Развитие ТЭЦ-27 - ПГУ

Развитие ТЭЦ-27: паровой энергоблок или ПГУ

Долинин И. В., канд. техн. наук, Иванов А. Б.

ТЭЦ-27 Мосэнерго предназначена для обеспечения теплом и электроэнергией северных районов Москвы и г. Мытищи и выдачи электрической энергии в сети Мосэнерго.
В соответствии с первоначальным проектом в состав основного оборудования ТЭЦ-27 входят: два энергоблока с турбиной ПТ-80-130; три энергоблока с турбинами Т-265-240; девять пиковых водогрейных котлов (ПВК) типа КВГМ-180.
На сегодня находятся в работе два энергоблока по 80 МВт и пять водогрейных котлов, так как строительство ТЭЦ-27 приостановлено из-за отсутствия источников финансирования.
Особенность топливного режима ТЭЦ-27 заключается в том, что станция имеет уже сегодня два независимых источника газоснабжения. С учетом складывающегося дефицита тепловой и электрической энергии в зоне ТЭЦ-27 представляется необходимым дальнейшее расширение ТЭЦ. При этом рассматривается возможность применения парогазовых технологий вместо паросиловых блоков с турбинами Т-265.

Для сравнения вариантов были приняты следующие гипотезы:

1. В качестве альтернативы паросиловому блоку рассматривался парогазовый блок, состоящий из двух одновальных парогазовых установок ПГУ-170Т на базе ГТД-110 производства НПО «Сатурн» или из одного энергоблока ПГУ-325Т; с ними устанавливается водогрейный котел КВГМ-180 для выравнивания тепловой мощности вариантов.
2. Для оценки эффективности инвестиций сделано предположение о создании на базе энергоблока № 3 независимого генерирующего предприятия.
3. Работа блока № 3 определяется прогнозными тепловыми и электрическими графиками нагрузок.

Расчеты экономических показателей были выполнены специалистами Научного центра прикладных исследований (НЦПИ) и ТЭЦ-27 на основании прогнозных режимов работы, данных заводов-изготовителей, а также имеющихся технических предложений по одновальной парогазотурбинной установке ПГУ-170Т, выполненных ОАО «Институт Теплоэлектропроект». Методика расчетов соответствует “Практическим рекомендациям по оценке эффективности и разработке инвестиционных проектов и бизнес-планов в электроэнергетике”, утвержденным РАО “ЕЭС России” [1].
Сравнение эффективности инвестиций велось с использованием следующих критериев [2]: чистый дисконтированный доход (ЧДД); внутренняя норма доходности (ВНД); дисконтированный период окупаемости; индекс доходности (ИД).
Расчеты производились с применением программного комплекса «ENERGY INVEST 3.0», предназначенного для оценки экономической эффективности инвестиционных проектов различных энергетических объектов.
Исходные данные приведены в табл. 1.
Следует обратить внимание, что: объем капвложений в варианте ПГУ на 20 млн. долл. больше, чем в паросиловом варианте;
в варианте с ПГУ энергетические мощности вводятся разновременно - первая ПГУ уже работает и дает прибыть, в то время как в варианте с Т-265 еще продолжается строительство;
ставка по кредитам принята равной 10% в год, т.е. довольно высокой; она может быть реально снижена при переговорах с кредиторами;
в варианте с ПГУ учтено приобретение двух ГТД на замену через 10 лет эксплуатации.
При расчете финансово-экономических критериев приняты средние по Мосэнерго тарифы на тепло и электроэнергию и цена природного газа по 2001 г.
Анализ полученных результатов (табл. 2) показывает, что установка двух ПГУ-170 гораздо выгоднее, чем паросилового блока с турбиной Т-265, а именно:
чистый дисконтированный доход при варианте с ПГУ-170 в 1,24 раза больше, чем в варианте с Т-265;
внутренняя норма доходности и индекс доходности в варианте с ПГУ-170 также выше, чем в варианте с Т-265, при прочих равных условиях это обеспечивает большую устойчивость к возможным рискам при осуществлении проекта;
дисконтированный период окупаемости при варианте с ПГУ-170 на 2 года меньше, чем в варианте с Т-265, что приведет к более быстрому возврату вложенных средств при одинаковых рисках.
Таким образом, с точки зрения показателей финансовой эффективности инвестиций акционерного капитала, вариант расширения ТЭЦ-27 двумя ПГУ-170 с водогрейным котлом существенно выгоднее, чем вариант с Т-265.

Таблица 1
Исходные данные для расчета критериев эффективности по двум вариантам строительства энергоблока № 3 ТЭЦ-27

Таблица 2
Результаты расчетов эффективности инвестиций по двум вариантам строительства энергоблока № 3 ТЭЦ-27

Рис. 1. Удельный расход топлива на отпуск электрической энергии энергоблока 265 МВт и парогазового блока (оборудование энергоблоков работает на район с присоединенной нагрузкой 806Гкал/ч, нагрузка горячего водоснабжения в летний период - 112 Гкал/ч): 1 -ПГУ-170; 2 - Т-265

Рис. 3. Коэффициент использования тепла топлива для паросилового блока 265 МВт и парогазового блока (оборудование энергоблоков работает на район с присоединенной нагрузкой 806 Гкал/ч, нагрузка горячего водоснабжения в летний период - 112 Гкал/ч):
1 -ПГУ-170; 2 -Т-265

Такое различие в привлекательности инвестиций обусловлено следующими обстоятельствами:
удельный расход топлива на отпуск электрической энергии в варианте с ПГУ на 50г/(кВтч) ниже, чем для паросилового блока (рис. 1);
удельный расход топлива на отпуск тепловой энергии в отопительный период в варианте с ПГУ на 10 кг/Гкал выше, зато в летний и переходные периоды ПГУ имеет преимущество с разницей 65 кг/Гкал (рис. 2);
коэффициент использования тепла топлива практически одинаковый в отопительный период, летом на 22% выше для варианта с ПГУ, чем для Т-265 (рис. 3);
при равном годовом отпуске тепловой энергии (рис. 4) блок на базе ПГУ-170Т отпустит электроэнергии в сети системы на 18% больше (рис. 5) при практически одинаковых затратах топлива (рис. 6).

Рис. 2. Удельный расход условного топлива на отпуск тепловой энергии от блока 265 МВт и парогазового блока (оборудование энергоблоков работает на район с присоединенной нагрузкой 806 Гкал/ч, нагрузка горячего водоснабжения в летний период - 112 Гкал/ч):

Известно, что на крупном оборудовании, таком, как блок с Т-265, трудно обеспечить режимы с оптимальными показателями в течение года.
Для оценки этого фактора на основании данных производственно-технического отдела Мосэнерго и Теплосети произведено сравнение расчетных и фактических результатов работы второй очереди ТЭЦ-23 АО Мосэнерго с энергоблоками Т-250 и водогрейными котлами производительностью 180 Гкал/ч. Характеристики районов, обеспечиваемых тепловой энергией ТЭЦ-23, аналогичны характеристикам районов, подключенных к ТЭЦ-27. Фактически оборудование ТЭЦ-23 работает менее экономично, чем ожидалось в соответствии с расчетами: коэффициент использования тепла топлива оказывается на 6 - 8% (а иногда и до 15%) ниже, чем расчетный (рис. 7).

Рис. 4. Ожидаемый годовой отпуск тепла расширяемой части ТЭЦ-27 (работа на Осташковскую магистраль):

Рис. 5. Ожидаемый годовой отпуск электроэнергии расширяемой части ТЭЦ-27:
1 - ПГУ-170; 2 - Т-265

В наибольшей степени это относится к периоду апрель - октябрь и в основном связано с тем, что фактическая тепловая нагрузка ниже номинальной и имеет место конденсационная выработка, поэтому доля электроэнергии, выработанной по теплофикационному циклу в период апреля - октября, ниже расчетной (рис. 8). В этот период турбины работают не по тепловому графику и их экономичность снижается.
Возвращаясь к ТЭЦ-27, можно прогнозировать, что реальные тепловые нагрузки в среднем по году будут меньше, чем расчетно-проектные. И хотя Т-265 по сравнению с Т-250 имеет больший пропуск через бойлеры (13 000м³/ч против 8000 м³/ч) и более низкий коэффициент теплофикации (0,4 против 0,47), можно говорить о том, что экономичность блока Т-265 в период апрель - октябрь будет ниже расчетной, так как увеличится доля конденсационной выработки в этот период. В этом случае выигрыш от применения парогазовых технологий только возрастет, так как это дает максимальный эффект как раз при конденсационных режимах.
Так как ТЭЦ-27 предназначена для обеспечения теплом Москвы, очень важна надежность теплоснабжения. Как для варианта с Т-265, так и для варианта с ПТУ при нормальной работе оборудования обеспечивается требуемая температура сетевой воды на выходе из ТЭЦ-27 во всем диапазоне температур наружного воздуха.

Рис. 6. Ожидаемый годовой расход условного топлива расширяемой части ТЭЦ-27:

Рис. 7. Теоретический и реальный коэффициенты использования тепла топлива блоков Т-250 ТЭЦ-23 (теоретический коэффициент использования тепла топлива рассчитан для условия, что договорная присоединенная нагрузка 2502 Гкал/ч):
1 - реальный; 2 - теоретический

Однако при аварийном отключении (при 28°С) оборудования с максимальной тепловой мощностью и при передаче всего свободного тепла от действующей части в варианте с Т-265 недоотпуск будет составлять 33%, а для варианта с ПГУ - только 5% (рис. 9).
Анализ наиболее часто встречающихся случаев отказов котельного оборудования Мосэнерго в 2000 г. позволяет с уверенностью говорить, что для котлов-утилизаторов ПГУ, ввиду низкого уровня температур пара и греющих газов, отсутствия радиационных и ширмовых поверхностей нагрева, тягодутьевых механизмов, регенеративных воздухоподогревателей, число отказов будет значительно ниже.

Рис. 8. Доля электроэнергии энергоблоков ТЭЦ-23, выработанная по тепловому циклу (теоретический коэффициент использования тепла топлива рассчитан для условия, что договорная присоединенная нагрузка 2502 Гкал/ч):

Рис. 9. Сравнение вариантов при аварийной ситуации:
а - вариант расширения блоком Т-265; б - вариант расширения двумя блоками ПГУ-170