«Информационные Ресурсы России» №2, 2013

1. Введение

Возрастающая с каждым годом выработка и потребление энергии в мире создают необходимые условия для ускорения научно-технического процесса, который позволяет улучшать благосостояние людей планеты. Но вместе с тем возрастающие объёмы потребления энергии требуют всё больших и больших объёмов углеводородного сырья, запасы которого не безграничны. Мировой энергетический кризис 1973-1974 гг. заставил многие страны пересмотреть своё отношение к потреблению топливно-энергетических ресурсов и принять необходимые меры к снижению энергоёмкости ВВП и увеличению обеспеченности топливно-энергетическими ресурсами за счёт своих внутренних резервов и возобновляемых источников энергии. Актуальны эти вопросы и для РФ.

Подготовка нормативной базы в области энергосбережения строится на принятом, в целях реализации федерального закона № 261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации", плане мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности в РФ. Работа правительства РФ в этой сфере: создание правовой базы в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности и реализация пилотных проектов.

Повышение энергетической эффективности предполагается осуществлять за счет проведения энергетических обследований предприятий различного назначения с указанием технико-экономических показателей и сроков окупаемости.

Энергоаудит - это стартовая площадка. Повод поставить производителя в сопоставимые условия по расходу ТЭР (топливно-энергетические ресурсы), фундамент для совершенствования энергоресурсоэффективности.
Однако энергоаудит сам по себе не несет мгновенной или быстрой прибыли, на что в основном нацелены современные инвесторы.

В этом случае нельзя забывать о таком инструменте исследований, как глубокий статистический анализ. Он, как правило, наиболее достоверен, независим от коньюктуры, охватывает большой объем информации, менее затратен.

В своей работе авторы по данным Росстата в 2008 году поставили задачу осуществить анализ работы ТЭС, ТЭЦ, ГРЭС как наиболее потребляющих ТЭР.

Полная работа продолжалась более трех лет и включает следующее (в данной публикации приведены отдельные фрагменты работы).

В качестве объектов рассмотрена работа 306 станций практически всех регионов РФ с общим объемом производства теплоэнергии 476788233 Гкал; электроэнергии 641925181 тыс. кВт∙ч; при суммарном потреблении топлива 266046210 тут/год, что составляет 26,1% от внутреннего потребления первичного топлива в 2008 году.

Внутреннее потребление топлива в 2008 г.
ПРИРОДНОЕ ТОПЛИВО, всего, тыс. тут 1017576,7
Уголь, всего, тыс. тут 143368
Нефть, включая газовый конденсат, тыс. тут 346118,5
Газ горючий естественный, тыс. тут 523264,9

Приведенный анализ, авторы надеются, будет полезен:
•органам государственной власти, руководителям энергетической отрасли;
•проектным и строительным организациям основного и вспомогательного оборудования станций и котельных;
•СРО (саморегулирующие организации) в энергетике (СРОЭ) и СРО энергетических обследований;
•научным и учебным организациям, таким как МЭИ (ТУ), Институт энергетических исследований РАН, НИ и КИ Энерготехники, СПбГТУ, ЭНИН им. Г.М. Кржижановского, объединенный институт высоких температур РАН, ФГУП ВЭИ, Всесоюзный теплотехнический научно-исследовательский институт (ВТИ) и др.;
•энергетикам, теплоэнергетикам, промтеплоэнергетикам и др. специалистам, эксплуатирующим котельные и тепловые электрические станции;
•студентам энергетических специальностей, аспирантам, молодым ученым, специалистам энергосервиса, проектантам, разработчикам новых станций, а также экономистам.

В дальнейшем возможен анализ работы станций по годам, периодам и т.д.

Исходными данными для анализа является информация о технико-экономических показателях электростанций общего пользования (без атомных) по формам отчетности Федеральной службы государственной статистики № 6-ТП за 2008 г. (Приложения 1.2).

Формы статистической отчетности включают сведения об организациях, производящих и отпускающих энергию, вплоть до распределения.

В Приложении 3 представлена объединенная сводная таблица по формам 6-ТП с указанием температурных условий географического положения для каждой электростанции, без учета исключенных из рассмотрения организаций, непосредственно не входящих в сферу производства энергии (Приложение 4).

При проведении анализа исключено также производство тепловой энергии на ТЭС в котельных установках (пиковые котельные).

2.Зависимости для расчета параметров показателей ТЭС

В таблице 1 приведены расчетные параметры работы тепловых электрических станций на основании данных статотчетности по форме 6-ТП за 2008 г.

Предлагаемые параметры предназначены для анализа работы станций, предшествующего балансовым испытаниям, сравнительного анализа и общей оценки эффективности ТЭС.

Величина Q*отп. = 1,163 х Qотп. (позиция 9 табл. 1) приводит отпущенную тепловую энергию электростанции в «Гкал» в отпущенную тепловую энергию в «тыс. кВтч», что позволяет определить выработанную станцией энергию как сумму выработанной электроэнергии (Эвыр.) и отпущенной тепловой энергии (Q*отп.).

В позициях 10 и 11 табл. 1 представлены суммарные (общие) значения выработанной и отпущенной станцией энергии.

Параметр k (поз. 12 табл. 1) определяет соотношение (долю) между отпущенной электроэнергией (Эотп.) и выработанной (Эвыр.), а разница между выработанной и отпущенной - ЭСН (поз. 26) – расход электроэнергии на собственные нужды.

Параметр bЭвыр. (поз. 13) показывает удельный расход топлива на выработанную электроэнергию, а параметр Эвыр. (поз. 14) – условный коэффициент полезного действия при выработке электроэнергии при заданном отнесении расходов топлива на выработку электрической и тепловой энергии (BЭ и BТ)

Следующий параметр b*Тотп. - удельный расход топлива на отпущенную тепловую энергию*), приведенную к «кВт∙ч», определяется зависимостью b*Тотп.= bТотп./1,163 (поз. 15), а условный КПД выработанной (отпущенной) электроэнергии при заданном отнесении расходов топлива на выработку электрической и тепловой энергии (BЭ и BТ) определяется как Тотп. = (123 / b*Тотп.) х 102 (поз. 16).

Удельный расход топлива на выработанную электроэнергию по паротурбинному силовому циклу определяется как отношение всего расхода топлива на станции к выработанной станцией электроэнергии B х 103/ Эвыр. (поз. 17), а соответствующий КПД паротурбинного цикла будет равен: ПТЦ. = (123 / bЭпр.) х102 (поз. 18)

Параметр  (поз. 19), равный Эвыр. / (Эвыр.+ Q*отп.) показывает долю выработанной электроэнергии от общей выработки энергии станцией (поз. 10) а параметр * (поз. 20) – долю отпущенной электроэнергии от общей выработки станции (поз. 11).

Очевидно, что значение параметра  = 0 соответствует «нулевой» выработке станцией электроэнергии, т.е. работе станции в режиме котельной.

Значение параметра =1 соответствует «нулевой» выработке станцией тепловой энергии, т.е. её работе в режиме конденсационной станции. Связь между параметрами k, , * определена зависимостями позиций 32, 33 и 34 в таблице 1.

Если параметр k =1 (вся отпущенная потребителю энергия равна выработанной электроэнергии), то =*, т.е. электростанция не потребляет часть выработанной ею электроэнергии, либо потребляет электроэнергию из других источников или потребляет для собственных нужд тепловую энергию.

Суммарный удельный расход топлива на выработанную станцией энергию (поз. 21) будет равен bвыр.
Соответствующий коэффициент полезного действия - КПД «брутто» выработанной станцией энергии (поз. 23) будет равен бр.

Суммарный удельный расход топлива на отпущенную станцией энергию bотп. (поз. 24) равен bотп.
Соответствующий коэффициент полезного действия – КПД «нетто» отпущенной станцией энергии (поз. 25) будет равен нет.

Параметр  (поз. 22), входящий в определения КПД и суммарных удельных выработанных и отпущенных расходах, представляет собой отношение расхода топлива электростанцией на выработку электроэнергии к общему объему расхода топлива на станции.

Относительный расход электроэнергии на собственные нужды Э*сн (поз. 27) определяется как отношение расхода электроэнергии на собственные нужды Эсн (поз. 26) к суммарной выработанной станцией энергии.
Параметр Э*сн логически совпадает с относительным снижением КПД «брутто» за счет собственных нужд до КПД «нетто» () и относительным увеличением удельного расхода топлива (b*) за счет затрат энергии на собственные нужды (поз. 27, 29, 31). Это позволяет оценивать затраты энергии на собственные нужды с различных позиций.

Параметры  и * (поз. 32 и 33) определяют отношение удельных расходов топлива на выработку и отпуск тепловой и электрической энергии в зависимости от параметров  и , косвенно характеризуя внутренние относительные КПД турбины и электрогенератора, т.е. эффективность паротурбинного силового цикла. Значения этих параметров имеют смысл в интервалах 0<<1 и 0<<1, т.е. только для тепловых электрических станций.

3.Расчет показателей ТЭС

В таблице 3 приведены основные и определяемые параметры станций, по которым выполнены графические иллюстрации, для чего произведены соответствующие ранжирования показателей параметров в зависимости от различных факторов:
- по среднегодовой температуре географического места расположения станций;
- по температуре наиболее холодных 3-х месяцев географического расположения станций;
- по параметру , который определяет долю выработанной электроэнергии от общей выработки энергии;
- по параметру , который определяет долю расхода топлива на выработку электроэнергии от общего расхода топлива;
- по параметрам  и *, которые определяют, соответственно, отношения удельных расходов топлива на выработку и отпуск тепловой и электрической энергии.

Основными определяемыми (результирующими) показателями станций, ранжированных по вышеуказанным определяемым параметрам, являются:
- удельный расход топлива на выработанную электрическую энергию (bЭвыр.);
- удельный расход топлива на выработанную (отпущенную) тепловую энергию (bТотп.):
- суммарный удельный расход топлива на выработанную энергию (bвыр.);
- топливный КПД «брутто» (бр.);
- топливный КПД «нетто» (нет.);
- относительное увеличение удельного расхода топлива за счет собственных нужд (b*).

В таблице 3 приведены пример расчета параметров тепловых станций РФ. Эта таблица включает данные на все 306 станций.

Нумерация колонок таблицы соответствует нумерации в исходной форме статотчетности 6-ТП.

Переводные коэффициенты: 123 кгут/тыс. кВт∙ч ; 143 кгут/Гкал ; 1,163 тыс. кВт∙ч/ Гкал

Таблица 2
Основные и определяемые параметры

Рис. 1.

4. Заключение

Анализ показателей работы ТЭС» выполнен по основным электростанциям РФ. Работа позволяет определить степень эффективности использования установленного оборудования электрических станций.
«Анализ...» позволяет провести углубленные индивидуальные расчеты эффективности работы энергооборудования на каждой электростанции и станциях в целом.

Предлагаемый «Анализ …» позволяет определить основные направления энергосбережения, оценить технические показатели объектов на фоне показателей работы аналогичных предприятий.

«Анализ…» является базовой частью оценки эффективности энергетического оборудования ТЭС, т.к. в работе исключены временные переменные, которые могли бы изменить результат работы в целом.

Данная работа будет необходимым и достаточным материалом для формирования долголетних стратегических направлений по снижению необратимых потерь теплового цикла ТЭС, определению основных направлений повышения эффективности работы основного оборудования ТЭС.

База технологических и экономических показателей работы ТЭС может быть использована для принятия решений при реконструкции электрических станций. При необходимости «Анализ…» может использоваться для улучшения показателей надежности основного оборудования ТЭС.

База данных «Анализа…» позволяет оценить зависимость энергопоказаталей ТЭС от режима работы электрической станции в течение года, что может быть использовано в снижении энергопотерь объекта при проведении плановых ремонтов основного оборудования.

Метод расчета показателей, предложенный в «Анализе…», может применяться как для определения эффективности работы локальных ТЭС, так и их групп. Группировка оборудования может варьироваться по мощности установленного оборудования, по видам сжигаемого топлива, по возрастному цензу, территориальности, по ведомственной принадлежности и т.д.

Работа может быть углублена и индивидуализирована в части материальной оценки потерь энергии и повышения эффективности использования оборудования для любой из перечисленных ТЭС РФ.