По данным Минэнерго, прямоточные системы водоснабжения используют около 80 российских ТЭС и ряд АЭС, хотя ранее были внесены ограничения на применение прямоточных систем охлаждения. Какие, на сегодняшний день, существуют системы для водопользования ТЭС?
- Действительно большинство крупных тепловых электростанций в РФ (ГРЭС) используют прямоточные системы технического водоснабжения (СТВ), которые являются наилучшими доступными технологиями (НДТ) и широко распространены во всем мире. Также используются системы оборотные и прямоточно – оборотные.
В прямоточных системах используемая для охлаждения вода забирается из источника с естественной температурой и сбрасывается подогретой в теплообменниках в тот же водный объект без повторного использования. Но значительное повышение тарифов на водопользование (а не безвозвратное изъятие воды из источников – водопотребление) вынуждает крупные электрогенерирующие объекты, использующие для производства электроэнергии водные ресурсы в больших объемах, переводить прямоточные системы охлаждения и технического водоснабжения в оборотные и прямоточно - оборотные с многократным использованием охлаждающей воды в технологическом процессе выработки электроэнергии путем охлаждения части циркуляционной воды в искусственных охладителях: градирнях, брызгальных бассейнах.
Получается оборотные и прямоточно – оборотные системы экономически более выгодны для объектов энергетики?
- Не совсем так. Перевод прямоточных СТВ на оборотные приводит: к снижению экономичности энергоблоков, пережогу топлива и увеличению удельных выбросов вредных веществ (NOх и CO2) в атмосферу, при этом растут удельные капитальные вложения при строительстве новых объектов электрогенерации с оборотной системой охлаждения или при реконструкции прямоточных СТВ в оборотные на уже существующих ТЭС. По данным 2020 г. Минэнерго оценило удельные капвложения в мероприятия по переводу прямоточных СТВ в оборотные для ТЭС в 2,5 млн. рублей за 1 МВт установленной мощности, для АЭС – в 13 млн. рублей.
Однако мы знаем, что у Теплотехнического института были решения и удачный опыт снижения затрат на водопользование и реконструкцию прямоточных СТВ.
- Да, был опыт работы и решения для Пермской ГРЭС, Каширской ГРЭС, Костромской ГРЭС, Гусиноозерской ГРЭС, Нижневартовская ГРЭС.
Можно в двух словах о решениях и опыте реализации предложений?
- В большинстве случаев в состав прямоточных СТВ входит канал обогрева. Основным предназначением данного канала является борьба с шугой в осенне-зимний период. Принцип работы обводного канала основан на смешении (рециркуляции) части сбросной теплой циркуляционной воды с холодной водой, забираемой из источника водоснабжения. Реконструкция такого канала рециркуляции на основании технических решений, разработанных ОАО «ВТИ», позволили Костромской ГРЭС перейти с прямоточной системы технического водоснабжения на частично оборотную систему технического водоснабжения и, за счет этого, увеличить долю повторного использования воды в зимний период до 60% от водопотребления энергоблоков.
Существуют ли «подводные камни» такого решения проблемы?
- Безосновательное увеличение доли рециркуляции в общем объёме водопотребления может привести к неэффективному режиму работы предприятия, так как при увеличении доли повторно используемой воды возрастает температура охлаждающей воды на входе в конденсаторы паровых турбин, что влечёт за собой повышение давления пара в конденсаторе и, как следствие, падение тепловой экономичности паросиловых блоков и паровых турбин ПГУ. Поэтому к задаче по сокращению платы за пользование водными ресурсами путем применения рециркуляции охлаждающей воды необходимо подходить с точки зрения определения оптимальной температуры охлаждающей воды на входе в конденсаторы паровых турбин.
А как же тогда можно решить данную задачу, существует ли какое-то готовое решение или нужно разработать свое?
- Для решения данной задачи ОАО «ВТИ» проведена разработка математической модели, а также алгоритма расчёта такой оптимальной температуры воды на входе в конденсатор и соответствующей ей экономически оптимальной доли рециркуляции воды в зависимости от режима работы энергоблоков ТЭС, температуры воды в водоеме, подводящем и сбросном каналах, а также значения стоимости тонны условного топлива (т.у.т.) и величины ставки за пользование водными ресурсами.
Критерием оценки математической модели и составленного на её основе алгоритма расчёта является максимальная экономия денежных средств от сокращения водопотребления объектом исследования не приводящая к ухудшению эксплуатационных свойств оборудования. Максимальный экономический эффект достигается посредством поиска оптимальной температуры охлаждающей воды, при которой и достигается эта экономия, за вычетом убытков, связанных с пережогом условного топлива при работе энергоблоков ТЭС с повышенной температурой входной циркуляционной воды. Основополагающими факторами для определения оптимальной температуры циркуляционной воды являются текущие тарифы за водопользование (руб./1000 м3) и стоимость условного топлива (руб./т. у. т.) для данного объекта исследования.
Какие исходные данные использовались для построения математической модели и алгоритма расчёта оптимальной температуры циркуляционной воды?
- Для вычисления оптимальной температуры циркуляционной воды и доли рециркуляции ей соответствующей, использовались данные отчетов о тепловой экономичности оборудования по форме 15506, сведения о среднемесячных расходах охлаждающей воды, температурах воды в источнике водоснабжения и температуре окружающего воздуха.
В расчёте применялись следующие нормативные энергетические характеристики турбоагрегатов:
- давление отработавшего пара в конденсаторе главной паровой турбины в зависимости от температуры охлаждающей воды;
- зависимость расхода свежего пара от электрической мощности турбоагрегата;
- зависимость расхода отработавшего пара в конденсатор от расхода свежего пара турбоагрегата;
- поправка к мощности турбоагрегата на давление отработавшего пара в конденсаторе паровой турбины;
- температурный напор в конденсаторе паровой турбины в зависимости от расхода отработавшего пара в конденсатор и температуры охлаждающей воды.
По результатам расчетов была ли разработана программа для более удобного определения показателей?
- На основе принятой математической модели и составленных алгоритмов расчёта оптимальной доли рециркуляции охлаждающей воды для объекта, на котором проводилось исследование, была разработана соответствующая данным алгоритмам версия компьютерной программы, позволяющая рассчитать по заданным параметрам необходимые показатели.
Результатом расчёта по этой программе является оптимальная температура циркуляционной воды на входе в БНС в ℃ и рекомендуемый расход воды в м3/ч через канал обогрева (канал рециркуляции), необходимый для достижения такой температуры.
Процесс достаточно сложный и работа была проведена большая. Спасибо за интервью!