Парогазовая установка - NiNa.Az

Парогазовая установка (англ. Combined Cycle Gas Turbine, CCGT) — часть электрогенерирующей станции (ТЭС, ТЭЦ, ГРЭС), служащая для производства электроэнергии.

Схема работы парогазовой установки, электричество производится дважды — с помощью газовой, а затем паровой турбины.

Принцип действия и устройство

Парогазовая установка содержит два отдельных двигателя: паросиловой и газотурбинный. В газотурбинной установке турбину вращают газообразные продукты сгорания топлива. Топливом может служить как природный газ, так и продукты нефтяной промышленности (дизельное топливо). На одном валу с турбиной находится генератор, который за счёт вращения ротора вырабатывает электрический ток. Проходя через газовую турбину, продукты сгорания отдают лишь часть своей энергии и на выходе из неё, когда их давление уже близко к атмосферному и работа не может быть ими совершена, все ещё имеют высокую температуру. С выхода газовой турбины продукты сгорания попадают в паросиловую установку, в котел-утилизатор, где нагревают воду и образующийся водяной пар. Температура продуктов сгорания достаточна для того, чтобы довести пар до состояния, необходимого для использования в паровой турбине (температура дымовых газов около 500 °C позволяет получать перегретый пар при давлении около 100 атмосфер). Паровая турбина приводит в действие второй электрогенератор (схема multi-shaft).

Широко распространены парогазовые установки, у которых паровая и газовая турбины находятся на одном валу, в этом случае используется только один, чаще всего двухприводный генератор (схема single-shaft). Такая установка не может работать в газовом режиме (с не работающим паровым контуром), так как паровая турбина не может вращаться без пара (нужен пар на холостом ходу, для охлаждение). Также часто пар с двух блоков ГТУ—котёл-утилизатор направляется в одну общую паросиловую установку (дуплексная схема).

Иногда парогазовые установки создают на базе существующих старых паросиловых установок (схема topping). В этом случае уходящие газы из новой газовой турбины сбрасываются в существующий паровой котёл, который соответствующим образом модернизируется. КПД таких установок, как правило, ниже, чем у новых парогазовых установок, спроектированных и построенных «с нуля».

На установках небольшой мощности поршневая паровая машина обычно эффективнее, чем лопаточная радиальная или осевая паровая турбина, и есть предложение применять современные поршневые паровые двигатели в составе ПГУ.

Преимущества

• Парогазовые установки позволяют достичь электрического КПД более 60 %. Для сравнения, у работающих отдельно паросиловых установок КПД обычно находится в пределах 33-45 %, для газотурбинных установок — в диапазоне 28-42 %
• Низкая стоимость единицы установленной мощности
• Парогазовые установки потребляют существенно меньше воды на единицу вырабатываемой электроэнергии по сравнению с паросиловыми установками
• Короткие сроки возведения (9-12 мес.)
• Нет необходимости в постоянном подвозе топлива ж/д или морским транспортом
• Компактные размеры позволяют возводить непосредственно у потребителя (завода или внутри города), что сокращает затраты на ЛЭП и транспортировку эл. энергии
• Более экологически чистые в сравнении с паротурбинными установками

Недостатки ПГУ

• Необходимость осуществлять фильтрацию воздуха, используемого для сжигания топлива.
• Ограничения на типы используемого топлива. Как правило в качестве основного топлива используется природный газ, а резервного — дизельное топливо. Применение угля в качестве топлива возможно только в установках с внутрицикловой газификацией угля, что сильно удорожает строительство таких электростанций. Отсюда вытекает необходимость строительства недешёвых коммуникаций транспортировки топлива — трубопроводов.
• Сезонные ограничения мощности. Максимальная производительность в зимнее время.

Применение на электростанциях

Северо-Западная ТЭЦ — первая электростанция в России, использующая парогазовый цикл

Аргентинская ТЭС Костанера — первая электростанция в Южной Америке, использующая парогазовый цикл

Несмотря на то, что преимущества парогазового цикла были впервые доказаны ещё в 1950-х годах советским академиком С. А. Христиановичем, этот тип энергогенерирующих установок не получил в России широкого применения. В СССР были построены несколько экспериментальных ПГУ. Примером могут служить энергоблоки мощностью 170 МВт на Невинномысской ГРЭС и мощностью 250 МВт на Молдавской ГРЭС. За последние 10 лет в России введены в эксплуатацию более 45 мощных парогазовых энергоблоков. Среди них:

• 3 ПГУ мощностью 450 МВт каждый: 2 на ТЭЦ-27 и 1 на ТЭЦ-21; 3 ПГУ мощностью 420 МВт каждый: 1 на ТЭЦ-16, 1 на ТЭЦ-20, 1 на ТЭЦ-26; 1 ПГУ мощностью 220 МВт на ТЭЦ-12; 2 ПГУ мощностью 121 МВт каждый на ТЭС «Международная» — в Москве
• 2 энергоблока мощностью 450 МВт каждый на Северо-Западной ТЭЦ, энергоблоки мощностью 450 МВт на Южной ТЭЦ и Правобережной ТЭЦ, энергоблок в составе двух ПГУ-180 на Первомайской ТЭЦ — в Санкт-Петербурге
• 3 энергоблока Няганьской ГРЭС суммарной мощностью 1269,8 МВт
• 3 энергоблока на Сочинской ТЭС. Два энергоблока мощностью 39 МВт каждый (1-я очередь строительства). Один энергоблок 80 МВт (2-я очередь строительства).
• 3 энергоблока на Челябинской ТЭЦ-4, мощностью 247, 247,5 и 263 МВт, соответственно.
• 2 ПГУ мощностью 450 МВт каждая на Калининградской ТЭЦ-2
• 2 ПГУ мощностью 220 МВт каждая на Тюменской ТЭЦ-1
• 2 ПГУ мощностью 325 МВт каждая на Ивановской ГРЭС на основе ГТД-110
• 2 ПГУ мощностью 123 МВт каждая на Казанской ТЭЦ-1
• 2 ПГУ мощностью 110 МВт каждая на Казанской ТЭЦ-2
• 2 ПГУ суммарной мощностью 100 МВт на Шахтинской ГТЭС
• 1 ПГУ мощностью 400 МВт на Шатурской ГРЭС
• 1 ПГУ мощностью 440 МВт на Краснодарской ТЭЦ
• 1 ПГУ мощностью 230 МВт на Челябинской ТЭЦ-3
• 1 ПГУ мощностью 410 МВт на Среднеуральской ГРЭС ОАО «Энел ОГК-5» 
• 1 ПГУ мощностью 410 МВт на Невинномысской ГРЭС ОАО «Энел ОГК-5»
• 1 ПГУ мощностью 220 МВт на Новгородской ТЭЦ
• 1 ПГУ мощностью 110 МВт на Вологодской ТЭЦ
• 1 ПГУ мощностью 424,6 МВт на Яйвинской ГРЭС
• 1 ПГУ мощностью 330 МВт на Новогорьковской ТЭЦ
• 1 ПГУ мощностью 450 МВт на Череповецкой ГРЭС
• 1 ПГУ суммарной мощностью 800 МВт на Киришской ГРЭС (самая мощная парогазовая установка в России в 2014—2017 годах)
• 1 ПГУ суммарной мощностью 903 МВт на Пермской ГРЭС (самая мощная парогазовая установка в России с 2017 года)
• 2 ПГУ суммарной мощностью 235 МВт на Астраханской ПГУ-235 и 2 ПГУ на Астраханской ПГУ-110 (бывшая Астраханская ГРЭС) суммарной фактической мощностью 121 МВт при проектной 110 МВт.

По сравнению с Россией в странах Западной Европы и США парогазовые установки стали широко применяться раньше. На западных ТЭС, использующих в качестве топлива природный газ, установки такого типа используются гораздо чаще.

Альтернативное применение

В компании BMW сделали предположение о возможности использования парогазового цикла в автомобилях. Предлагается использовать выхлопные газы автомобиля для работы небольшой паровой турбины.

Дальнейшее развитие

В развитие идеи ПГУ было предложено использовать газогенератор для получения горючего газа из угля, биомассы и проч.

Примечания

1. Рассматриваются также проекты с ядерным газотурбинным двигателем, где камера сгорания заменяется ядерным реактором особой конструкции, рассчитанным на работу при очень высоких температурах (на данный момент не реализовано даже в виде чертежей, однако теоретически возможно создать такой газотурбинный двигатель, правда при этом из-за высокой радиоактивности выхлопа потребуется использовать закрытый цикл Брайтона).
2. Трохин, Иван. Газотурбопаропоршневая электростанция: эффективность турбины повысит «паровоз»  (неопр.). Энергетика и промышленность России (февраль 2013). Дата обращения: 28 марта 2013. Архивировано из оригинала 4 апреля 2013 года.
3. История Росатома: Христианович Сергей Алексеевич(1908–2000)  (неопр.). Дата обращения: 9 февраля 2023. Архивировано 9 февраля 2023 года.
4. Фоторепортаж о пуске ПГУ-450Т на ТЭЦ-27 Мосэнерго  (неопр.). Дата обращения: 1 июля 2011. Архивировано из оригинала 1 мая 2011 года.
5. Статья о ТЭЦ-27 на сайте Мосэнерго  (неопр.). Дата обращения: 1 июля 2011. Архивировано из оригинала 13 декабря 2010 года.
6. Статья о ТЭЦ-21 на сайте Мосэнерго  (неопр.). Дата обращения: 1 июля 2011. Архивировано из оригинала 17 октября 2009 года.
7. Статья о конструктивных особенностях ТЭС «Международная» на сайте компании «ТехноПромЭкспорт» (недоступная ссылка)
8. Няганская ГРЭС | Fortum  (неопр.). Дата обращения: 4 декабря 2014. Архивировано 22 декабря 2014 года.
9. Интервью директора Сочинского филиала «Интер РАО ЕЭС» В. А. Белосевича изданию «Огни Большого Сочи» (недоступная ссылка)
10. Схема теплоснабжения в административных границах города Челябинска на период до 2034 года (актуализация на 2019 год)  (неопр.) (недоступная ссылка — история). Официальный сайт Администрации города Челябинска. Дата обращения: 30 ноября 2018.
11. Введен в эксплуатацию 2-й блок Калининградской ТЭЦ-2  (неопр.). Дата обращения: 1 июля 2011. Архивировано 4 января 2014 года.
12. Пуск ПГУ-190/220 на Тюменской ТЭЦ-1  (неопр.). Дата обращения: 1 июля 2011. Архивировано из оригинала 22 сентября 2013 года.
13. Ввод в эксплуатацию ПГУ-325 на Ивановской ГРЭС  (неопр.). Дата обращения: 1 июля 2011. Архивировано 28 декабря 2014 года.
14. ПГУ-400 на Шатурской ГРЭС (недоступная ссылка)
15. На Краснодарской ТЭЦ состоялся торжественный пуск блока ПГУ-410  (неопр.). Дата обращения: 17 января 2012. Архивировано из оригинала 22 ноября 2011 года.
16. ОАО «Фортум» — Производство электроэнергии в Челябинской области  (неопр.). Дата обращения: 14 февраля 2012. Архивировано из оригинала 24 февраля 2012 года.
17. «BMW Turbosteamer gets hot and goes»  (неопр.). Дата обращения: 5 сентября 2007. Архивировано 18 июня 2017 года.

Ссылки

• Переход на парогазовый цикл
• Электростанции на базе парогазовых установок
• Расчет парогазовой установки
• История парогазового цикла в России. Перспективы развития
• [bse.sci-lib.com/article087101.html «Парогазотурбинная установка» в Большой советской энциклопедии]
• Статья П. Андреева «История парогазового цикла в России» из издания «Энергетика и промышленность России»

Литература

• 3ысин В. А., Комбинированные парогазовые установки и циклы, М. — Л.,1962.