Technical and economic indicators of thermal energy technologies operated in maneuvering modes
There is a deficit in united energy system of Ukraine of installed capacity of flexible generation units which are able to quickly reach the operating mode, change the power generation levels in a wide range. To model additional measures increasing the flexibility of the power system, it is necessar...
Збережено в:
| Дата: | 2021 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
2021
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/788 |
| 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_ | 1871104301659586560 |
|---|---|
| author | Kobernik V.S. |
| author_facet | Kobernik V.S. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Kobernik V.S.",
"institution": null
}
] |
| author_sort | Kobernik V.S. |
| baseUrl_str | https://systemre.org/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T12:57:47Z |
| description | There is a deficit in united energy system of Ukraine of installed capacity of flexible generation units which are able to quickly reach the operating mode, change the power generation levels in a wide range. To model additional measures increasing the flexibility of the power system, it is necessary to know the technical and economic indicators of thermal power technologies and its specific operating modes.The purpose of the article is to determine: efficiency factors depending on the power unit load; start-up costs depending on downtime duration and different fuel prices; the influence of maneuvering modes on lifetime resource indicators; as well as comparison of indicators for various technologies of thermal energy. The following thermal power technologies: natural gas, hard or bituminous coal fired steam turbine supercritical pressure, steam-gas, gas turbine open cycle and gas piston engines. The calculation formulas allowing estimate the influence of the power plant operation mode on the efficiency is obtained. The results of calculation of the start-up specific costs depending from the type of the unit and the idle time is presented. The different values of thermal power unit start-up cost are presented depending on idle time. As an example, the balancing of 660 MW electric power with different equipment composition are considered. The analysis of the results shows that the highest start-up cost is for coal-fired steam turbine plants, and the composition of the equipment with the lowest start-up cost varies depending on the downtime: up to 2 hours, 2 – 5 hours, more than 5 hours. Formulas for recalculating the cost of starting at different fuel prices are obtained. The influence of maneuvering modes on the lifetime resource indicators of thermal power plants is also presented.The conventional thermal power generators of the united energy system of Ukraine have actually overcome their physical capabilities to ensure effective load following, therefore, it is necessary to introduce new highly flexible capacities, and the proposed formulas and results could be helpful to determine the volumes and characteristics of new thermal power plants needed to implement into power system. |
| doi_str_mv | 10.15407/pge2021.03.036 |
| first_indexed | 2026-03-24T02:03:03Z |
| format | Article |
| fulltext |
36
В.С. КОБЕРНИК
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2021, issue 3(66)
ISSN 2522-4344 (Online), ISSN 1562-8965 (Print). The problems of general energy, 2021, 3(66): 36–42
doi: https://doi.org/10.15407/pge2021.03.036
В об’єднаній енергосистемі (ОЕС) України
існує дефіцит електричної потужності, причина
якого в несприятливій структурі генеруючих по-
тужностей енергосистеми, а саме в недостатній
кількості маневрених енергоблоків, які здатні
швидко виходити на робочий режим з гарячого
або з холодного стану, змінювати в широких меж-
ах значення виробленої електричної енергії. Необ-
хідність покриття нерівномірного навантаження
призводить до зниження надійності та економіч-
ності функціонування енергосистеми, погіршен-
ня якості електричної енергії.
Як маневрені потужності в Європі і в світі ви-
користовують газові енергоблоки, але в Україні
багато таких блоків переведені на роботу з вугіл-
лям. Потужностей ГЕС та ГАЕС недостатньо для
покриття пікових навантажень, тому українські
енергетики змушені в якості маневрених вико-
ристовувати вугільні енергоблоки, що приско-
рює зношення їх обладнання і підвищує викиди
в атмосферу. За даними Укренерго, в ОЕС Укра-
їни кожного дня зупиняють 7–10 енергоблоків зі
зменшенням навантаження вночі та запускають
у період ранкового максимуму, зупиняють вдень,
щоб компенсувати зростання виробітку електро-
енергії на СЕС, і запускають у період максимуму
навантаження ввечері [1].
Вирішення проблем регулювання ОЕС Украї-
ни потребує створення і введення в експлуатацію
додаткових маневрених генеруючих потужнос-
тей. Для моделювання додаткових заходів з підви-
щення маневрених можливостей енергосистеми
необхідно знати технічні та економічні показники
технологій теплової енергетики з урахуванням ро-
боти в маневрених режимах.
У попередній статті [2] оцінено вплив роботи
енергетичних установок у маневрених режимах
на витрати палива на пуски та питомі витрати па-
лива залежно від навантаження для різних тех-
нологій теплової енергетики, отримано формули
для розрахунків. Метою подальших досліджень
є визначення: коефіцієнтів корисної дії (ККД)
залежно від навантаження; витрат на пуски за-
лежно від часу простою і цін на палива; впливу
маневрених режимів на ресурсні показники; а
також порівняння показників для різних техно-
логій теплової енергетики.
На основі загальнодоступних фактичних да-
них зі споживання палива і профілів генерації
електроенергії діючих електростанцій на націо-
нальному енергоринку Австралії за 2018-2019 рр.
фірма «Aurecon Australasia Pty Ltd» у роботі [3]
визначила характеристики різних технологій те-
плової енергетики, що працюють у маневрених
режимах. Розглянуто наступні технології: газо-
турбінні установки (ГТУ), парогазові (ПГУ), га-
зопоршневі (ГПУ), паротурбінні (ПТУ) надкри-
тичного тиску (НКТ), що працюють на газі та на
вугіллі (кам’яному або бурому).
Фірма «Aurecon» визначила криві тепла
палива брутто на вході в установки ( бр
теплаQ ,
ГДж/МВт·год за р
нQ ) для номінального та міні-
УДК 621.311 В.С. КОБЕРНИК ORCID: 0000-0001-8727-7157
Інститут загальної енергетики НАН України, вул. Антоновича, 172, м. Київ, 03150, Україна
ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНІ ПОКАЗНИКИ ТЕХНОЛОГІЙ ТЕПЛОВОЇ ЕНЕРГЕТИКИ,
ЩО ЕКСПЛУАТУЮТЬСЯ В МАНЕВРЕНИХ РЕЖИМАХ
Для покриття нерівномірності навантаження енергосистеми необхідно врахову-
вати можливість експлуатації енергетичних установок у маневрених режимах.
Розглянуто різні технології теплової енергетики: паротурбінні надкритичного
тиску, що працюють на природному газі або на кам’яному вугіллі, парогазові,
газотурбінні та газопоршневі установки. Отримано формули для розрахунків і
визначено вплив роботи енергетичних установок у маневрених режимах на ко-
ефіцієнти корисної дії. Визначено вартості старту установок теплової енерге-
тики для балансування потужності енергосистеми за різного часу простою та
різних цін палив. Проаналізовано вплив маневрених режимів на ресурсні по-
казники установок теплової енергетики.
К л ю ч о в і с л о в а: теплова енергетика, маневрений режим, коефіцієнт корис-
ної дії, час простою, вартість старту, ресурсні показники.
© В.С. КОБЕРНИК, 2021
37
Техніко- економічні показники технологій теплової енергетики, що експлуатуються в маневрених режимах
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2021, issue 3(66)
мального навантажень вищенаведених техноло-
гій в умовах ISO. В Інституті загальної енерге-
тики НАН України витрати тепла палива брутто
за номінальної та мінімальної потужності були
перераховані в ККД брутто (%) за формулою:
(3600 / (1000 ))100бр
теплаККД Q . (1)
За визначеними за формулою (1) ККД за номі-
нальної та мінімальної потужності в EXEL отри-
мані апроксимаційні залежності для використан-
ня в програмах порівняння технологій теплової
енергетики, що працюють у маневрених режимах.
Застосовано метод лінійної апроксимації для ГТУ
GE 9E Alstom, ПГУ 13E2 Alstom, ГПУ Wartsila,
ПТУ Parsons turbine НКТ (на природному газі),
ПТУ IHI-Toshiba НКТ на кам’яному вугіллі, ПТУ
Hitachi НКТ на бурому вугіллі. Але в роботі [3]
не має даних про теплофікаційні ПТУ, які пра-
цюють у різних режимах. У статті [4] розглянуто
енергетичні характеристики турбіни T-175/210-
130 (на природному газі), а в Інституті загаль-
ної енергетики НАН України в EXEL отримано
апроксимаційні залежності повного ККД (%) від
теплової потужності (МВт), застосовано наступні
методи апроксимації: лінійна – на лінії постійної
витрати тепла; поліноміальні: другого ступеня –
в конденсаційному режимі; п’ятого ступеня –
на лінії протитиску. Застосовано поліноміальну
апроксимацію четвертого ступеня для ПТУ з тур-
біною К-300-240 (на природному газі). Отримані
формули для розрахунків ККД брутто (%) залеж-
но від фактичного електричного навантаження
(Nф, МВт) і повного ККД (%) залежно від тепло-
вого навантаження (NТ, МВт) наведено в табл. 1.
З використанням даних фірми Aurecon Australasia
Pty Ltd з роботи [3] про питомі вартості старту для
існуючих установок теплової енергетики за різно-
го часу простою сформована табл. 2. Загальні ви-
хідні данні: співвідношення валют США (USD) і
Австралії (AUD) USD/AUD = 0,7 використано для
перерахунку вартості палив, які надані в роботі [3]
в австралійських доларах; вартість природного газу
10 AUD/ГДж (233 USD/1000 м3); вартість дизельно-
го палива – 26 AUD/ГДж (0,78 USD/л).
З табл. 2 видно, що найменші значення питомої
вартості старту мають місце: при гарячому старті
у ГТУ (32 $/МВт), а при холодному старті – у ГПУ
(52 $/МВт). Але порівняння за питомою вартістю
старту не враховують різні потужності установок
і того, що гарячий, теплий або холодний старт для
Таблиця 1. Коефіцієнти корисної дії установок теплової енергетики залежно від навантаження
Тип установки /
паливо Марка установки Потужність
номінальна, МВт ККД брутто, %
ГТУ / газ GE 9E Alstom 120 0,0727 23,734ГТУ фККД N
ПГУ / газ 13E2 Alstom
485 (2×160(ГТУ) +
165(ПТУ))
0,0238 34,686ПТУ фККД N
ГПУ / газ Wartsila 18 0,8553 25,56ГПУ фККД N
ПТУ / газ К-300-240 300
10 4 7
300
3 5 2
10 10 3 10
0, 0045 0,1765
К ф ф ф
ф
ККД N N N
N
ПТУ / газ
Т-175-130
на лінії
протитиску
175
10 5 7 4
175
4 3 2
2,64 10 2,68 10
1,05 10 0,02 1,92 13, 2
Т протитиск Т Т
Т Т Т
ККД N N
N N N
ПТУ / газ
Т-175-130
на лінії постійної
витрати тепла
175 175
0,1697 39,477Т пвт ТККД N
ПТУ / газ
Т-175-130
у конденсаційно-
му режимі
175
2
0,0004 0,156 23,75конд Т ТККД N N
ПТУ НКТ / газ Parsons turbine 200 0,0207 29,324ПТУ газ фККД N
ПТУ НКТ / кам.
вугілля IHI-Toshiba 660 0,0088 32,295ПТУ кам вуг фККД N
ПТУ НКТ / буре
вугілля Hitachi 560 0,0111 20,798ПТУ буре вуг фККД N
38
В.С. КОБЕРНИК
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2021, issue 3(66)
кожного типу установок має місце після різного
часу простою. Тому для коректного порівняння
за вартістю старту різних технологій теплової
енергетики, що працюють в маневрених режимах,
було сформовано варіанти з набору різних устано-
вок з приблизно однаковою сумарною потужніс-
тю, яка необхідна для балансування енергосисте-
ми. Для прикладу взято найбільшу потужність з
установок, а саме 660 МВт. Сформовано наступні
варіанти (j = 1−8):
1 ПТУ на вугіллі (660 МВт);
2 3 ПТУгаз + 4 ГПУ (3×200 + 4×18 =
672 МВт);
3 ПТУгаз + ПГУ (200 + 485 = 685 МВт);
4 ПГУ + 10 ГПУ (485 + 10×18 = 665 МВт);
5 ПГУ + ГТУ + 3 ГПУ (485 + 120 + 3×18 =
659 МВт);
6 5 ГТУ + 4 ГПУ (5×120 + 4×18 = 672 МВт);
7 2 ПТУгаз + 2 ГТУ + ГПУ (2×200 + 2×120 +
18 = 658 МВт);
8 37 ГПУ (37×18 = 666 МВт).
Розраховано вартість старту Ссmj залежно від
часу простою установок (за умови вартості при-
родного газу 233 USD/1000 м3), якщо вищенаведе-
ні установки за варіантами 1–8 простоюватимуть
(годин): 1, 2, 4, 5, 12, 40, 48 – це точки переходу
від холодного до теплого і гарячого станів, за кож-
ним з j варіантів за формулою:
1
n
стj
i
C
пит
сті ic N
,
(2)
де n – кількість установок у кожному варіанті;
i – номер установки;
пит
стіc – питома вартість старту для кожної уста-
новки, USD/МВт;
Ni
– номінальна потужність кожної установки,
МВт.
Результати розрахунків за формулою (2) нада-
но в табл. 3.
З даних поділу часу простою на гарячий, те-
плий і холодний та результатів розрахунків з табл.
3 видно, що вартість старту (для балансування по-
тужності 660 МВт) найбільша для ПТУ, що пра-
Таблиця 3. Вартість старту залежно від часу простою (для балансування потужності 660 МВт)
Простій,
год
Вартість старту, тис. дол. США
ПТУ кам.
вугілля
3 ПТУгаз +
4 ГПУ
ПГУ +
ПТУгаз
ПГУ +
10 ГПУ
ПГУ + ГТУ +
3 ГПУ
5 ГТУ +
4 ГПУ
2 ПТУгаз +
2 ГТУ + ГПУ 37 ГПУ
1 196,680 60,336 44,420 32,060 31,112 21,936 46,764 25,308
2 196,680 61,488 44,420 34,940 40,496 65,688 64,092 35,964
4 196,680 103,488 58,420 34,940 40,496 65,688 92,092 35,964
5 196,680 103,488 72,485 49,005 54,561 65,688 92,092 35,964
12 250,140 103,488 72,485 49,005 54,561 65,688 92,092 35,964
40 362,340 103,488 88,975 65,495 71,051 65,688 92,092 35,964
48 362,340 134,688 99,375 65,495 71,051 65,688 112,892 35,964
Таблиця 2. Питомі вартості старту установок теплової енергетики за різного часу простою
Установки ГПУ
Wartsila
ГТУ
GE 9E
Alstom
ПГУ
(2 ГТ + 1 ПТ)
13E2 Alstom
ПТУ Parsons
НКТ на газі
ПТУ НКТ на
кам’яному вугіллі
Потужність номінальна,
МВт 18 120 2×160 + 165 = 485 200 660
Питома вартість старту, $/МВт
Гарячий старт 38 32 52 96 298
Теплий старт 81 166 379
Холодний старт 54 103 115 218 549
Період простою, год
Гарячий старт до 1 до 2 до 5 до 4 до 12
Теплий старт від 5 до 40 від 4 до 48 від 12 до 40
Холодний старт більше 1 більше 2 більше 40 більше 48 більше 40
Мінімальна потужність, % 40 50 60 20 40
39
Техніко- економічні показники технологій теплової енергетики, що експлуатуються в маневрених режимах
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2021, issue 3(66)
цюють на кам’яному вугіллі. Вона у 2,5–4 рази
перевищує вартості старту для установок, що
працюють на природному газі. А найменші вар-
тості старту будуть: при простоюванні до 2 год
у варіанті 6 (5 ГТУ + 4 ГПУ), для варіанту 8 (37
ГПУ) вартість старту на 3,372 тис. USD більша;
при простоюванні від 2 год до 5 год у варіанті 4
(ПГУ + 10 ГПУ), для варіанту 8 (37 ГПУ) вартість
старту на 1 тис. USD більша; при простоюванні
більше 5 год найменша для варіанту 8 (37 ГПУ).
Розрахунки вартості старту зроблено з ураху-
ванням ціни природного газу 233 USD/1000 м3,
яка надана у вихідних даних роботи [3], але його
ціна в ринкових умовах може коливатися в ши-
рокому діапазоні – від 200 до 500 USD/1000 м3 і
вище. Юрій Вітренко на Всеукраїнському форумі
«Україна 30. Платіжка» повідомив [5], що собі-
вартість видобутку, наприклад, Державною ком-
панією «Укргазвидобування» складає приблизно
2,6 грн/м3. Продається цей газ за 6,99 грн, але в
6,99 грн входить і тариф на транспортування газу
магістральними газопроводами, також в цю ціну
включаються податки, які платить «Нафтогаз» до
держбюджету.
Вартості старту для різних цін палив 2стC мож-
на пер ерахувати по відношенню до цін, які були
у 2018–2019 рр. – 233 USD/1000 м3 для газу [3];
92,5 USD/т середня для кам’яного вугілля [8], за
частками паливних витрат палk у вартості електро-
енергії (LCOE) для кожної конкретної установки.
Витрати різних технологій виробництва елек-
троенергії (для ГТУ, ПГУ, ПТУ великої потуж-
ності) в окремих країнах світу представлені в
звіті Міжнародної енергетичної агенції (МЕА)
«Projected Costs of Generating Electricity 2020»
[6]. За таблицями звіту проаналізовано складові
витрат та нормовану вартість електроенергії за
умов роботи з коефіцієнтом використання вста-
новленої потужності (КВВП) 85% і ставкою дис-
контування 10%, розраховано середні значення
палk , які складають: 0,478 для ПГУ (за 10 уста-
новками); 0,553 для ГТУ (за 14 установками);
0,273 для ПТУ НКТ (за 4 установками Австралії
та США) і 0,333 для ПТУ ультранадкритичного
тиску (УНКТ) (за 5 установками Індії, Китаю,
Кореї, Японії), що працюють на кам’яному ву-
гіллі; але у роботі [6] не має даних для ПТУ, що
працюють на природному газі, і ГПУ.
У звіті Департаменту бізнесу, енергетики та про-
мислової стратегії (BEIS) Великобританії [7] пред-
ставлено оцінки витрат та технічні характеристики
технологій генерації електроенергії за різної кіль-
кості годин роботи установок за рік у 2018 р. і про-
гнозовані на 2025–2040 роки. Так у 2018 р. розра-
ховані за даними звіту частки паливних витрат палk
у вартості електроенергії складали: 0,465 для ПГУ;
від 0,36 до 0,44 для ГТУ потужністю від 100 МВт
до 600 МВт при роботі 2000 год/рік; 0,515 для ГПУ
при роботі 2000 год/рік.
До вже розрахованої вартості старту
1стC
додається зростання паливної складової з ко-
ефіцієнтами: ( / 233 1)ст пал газk k Ц для уста-
новок, що працюють на природному газі;
( / 92,5 1)ст пал вугk k Ц
для установок, що пра-
цюють на кам’яному вугіллі; інші складові вар-
тості старту не змінюються. Формула для розра-
хунку вартості старту за різних цін палив:
2 1(1 )ст ст стC C k . (3)
Наприклад, при зростанні ціни палива вдвічі
вартість старту складе 2 1(1 )ст ст палC C k і збіль-
шиться на 1ст палC k .
Але для більш коректного порівняння устано-
вок теплової енергетики, що працюють у манев-
рених режимах, необхідно також визначити вплив
таких режимів на ресурсні показники і надійність
роботи. Врахування при оптимізації ресурсних
показників і пов’язаних з ними витрат дозволяють
підвищити ефективність експлуатації енергетич-
ного обладнання.
У ГОСТ Р 52527-2006 [9] (в Україні подібного
ДСТУ немає, тому використано російські дані для
подібного енергетичного обладнання) для про-
гнозування ресурсу запропоновано користуватися
поняттям еквівалентного напрацювання (service
hours – SH). SH – це сума інтервалів часу в годи-
нах від запалення основного факелу до його пога-
сання. Еквівалентне напрацювання залежить: від
кількості різних видів пусків і кількості аварійних
пусків з окремими коефіцієнтами для кожного;
кількості різких змін температури. Виробник ви-
значає передбачуваний щорічний набір режимів,
подає рекомендовану періодичність технічного
обслуговування з коефіцієнтами для різних видів
палива і обмежень режимів.
Загальноприйняті режими роботи:
А – постійний на повну потужність;
В – базове навантаження (при роботі з енерго-
системою);
С – напівпіковий (при роботі з енергосисте-
мою);
D – змінний між базовим і піковим наванта-
женням;
Е – добовий циклічний;
F – піковий (при роботі з енергосистемою);
G – оперативний резерв;
Н – спеціальний (для конкретного замовника).
Ресурсні показники газотурбінних установок.
При експлуатації газових турбін у змінних режи-
мах значно знижується ресурс основних термічно
напружених елементів та збільшуються витрати
на ремонти. Ресурсні показники ГТУ при роботі в
маневрених режимах представлено в табл. 4.
40
В.С. КОБЕРНИК
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2021, issue 3(66)
Ресурсні показники паротурбінних установок.
З підвищенням початкових параметрів пари су-
часних парових турбін за їх участі в регулюван-
ні змінного навантаження енергосистеми напру-
га ротора турбіни дедалі збільшується, циклічні
зміни температури і тиску при пусках і зупинках
викликають малоциклову втому металу і стають
основним фактором зниження його ресурсу.
У роботі [10] розраховано еквівалентне напра-
цювання і витрати енергоблоку 300 МВт з тур-
біною К-300-23,5 при обов’язкових 100 пусках з
холодного стану для наступних режимів роботи
протягом призначеного ресурсу 220 тис. год:
1 – робота в базовому режимі 7000 год/рік;
2 – щодобове розвантаження на 7 год до 50%
номінального навантаження;
3 – щодобова зупинка на 7 год;
4 – розвантаження на 7 год до 50% номінально-
го навантаження в робочі дні і зупинка на вихідні;
5 – зупинка на суботу і неділю та на 7 год в
робочі дні;
6 – лімітовані пуски: 1000 – з неостиглого ста-
ну, 2000 – з гарячого стану, інший час енергоблок
працює з базовим навантаженням;
7 – лімітовані пуски: 1000 – з неостиглого ста-
ну, 2000 – з гарячого стану, інший час енергоблок
розвантажується до 50% номінального наванта-
ження в суботу і неділю та вночі в робочі дні.
Ресурсні показники роботи енергоблоку
300 МВт з турбіною К-300-23,5 у маневрених ре-
жимах надано в табл. 5.
Найбільш ефективними за ресурсними показ-
никами є 2 і 4 режими роботи, а варіанти 3 і 5 ма-
ють максимальні прирости собівартості електро-
енергії і перевищують нормативні показники за
кількістю пусків-зупинок.
У стандарті [11] з експлуатації парових стаці-
онарних турбін (в Україні подібного немає, тому
використано російські дані для подібного енерге-
тичного обладнання) надано такі норми і вимоги.
Конденсаційні турбіни зазвичай розраховані на
певну кількість пусків за весь період експлуата-
ції: ≥1000 з неостиглого стану (після зупинки на
24–55 год), 2000 з гарячого стану (після зупинки
на 5–8 год). Теплофікаційні турбіни повинні бути
розраховані на загальну кількість пусків за весь
період експлуатації ≥1800 з різних теплових ста-
нів, у тому числі 100 з холодного стану.
Таблиця 4. Ресурсні показники газотурбінних установок при роботі в маневрених режимах [9]
Показники
Режим А Режим В Режим С Режим D
Значення Діапазон Значення Діапазон Значення Діапазон Значення Діапазон
Час роботи
(напрацювання) SH,
год
8200
8000–
8600
7000
6000–
8000
5000 3000–6000 2500
2000–
3000
КВВП, % 91 90–100 80 70–90 57 35–70 34,2 20–50
Пуски з
запалюванням (ПЗ),
шт.
20 3–40 50 20–80 40 10–60 85 40–120
Відношення SH/ПЗ 410 >200 140 75–400 125 60–400 30 30–60
Прискорені пуски,
шт. 0 – 0 – 0 – 1 0–5
Екстрені зупинки,
шт. 4 0–8 4 1–8 3 1–6 3 1–6
Режими роботи
Режим Е Режим F Режим G
Значення Діапазон Значення Діапазон Значення Діапазон
Час роботи
(напрацювання), год 3000
2000–
4000
400 200–800 48 20–80
КВВП, % 34,2 20–50 4,5 2,2–10 0,5 0,2–0,9
Пуски з
запалюванням (ПЗ),
шт.
240 220–270 100 60–150 30 10–120
Відношення SH/ПЗ 12,5 10–18 4 3–8 1,6 0,5–2
Прискорені пуски,
шт. 3 0–10 5 0–20 10 0–20
Екстрені зупинки,
шт. 3 1–6 2 1–6 1 0–2
41
Техніко- економічні показники технологій теплової енергетики, що експлуатуються в маневрених режимах
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2021, issue 3(66)
Ресурсні показники парогазових установок.
У стандарті [12] з експлуатації та технічного об-
слуговування ПГУ (в Україні подібного стандарту
немає, тому використано російські дані для поді-
бного енергетичного обладнання) надані такі ви-
моги. Кількість годин роботи ПГУ до списання в
базовому режимі використання повинна станови-
ти ≥200 тис. год для обладнання паросилової час-
тини ПГУ і ≥100 тис. год – для ГТУ. ПГУ повинні
забезпечувати можливість виведення обладнання
в резерв на неробочі дні (від 24 до 25 год) і на ніч-
ний час (від 5 до 8 год).
Устаткування ПГУ (крім ГТУ) має бути роз-
раховане [12] на ≥10000 пусків-переривань ро-
боти за весь термін служби. При цьому кількість
пусків з холодного стану повинна становити
≥20% від загальної кількості пусків, з неости-
глого стану – ≥40%. Ресурс до прийняття рішен-
ня про заміну або продовження ресурсу ГТУ по-
винен становити ≥5000 пусків (або 100 тис. год
роботи). Для утилізаційних теплофікаційних
ПГУ допускається розрахунковий ресурс за
загальною кількістю пусків приймати ≥5000.
Тривалість роботи енергоблоків протягом ка-
лендарного року має становити: для базового
режиму роботи ≥6500 год; для напівпікового ре-
жиму роботи від 4000 до 6500 год; для пікового
режиму роботи >4000 год.
Ресурсні показники газопоршневих установок.
Загальний моторесурс газопоршневих електро-
станцій знаходиться в межах 250 тис. год, ресурс до
капітального ремонту складає 60–80 тис. год [13].
Крім значного моторесурсу до переваг ГПУ варто
віднести: необмежену кількість пусків; необхідний
низький тиск паливного газу (0,01–0,035 МПа); не
вимагають дожимного компресора.
Завдяки багатоблоковості середнє напрацю-
вання одного блоку, залежно від фактичного про-
філю навантаження, може бути значно нижчим
від річної тривалості роботи всієї газопоршневої
електростанції. При багатоблоковій конфігурації
електростанції у блоків може бути різна трива-
лість роботи. Це дозволяє складати графік техніч-
ного обслуговування таким чином, що на сервіс
одноразово виводиться лише один блок, в резуль-
таті чого в будь-який момент часу забезпечується
максимальна генеруюча потужність. Технічне об-
слуговування рекомендується проводити в періо-
ди найменшої потреби в енергії. Для поршневих
двигунів розрахунок еквівалентного напрацюван-
ня не застосовується. Це означає, що кількість
пусків і зупинок не впливає на регламент техніч-
ного обслуговування.
Завдяки багатоблоковості можуть бути досяг-
нуті найвищі показники готовності та надійності
електростанції. За відповідності фактичної потуж-
ності максимальному навантаженню готовність
електростанції (по потужності) перевищує 96,5%.
При додаванні резервного блоку готовність може
бути збільшена до 99%, а при додаванні другого
резервного блоку готовність перевищить 99,9%
[13]. ГПУ мають найменший час пуску, здатні
тривалий час працювати при часткових наванта-
женнях практично без зниження ККД і без змен-
шення ресурсу, надійні в експлуатації.
Оскільки витрати в Україні наближені до світо-
вих можливо зробити висновок, що визначені тех-
нічні і економічні показники технологій теплової
енергетики можливо застосовувати для моделю-
вання заходів з підвищення маневрених можли-
востей енергосистеми України.
ВИСНОВКИ
Сформульовано аналітичні залежності для
розрахунків ККД для різних технологій теплової
енергетики залежно від фактичних навантажень.
Вони можуть бути використані для моделюван-
ня додаткових заходів з підвищення маневрених
можливостей енергосистеми, вибору найбільш
економічного складу обладнання при різних елек-
тричних навантаженнях.
Визначено вартості старту набору різних уста-
новок теплової енергетики з приблизно однаковою
сумарною потужністю для балансування енерго-
системи (приклад потужності 660 МВт) за різно-
го часу простою. Вартість старту найбільша для
ПТУ, що працюють на кам’яному вугіллі. А най-
менші вартості старту будуть: при простоюванні
до 2 год у варіанті з 5 ГТУ і 4 ГПУ; при просто-
юванні від 2 до 5 год у варіанті з ПГУ + 10 ГПУ;
Таблиця 5. Ресурсні показники енергоблоку 300 МВт з турбіною К-300-23,5
у маневрених режимах [10]
Показники
Варіанти роботи
2 3 4 5 6 7
Еквівалентне напрацювання енергоблоку
протягом терміну служби, тис. год 174 225 159 195 170 175
Зростання витрат на ремонтне обслуговування
в порівнянні з базовим варіантом 4,5 %
в 3,9
рази 21%
в 3
рази 64% 70%
42
В.С. КОБЕРНИК
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2021, issue 3(66)
при простоюванні більше 5 год найменша для ва-
ріанту з 37 ГПУ.
Для порівняння техніко-економічних показ-
ників технологій теплової енергетики, що пра-
цюють у маневрених режимах, отримано фор-
мули для перерахунку вартості старту залежно
від цін палив.
Аналіз ресурсних показників установок теплової
енергетики в базовому режимі показав, що ресурс
до прийняття рішення про заміну або продовження
ресурсу використання повинен бути: 100 тис. год
роботи для ГТУ; 200 тис. год для обладнання па-
росилової частини ПГУ і ≥100 тис. год для ГТУ;
220 тис. год для ПТУ; 250 тис. год для ГПУ. Визначе-
но ресурсні показники в маневрених режимах, вони
залежать від багатьох чинників: кількості годин ро-
боти, режимів роботи, кількості різних видів пусків.
Існуючі в ОЕС України генеруючі джерела те-
плової енергетики фактично вичерпали фізичні
можливості для забезпечення регулювання на-
вантаження, тому необхідно вводити нові висо-
команеврені потужності, для визначення обсягів
впровадження яких можливо застосовувати отри-
мані технічні та економічні показники технологій
теплової енергетики.
Роботу виконано за напрямом «Підтримка прі-
оритетних для держави наукових досліджень і
науково-технічних (експереметальних) розробок»
бюджетної програми КПКВ 6541230
1. Звіт з оцінки відповідності (достатності) гене-
руючих потужностей. Київ: Укренерго, 2020. 121 с.
URL: https://www.nerc.gov.ua/data/fi learch/Materialy_
zasidan/2021/cherven/16.06.2021/p15_16-06-21.pdf (дата
звернення: 21.06.2021).
2. Коберник В.С. Витрати палива технологій тепло-
вої енергетики в маневрених режимах. Проблеми за-
гальної енергетики. 2020. Вип. 4(63). C. 45—49. https://
doi.org/10.15407/pge2020.04.045
3. Generator Technical and Cost Parameters.
Aurecon Australasia Pty Ltd. 23.07.2020. URL:
https://www.electranet.com.au/wp-content/uploads/
projects/2016/11/508986-REP-ElectraNet-Generator-
Technical-And-Cost-Parameters-23July2020.pdf (дата
звернення 26.04.2021).
4. Мельников А.С., Попов Б.И. Определение
эффективности конденсационных и теплофикационных
турбоагрегатов на основе энергетических характеристик
турбин. Весці НАН Беларуси. Сер. Физико-технических
наук. 2019. № 4. С. 438—446. URL: https://vestift.belnauka.
by/jour/article/view/546/444 (дата звернення 25.04.2021).
5. Нижче трьох гривень за куб: Вітренко назвав
собівартість видобутку українського газу. УНІАН.
16.02.2021. URL: https://www.unian.ua/economics/
energetics/cina-gazu-v-lyutomu-2021-vitrenko-nazvav-
sobivartist-vidobutku-ukrajinskogo-gazu-novini-
sogodni-11323163.html (дата звернення 26.04.2021).
6. Projected Costs of Generating Electricity. IЕА.
2020. 223 р. URL: https://www.oecd-nea.org/upload/docs/
application/pdf/2020-12/egc-2020_2020-12-09_18-26-
46_781.pdf (дата звернення 19.04.2021).
7. Electricity generation costs. 2020. 72 р. URL:
https://assets.publishing.service.gov.uk/government/
uploads/system/uploads/attachment_data/file/911817/
electricity-generation-cost-report-2020.pdf (дата звернен-
ня 19.04.2021).
8. Commodity price of coal in Australia from 1980
to 2020 with a forecast until 2035. 2021. https://www.
statista.com/statistics/252771/coal-prices/ (дата звернен-
ня 14.05.2021).
9. ГОСТ Р 52527-2006 (ИСО 3977-9:1999). Уста-
новки газотурбинные. Надежность, готовность,
эксплуатационная технологичность и безопасность. М.:
Стандартинформ. 2006. 20 с. URL: https://fi les.stroyinf.
ru/Data/25/2560.pdf (дата звернення 24.05.2021).
10. Аминов Р.З., Шкрет А.Ф., Гариевский М.В. Оцен-
ка ресурсных и экономических показателей работы
паротурбинных энергоблоков ТЭС при переменных
режимах. Теплоэнергетика. 2016. № 8. С. 25—31. URL:
https://www.researchgate.net/publication/305413290_
Ocenka_resursnyh_i_ekonomiceskih_pokazatelej_raboty_
paroturbinnyh_energoblokov_TES_pri_peremennyh_
rezimah (дата звернення 26.05.2021).
11. ГОСТ 24278-2016. Установки турбинные
паровые стационарные для привода электрических
генераторов ТЭС. Общие технические требования.
М.: Издательство стандартов, 2016. 17 с. URL: https://
fi les.stroyinf.ru/Data/641/64101.pdf (дата звернення
26.05.2021).
12. СТО 70238424.27.100.016-2009 Парогазовые
установки. Организация эксплуатации и технического
обслуживания. Нормы и требования. 2009. 20 с. URL:
http://docs.cntd.ru/document/1200093675 (дата звернен-
ня 24.05.2021).
13. Решения для электростанций Wärtsilä. 2016.
92 с. URL: https://cdn.wartsila.com/docs/default-source/
local-files/russia/power-plants/power-plants-solutions_
russian_06_2016.pdf?sfvrsn=caf86444_2 (дата звернен-
ня 08.04.2021).
Надійшла до редколегії 25.06.2021
|
| id | systemreorg-article-788 |
| institution | System Research in Energy |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:21:55Z |
| publishDate | 2021 |
| publisher | General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | systemreorg/3e/2c7f84691b923671a3b9c389e799b83e.pdf |
| spelling | systemreorg-article-7882026-07-18T12:57:47Z Technical and economic indicators of thermal energy technologies operated in maneuvering modes Техніко-економічні показники технологій теплової енергетики, що експлуатуються в маневрених режимах Kobernik V.S. thermal power, maneuverable mode, efficiency, downtime, start-up cost, service life теплова енергетика, маневрений режим, коефіцієнт корисної дії, час простою, вартість старту, ресурсні показники. There is a deficit in united energy system of Ukraine of installed capacity of flexible generation units which are able to quickly reach the operating mode, change the power generation levels in a wide range. To model additional measures increasing the flexibility of the power system, it is necessary to know the technical and economic indicators of thermal power technologies and its specific operating modes.The purpose of the article is to determine: efficiency factors depending on the power unit load; start-up costs depending on downtime duration and different fuel prices; the influence of maneuvering modes on lifetime resource indicators; as well as comparison of indicators for various technologies of thermal energy. The following thermal power technologies: natural gas, hard or bituminous coal fired steam turbine supercritical pressure, steam-gas, gas turbine open cycle and gas piston engines. The calculation formulas allowing estimate the influence of the power plant operation mode on the efficiency is obtained. The results of calculation of the start-up specific costs depending from the type of the unit and the idle time is presented. The different values of thermal power unit start-up cost are presented depending on idle time. As an example, the balancing of 660 MW electric power with different equipment composition are considered. The analysis of the results shows that the highest start-up cost is for coal-fired steam turbine plants, and the composition of the equipment with the lowest start-up cost varies depending on the downtime: up to 2 hours, 2 – 5 hours, more than 5 hours. Formulas for recalculating the cost of starting at different fuel prices are obtained. The influence of maneuvering modes on the lifetime resource indicators of thermal power plants is also presented.The conventional thermal power generators of the united energy system of Ukraine have actually overcome their physical capabilities to ensure effective load following, therefore, it is necessary to introduce new highly flexible capacities, and the proposed formulas and results could be helpful to determine the volumes and characteristics of new thermal power plants needed to implement into power system. В об’єднаній енергосистемі України існує дефіцит електричної потужності, причина якого в недостатній кількості маневрених енергоблоків, які здатні швидко виходити на робочий режим, змінювати в широких межах величину вироблюваної електричної енергії. Для моделювання додаткових заходів з підвищення маневрених можливостей енергосистеми необхідно знати технічні та економічні показники технологій теплової енергетики з урахуванням роботи в маневрених режимах.Метою цієї роботи є визначення: коефіцієнтів корисної дії залежно від навантаження; витрат на пуски залежно від часу простою і різних цін палив; впливу маневрених режимів на ресурсні показники; а також порівняння показників для різних технологій теплової енергетики. Розглянуто такі технології теплової енергетики: паротурбінні надкритичного тиску, що працюють на природному газі або на вугіллі (кам’яному чи бурому), парогазові, газотурбінні та газопоршневі установки. Отримані формули для розрахунків і визначено вплив роботи енергетичних установок в маневрених режимах на коефіцієнти корисної дії при роботі на газовому або вугільному паливі. Порівняно питомі витрати на пуск залежно від типу устаткування і часу простою в резерві. Визначено вартості старту установок теплової енергетики для балансування енергосистеми за різного часу простою. Як приклад розглянуто варіанти балансування потужності 660 МВт різним складом устаткування. Вартість старту найбільша для паротурбінних установок, що працюють на вугіллі, а склад обладнання з найменшою вартістю старту змінюється залежно від часу простою: до 2 год, 2–5 год, більше 5 год. Отримано формули для перерахунку вартості старту за різних цін палив. Проаналізовано вплив маневрених режимів на ресурсні показники установок теплової енергетики.Існуючі в ОЕС України генеруючі джерела теплової енергетики фактично вичерпали фізичні можливості для забезпечення регулювання навантаження, тому необхідно вводити нові високоманеврені потужності, для визначення обсягів впровадження яких можливо застосовувати отримані технічні та економічні показники технологій теплової енергетики. General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2021-09-28 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/788 10.15407/pge2021.03.036 System Research in Energy; No. 3 (66) (2021): The Problems of General Energy; 36-42 Системні дослідження в енергетиці; № 3 (66) (2021): Проблеми загальної енергетики; 36-42 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/788/682 Copyright (c) 2021 Kobernik V.S. https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0 |
| spellingShingle | thermal power maneuverable mode efficiency downtime start-up cost service life Kobernik V.S. Technical and economic indicators of thermal energy technologies operated in maneuvering modes |
| title | Technical and economic indicators of thermal energy technologies operated in maneuvering modes |
| title_alt | Техніко-економічні показники технологій теплової енергетики, що експлуатуються в маневрених режимах |
| title_full | Technical and economic indicators of thermal energy technologies operated in maneuvering modes |
| title_fullStr | Technical and economic indicators of thermal energy technologies operated in maneuvering modes |
| title_full_unstemmed | Technical and economic indicators of thermal energy technologies operated in maneuvering modes |
| title_short | Technical and economic indicators of thermal energy technologies operated in maneuvering modes |
| title_sort | technical and economic indicators of thermal energy technologies operated in maneuvering modes |
| topic | thermal power maneuverable mode efficiency downtime start-up cost service life |
| topic_facet | thermal power maneuverable mode efficiency downtime start-up cost service life теплова енергетика маневрений режим коефіцієнт корисної дії час простою вартість старту ресурсні показники. |
| url | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/788 |
| work_keys_str_mv | AT kobernikvs technicalandeconomicindicatorsofthermalenergytechnologiesoperatedinmaneuveringmodes AT kobernikvs tehníkoekonomíčnípokaznikitehnologíjteplovoíenergetikiŝoekspluatuûtʹsâvmanevrenihrežimah |