Yhdistetty kiertolaitos

Combined Cycle Gas Turbine  (CCGT) on osa sähkövoimaa (TPP, CHP, GRES), jota käytetään sähkön tuottamiseen .

Toimintaperiaate ja laite

Yhdistetty laitos sisältää kaksi erillistä moottoria : höyrykäyttöisen ja kaasuturbiinin . Kaasuturbiinilaitoksessa turbiinia pyörittävät kaasumaiset polttoaineen palamistuotteet, harkitaan myös hankkeita ydinkaasuturbiinimoottorilla, joissa polttokammio korvataan erikoisrakenteisella ydinreaktorilla , joka on suunniteltu toimimaan erittäin korkealla. lämpötilat (tällä hetkellä sitä ei ole toteutettu edes piirustusten muodossa, mutta teoriassa on mahdollista luoda tällainen kaasuturbiinimoottori, mutta pakokaasun korkean radioaktiivisuuden vuoksi on välttämätöntä käyttää suljettua Brayton-sykliä ). Polttoaine voi olla sekä maakaasua että öljyteollisuuden tuotteita ( dieselpolttoaine ). Samalla akselilla turbiinin kanssa on generaattori , joka roottorin pyörimisen vuoksi tuottaa sähkövirtaa . Kaasuturbiinin läpi kulkiessaan palamistuotteet luovuttavat vain osan energiastaan ​​ja siitä poistuttaessa, kun niiden paine on jo lähellä ilmakehän painetta ja työ ei voi tehdä työtä, niillä on edelleen korkea lämpötila. Kaasuturbiinin ulostuloaukosta palamistuotteet menevät höyryvoimalaitokseen hukkalämpökattilaan , jossa ne lämmittävät vettä ja syntyvän höyryn . Palamistuotteiden lämpötila on riittävä saattamaan höyryn höyryturbiinissa käytettäväksi vaadittuun tilaan ( noin 500 °C savukaasun lämpötila mahdollistaa tulistetun höyryn saamisen noin 100 ilmakehän paineella ). Höyryturbiini käyttää toista sähkögeneraattoria (moniakselinen järjestelmä).

Yhdistetyt laitokset ovat yleisiä, joissa höyry- ja kaasuturbiinit sijaitsevat samalla akselilla, tässä tapauksessa käytetään vain yhtä, useimmiten kaksikäyttöistä generaattoria (yksiakselijärjestelmä). Tällainen laitteisto voi toimia sekä yhdistetyssä että yksinkertaisessa kaasukierrossa pysäytetyn höyryturbiinin kanssa. Myös usein höyry kahdesta kaasuturbiiniyksiköstä - hukkalämpökattila lähetetään yhdelle yhteiselle höyryvoimalaitokselle (dupleksijärjestelmä).

Joskus kombivoimaloita rakennetaan olemassa olevien vanhojen höyryvoimaloiden pohjalle (täyttökaavio). Tällöin uuden kaasuturbiinin pakokaasut johdetaan olemassa olevaan höyrykattilaan, jota päivitetään vastaavasti. Tällaisten laitosten tehokkuus on pääsääntöisesti alhaisempi kuin uusien yhdistelmävoimaloiden, jotka on suunniteltu ja rakennettu tyhjästä.

Pienissä voimalaitoksissa mäntähöyrykone on yleensä tehokkaampi kuin siipinen radiaali- tai aksiaalinen höyryturbiini , ja nykyaikaisia ​​mäntähöyrykoneita ehdotetaan käytettäväksi osana CCGT:tä [1] .

Edut

• Yhdistetyt laitokset mahdollistavat yli 60 prosentin sähköhyötysuhteen saavuttamisen. Vertailun vuoksi erikseen toimivien höyryvoimaloiden hyötysuhde on yleensä välillä 33-45 %, kaasuturbiinilaitoksilla - välillä 28-42 %.
• Alhaiset kustannukset asennetun kapasiteetin yksikköä kohti
• Yhdistelmävoimalat kuluttavat huomattavasti vähemmän vettä tuotettua sähköyksikköä kohti verrattuna höyryvoimalaitoksiin
• Lyhyt rakennusaika (9-12 kuukautta)
• Polttoaineen jatkuvaa toimitusta rautateitse tai meritse ei tarvita
• Kompaktit mitat mahdollistavat rakentamisen suoraan kuluttajan luo (tehdas tai kaupungin sisällä), mikä vähentää sähkölinjojen ja sähkön kuljetuskustannuksia. energiaa
• Ympäristöystävällisempi verrattuna höyryturbiinilaitoksiin

CCGT:n haitat

• Tarve suodattaa polttoaineen palamiseen käytettävä ilma.
• Rajoituksia käytettäville polttoainetyypeille. Pääpolttoaineena käytetään pääsääntöisesti maakaasua ja varapolttoaineena dieselpolttoainetta. Kivihiilen käyttö polttoaineena on mahdollista vain laitoksissa, joissa hiilen kaasutus tapahtuu syklin sisällä, mikä nostaa huomattavasti tällaisten voimalaitosten rakentamiskustannuksia. Tästä syystä on tarpeen rakentaa kalliita polttoaineen kuljetusyhteyksiä - putkistoja.
• Kausiluonteiset tehorajoitukset. Maksimaalinen suorituskyky talvella.

Sovellukset voimalaitoksissa

Huolimatta siitä, että Neuvostoliiton akateemikko S. A. Khristianovitš todisti höyry-kaasukierron edut ensimmäisen kerran jo 1950-luvulla. tämäntyyppisiä sähköntuotantolaitoksia ei ole käytetty laajalti Venäjällä . Neuvostoliitossa rakennettiin useita kokeellisia CCGT :itä . Esimerkkinä ovat Nevinnomysskaya GRES :n tehoyksiköt, joiden teho on 170 MW ja Moldavskaya GRES :n 250 MW . Viimeisten 10 vuoden aikana Venäjällä on otettu käyttöön yli 45 tehokasta kombivoimayksikköä. Heidän keskuudessaan:

• 3 CCGT:tä, kunkin kapasiteetti 450 MW: 2 CHPP-27 :ssä [2] [3] ja 1 CHPP-21 :ssä [4] ; 3 CCGT-yksikköä, joiden kunkin kapasiteetti on 420 MW: 1 CHPP-16 :ssa , 1 CHPP-20 :ssa, 1 CHPP-26 :ssa ; 1 CCGT, jonka kapasiteetti on 220 MW CHPP-12 :ssa ; 2 CCGT:tä, kummankin teho 121 MW Mezhdunarodnayan [5] voimalaitoksessa Moskovassa
• Severo-Zapadnaja CHPP : ssä 2 tehoyksikköä , joiden kapasiteetti on 450 MW, Južnaja CHPP :ssä ja Pravoberezhnaja CHPP :ssä 450 MW tehoyksikköä, kahdesta CCGT-180:sta koostuva voimayksikkö Pervomaiskajan CHPP :ssä Pietarissa
• 3 Nyaganskaya GRESin voimayksikköä , joiden kokonaiskapasiteetti on 1269,8 MW [6]
• 3 voimayksikköä Sotšin voimalaitoksella . Kaksi voimalaitosta, kummankin teho 39 MW (1. rakennusvaihe). Yksi voimalaitos 80 MW (2. rakennusvaihe) [7] .
• 3 voimayksikköä Tšeljabinskin CHPP-4 :ssä, teholtaan 247, 247,5 ja 263 MW [8] .
• Kaliningradin CHPP-2 :ssa 2 CCGT-konetta, kunkin teho 450 MW [9]
• Tjumenin CHPP-1 :ssä 2 CCGT:tä, kummankin teho on 220 MW [10]
• 2 CCGT:tä, kummankin kapasiteetti 325 MW, Ivanovskaya GRES [11] perustuu GTD-110 :een
• 2 CCGT:tä, kunkin 123 MW:n kapasiteetti Kazanin CHPP-1 :ssä
• 2 CCGT:tä, kunkin 110 MW:n kapasiteetti Kazanin CHPP-2 :ssa
• 2 CCGT:tä, joiden kokonaiskapasiteetti on 100 MW, Shakhtinskaya GTPP :llä
• 1 CCGT-yksikkö, jonka kapasiteetti on 400 MW, Shaturskaya GRES :ssä [12]
• 1 CCGT-yksikkö teholla 440 MW Krasnodarin CHPP :ssä [13]
• 1 CCGT-yksikkö, jonka kapasiteetti on 230 MW, Tšeljabinskin CHPP-3 :ssa [14]
• 1 CCGT-yksikkö, jonka kapasiteetti on 410 MW, Sredneuralskaya GRES OJSC Enel OGK-5 
• 1 CCGT-yksikkö, jonka kapasiteetti on 410 MW, Nevinnomysskaya GRES OJSC Enel OGK-5
• 1 CCGT-yksikkö teholla 220 MW Novgorodin CHPP :ssä
• 1 CCGT-yksikkö teholla 110 MW Vologdan CHPP :lla
• 1 CCGT-yksikkö teholla 424,6 MW Yaivinskaya GRES :ssä
• 1 CCGT-yksikkö teholla 330 MW Novogorkovskajan CHPP:lla
• 1 CCGT-yksikkö teholla 450 MW Cherepovetskaya GRES :ssä
• 1 CCGT-yksikkö, jonka kokonaiskapasiteetti on 800 MW, Kirishskaya GRES :ssä (Venäjän tehokkain yhdistelmävoimala vuosina 2014-2017)
• 1 CCGT, joiden kokonaiskapasiteetti on 903 MW, Permskaya GRES : ssä (Venäjän tehokkain kombivoimala vuodesta 2017)
• 2 CCGT:tä, joiden kokonaiskapasiteetti on 235 MW, Astrakhan CCGT-235 :ssä ja 2 CCGT:tä Astrakhan CCGT-110:ssä (entinen Astrakhan GRES ), joiden todellinen kokonaiskapasiteetti on 121 MW ja suunnittelukapasiteetti 110 MW.
• noin 10 CCGT:tä on suunnittelun tai rakentamisen eri vaiheissa.

Venäjään verrattuna Länsi-Euroopan maissa ja USA:ssa kombivoimaloita alettiin laajalti käyttää aikaisemmin. Länsimaissa maakaasua polttoaineena käyttävillä lämpövoimalaitoksilla tämän tyyppisiä laitteistoja käytetään paljon useammin.

Vaihtoehtoiset käyttötavat

BMW teki oletuksen mahdollisuudesta käyttää yhdistelmäsykliä autoissa. Auton pakokaasuja ehdotetaan käytettäväksi pienen höyryturbiinin käyttämiseen. [viisitoista]

Jatkokehitys

CCGT - idean kehittämisessä ehdotettiin kaasugeneraattorin käyttöä palavan kaasun tuottamiseksi hiilestä , biomassasta ja niin edelleen.

Muistiinpanot

1. ↑ Trokhin, Ivan Gas-turbo-höyrymäntävoimalaitos: turbiinin hyötysuhdetta lisää "höyryveturi" (pääsemätön linkki) . Venäjän energia ja teollisuus (helmikuu 2013). Haettu 28. maaliskuuta 2013. Arkistoitu alkuperäisestä 4. huhtikuuta 2013. (määrätön) 
2. ↑ Valokuvaraportti CCGT-450T:n laukaisusta Mosenergon CHPP-27:llä (linkki ei saavutettavissa) . Haettu 1. heinäkuuta 2011. Arkistoitu alkuperäisestä 1. toukokuuta 2011. (määrätön) 
3. ↑ Artikkeli CHPP-27:stä Mosenergon verkkosivuilla (linkki ei saavutettavissa) . Haettu 1. heinäkuuta 2011. Arkistoitu alkuperäisestä 13. joulukuuta 2010. (määrätön) 
4. ↑ Artikkeli CHPP-21:stä Mosenergon verkkosivuilla (linkki ei saavutettavissa) . Haettu 1. heinäkuuta 2011. Arkistoitu alkuperäisestä 17. lokakuuta 2009. (määrätön) 
5. ↑ Artikkeli TPP "International" suunnitteluominaisuuksista "TechnoPromExport" -yrityksen verkkosivustolla  (linkki ei pääse)
6. ↑ Nyaganskaya GRES | Fortum . Käyttöpäivä: 4. joulukuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 22. joulukuuta 2014. (määrätön)
7. ↑ Inter RAO UES:n Sotšin sivuliikkeen johtajan V. A. Belosevichin haastattelu julkaisuun Lights of Greater Sochi  (pääsemätön linkki)
8. ↑ Lämmöntoimitusjärjestelmä Tšeljabinskin kaupungin hallinnollisten rajojen sisällä vuoteen 2034 saakka (päivitetty vuodelle 2019) . Tšeljabinskin kaupunginhallinnon virallinen sivusto . Käyttöönottopäivä: 30.11.2018. (määrätön)
9. ↑ Kaliningradin CHP-2:n 2. yksikkö otettiin käyttöön . Käyttöpäivä: 1. heinäkuuta 2011. Arkistoitu alkuperäisestä 4. tammikuuta 2014. (määrätön)
10. ↑ CCGT-190/220 laukaisu Tjumenin CHPP-1:ssä (linkki ei saavutettavissa) . Haettu 1. heinäkuuta 2011. Arkistoitu alkuperäisestä 22. syyskuuta 2013. (määrätön) 
11. ↑ CCGT-325:n käyttöönotto Ivanovskaya GRES:ssä . Haettu 1. heinäkuuta 2011. Arkistoitu alkuperäisestä 28. joulukuuta 2014. (määrätön)
12. ↑ CCGT-400 Shaturskaya GRES:ssä  (linkki ei saavutettavissa)
13. ↑ CCGT-410-yksikön seremoniallinen laukaisu tapahtui Krasnodarin CHPP:ssä (pääsemätön linkki) . Käyttöpäivä: 17. tammikuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 22. marraskuuta 2011. (määrätön) 
14. ↑ JSC "Fortum" - Sähköntuotanto Tšeljabinskin alueella (pääsemätön linkki) . Haettu 14. helmikuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 24. helmikuuta 2012. (määrätön) 
15. ↑ "BMW Turbosteamer kuumenee ja menee" . Haettu 5. syyskuuta 2007. Arkistoitu alkuperäisestä 18. kesäkuuta 2017. (määrätön)

Linkit

• Siirtyminen yhdistettyyn kiertoon
• Yhdistettyyn kiertoon perustuvat voimalaitokset
• Yhdistelmäkiertolaitoksen laskenta
• Höyry-kaasukierron historia Venäjällä. Kehitysnäkymät
• [bse.sci-lib.com/article087101.html "Höyry- ja kaasuturbiinilaitos" Suuressa Neuvostoliiton tietosanakirjassa]
• P. Andreevin artikkeli "Venäjän yhdistetyn syklin historia" julkaisusta "Venäjän energia ja teollisuus"

Kirjallisuus

• Zysin V.A., Yhdistetyt höyry-kaasulaitokset ja -syklit, M. - L., 1962.