Электрическая энергия широко используется в промышленности для приведения в действие самых различных механизмов и непосредственно в технических процессах, на транспорте, в быту. Известно, что электрическая энергия является базовой формой энергии для современной цивилизации. Можно без преувеличения сказать, что без электрической энергии невозможна нормальная жизнь современного общества.
Таким образом, надежное энергоснабжение экономики и населения страны электроэнергией, повышение эффективности функционирования и обеспечение устойчивого развития электроэнергетики на базе новых современных технологий, и снижение вредного воздействия на окружающую среду являются стратегическими целями развития электроэнергетики.
С учетом прогнозируемых объемов спроса на электроэнергию при оптимистическом и благоприятном вариантах развития суммарное производство электроэнергии во Вьетнаме может возрасти по сравнению с 2005 года более чем в 5,4 раза к 2025 году (см.рис.1) [1].
Рис.1. Прогноз производства электроэнергии во Вьетнаме (МВт.ч)
Для сравнения, на программу модернизации энергетики США предполагается выделить средства из федерального бюджета около 43 млрд. долл. в год до 2015 г. Эффективность преобразования энергии первичного топлива намечается довести от 35-40 % до 70-80 % при одновременном снижении затрат на производства электроэнергии на 10-25% и уменьшении вредных выбросов в окружающую среду [2].
Теперь 100% населения Вьетнама обеспечены электрической энергией. По статическим данным 2005-2010 года, наибольшее потребление на промышленных объектах и отмечено в жилищно-коммунальном комплексе (см. табл.1) [3].
Таблица 1. Потребление электрической энергии во Вьетнаме (МВт. ч)
| Область | 2005 | 2006 | 2007 | 2008 | 2009 | 2010 |
|
% |
||||||
| Промышленность | 45,8 | 47,1 | 50 | 50,7 | 50,6 | 52,5 |
| ЖКХ | 43,9 | 42,9 | 40,6 | 40,1 | 40,1 | 38,2 |
| Сельское хозяйство | 1,3 | 1,1 | 1,0 | 1,0 | 0,9 | 1,1 |
| Торговые организации | 4,9 | 4,8 | 4,8 | 4,8 | 4,6 | 4,5 |
| Другие | 4,1 | 3,8 | 3,7 | 3,5 | 3,7 | 3,7 |
Комбинированные установки на базе ГТУ во Вьетнаме. Комбинированные газопаротурбинные установки (КГПТУ) получили развитие в ряде областей промышленности, особенно в электроэнергетике и в судовой энергетике. В последние годы газотурбинные и газопаровые установки (ГТУ и ГПУ) заняли важное место в электроэнергетике мира. Вследствие того, что доля газа в топливном балансе мира высока (более 60 %), внедрение высокоэффективных газпароовых технологий является общепризнанной стратегией развития тепловой энергетики [4]. Многие страны применяют КГПТУ с утилизационными котлами для новых электростанций, работающих на природном газе. Сейчас их КПД уже достиг 52—54 % и в ближайшей перспективе возрастет до 58—60 %. Например, созданы морские КГПТУ на базе газотурбинных двигателей второго поколения (СССР), и четвертого поколения (США). Новая ГТУ_У94ДД_ фирмы Siemens мощностью 240 МВт при частоте вращения 50Гц имеет КПД 38%. Использование уходящих газов ГТУ с температурой 562 °С и расходом 610 кг/с обеспечит работу КГПТУ с паротурбинной установкой трех давлений и промперегревом на начальные параметры пара 10,5 МПа/550 °С с КПД на уровне 58 % [5]. Пути повышения эффективности утилизационных паровых циклов до конца еще не исследованы и представляют собой сложную многопараметрическую задачу. Поэтому нужно создавать тепловые электростанции традиционных типов, а также внедрять перспективные комбинированные установки, обладающие высоким коэффициентом полезного действия. Решить задачу повышения выработки электроэнергии можно не только за счет строительства новых электростанций, но и путем модернизации действующих. Поэтому в работе рассмотрены вопросы модернизации газотурбинных установок (ГТУ) на тепловых электростанциях.
Модернизация может быть осуществлена за счет создания комбинированных газопаровых установок на базе существующих газотурбинных двигателей (ГТУ) во Вьетнаме (см.таб.3), а также за счет приминения газотурбинного комбинированного цикла с Российскими паровыми турбинами.
В табл.2 указаны действующие комбинированные электрические станции Вьетнама на базе газотурбинных установок производства компаний Siemens, General Electric и Mitsubishi, характеристики которых приведены в табл.3.
Таблица 2. Перечень действующих комбинированных электростанций во Вьетнаме
|
Эффективная мощность, МВт
|
|||||
| Название станции | ГТУ | ПТУ | Всего | ||
| Природ-ный газ | Дизтоп-ливо | ||||
| Ба Риа | 2х23,4
6х37,5 |
1х58
1х59,1 |
+ | 388,9 | |
| Фу Ми 1 | 3х240 | 1х390 | + | + | 1090 |
| Фу Ми 2.1 | 2х144 | 1х160 | + | + | 448 |
| Фу Ми 2.1МР | 2х138 | 1х160 | + | + | 436 |
| Фу Ми 4 | 2х145 | 1х160 | + | + | 450 |
| Фу Ми 2.2 | 2х240 | 1х235 | + | + | 715 |
| Фу Ми 3 | 2х240 | 1х236,8 | + | + | 716,8 |
| Нхон Чах 1 | 2х150 | 1х150 | + | + | 450 |
| Нхон Чах 2 | 2х250 | 1х250 | + | + | 750 |
| Ка Мау 1 | 2х292 | 1х116 | + | + | 750 |
| Ка Мау 2 | 2х292 | 1х116 | + | + | 750 |
| Тху Дык | 1х16
1х10 1х34 1х34 |
1х33
1х60 1х60 |
+ | — | 247 |
| Всего | 4947,8 | 2243,9 | + | + | 7191,7 |
Таблица 3. Основные характеристики ГТУ, работающих на комбинированных электростанциях во Вьетнаме.
| Наимено-вание
станции. |
Модель ГТ
|
Мощ-ность, МВт | КПД, % | Температура газа при входе в ГТУ, °С | Температура газа при выходе из турбин, °С | Топливо газообраз-ное /жидкое |
| Фу Ми 2-1 | GT13E2-2 | 165,1 | 35,7 | 1100 | 524 | газ |
| Фу Ми 2-1* | GT13E2-2 | 165,1 | 35,7 | 1100 | 524 | газ |
| Фу Ми 1 | M701F | 241,92 | 38,2 | 1350 | 549 | газ /ж. |
| Фу Ми 3 | V94.3A | 265 | 38,5 | 1315 | 584 | газ |
| Фу Ми 4 | GT13E2-2 | 165,1 | 35,7 | 1100 | 524 | газ |
| Фу Ми 2-2 | MS9001FA | 225,6 | 36,5 | 1288 | 609 | газ |
| Ка Мау 1 | SGT5-4000F | 265 | 38,5 | 1315 | 584 | газ /ж. |
| Ка Мау 2 | SGT5-4000F | 265 | 38,5 | 1315 | 584 | газ /ж. |
| Нхон Чах 1 | GT13E2 | 165,1 | 35,7 | 1100 | 524 | газ |
| Нхон Чах 2 | SGT5-4000F | 265 | 38,5 | 1315 | 584 | газ |
Рассмотрены современные мощные газотурбинные установки во Вьетнаме. Газовая турбина GT13E2 (производства АВВ — Швейцария) , с частотой вращения ротора 3000 об/мин, предназначена для привода генератора типа 50WY21Z-095, с номинальной выходной мощностью 168 МВт. Газотурбинная установка GT13E2 является одновальным турбоагрегатом, работающим по простому термодинамическому циклу. Забираемый воздух, в зависимости от температуры окружающей среды подогревается и проходя систему фильтров, поступает в компрессор. Компрессор имеет 21 ступень и расположен на одном валу с турбиной. Сжатый воздух подается в камеру сгорания. Часть воздушного потока, смешиваясь с газом, образует газовоздушную смесь, оставшаяся часть воздуха разогревается за счет сгорания газовоздушной смеси. Продукты сгорания имеющие температуру 1100 °С направляются в газовую турбину, где происходит преобразование части тепловой энергии потока во вращательное движение вала ГТУ. Отработанные газы, имеющие температуру около 550 °С, направляются в котел-утилизатор. Температура выходных газов зависит от нагрузки [6].
Разработок новых машин Siemens продолжает совершенствовать уже отработанные модели. Бывшая долгое время (с 1995 года) самой мощной в линейке фирмы турбина SGT5-4000F(V94.3A) и сейчас представляет собой образец передовых технологий, таких как: монокристаллические рабочие лопатки первых двух ступеней, металлокерамические облицовочные плитки в камере сгорания и двухтопливные горелочные устройства, позволяющие снизить выбросы вредных веществ и величину пульсаций давления. Эта установка оснащается кольцевой камерой сгорания с 24 двухтопливными горелками HR3. Использование большого числа горелочных устройств при одновременном уменьшении их габаритных размеров, позволило добиться более короткого факела пламени, что благоприятно сказывается на концентрации вредных веществ в выхлопных газах. Сопловые лопатки защищены керамическим термобарьерными покрытиями толщиной 0,25 мм: наружный слой из , внутренний – металлическая композиция из марганца, хрома, алюминия, иттрия. Аэродинамика осевого компрессора улучшена благодаря применению 15-ступенчатой конструкции, разработанной на базе авиационных технологий фирмы “Pratt & Whitney”. Для первых пяти ступеней принята геометрия с более крутым профилем подъема внутреннего диаметра. Это обуславливает более высокое суммарное значение окружных скоростей рабочих лопаток, позволяет ограничиться 15 ступенями вместо 17, без существенного снижения КПД компрессора, при этом степень сжатия составляет 17,2:1[7].
Первая турбина Mitsubishi M701F была запущена в Японии на ТЭЦ Yokohama в 1992 г. Турбину именно этого типа выбрала компания «Фу Ми 1» при строительстве ПГУ во Вьетнаме (3 ГТУ + 3 КУ + 1 ПТУ). ГТУ M701F состоит из 17-ступенчатого высокопроизводительного осевого компрессора, топочной камеры с 20 камерами сгорания, расположенными по окружности вокруг газовой турбины, и 4-ступенчатой реактивной турбины. Газовая турбина непосредственно соединена с генератором со стороны компрессора. Снабжение ГТУ газообразным топливом (природным газом) предусматривается от существующего распределительного газопровода высокого давления, D530x8 мм, входящего на территорию ТЭЦ [8].
Рис.2. ГТУ, работающих на комбинированных электростанциях во Вьетнаме: а — ABB GT13E2; б — Siemens SGT5-4000F(V94.3A); в — Mitsubishi M701F; г —General Electric MS9001FA
Газотурбинная установка типа MS9001 FA объединила в себе все лучшее из технологий серий E и F для создания надежной и эффективной энергоустановки с частотой вращения 3000 об/мин. Модель MS9001 FA представляет собой газовую турбину среднего класса, построенную на базе передовой технологии F-класс. Класс «F» − ГТУ с КПД 35-36% (КПД ПГУ – 54-55%) разработки первой половины 90-х годов, характеризующие современный серийный технический уровень, в основном поставлявшиеся на рынок в конце 90-х годов. Класс «FA» («FB») − ГТУ с КПД 36-38,5 (КПД ПГУ – 56-58%) разработки второй половины 90-х годов, завоевывающие рынок XXI века в настоящее время. Газотурбинная установка типа MS9001FA является основой технологии GE комбинированного пагогазового цикла [9].
В табл. 4. приведены технические данные энергетических ГТУ фирмы АВВ GT13E2, Siemens SGT5-4000F, Mitsubishi M701F и Electric MS9001FA (условия по ISO 2314 на уровне моря) [9,10].
Таблица 4. Технико-экономические показатели ГТУ в различных классах мощности.
|
Показатель |
GT13E2 | V94.3A | M701F | MS9001FA |
| Электрическая мощность, МВт | 165,1 | 265 | 241,92 | 255,6 |
| Электрический КПД, % | 35,7 | 38,5 | 38,2 | 36,5 |
| Степень повышения давления в компрессоре | 14,6 | 17 | 17 | 15,4 |
| Начальная температура газов, | 1100 | 1315 | — | 1288 |
| Температура выхлопных газов | 524 | 584/581 | 549 | 609 |
| Расход выходных газов, кг/с | 532 | 656/645 | 714,4 | 624 |
| Частота вращения, об/мин | 3000 | 3000 | 3000 | 3000 |
Необходимыми условиями для сокращения доли импортируемой электрической энергии и удовлетворения возрастающих потребностей в ней экономики Вьетнама являются также совершенствование и модернизация работающих и вновь возводимых ТЭС.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Research report Vietnam’s power sector [Электрон.ресурс] // Режим доступа:
- Данилевич Я. Б. Энергетика и ее место в современном мире / Я. Б. Данилевич, А. Н. Коваленко // Энергетика. – 2004. – №6. – С. 20-26.
- Вьетнамское энергетическое агентство [Электрон. ресурс] // Режим доступа:
- Серебряников Н. И. Энергетическая газотурбинная установка мощностью 180 МВт [Текст] / Н.И. Серебряников, А.С. Лебедев, Д.Д. Сулимов, А.А. Романов // Теплоэнергетика.— 2001. № 5.— С. 8–11.
- Трухний А.Д. Исследование работы ПГУ утилизационного типа при частичных нагрузках [Текст] / А.Д. Трухний // Теплоэнергетика.— 1999. № 1.— С. 27.
- Каталог продукции АВВ Automation Products AB: Справочник. – 2008.
- Лебедев А. С. Разработка отчественной энергетической газотурбинной установки среднего класса мощности с применением комплекса современных расчетно-экспериментальных методов: дисс. … доктора технических наук. 2007. 321с.
- Нефть России: Японская компания Mitsubishi Heavy Industries идёт по пути повышения температуры газов в камере сгорания [Электрон. ресурс] // Режим доступа:
- Цанев С.В. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций / С.В. Цанев, В.Д. Буров, А.Н. Ремезов. – М.: Издательство МЭИ, 2002.
- Gas turbine and comnined cycle сгорания [Электрон. ресурс] // Режим доступа: type=»book» name=»СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМБИНИРОВАННЫХ ГАЗОПАРОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК ВО ВЬЕТНАМЕ» description=»Рассмотрено современное состояние энергетики Вьетнама. Обзор комбинированных установок на базе ГТУ во Вьетнаме. » author=»Фам Ан Хоаи» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-03-13″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.05.2015_05(14)» ebook=»yes» ]