Коэффициенты эффективности работы ТЭЦ, используемые в настоящее время (термический КПД, КПД по производству электроэнергии, коэффициент использования теплоты топлива, удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении и др.), представляют собой отношение качественно неоднородных величин (работы и теплоты) [1,3,6,7], поэтому не имеют физического обоснования.

В литературе имеются два противоположных направления объяснения физической сущности экономии топлива при теплофикации и множество методик расчета удельных расходов топлива на различные виды энергии, отпускаемой от ТЭЦ, разработанных на их основе. Первое из этих направлений, опирающееся на первое начало термодинамики, объясняет положительный эффект от теплофикации отсутствием или снижением количества теплоты, передаваемой конденсатору [1,2]. Второе направление, базирующееся на расчете эксергии, относит потери преимущественно к топке [4,6,7]. Оба научных подхода к определению коэффициентов эффективности работы ТЭЦ несовершенны. Поэтому разработаны преимущественно с привлечением эмпирических данных методики расчета удельных расходов топлива на различные виды отпускаемой энергии, однако они также не удовлетворяют потребности практики и требуют пересмотра.

Остановимся кратко на характеристике основных методик расчета дифференцированных удельных расходов топлива на ТЭЦ.

Балансовый или физический метод был официальным в энергетике СССР и до 1996 года в России. Расход топлива на производство теплоты, отпускаемой тепловому потребителю, определяется как [1]

где – теплота, отпускаемая из отборов турбины, конденсатора, или острым паром для нужд теплового потребителя.

Расход топлива на производство электроэнергии

где Q_э – расход теплоты на производство электроэнергии, равный разности между теплотой, поданной в турбину Q₀,
и суммарной теплотой, отпускаемой тепловым потребителям ∑Q_тi;
– низшая рабочая теплота сгорания топлива, КПД котельного агрегата.

Q_э = Q₀ – ∑Q_тi.

Удельный расход топлива на единицу отпущенной электроэнергии в_э и теплоты в_тi
определяется соответственно как в_э = В_э/N_от и в_тi = В _тi/∑Q_тi η_тi,

где N_от – отпущенная потребителям электроэнергия; η_тi – КПД, учитывающий потери теплоты при передаче теплоты от одного теплоносителя к другому в сетевых подогревателях, бойлерах и т.д.

Несмотря на недостатки балансового метода (вся экономия топлива от теплофикации относится на электроэнергию, не учитывается потенциал пара, отбираемого для нужд тепловых потребителей, и т.д.), этот метод, базирующийся на первом начале термодинамики, может рассматриваться как предельный случай экономии топлива при производстве электроэнергии.

Попытки найти обобщённый критерий для различных форм энергии привела к использованию эксергии при расчете дифференцированных расходов топлива [4]. Эксергетический КПД ТЭЦ предлагается определить по зависимости

,

откуда находят общий расход условного топлива на выработку эксергии

,

где Е_вых, Е_вх, Е_Q – соответственно эксергия на выходе и входе в турбоустановку и эксергия теплоты, N_э- электрическая мощность турбины.

Удельный расход топлива на выработку единицы эксергии -

    в_е = В_е/(N_э +E_Q).

Общий расход топлива на вырабатываемую электроэнергию и теплоту:

В_э = в_е N_э,

В_т = в_е E_Q.

Удельные расходы топлива на вырабатываемую электроэнергию и теплоту:

в_е^э = В_э/N_э = в_е;

в_е^т = В_т/∑Q _тi = в_е^. Е_Q/∑Q _тi.

С помощью эксергии можно рассчитать потери в отдельных элементах ПТУ, однако применение этого метода к топке не обосновано физически и логически. Приравнивание в этом методе эксергии рабочего тела в топке теплоте сгорания топлива и одновременно электроэнергии, вырабатываемой ТЭЦ, не доказано. Кроме того, при расчете тепловых потерь с уходящими газами и вследствие необратимости теплообмена между газами и водяным паром не учитывают зависимость эксергии от свойств рабочих тел. Без решения вопроса об эксергии топки применение этого метода является преждевременным, поэтому он не нашел широкого применения на практике. В методе эксергии вся экономия топлива от теплофикации относится к производству теплоты.

Метод пропорционального распределения экономии топлива, разработанный ОАО «Фирма ОРГРЭС», утвержден Минтопэнеро РФ в качестве официального при составлении отчетности по тепловой экономичности работы оборудования ТЭС [5]. Расход топлива на отпущенную электроэнергию теплофикационным блоком по этой методике определяется как

    В_э = К_э^.В^.(N_от/(N-N_{э сн})).

В – расход топлива энергетическим котлом; N, N_от , N_{э сн} – расходы электроэнергии выработанной, отпущенной и затраченной на собственные нужды для производства электроэнергии;

К_э – коэффициент, учитывающий распределение затрат топлива между электроэнергией и теплотой, отпущенной тепловому потребителю, при их раздельном производстве, определяемый по формуле

К_э = (Q_э + Q_{т сн} + ΔQ_э)/ (Q_э + Q_{т сн} + ΔQ_э +∑Q_тi).

Здесь Q_{т сн} – расход теплоты на собственные нужды турбоагрегата;

ΔQ_э - дополнительный расход теплоты на производство электроэнергии за счет отборов с учётом энергетической ценности пара:

ΔQ_э = ∑Q_тi(1-ξ_i),

где ξ_i – коэффициент ценности потоков пара, который определяется как

ξ_i = [(h_i – h_k)/(h_o –h_k)]^.[1+k(h_o – h_i)/(h_o –h_k)], h_o, h_i, h_k – энтальпии острого пара, пара в месте отбора и в конденсаторе.

При наличии промперегрева учитывают прирост энтальпии в промежуточном пароперегревателе h_пп.

Эмпирический коэффициент k, учитывающий регенеративный подогрев питательной воды, имеет значения 0,25; 0,30; 0,40; 0,42 для турбин, имеющих давление свежего пара соответственно 35, 90, 130, 240 кгс/см², т.е. жестко закреплен для каждого вида турбин и при отклонении режимов работы турбин его необходимо пересчитывать.

Расход топлива на производство теплоты – В_т = В – В_э, удельный расход топлива на отпущенную электроэнергию и теплоту определяют как

в_э = В_э/N_от; в_т = В_т/ ∑Q_тi η_тi.

Чтобы определить расходы топлива по каждому виду регулируемого отбора, вначале определяется средний удельный расход топлива на отпущенную теплоту в раздельном производстве

в_{т р} = в_т^. К_{от р(к)}.

Здесь К_{от р(к)}
– коэффициент, характеризующий отношение полного расхода топлива при раздельном производстве к расходу топлива при комбинированном

    К_{от р(к)}= (Q_э + Q_{т сн} + ΔQ_э +∑Q_тi)/ (Q_э + Q_{т сн} + ∑Q_тi).

После этого рассчитывают снижение удельного расхода топлива на отпущенную теплоту за счёт теплофикации

Δв_т = в_{т р} – в_т.

Затем определяют средний коэффициент ценности пара, идущего на теплофикацию

ξ_ср = ∑(Q_тi^. ξ_i)/ ∑Q_тi.

Тогда для каждого регулируемого отбора теплоты уменьшение удельного расхода топлива по сравнению с раздельным производством равно

    Δв_{т i} = Δв_т ^. (1- ξ_i)/(1- ξ_ср),

а действительное значение удельного расхода топлива для каждого потока теплоты будет

в_{т i} = Δв_{т р} – Δв_{т i}.

Недостатки этого метода заключаются в наличии эмпирических коэффициентов, затрудняющих анализ и прогнозирование работы ТЭЦ, тепловые потенциалы отпускаемой потребителю теплоты учитываются частично, отсутствует эквивалентное сопоставление электрической энергии и теплоты.

Метод расчета удельных показателей по недовыработанной электроэнергии заключается в определении недовыработки в результате отвода пара на теплоснабжение или другие цели через отборы или противодавление турбоагрегатов. В этом методе учитывается неэквивалентность продуктов ТЭЦ – электроэнергии и теплоты, путем приведения их к единой форме энергии – электрической.

Для осуществления этого метода на типовой диаграмме режимов или нормативной энергетической характеристики турбоагрегата ПТ находят электрическую выработку N_пт. Затем закрывают регулируемые отборы пара и турбоагрегат переводят в конденсационный режим при сохранении постоянным расхода топлива на котле и расхода пара в голове турбины и по той же диаграмме режимов определяют выработку электроэнергии -N_к. Разность (N_к – N_пт) – это выработка электроэнергии потоками пара, отбираемого на технологические нужды и отопление, если эти потоки пара вместо потребителя будут направлены в проточную часть турбоагрегата. Далее при том же расходе пара в голову турбины закрывают технологический отбор, оставляя как в исходном режиме отбор на отопление, и получают по диаграмме режимов электрическую выработку для данного режима – N_п. При устранении отбора на отопление, при сохранении неизменным отбора на технологические нужды по той же диаграмме режимов имеем – N_т. Тогда разность (N_к - N_п) – выработка электроэнергии, которая могла бы быть совершена паром отопительных отборов, а (N_к - N_т) – выработка электроэнергии паром технологического отбора.

Затраты топлива на отпущенную электроэнергию – В_э = В(N_пт – N_{пт сн})/N_к.

Затраты топлива на отпущенную турбиной теплоту - В_т = В – В_э.

Затраты топлива на теплоту технологического и отопительного отборов определяются из соотношения

В_{т п} /В_{т то} = (N_к- N_т)/ (N_к-NЭ_п),

при условии, что В_{т п} + В_{т то} =В_т.

Удельные расходы топлива рассчитываются обычным образом.

Сложность применения данного способа состоит в необходимости введения эмпирических поправок при отклонении режима работы турбины от параметров, при которых рассчитывалась диаграмма режимов, что снижает точность этого метода и требует дополнительной работы.

К данному методу примыкает балансовый конденсационный метод расчета расхода топлива на электроэнергию и теплоту [7], в котором сводят теплоту, отпущенную потребителям, к электрической энергии, кроме того не учитывают температурный потенциал этой теплоты.

В методе расчета, учитывающем тепловую ценность отборного пара, его теплота приводится к тепловому потенциалу пара на выходе из котла [6]. Это делается с помощью коэффициентов ценности пара, введенных ОАО «Фирма ОРГРЭС». Расход топлива на отпущенную электроэнергию определяют по зависимости

    В_э = К_э^.В^.(N_от/(N-N_{э сн}),

где коэффициент пропорциональности К_э рассчитывают по формуле

К_э = (Q_o – Q_{т сн} – ∑Q_тi ^. ξ_i)/ (Q_о – Q_{т сн}),

или аналогичной формуле, более удобной для составления отчетности электростанций, предложенной ОАО «Фирма ОРГРЭС»,

     К_э = (Q_э + Q_{т сн} + ΔQ_э)/ (Q_э + Q_{т сн} + ∑Q_тi).

Расход топлива на отпуск теплоты определят как В_т = В – В_э.

Удельный расход на отпущенную теплоту из отборов турбины находят по зависимости

в_т = В_т/ Q_т, где Q_т = ∑Q_тiη_тi,

а удельные расходы топлива – отдельно по каждому отбору как в_тi = в_{т р} ^. ξ_i,

здесь в_{т р} – удельный расход топлива на отпущенную теплоту по раздельному циклу, который определяется по формуле в_{т р} = В_{т р}/Q_т;

В_{т р} - затраты топлива на производство отпущенной теплоты по раздельному циклу равны В_{т р} = Q_т/ Q_н^р η_ка.

Основная неточность этого метода связана с определением коэффициента ценности теплоты отборного пара.

Таким образом, на практике не используют единую меру качества вырабатываемых ТЭЦ продуктов – электроэнергии и отпускаемой потребителям теплоты, что не дает возможность точно определить дифференцированные расходы на них топлива.

Цель работы – разработка термодинамического метода расчета, позволяющего получить на основе единого эквивалента дифференцированные удельные расходы топлива на производство электроэнергии и теплоты с учетом её потенциала.

Термический коэффициент полезного действия цикла равен η^ц_t =l/q₁, где l= q₁ - q₂ - соответственно удельная работа и теплота, подведенная и отведённая в цикле.

Недостаток термического коэффициента полезного действия различных циклов, рассчитываемого по уравнению теплового баланса, состоит в том, что он представляет собой отношение двух различных (неравноценных) величин работы и теплоты.

Для прямого обратимого цикла Карно термический коэффициент полезного действия

зависит от отношения одинаковых по физическому смыслу величин – температуры холодного Т₂ и горячего Т₁ источника. Таким образом, абсолютная температура для этого цикла является величиной, характеризующей как работу, так и теплоту.

Для прямого обратимого цикла Карно можно записать

а в общем виде, пригодном для расчёта циклов с непостоянным расходом и температурой рабочего тела в различных элементах отвода теплоты из цикла, или при рассмотрении отдельных потоков пара на различные элементы отвода теплоты из цикла

где N^к, Q₁, Q₂ – мощность, тепловая мощность подведённой и отведённой теплоты в цикле, М_τ – массовый расход рабочего тела, Т_i М_τi – представляет собой величину, пропорциональную тепловой мощности с учетом температуры и расхода теплоносителя, а – величина, пропорциональная мощности цикла. Таким образом, и в этом случае термический коэффициент полезного действия прямого обратимого цикла Карно зависит от отношения одинаковых по смыслу физических величин Т_i М_τi.

Термические коэффициенты полезного действия цикла Ренкина и цикла ПТУ, имеющего вторичный перегрев пара и регенеративный подогрев питательной воды, рассчитанные с использованием средне интегральных температур горячего и холодного источника и по общепринятой в термодинамике методике [3], отличаются на несколько десятых долей процента.

В предлагаемом нами методе реальный цикл ТЭЦ трансформируют в один или несколько обратимых циклов Карно, в которых теплота отводится в конденсаторе, регулируемых и нерегулируемых отборах. Баланс теплоты для каждого цикла Карно делят на соответствующее ему изменение удельной энтропии и получают уравнения вида (Т_NiсрМ_τi)_К=(Т_1iср М_τi)_К – (Т _2iсрМ_τi)_К в которых учтены величины пропорциональные теплоте, затраченной на получение работы, подведённой и отведённой теплоте, температуры подвода и отвода теплоты, расход пара в этом цикле. Уменьшение температуры пара нижнего источника, а значит увеличение доли теплоты, пошедшее на работу (электроэнергию) в действительном цикле, по сравнению с обратимым циклом Карно учитывают делением Q₂ на изменение удельной энтропии в действительном цикле. В результате имеют для i цикла
исходное уравнение, в котором учтены внутренние потери (Т_NiсрМ_τi)_д=(Т_1iср М_τi) – (Т _2iсрМ_τi)_д. На основе этого уравнения определяют расходы (удельные расходы) топлива на электроэнергию, подведённую и отведённую теплоту в i цикле. Суммирование последних уравнений для рассматриваемого цикла ТЭЦ с учётом того, что теплоту, подведенную в частных циклах, построенных на конденсаторе и нерегулируемых отборах, относят только на производство электроэнергии, даёт уравнение для определения дифференцированных удельных расходов топлива для ТЭЦ (Т_NiсрМ_τNср)_цд=(Т_1ср М_τ0) – ∑ (Т _2iсрМ_τi)_д. Последнее уравнение не содержит эмпирических коэффициентов, а метод расчёта удельных расходов топлива на ТЭЦ является не намного сложнее балансового метода. Распределение экономии топлива, получаемой на ТЭЦ, между электроэнергией и отпускаемой теплотой вытекает из аналитического решения поставленной задачи.

Проиллюстрируем предлагаемый нами метод примерами.

Вначале определим дифференцированные удельные расходы топлива на ТЭЦ с противодавлением электрической мощностью, N_э =100 МВт и теплотой, переданной потребителю, Q_т= 578 МВт, схема и цикл которой представлены на (Рис.1), и сравним полученные результаты с расчетами [7].

а)                                                                        б)

Рис. 1. Схема (а) и цикл в T-s диаграмме (б) ТЭЦ с противодавлением

Параметры рабочего тела определены по [8], [3] с использованием внутренних относительных КПД турбины η^т_oi
=0,85 и насоса η^н_oi
=0,9. По известным параметрам рабочего тела простейшей ПТУ с противодавлением в характерных точках, приведенных в таблице 1, найдем необходимые для расчета данные:

         Таблица 1

Параметры рабочего тела ПТУ с противодавлением

Секундный расход пара

Общий часовой расход пара М_τ0 = 3600^.
D =810000 (кг/час) = 810 (т/час).

Общий расход топлива

,

где - низшая рабочая теплота сгорания и КПД котла.

Средняя температура подвода теплоты к рабочему телу в цикле ПТУ и конгруэнтном ему обратимом цикле Карно

После деления уравнения теплового баланса турбоустановки Q_э =Q₀- Q_т на одинаковое изменение удельной энтропии верхнего и нижнего источника теплоты конгруэнтного цикла Карно, соответствующего рассматриваемому циклу ПТУ, Q_э/(s₂- s_4д) = Q₀/(s₂- s_4д) – Q_т/(s₂- s_4д) (1)

получим

    (Т_NсрМ_τ0)_К = (Т_1ср М_τ0)_К – (Т_ТсрМ_τ0)_К. (2)

Здесь (Т_1срМ_τ0)_К
– величина, пропорциональная тепловой мощности, подведённой от верхнего источника;

(Т_ТсрМ_τ0)_К – величина, пропорциональная тепловой мощности, переданной нижнему источнику;

(Т_NсрМ_τ0)_К – представляет собой величину, пропорциональную мощности цикла.

Можно рассчитать Т_1ср М_τ0 как произведение известной средней температуры подведённой теплоты на постоянный расход рабочего тела:

(Т_1ср М_τ0)_К =565,6^.810= 458136 (К^.т/час).

(Т_ТсрМ_τ0)_К = Q_т/(s₁ - s_4д) = 578 ^. 3,6^. 10³/(6,6738 – 1,3092) =387876 (К^.т/час).

Тогда из уравнения (2) имеем

(Т_NсрМ_τ0)_К=(Т_1ср М_τ0)_К – (Т_ТсрМ_τ0)_К =458136 – 387876= 70260 (К^.т/час).

Для учёта уменьшения температуры отводимого пара в действительном цикле, по сравнению с обратимым циклом Карно, разделим Q_т на изменение удельной энтропии в действительном цикле (s_2д – s₃), получим

[Т_ТсрМ_τ0]_д =Q_т/[(s_2д- s₃)] = 578 ^. 3,6^. 10³/(6,8320 – 1,3059)=376540 (К^.т/час).

Тогда величина пропорциональная мощности цикла в действительном цикле, равна

[Т_NсрМ_τ0]_д = Т_1ср М_τ0 – [Т_ТсрМ_τ0]_д= 458136 – 376540 = 81596 (К^.т/час).

Определим удельный расход топлива на единицу Т_1ср М_τ0

в = В/ Т_1срМ_τ0 = 91144/458136=0,199(кг усл. топл./час)/ (К^.т/час).

Расход топлива на выработку электроэнергии равен

В_э = в^. (Т_NсрМ_τ0)_д = 0,199^. 81596 =16237 (кг усл. топл./час).

Расход топлива на выработку теплоты равен

В_Т = в^. (Т_ТсрМ_τ0)_д =0,199^.376540 =74931 (кг усл. топл/час).

Удельный расход топлива на выработку электроэнергии равен

в_э = В_э/ N_э^.3,6^. 10⁶ = 16237/360^.10⁶ = 45 (кг/ ГДж ) = 0,162 (кг/кВт^.час.)

Удельный расход топлива на выработку теплоты равен

в_т = В_т/N_т^.3,6^. 10⁶ = 74931/2080,8 = 36 (кг/ГДж) = 0,13 (кг/кВт^.час.)

Сравнение полученных энергетических показателей ПТУ с

противодавлением с данными работы [7] представлено в таблице 2.

Подобный подход можно использовать для определения расхода топлива на производство электроэнергии и отпуск теплоты любой теплофикационной турбоустановкой. В качестве примера работоспособности термодинамического метода проведем расчет затрат топлива на производство электроэнергии и теплоты для блока с турбиной ПТ 136/165 – 130 (Рис. 2) и сравним полученные результаты с известными литературными данными [6], полученными другими, наиболее распространенными методиками. Исходные данные для расчета приведены в таблице 3.

Таблица 2

Энергетические показатели ПТУ, рассчитанные различными методами

Рис. 2. Расчётная тепловая схема блока с турбиной ПТ 136/165 – 130

Исходные данные для расчета:

Тепловая нагрузка регулируемых отборов – Q_то=335 ГДж/час, в том числе верхнего – Q_тв =125,7 ГДж/час, нижнего – Q_тн =209,3 ГДж/час.

Выработано электроэнергии N_э = 80 МВт^.час, отпущено электроэнергии

N_от= 77 МВт^.час.

Таблица 3

Продолжение  исходных данных для расчета 

Расчет тепловой схемы по энергетической характеристике ТХ – 34-70-004-83 [6]:

Отпущенная теплота внешнему потребителю от П-отбора

Q_{п от} =Q_п =М_τп(h_п –h_в) =200^. 10³ (3015- 419) = 519,2^.10⁶ (кДж/час).

Тепловая нагрузка технологического и отопительного отборов

Q_т = Q_п + Q_то = 519,2 + 335,0 = 854,2 (ГДж/час).

Теплота, сообщенная сетевой воде

Q_{св от} = Q_{то от} + Q_{пвк от} =М_τпв (h_пс –h_ос)=1618^.10³(544-222)=521^.10⁶ (кДж/час),

в том числе от ПВК

Q_{пвк от} =М_τсв(h_пс-h_вс) = 1618^.10³(544-427)= 189,3^. 10⁶ (кДж/час);

в том числе от Т-отборов

Q_{то от} = Q_{от св} – Q_{пвк от} =521,0^. 10⁶ – 189,3^. 10⁶ =331,7^. 10⁶  (кДж/час);

из них от верхнего Т-отбора

Q_{тв от} = М_τпв (h_вс – h_нс) =1618^. 10³ (427 – 350) =124,6^. 10⁶ (кДж/час);

из них от нижнего Т – отбора

Q_{тн от} = М_τпв (h_нс – h_ос) =1618^. 10³ (350 – 222) = 207,1^. 10⁶ (кДж/час).

Теплота, отпущенная тепловому потребителю за счёт отборов пара из турбины

Q_{тэ от}=Q_{п от}+Q_{то от}=Q_{п от}+Q_{тв от}+Q_{тн от}=519,2+124,6+207,1 = 850,9 (ГДж/час).

Всего теплоты, отпущенной тепловому потребителю,

Q_от= Q_{тэ от}+Q_{пвк от}= Q_{п от}+Q_{тв от}+Q_{тн от}+Q_{пвк от}=519,2+124,6+207,1+189,3 =

=1040,2 (ГДж/час).

Выработка теплоты брутто энергетическим котлом

Q_ка = М_τпв (h_ка – h_пв) = 512,0 ^. 10³ (3484 -959) = 1292,8^. 10⁶ (кДж/час).

Расход условного топлива энергетическим котлом, КПД которого принят равным 0,92,

В= Q_ка/Q_н^р η_ка = 1292,8^. 10⁶ /29310 ^. 0,92 =47943,3 (кг усл. топл./час).

Расход теплоты на входе в турбину

Q₀ = Q_ка η_тп = 1292,8 ^. 10^{6 .} 0,99 =1279,9 ^. 10⁶ (кДж/час).

Расход условного топлива ПВК, для него КПД принят равным энергетическому котлу

В_пвк = Q_{пвк от}/ Q_н^р η _пвк = 189,3 ^. 10⁶ /29310 ^. 0,92 =7020,1 (кг усл. топл./час).

Найдём среднюю температуру подвода теплоты в рассматриваемом цикле

Т_0ср =(h₁ – h_пв )/(s₁ – s_пв) = (3484 – 987,4)/(6,6245-2,58)= 617,3 К.

Тогда произведение средней температуры подвода теплоты и расхода пара на входе в турбину будет равно Т_0ср^. М_τ0 = 617,3^. 512 = 316048 (Кт/час).

Это произведение средней температуры подвода теплоты и расхода пара на входе в турбину можно определить как

Т_0срМ_τ0 = Q₀/(s₁–s_пв)^.10³ =1279,9^. 10⁶/4,0445 ^.10³= 316454 (Кт/час), где h₁, s₁ , h_пв, s_пв – соответственно энтальпия, энтропия пара на входе в турбину и питательной воды.

Невязка определения Т_0ср^. М_τ0 составляет 0,1 %.

Разобьём рассматриваемый цикл, у которого примем постоянной температуру подвода теплоты равную Т_0ср, на несколько обратимых циклов Карно, связанных с выработкой электроэнергии на регулируемых и нерегулируемых отборах, а также с паром, поступающим в конденсатор.

Определим удельный расход топлива на один Кт/час, общий для подвода теплоты в рассматриваемом цикле и частных циклах Карно

в = В/ Т_0срМ_τ0 = 47943,3 /316048 = 0,1517 (кг усл. топл./час)/(Кт/час).

Положим среднюю температуру подвода теплоты в рассматриваемом цикле и частных циклах Карно равными.

а) Цикл Карно на основе П-отбора

Q_{п под} = М_τп T_псрпод (s₁–s_пк) = М_τп T_0ср (s₁–s_пк). (3)

Здесь Q_{п под} – подведённая тепловая мощность.

Q_{п отв} = T_{пср отв}^.M_τп (s₁ –s_пк), (4)

где Q_{п отв} - отведенная тепловая мощность (переданная производственному отбору);

Q_Nп = Q_{п под} - Q_{п отв} , (5)

где Q_Nп – расход теплоты на производство электроэнергии, получаемой на производственном отборе.

Подставим (3) и (4) в (5) и разделим (5) на (s₁–s_пк),
получим (T_Nсрп^. M_τп )_К=Т_0ср

M_τп – (T_псрот^.M_τп)_К, (6)

где T_{пср под}^.M_τп= Т_0ср^. M_τп = 617,3 ^. 200 = 123460 (Кт/час).

(T_{пср отв}^.M_τп)_К=Q_{п отв}/(s₁–s_пк)^.10³=519,2^.10⁶/(6,6245–1,3)^.10³=97,5^.10³(Кт/час).

Учтём действительную температуру пара П-отбора, для чего разделим Q_{п отв} на действительное изменение его энтропии (s_пн –s_пк ), получим

(T_псротв^.M_τп)_д=Q_потв/(s_пн–s_пк)^.10³= =519,2^.10⁶/(6,89– 1,3)^.10³=92,88^.10³(Кт/час), (7)

где s_пн,, s_пк – энтропии пара П- отбора на входе и выходе.

(Т_Nсрп M_τп)_д = T_{пср под}^.M_τп - (T_псротв^.M_τп)_д = 123,46^. 10³ – 92,88^{. .}10³ = 30,58^. 10³ (Кт/час). (8)

В_пТ = в^. (T_псротв^.M_τпср)_д = 0,1517^. 92,88^. 10³ = 14090 (кг усл. топл./час).

в _пт = В_пТ/ Q_{п отв} = 14090/519,2 = 27,13 (кг усл.топл./ГДж).

б) Цикл Карно на верхнем тепловом отборе

Q_{тв под}= Т_0ср (s₁–s_твк)М_τтв – подведенная тепловая мощность;

Q_{тв отв} = T_{твср отв}^.M_τтв (s₁ –s_твк) – отведенная тепловая мощность;

Q_Nтв = Q_{тв под} - Q_{тв отв} – расход теплоты на производство электроэнергии, получаемой на верхнем тепловом отборе.

T_{твср под}^.M_τтв= 617,3^. 57,7 = 35,37 10³ (Кт/час);

Выполнив преобразования, аналогичные для частного цикла Карно на П-отборе, получим:

(T_{твсротв}^.M_τтв)_д=Q_твотв/(s_твн–s_твк)^.10³=125,7^.10⁶/(7,12-1,36)^.10³=21,8^.10³ (Кт/час);

(Т_Nсртв.M_τтв)_д=T_{твср под}^.M_τтв – (T_{твср отв}^.M_{τт в})_д= 35,37^. 10³ -21,8^.10³=13,57^. 10³ (Кт/час). (9)

В_{тв т}= в^. (T_{твсротв}^.M_τтв)_д = 0,1517^. 21,8^. 10³= 3307 (кг усл. т/час).

в _{тв т} = В_{тв т} / Q_{т в} =3307/125,7^. 10⁶ =26,3 (кг усл.топл./ГДж).

в) Цикл Карно на нижнем тепловом отборе

Q_{тн под}= Т_0ср
М_τтн (s₁–s_тнк) – подведенная тепловая мощность;

Q_{тн отв} = T_{тнср отв}^.M_τтн (s₁ –s_тнк) – отведенная тепловая мощность;

Q_Nтн = Q_{тн под} - Q_{тн отв} – мощность турбины, получаемая на нижнем тепловом отборе.

T_{тнср п од}^.M_τтн= 617,3^. 96,2 =59,38^.10³ (Кт/час);

Выполнив преобразования аналогичные для цикла Карно, построенного на производственном отборе, получим:

(T_{тнср отв}^.M_τтн)_д=Q_{тн отв} /(s_тнн– s_тнк )^.10³=209,3^.10⁶/(7,16-1,18)^.10³= 35,0^.10³ (Кт/час),

где s_тнн , s_тнк – изменение энтропии пара на входе и выходе из нижнего теплового отбора.

(Т_Nсртн M_τтн)_д = T_{тнср под}^.M_τтн–(T_{тнср отв}^.M_τтн)_д =59,38^.10³ – 35,0^.10³ =24,38^.10³ (Кт/час). (10)

В_{тн т}= в^.(T_{т нср отв}^.M_{τт н})_д =0,1517^. 35,0^. 10³= 5309,5 (кг усл. т/час).

в _{тн т} = В_{тн т} / Q _{от н} =5309/209,3^. 10⁹ =25,36 (кг усл.топл./ГДж).

г) Частные циклы Карно на теплоте, отводимой в конденсаторе и в регенеративные теплообменники.

Очевидно, что теплоту, подводимую в этих частных циклах Карно, необходимо полностью отнести на производство электроэнергии. Тогда

∑Т_{Nсрi рег.} M_{τ рег}+Т_{Nср кон} M_τкон =∑T_{ср iрег. под}^.M_{τ рег. под}+T_{ср кон. под}^.M_{τ кон.} =  Т_0ср (∑М_τiрег + М_τкон ). (11)

Расход топлива, пошедшего на электроэнергию для рассматриваемого цикла

В_э= В – В_пТ – В_{тв т} – В_{тн т}=47943 – 14090 – 3307- 5309,5 = 25236,5 (кг/час).

Удельный расход топлива на единицу отпущенной ТЭЦ электроэнергии:

в_э = В_э/N_от=25236,5/77^.10³=327,7 (г/кВт^.час).

Термодинамический метод расчета дифференцированных затрат топлива может быть применён непосредственно к циклу рассчитываемой ТЭЦ.

Суммирование уравнений для частных циклов Карно (8), (9), (10) и (11), в которых учтены внутренние потери, даёт:

(Т_Nсрп M_τпср )_д+ (Т_{Nсрт в} M_{τсрт в})_д + (Т_{Nсрт н} M_{τсрт н} )_д+ (∑Т_{Nср iрег.} M_{τ i рег} )_д+

(Т_{Nср кон} M_τкон )_д = T_{пср под}^.M_τп + T_{твср под}^.M_{τт в} +T_{тнср под}^.M_{τт н} + ∑T_{iрег српол} ^.M_{τ iрег} +T_{ср кон. под}^.M_{τ кон.} – (T_{пср отв}^.M_τп)_д –T_{твср от в}^.M _{τт в} –T_{тнср отв}^.M _{τт н},

где (T_Nср^.M_τNср)_Цд =(Т_Nсрп M_τпср)_д + (Т_{Nсрт в} M_{τсрт в})_д + (Т_{Nсрт н} M_{τсрт н})_д + (∑Т_{Nср iрег.} M_{τ i рег} )_д + (Т_{Nср кон} M_τкон)_д;

T_{пср под}^.M_τп + T_{твср под}^.M_τтв+T_{тнср под}^.M_{τт н} + ∑T_{iрег српол} ^.M_{τi рег} +T_{ср кон. под}^.M_{τ кон.} =Т_0ср(M_τп + M_{τт в} + M_{τт нр}+ ∑M_{τi рег.} + M_{τ кон} )= Т_0ср^.М_τ0,

где T_{пср под} = T_{твср под}= T_{тнср под}= ∑T_{срi рег. под} = T_{ср кон. под} =Т_0ср;

M_τпср + M_{τт в}+ M_{τт н} + ∑M_{τi рег.} + M_{τ кон} = М_τ0.

(T_Nср^.M_τNср)_Цд=Т_0срМ_τ0–(T_псротв^.M_τп)_д–(T_{твсротв}^.M_τтв)_д–(T_{тнсротв}^.M_τтн)_д, (12)

Расчет дифференцированных расходов топлива на ТЭЦ с применением конечной зависимости (12) термодинамического метода становится весьма простым:

Как и ранее, определяем Т_0ср^. М_τ0 = 617,3^. 512 = 316048 (Кт/час) или

Т_0срМ_τ0 = Q₀/(s₁–s_пв)^.10³ =1279,9^. 10⁶/4,0445 ^.10³= 316454 (Кт/час),

в = В/ Т_0срМ_τ0 = 47943,3 /316048 = 0,1517 (кг усл. топл./час)/(Кт/час),

(T_{пс р отв}^.M_τп)_д=Q_{п отв}/(s_пн–s_пк)^.10³=519,2^.10⁶/(6,89–1,3)^.10³ = 92,88^.10³ ( Кт/час).

(T_{твсротв}^.M_τтв)_д=Q_{тв отв}/(s_твн–s_твк)^.10³=125,7^.10⁶/(7,12-1,36)^.10³=21,8^.10³ (Кт/час),

(T_{тнср отв}^.M_τтн)_д=Q_{тн отв}/(s_тнн– s_тнк)^.10³=209,3^.10⁶/(7,16-1,18)^.10³=35,0^.10³ (Кт/час).

Подстановка полученных значений в (12) дает

(T_Nср^.M_τNср)_цд = 316048 – 92880 – 21800 – 35000 = 166368 (Кт/час).

Расход топлива на производство электроэнергии -

В_э = в^.(T_Nср^.M_τNср)_цд = 0,1517^. 166368 =25327 (кг усл. топл./час).

Расход топлива на производство технологической теплоты -

В_п = в ^. (T_{пср отв}^.M_τп )_д= 0,1517^. 92880 =14090 (кг усл. топл./час).

Расход топлива на производство теплоты верхнего Т-отбора -

В_тв =в^. (T_{твср отв}^.M_τтв)_д = 0,1517^. 21880 = 3319,2 (кг усл. топл./час).

Расход топлива на производство теплоты нижнего Т-отбора -

В_тн = в ^.(T_{тнср отв}^.M_τтн )_д= 0,1517 ^. 35000 =5309,5 (кг усл. топл./час).

Удельный расход условного топлива на отпущенную электроэнергию -

в_э = В_э/N_от^. 10³ = 25327/77^. 10³ = 0,3289 (кг усл. топл./кВт^. час).

Удельный расход условного топлива на производство единицы тепла П- отбора -

в_п = В_п/Q_{п отв} = 14090/519,2 =27,1 (кг усл. топл./ГДж).

Удельный расход условного топлива на производство единицы тепла верхнего Т-отбора -

в_тв = В_тв/ Q_{тв отв} = 3319,2/125,7 =26,4 (кг усл. топл./ГДж).

Удельный расход условного топлива на производство единицы тепла нижнего Т-отбора -

в_тн = В_тн/ Q_{тн отв} = 5309,5/209,3 =25,37 (кг усл. топл./ГДж).

Удельный расход условного топлива на производство единицы тепла Т-отбора -

в_то = (В_тв + В_тн)/Q_то = (3319,2 +5309,5)/335 = 25,76 (кг усл. топл./ГДж).

Удельный расход условного топлива на единицу теплоты на производство П- и Т- отборов -

в_{то+ п} =(В_тв+ В_тн+В_п)/(Q_то+Q_п) =(3319,2 +5309,5 +14090)/(335+519,2) = 26,6 (кг усл. топл./ГДж).

Удельный расход условного топлива на единицу теплоты, переданной внешнему потребителю от П-отбора,- в_п =в_п / η_пп =27,1/0,99=27,4 (кг усл. топл./ГДж).

Удельный расход условного топлива на единицу теплоты, переданной внешнему потребителю от Т-отбора,-

в_то = (в_тв + в_тн)/2 η_{то п} = (26,4 +25,37)/2^.0,99 = 26,3 (кг усл. топл./ГДж).

Удельный расход условного топлива на единицу теплоты, переданной внешнему потребителю от П- и Т-отборов,-

в_то+п =( в_то+п )/η_{то п}=26,6^.0,99 = 26,9 (кг усл. топл./ГДж).

Расход условного топлива на теплоту, отпущенную внешнему потребителю, включая ПВК,-

В_т = В_п + В_тв + В_тн + В_пвк = 14090 + 3319,2 + 5309,5+ 7020,1 = =29738,8 (кг усл. топл./час).

Удельный расход условного топлива на теплоту, отпущенную внешнему потребителю, включая ПВК,-

в_т = В_т/Q_от = 29738,8/1041,1 = 28,6 (кг усл. топл./ГДж).

Таблица 4

Сравнение расчета показателей эффективности ТЭЦ по различным методикам

Примечание:

В таблице обозначено: 1- балансовый метод; 2 – метод ОАО «Фирма ОРГРЭС», 3 – эксергетический метод; 4 – метод расчета по недоотпущенной электроэнергии; 5 – метод расчета, позволяющий учитывать тепловую ценность отборного пара; 6 – термодинамический метод.

Оценим экономию расхода условного топлива на производство теплоты и электроэнергии на ТЭЦ по сравнению с их раздельным производством. Удельный расход топлива в котельных на производство количества теплоты Q_i, равного соответствующему отбору теплоты на ТЭЦ, определяемый по зависимости ,где расход топлива , составляет 37 кг у.т./ГДж. Тогда экономия топлива соответственно для производственного отбора, верхнего и нижнего теплового отбора равна 9,9; 10,6 и 11,6 кг у.т./ГДж. Удельный расход условного топлива на производство кВт^. час электроэнергии на конденсационной станции, рассчитываемый по формуле , где =0,36 – эффективный КПД для конденсационных станций, равен 0,342 кг усл. топл./кВт^. час. Тогда экономия топлива при производстве электроэнергии на ТЭЦ составит 13 г усл. топл./кВт^. час

Из приведённых материалов видно, что экономия топлива, связанная с эффектом теплофикации в термодинамическом методе, относится как к производству электроэнергии, так и теплоты, в соответствии с качеством (температурой) затраченной теплоты. Распределение между электроэнергией и теплом, получаемой на ТЭЦ экономии топлива, осуществляется непосредственно из решения задачи и не требует введения эмпирических коэффициентов.

Выводы

Предложен простой и эффективный термодинамический метод расчета удельного расхода топлива на выработку электроэнергии и теплоты, отпускаемой потребителю с учетом её температурного потенциала, при их комбинированном производстве.

Во время работы двигателя давление топлива в форсунке превышает сопротивление пружины, и игла поднимается. Топливо выходит наружу через сопловые отверстия, расположенные в корпусе, в виде факелов. После впрыска сжатая пружина ударяет иглой о корпус. Происходит износ корпуса и иглы. Этот процесс ускоряется из-за наличия абразивных частиц в топливе [2].

Игла распылителя изготовлена из материала  обладающего большей износостойкостью по отношению к корпусу. Таким образом, в эксплуатационных условиях более интенсивный износ наблюдается у корпуса. В нем создается впадина в виде венчика. Увеличивается ход иглы и площадь контакта иглы и корпуса, уменьшается удельное давление между сопряженными поверхностями, ухудшается распыл и образуется подтекание топлива.

Для восстановления работоспособности распылителей предлагается устройство (рис.) для шлифования запирающих конусов игл распылителей. Его можно условно разделить на четыре основных функциональных узла, которые собраны на основании, изготовленном из листовой стали, опирающемся на подкладки.

Первый узел − шлифовальная головка, которая имеет асинхронный электродвигатель мощностью 0,2-0,3 кВт с частотой вращения 2700…3000 мин⁻¹ и алмазный шлифовальный круг диаметром 100…200 мм. Шлифовальную головку устанавливают на стойке с плитой, которую закрепляют на основании. На плите установлен механизм, при помощи которого перемещают и закрепляют шлифовальную головку в положение, создающее зазор (3…8 мм) между шлифовальным кругом и поверхностью детали. Для шлифования игл распылителя применяют алмазный шлифовальный круг зернистостью АСМ 20/14 и мельче. После сборки шлифовальный круг динамически балансируют с рабочей частотой вращения ротора. Дисбаланс определяют переносным виброметром, изготовленным из измерительной головки часового типа с точностью 0,01 мм.

Второй узел устройства − механизмы поперечного и продольного перемещения детали по отношению к шлифовальному кругу. Перемещение детали и плиты в направлении шлифовального круга производятся за счет прогиба плоских параллельных спаренных пружин, прикрепленных к плите. Прогибают плоские пружины винтом подачи. В качестве винта применяют винтовой механизм микрометра, закрепленный на кронштейне. Продольно перемещается обрабатываемая деталь с плитой винтом, который установлен в кронштейне, закрепленном на основании. Винт вращается рукояткой.

Третий узел устройства − механизм вращения шлифуемой детали. Ременная передача размещена в полой колонке, поворачиваемой вокруг вертикальной оси. На верхнем торце колонки раздельно закреплены две призмы, в которых устанавливают и вращают деталь. На ней закреплен с натягом ведомый шкив ременной передачи. Шкив расположен между призмами. На нижнем торце полой колонки закреплены направляющие, предназначенные для натяжения ременной передачи путем переустановки и фиксации электродвигателя при помощи планок. На валу электродвигателя (мощностью 8…20 Вт с частотой вращения вала 400…1400 мин⁻¹) с натягом установлен и закреплен ведущий шкив.

Рисунок – Устройство для восстановления распылителей форсунок:

1 – тиски; 2 – станция насосная; 3 – механизм привода шлифовального круга;
4 – механизм установки иглы распылителя; 5 – рама; 6 – механизм поперечной подачи;
7 – механизм продольной подачи

Четвертый узел устройства − механизм установки заданного угла обработки. В устройстве предусмотрено двухступенчатая установка заданного угла обработки поверхности деталей: предварительная (грубая) и окончательная (точная). Во время предварительной установки призм на заданный угол в них ставят указатель, поворачивают колонку с указателем до совпадения его с заданным делением на шкале. Крепят колонку стопорным винтом в опорном кольце в заданном положении. Снимают указатель угла поворота с призм и колонки. Устанавливают шлифуемую деталь. Точно угол обработки детали устанавливают следующим образом. После предварительной установки на заданный угол деталь шлифуют и проверяют фактический угол обработки мерительным инструментом. Если фактический угол обработки отличается от заданного, частично освобождают стопорный винт на опорном кольце. Воздействуя на поводок винтами, поворачивают колонку в требуемом направлении. За изменением угла наблюдают по движению стрелки индикатора.

Для совершенствования технологического процесса ремонта распылителей предлагается дополнить данное устройство новыми узлами – подающим моющую жидкость к загрязненной поверхности распылителя и закрепляющим восстанавливаемый распылитель для дальнейшего зенкерования.

Узел, подающий моющую жидкость, состоит из бака, центробежного насоса и трубопровода. Бак берут такой емкости, чтобы количество находящейся в нем жидкости хватало на один час работы. Центробежный насос трактора МТЗ.

Узел для закрепления распылителя представляет собой тиски собственной (индивидуальной) конструкции, в которых имеется отверстие для установки и закрепления распылителя.

Предлагаемое устройство будет способствовать совершенствованию ремонтного производства, а, следовательно, и улучшению материального положения предприятий подобного типа [3]. Конструкцию устройства предполагается внедрить в производственный процесс ремонта мобильной техники, что снизит затраты труда при выполнении восстановительных работ и скажется на повышении производительности труда.

В настоящее время увеличение выработки электрической и тепловой энергии осуществляется за счет загрузки существующих тепловых электроцетралей (ТЭЦ), на которых имеются определенные проблемы значительного износа основного оборудования и использования неэффективных технологий при производстве энергии [2].
Из-за физического износа и выработки паркового ресурса оборудования «разрыв» между установленной и располагаемой мощностью ТЭЦ достигает значительные величины. Так, на Алматинской ТЭЦ-2 установленная мощность станции составляет:
- электрическая – 510 МВт,
- тепловая – 1176 Гкал/ч.
а располагаемая мощность станции:
- электрическая – 410 МВт,
- тепловая – 841 Гкал/ч.
Указанные «разрывы» мощности могут носить временный или постоянный характер в зависимости от причин отклонения располагаемой мощности агрегатов и станций от установленной мощности. К таким причинам могут относиться: конструктивные недостатки котельного и турбинного оборудования; использование не качественного или не проектного топлива; отклонение температур охлаждающей воды в конденсаторах ТЭС от проектной; не полная загрузка турбин ТЭЦ по теплу; экологические ограничения.
Из множества мероприятий по энергосбережению на Алматинской ТЭЦ-2, в данной статье, рассматриваются вопросы по сокращению потребления условного топлива за счет использования пара с выпара расширителя непрерывной продувки котлоагрегата БКЗ-420-140-7С для подогрева греющей сетевой воды.
По проекту пар с сепаратора расширителя непрерывной продувки (РНП) должен работать на коллектор 6 ата в качестве греющего пара в деэратор. В данный момент за тридцать лет эксплуатации в таком режиме не работал. Это связано с трудностями в эксплуатации РНП и коллектора 6 ата.
В межотопительный период температура подогрева подпиточной воды на выходе с ТЭЦ-2 задается 65-680С, что не обеспечивает температуру греющего потока на вакуумные деаэраторы в пределах 70-1500С.
Тепловые схемы ТЭЦ-2 позволяют выделение отдельных сетевых подогревателей с работой только на греющий поток с повышенной температурой 85-900С только на вакуумные деаэраторы второй очереди.
РНП предназначены для разделения пароводяной смеси на пар и воду при продувке барабанов паровых котлов низкого, среднего и высокого давления с последующим использованием тепла воды и пара в цикле. Расширители применяются с целью сокращения расхода потребляемого пара и потерь тепла с отводимой пароводяной смесью.
Расширитель непрерывной продувки является аппаратом циклонного типа. Пароводяная смесь, образующаяся при продувке паровых котлов, разделяется на пар и воду за счет действия центробежных сил, которые возникают благодаря тангенциальному подводу воды в расширитель.
Расширитель непрерывной продувки представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд с плоскими или эллиптическими донышками, подводящим сплющенным патрубком или патрубком кругового сечения и паро- и водоотводящими патрубками. Закрутка потока осуществляется за счет организованного подвода пароводяной смеси на внутреннюю стенку расширителя. Пар, сохраняя вращательное движение, направляется в паровое пространство и отводится через патрубок, расположенный на верхнем днище. Вода стекает по внутренней поверхности расширителя в водяной объем и отводится через патрубок, расположенный в нижней части корпуса. На нижнем днище предусмотрен штуцер для отвода воды из расширителя при его отключении и для периодической очистки нижней части водяного объема от шлама и загрязнений.
Расчет РНП необходимо подсчитать, сколько пара выбрасывается в атмосферу без учета грязного конденсата. Для этого необходимо составить тепловой баланс РНП.
Потери тепла с продувочной водой в год:

где: - паровая нагрузка всех работающих котлов за 2013 год, т/ч;
 - энтальпия котловой воды кДж/кг;
 - доля продувки т/ч;
- коэффициент полезного действие котлов [3].

Стоимость одной тонны условного топлива составила 6225 тенге (данные на 2014 год).

Количество пара, выделяющееся из продувочной воды, определяется из уравнения теплового баланса:

и массового баланса сепаратора:

Имеем:

Далее потери тепла с конденсатом:

Расходы или температуры теплоносителей определяем из уравнения теплового баланса:
- для пароводяных подогревателей:

где W - расходы теплоносителей, т/ч;
Dп – расход греющего пара, т/ч;
 - энтальпия воды на выходе с подогревателя, ккал;
 - энтальпия воды на входе с подогревателя, ккал;
hx – энтальпия греющего пара, ккал;
h_K – энтальпия конденсата, ккал;
 – коэффициент, учитывающий потери тепла аппаратом в окружающую среду.  = 0,98.
В летний период на ТЭЦ-2 работают 3 котла со средней производительностью 350 т/ч, доля продувочной воды составляют 0,005.
Подсчитаем расход котловой воды:

Расход пара с 3-х РНП: 
Найдем энтальпию сетевой воды на выходе с подогревателя в летний период:

что соответствует 75°С.
В зимний период на ТЭЦ-2 работают 6 котлов со средней производительностью 350 т/ч, доля продувочной воды составляют 0,005.
Подсчитаем расход котловой воды:

Расход пара с 6-х РНП: 
Найдем энтальпию сетевой воды на выходе с подогревателя в зимний период:

что соответствует 117°С.

Выводы. Температура сетевой воды для вакуумных деаэраторов в летний период будет нагреваться от 70 до 75°С, а в зимний период – от 110 до 117°С. Если за год работы подогревателя на нагрев воды для вакуумных деаэраторов расход сетевой воды составляет около 1000 т/ч, то экономия только на паре от РНП будет составлять:

то есть экономия в год 37,5 млн. тенге, при средней стоимости 1 тут = 6100 тенге.
где 1000-расход сетевой воды,
5-средняя температура нагрева сетевой воды за год,
8760- число часов в год.
Как видно по расчетам, эффективность предлагаемых мероприятий сокращают экономическую составляющую станции.

В целях обеспечения экономической, в том числе, продовольственной безопасности и создания для экономики новых рабочих мест в реальном секторе, необходимо в краткосрочной перспективе наладить производство всех товаров первой необходимости на территории РФ с максимально возможной локализацией производств внутри  страны, включая продукты питания, не допуская замену качественного сырья натурального происхождения на более доступные суррогаты в целях более простого насыщения товарного рынка.

В частности, на рынке наблюдается дефицит молочного и мясного сырья.

Решение проблемы, в свою очередь, предполагает возникновение большого количество продуктов жизнедеятельности животных.

Следовательно, необходима Государственная Программа по комплексному решению поставленных задач, состоящая из:

1. Сопоставление данных по текущему производству и среднедушевым нормам потребления сопоставляемых продуктов в наиболее развитых странах. (Например, в Китае производство мяса составляет около 7,07 млн тонн. А его потребление 73,5 кг на одного человека)
2. Выбор локаций для размещения производств с учетом логистической составляющей и социально-экономических тенденций в регионах.
3. Создание производственных комплексов.
4. Решение проблемы утилизации отходов животноводства.

Подобная Программа в известном смысле поможет запустить «маховик экономики».

Два первых пункта Программы, по сути, могут быть решены без значительных затрат труда, времени и капитала. Соответственно авторы видят необходимым сконцентрировать внимание на создании производственных комплексов и решение проблем утилизации отходов животноводства.

Резкое увеличение объемов производства, предполагает необходимость значительных вложений ресурсов и большого количества административных согласований, что указывает на необходимость государственного участия в регулировании провала рыночного механизма.

Авторы видят одним из наиболее перспективных, и имеющих множественные положительные экстерналии, вариантов решения этой проблемы государственное строительство «Автономных животноводческих комплексов» от 100 голов (Расчёты приведены ниже) и предприятий по производству кормов, техники и оборудования для животноводства и переработки сельскохозяйственной продукции с учетом возникающей потребности с последующей их приватизацией трудовыми коллективами по рыночной стоимости после выхода проектов на производственную мощность. В дальнейшем подобную практику можно применить и к другим видам производственной деятельности.

Автономность обеспечит меньшие затраты на подключение к коммуникациям, не вызовет дополнительную нагрузку на существующую энерго-инфраструктуру и создаст дополнительные производства оборудования по переработке навоза и газогенераторных турбин.

Совокупный макроэкономический эффект от подобной Программы значительно превысит ее ныне реализуемый аналог.

Дело в том, Проекты, по которым были получены Гранты  на развитие сельскохозяйственных производств в  2020-2021 годах оказались мало реализуемы из-за резкого удорожания материалов и оборудования. Согласно данным официальной статистики Минсельхоза России, сумма грантов, выделенных в 2020 году составила около 20 млрд. рублей. Наблюдается некий прирост производства мяса и молока. В январе–ноябре 2021 года объем производства основных видов мяса (свинина, говядина, мясо птицы, баранина и козлятина) в России в сельхозорганизациях составил 7 млн 932 тыс. тонн в убойном весе. Это на 4,8%, или 363,4 тыс. тонн, выше показателя аналогичного периода 2020 года. Производство молока в России в 2021 году выросло на 0,5% по сравнению с показателем за 2020 год, до 5,6 млн тонн, масла – на 2,7%, до 273 тыс. тонн. Так как в России не производится такой большой объем масла, то везут его из-за границы, преимущественно это пальмовое масло, главным поставщиком которого является Индонезия. Похожая ситуация и с мясом. Наши отечественные производители не в силах обеспечить население большим количеством мяса, поэтому большая часть заменяется соей. Импорт сои быстро растет. Лидерами мирового экспорта сои является США, Бразилия и Аргентина, что в наше время осуществляют более 80% мирового экспорта.

Помимо этого, данный подход является комплексным и позволит «настроить» рыночный механизм. В добавок к этому, подобный способ очевидно имеет потенциальную скорость и вероятность достижения столь амбициозных целей, а скорость изменений внешних факторов и Национальная важность обозначенных проблем требует скорейшего их решения.

Подобные меры приведут к созданию множества рабочих мест в строительстве, промышленном производстве, сельском хозяйстве и перерабатывающей промышленности, одновременно загрузив сырьевые и логистические мощности.

Спрос, который спровоцируют дополнительное увеличение доходов в известном смысле простимулирует производство, в том числе, товаров промышленного производства и услуг. Вызовет рост налогооблагаемой базы и, в конечном счете, рост ВВП.

«Новая приватизация» окажется значительно более эффективной, нежели «пилотный проект» в виду того, что она будет происходить уже при рыночном сознании россиян и приведет к возникновению новой социальной группы владельцев собственности.

Возникнет «Новый средний класс» – социальная группа, состоящая из коллективов – собственников средств производства на корпоративной основе.

Приватизация должна предполагать доступ трудовых коллективов к дешевым кредитным средствам по принципу – «бизнес ипотеки».

Также это укрепит доверие к институту  Государственной Власти и в значительной мере послужит укреплению социальной стабильности.

Рассмотрим ситуацию с отходами животноводства. По данным МСХ РФ общий объем отходов АПК более 600 млн.т/год. В среднем объем отходов навоза от одной дойной коровы составляет порядка 4  в день.  В год выходит примерно 1460 . Следовательно, если у нас на ферме около 100 голов, то в среднем выйдет  146 000 . Что в следствии выходит примерно 58 400-148 920 тонн отходов в год.

Чаще всего свежий навоз используется для получения удобрений или пеллет. Но такая масса может служить и источником газообразного топлива. Современная промышленность производит из навозной массы газообразное топливо, которое используют для производства электроэнергии, а также отопления. Биогаз – это горючая смесь, в состав которой входят: метан, аммиак, двуокись углерода, оксиды азота, сероводород. Для получения биогаза создаются специально оборудованные системы. Их комплектующие могут быть разными. Наиболее распространенные установки состоят из такого оборудования: принимающая и обрабатывающая отходы система; транспортная система в пределах оборудования; биореактор с опцией смешивания содержимого; оборудование для подогрева; системы отвода и очистки газов; емкости для хранения конечных продуктов; системы контроля;

Различные способы переработки требуют применения разных видов оборудования. Наиболее часто в производственных цехах используют: центрифуги и фильтры для отжима конечного продукта; сушильные камеры с подачей тепла. Также применяют более новую вакуумную технологию. Используются такие агрегаты: подающий массу скребковый конвейер; вакуумный реактор. Данный способ более эффективен, так как дает на выходе более богатое полезными веществами удобрение. Mетод требует поддержания в реакторе низкого давления и температуры ниже 100°С.

На последнем этапе цикла обработанный термическим способом продукт направляется в смеситель непрерывного действия, где обогащается биопрепаратами и золой. Некоторые производства дополняют вакуумные комплексы специальными, грануляторами либо оборудованием для производства топливных пеллeт.

Например, возьмем установку из серии биогазовых комплексов, которую производит кировская компания «СельхозБиоГаз». Она предназначена для переработки навоза весом от 100 кг до 1000 тонн за сутки. Выделяющийся биогаз используют для получения электрической и тепловой энергии от 5 кВт до 6 МВт и более. Данная установка прекрасно подходит для ферм до 100 голов. Для переработки больших объемов потребуется целый комплекс таких установок. Такая установка, помимо биогаза, может давать жидкие удобрения и пеллеты, которые очень востребованы.  На один кубометр потребность в тепле составляет 150 Вт.  Для отопления и обогрева теплицы потребуется около 600 кВт. Также, в среднем для освещения одного квадратного метра нужна лампа мощностью 70-100 Вт.

Таким образом, одной установки по переработке навоза хватит, чтобы полноценно обеспечить теплицу светом и теплом. А если у нас будет целый комплекс по переработке, то избыток электроэнергии может потребляться сетями.