Отечественные ГТУ и ПГУ на их основе единичной мощностью до 1000 МВт с КПД до 60%

25.06.2014

Отечественные ГТУ и ПГУ на их основе единичной мощностью до 1000 МВт с КПД до 60% и перспективные технологии с использованием топливных элементов, обеспечивающие КПД до 70%

Преимущества по сравнению с зарубежными закупками

Организация в стране производства энергетических ГТУ позволит:

  • уменьшить, а затем и прекратить их импорт;
  • сохранить и развить с использованием передового опыта авиационного двигателестроения имеющуюся в стране компетенцию в области конструирования, производства и эксплуатации энергетических ГТУ;
  • создать потенциал для экспорта парогазотурбинного оборудования и услуг.
     

Цели и задачи технологии и этапы её реализации

Технический уровень этих ГТУ при реальных сроках их разработки и освоения должен быть чрезвычайно высоким; единичные мощности около 350–400 МВт при начальной температуре газов выше 1600 °С, а КПД парогазовых установок с ними – выше 60%.

Мощность ГТУ 350–400 МВт
Степень сжатия 20–25
Расход воздуха 850–900 кг/с
КПД ГГУ ≥  40 %
Мощность паровой турбины 200–220 МВт
Параметры пара:  
давление 20–24 МПа
температура 500–600 °С
Мощность ПГУ с одной ГТУ 550–600 MBт
КПД ПГУ > 60 %
Выбросы NOx < 50 мг/м3

Для этого необходимы:

  • предварительные (фундаментальные) исследования аэродинамики и теплообмена, материалов и покрытий, малоэмиссионного горения топлив и других процессов применительно к условиям перспективной ГТУ,
  • разработка собственно ГТУ с проведением необходимых исследований и испытаний компонентов;
  • создание эффективного технологического цикла и оснащение оборудованием, необходимым для серийного производства;
  • производство и отработку ГТУ в условиях эксплуатации;
  • разработка и оптимизация циклов и схем парогазовых установок и оборудования их парового контура для дальнейшего улучшения экономичности, маневренности и эксплуатационных качеств и снижения удельной стоимости ПГУ.

«Технология повышения тепловой экономичности и экологической чистоты ТЭС путем создания гибридных энергоустановок с высокотемпературными топливными элементами»


Принцип действия гибридной установки

Энергоустановки на основе топливных элементов обладают высоким КПД, практически полным отсутствием вредных выбросов, низким уровнем шума.

Два основных типа высокотемпературных топливных элементов: расплавкарбонатные (РКТЭ) и твердооксидные (ТОТЭ) могут иметь модульную конструкцию, позволяющую использовать их как для изолированных (от 20–200 кВт), потребителей, так и для крупной энергетики (мощность до сотен МВт).

Более высокая температура работы ТОТЭ позволяет утилизировать высокопотенциальное тепло в газотурбинном цикле с большей эффективностью. ТОТЭ, кроме того, имеют больший ресурс, они проще и безопаснее в эксплуатации благодаря отсутствию жидкого электролита.

Важным достоинством ТОТЭ является возможность, в отличие от остальных типов топливных элементов, использования в них различных газообразных топлив, включая биогаз, шахтный газ и продукты газификации угля. В перспективе важным может оказаться то, что в ходе электрохимической реакции топливо и продукты его окисления отделены от окислителя, что упрощает вывод СО2 из цикла.


Тепловая схема гибридной установки с ТОТЭ

Цели и задачи технологии и этапы её реализации

Технология не относится к созданию ТОТЭ. Её целью является оптимальное использование уже созданных ТОТЭ в мощных энергетических установках.

В настоящее время можно и целесообразно продолжать исследования циклов и схем гибридных установок с ТОТЭ, в особенности комбинированных с системами газификации углей и системами удаления СО2. Оптимальная интеграция элементов таких циклов и систем очень трудна и практически не разработана из-за сложности самих элементов и протекающих в их оборудовании процессов.

Целесообразны также проработки профиля нового, необычного оборудования, в котором будут реализовываться эти циклы и схемы (ГТУ с небольшими степенями сжатия и развитой регенерацией тепла, теплообменные и массообменные аппараты), а также систем и алгоритмов управления усложненными гибридными установками.