значений предельного КПД цикла Отто пока-
зывают, что характерные величины коэффициен-
тов ценности тепла для таких установок изменя-
Показатели Размер-
ность
Тип газотурбинной установки
UGT110 UGT25000 UGT16000 UGT6000 UGT2500
Электрическая мощность брутто кВт 110000 25000 16000 6000 2500
Электрический КПД брутто % 36 36,5 27,9 30,2 26,5
Выработка тепла (КИТ=0,75) кВт 119167 26370 27011 8901 4576
Расход тепла топлива кВт 305556 68493 57348 19868 9434
Расход газов кг/с 365 84,5 96 30,5 14,4
Коэффициент избытка воздуха нм
3
/нм
3
3,28 3,65 4,974 4,556 4,53
Температура воздуха К 288 288 288 288 288
Степень повышения давления - 14,7 21 12 16 12
Предельный КПД % 68,762 70,416 64,635 67,192 65,455
Коэффициент ценности тепла - 0,512 0,534 0,510 0,530 0,530
Удельный расход топлива на выработку
электрической энергии
г у.т./кВтч 219,8 215,6 236,9 228,0 235,6
Удельный расход топлива на выработку
тепла
кг у.т./Гкал 130,8 133,8 140,5 140,5 145,2
ÑÈÑÒÅÌͲ ÄÎÑ˲ÄÆÅÍÍß ÒÀ ÊÎÌÏËÅÊÑͲ ÏÐÎÁËÅÌÈ ÅÍÅÐÃÅÒÈÊÈ
Таблица 2. Расчет коэффициентов ценности тепла по данным газотурбинных
установок НПО "Заря-Машпроект"
Рис. 2. Предельный КПД установок цикла Отто на природном газе в зависимости от степени сжатия
и коэффициента избытка воздуха
ПРОБЛЕМИ ЗАГАЛЬНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ • №14/2006 49
ются в пределах 0,6-0,7. При этом для ориентиро-
вочных расчетов показателей таких установок мо-
жет быть принят коэффициент ценности 0,65.
Следует отметить, что графическая форма
выражения предельных КПД установок циклов
Брайтона и Отто имеет отображение в виде апп-
роксимационных зависимостей логарифмичес-
кого вида, пригодных для установок на опреде-
ленном виде топлива.
Выводы.
1. Объективная оценка показателей тепловой
экономичности теплофикационных установок на
базе газовых двигателей может быть произведена
по единим формулам, содержащим один индиви-
дуальный параметр – средний коэффициент тер-
модинамической ценности тепла.
2. Расчет индивидуальной характеристики ус-
тановки может быть произведен на основании
предварительного определения величины ее пре-
дельного КПД, зависящего от основных парамет-
ров сжатия и горения топлива.
3. Даны алгоритм и результаты расчета пре-
дельных КПД установок цикла Брайтона и Отто,
пригодные для оценки эффективности газотур-
бинных и газопоршневых теплофикационных ус-
тановок на природном газе.
4. Показано, что характерные значения коэф-
фициентов ценности тепла, рассчитанные по тех-
ническим данным серийных установок, составля-
ют 0,5-0,55 для газотурбинных и 0,6-0,7 – для га-
зопоршневых установок.
5. Данные значения могут быть использованы
для ориентировочных оценок показателей тепло-
вой экономичности соответствующих установок.
6. Точные значения индивидуальных парамет-
ров могут быть найдены с применением расчетной
программы, основанной на использовании стан-
дартных зависимостей свойств газовых смесей от
температуры и давления конкретного процесса.
7. Полученные результаты могут быть поло-
жены в основу разработки рабочих методик опре-
деления удельных характеристик теплофикаци-
онных установок на базе газовых двигателей.
ÑÈÑÒÅÌͲ ÄÎÑ˲ÄÆÅÍÍß ÒÀ ÊÎÌÏËÅÊÑͲ ÏÐÎÁËÅÌÈ ÅÍÅÐÃÅÒÈÊÈ
1. С.В. Дубовський, В.К. Туваржиєв, Є.А. Ленчевський, В.С. Коберник. Багатофакторний аналіз і вибір когенераційних елек-
тростанцій потужністю до 25 МВт для інвестиційних проектів // Праці ІЕД України. – 2004 – №1(7). – С. 99-108.
2. Горшков А.С. "Электрические станции", 1948, №6.
3. Горшков А.С. Технико-экономические показатели тепловых электрических станций, М.: Энергия. – 1974. – 240 с.
4. Д.П. Гохштейн. Современные методы термодинамического анализа энергетических установок. – М.: Энергия. – 1969. – 368 с.
5. В.С. Степанов. Анализ энергетического совершенства технологических процессов. – Новосибирск.-Наука. – 1984. – 272 с.
6. ГКД34.08.108-98. Розподіл витрат палива на теплових електростанціях на відпущену електричну і теплову енергію при
їх комбінованому виробництві.-Київ. – НДІЕнергетики. – 1998.
7. С.В. Дубовський. Феноменологічна декомпозиція складних процесів у системному аналізі енергетичних систем // Проб-
леми загальної енергетики – 2003. – №9 – С. 7-15.
8. Я.И. Шнек. Газовые турбины. – М.: Машгиз. – 1960. – 560 с.
9. В.А. Рейсиг, М.Н. Чепурной, В.В. Чужинський. Эффективность использования теплофикационных гшазотурбинных ус-
тановок // Проблеми загальної енергетики. – 2002. – №7 – С. 48-50.
10. С.В. Дубовський. Об'єктивні оцінки комбінованого виробництва електричної та теплової енергії за загальними даними
статистичного обліку // Проблеми загальної енергетики. – 2005. – №13. – С. 44-50.
11. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. – М.: Наука. – 1963. – 1972. – 708 с.
|
| id | systemreorg-article-289 |
| institution | System Research in Energy |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:08:56Z |
| publishDate | 2006 |
| publisher | General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | systemreorg/71/4c99ff3ac4833c01f121019a801b2571.pdf |
| spelling | systemreorg-article-2892026-07-18T12:57:36Z The methodological aspects of objective species of thermal installations based on the power gas engine Методичні особливості оцінки питомих характеристик теплофікаційних установок на базі газових двигунів Dubovskoy S.V. thermal installation; gas engine; heat energy; mini heat electric generating station; steam turbine station. теплофікаційні установки, газові двигуни, теплова енергія, міні-ТЕЦ, паротурбінні ТЕЦ. The methodological aspects of objective species of combined heat and power gas engine heat efficiency calculation has been examined. Розглянуто методичні особливості розрахунку об'єктивних показників теплової економічності теплофікаційних установок на базі газових двигунів. General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2006-12-04 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/289 System Research in Energy; No. 2 (14) (2006): The Problems of General Energy; 42-49 Системні дослідження в енергетиці; № 2 (14) (2006): Проблеми загальної енергетики; 42-49 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/289/237 Copyright (c) 2006 Dubovskoy S.V. https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0 |
| spellingShingle | thermal installation gas engine heat energy mini heat electric generating station steam turbine station. Dubovskoy S.V. The methodological aspects of objective species of thermal installations based on the power gas engine |
| title | The methodological aspects of objective species of thermal installations based on the power gas engine |
| title_alt | Методичні особливості оцінки питомих характеристик теплофікаційних установок на базі газових двигунів |
| title_full | The methodological aspects of objective species of thermal installations based on the power gas engine |
| title_fullStr | The methodological aspects of objective species of thermal installations based on the power gas engine |
| title_full_unstemmed | The methodological aspects of objective species of thermal installations based on the power gas engine |
| title_short | The methodological aspects of objective species of thermal installations based on the power gas engine |
| title_sort | methodological aspects of objective species of thermal installations based on the power gas engine |
| topic | thermal installation gas engine heat energy mini heat electric generating station steam turbine station. |
| topic_facet | thermal installation gas engine heat energy mini heat electric generating station steam turbine station. теплофікаційні установки газові двигуни теплова енергія міні-ТЕЦ паротурбінні ТЕЦ. |
| url | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/289 |
| work_keys_str_mv | AT dubovskoysv themethodologicalaspectsofobjectivespeciesofthermalinstallationsbasedonthepowergasengine AT dubovskoysv metodičníosoblivostíocínkipitomihharakteristikteplofíkacíjnihustanovoknabazígazovihdvigunív AT dubovskoysv methodologicalaspectsofobjectivespeciesofthermalinstallationsbasedonthepowergasengine |