Kombianläggning

Combined Cycle Gasturbine  (CCGT) är en del av en elkraftverk (TPP, CHP, GRES), som används för att generera el .

Funktionsprincip och enhet

Kombianläggning innehåller två separata motorer : ångdrivna och gasturbiner . I en gasturbinanläggning roteras turbinen av gasformiga produkter från bränsleförbränning; projekt med en nukleär gasturbinmotor övervägs också, där förbränningskammaren ersätts av en kärnreaktor av en speciell design, konstruerad för att arbeta vid mycket höga temperaturer (för närvarande har det inte implementerats ens i form av ritningar, men det är teoretiskt möjligt att skapa en sådan gasturbinmotor, men på grund av den höga radioaktiviteten i avgaserna kommer det att vara nödvändigt att använda en sluten Brayton-cykel ). Bränslet kan vara både naturgas och produkter från oljeindustrin ( dieselbränsle ). På samma axel med turbinen finns en generator , som på grund av rotorns rotation genererar elektrisk ström . När de passerar genom en gasturbin avger förbränningsprodukterna endast en del av sin energi och vid utgången från den, när deras tryck redan är nära atmosfären och arbete inte kan utföras av dem, har de fortfarande en hög temperatur. Från gasturbinens utlopp kommer förbränningsprodukterna in i ångkraftverket, in i spillvärmepannan , där de värmer upp vatten och den resulterande ångan . Temperaturen på förbränningsprodukterna är tillräcklig för att bringa ångan till det tillstånd som krävs för användning i en ångturbin ( en rökgastemperatur på cirka 500 ° C gör det möjligt att erhålla överhettad ånga vid ett tryck av cirka 100 atmosfärer ). Ångturbinen driver den andra elektriska generatorn (multiaxelschema).

Kombinationsanläggningar är utbredda, där ång- och gasturbinerna är placerade på samma axel, i detta fall används endast en, oftast en tvådriven generator (enaxelschema). En sådan installation kan fungera både i en kombinerad och i en enkel gascykel med stoppad ångturbin. Också ofta ånga från två gasturbinenheter - spillvärmepanna skickas till ett gemensamt ångkraftverk (duplexschema).

Ibland byggs kombianläggningar på basis av befintliga gamla ångkraftverk (toppschema). I detta fall släpps avgaserna från den nya gasturbinen ut i den befintliga ångpannan, som uppgraderas därefter. Effektiviteten hos sådana anläggningar är som regel lägre än för nya kombianläggningar som är designade och byggda från grunden.

I små kraftverk är en fram- och återgående ångmotor vanligtvis mer effektiv än en radiell eller axiell ångturbin med blad , och det finns ett förslag att använda moderna fram- och återgående ångmotorer som en del av en CCGT [1] .

Fördelar

• Kombianläggningar gör det möjligt att uppnå en elverkningsgrad på mer än 60 %. Som jämförelse, för separat drivande ångkraftverk, är verkningsgraden vanligtvis i intervallet 33-45 %, för gasturbinanläggningar - i intervallet 28-42 %
• Låg kostnad per enhet installerad kapacitet
• Kombianläggningar förbrukar betydligt mindre vatten per producerad enhet el jämfört med ångkraftverk
• Kort byggtid (9-12 månader)
• Det finns inget behov av en konstant tillförsel av bränsle via järnväg eller sjöfart
• Kompakta dimensioner gör det möjligt att bygga direkt hos konsumenten (fabriken eller inne i staden), vilket minskar kostnaderna för kraftledningar och transport av el. energi
• Miljövänligare jämfört med ångturbinanläggningar

Nackdelar med CCGT

• Behovet av att filtrera luften som används för bränsleförbränning.
• Restriktioner för vilka typer av bränsle som används. Som regel används naturgas som huvudbränsle och dieselbränsle används som backup. Användningen av kol som bränsle är endast möjlig i anläggningar med intracykelförgasning av kol, vilket kraftigt ökar kostnaderna för att bygga sådana kraftverk. Därav behovet av att bygga dyra kommunikationer för bränsletransporter - rörledningar.
• Säsongsbetonade kraftbegränsningar. Maximal prestanda på vintern.

Tillämpningar i kraftverk

Trots det faktum att fördelarna med ånggascykeln först bevisades redan på 1950-talet av den sovjetiske akademikern S. A. Khristianovich , denna typ av kraftgenererande installationer har inte använts i stor utsträckning i Ryssland . Flera experimentella CCGT byggdes i Sovjetunionen . Ett exempel är kraftenheterna med en kapacitet på 170 MW vid Nevinnomysskaya GRES och med en kapacitet på 250 MW vid Moldavskaya GRES . Under de senaste 10 åren har mer än 45 kraftfulla kombikraftaggregat tagits i drift i Ryssland. Bland dem:

• 3 CCGT med en kapacitet på 450 MW vardera: 2 vid CHPP-27 [2] [3] och 1 vid CHPP-21 [4] ; 3 CCGT-enheter med en kapacitet på 420 MW vardera: 1 vid CHPP-16 , 1 vid CHPP-20 , 1 vid CHPP-26 ; 1 CCGT med en kapacitet på 220 MW vid CHPP-12 ; 2 CCGT med en kapacitet på 121 MW vardera vid TPP Mezhdunarodnaya [5] i Moskva
• 2 kraftenheter med en kapacitet på 450 MW vardera vid Severo-Zapadnaya CHPP , kraftenheter med en kapacitet på 450 MW vid Yuzhnaya CHPP och Pravoberezhnaya CHPP , en kraftenhet bestående av två CCGT-180 vid Pervomaiskaya CHPP - i St. Petersburg
• 3 kraftenheter av Nyaganskaya GRES med en total kapacitet på 1269,8 MW [6]
• 3 kraftenheter på Sochi TPP . Två kraftenheter med en kapacitet på 39 MW vardera (1:a byggfasen). En kraftenhet 80 MW (2:a konstruktionsstadiet) [7] .
• 3 kraftenheter vid Chelyabinsk CHPP-4 , med en kapacitet på 247, 247,5 respektive 263 MW [8] .
• 2 CCGT med en kapacitet på 450 MW vardera vid Kaliningrad CHPP-2 [9]
• 2 CCGT med en kapacitet på 220 MW vardera vid Tyumen CHPP-1 [10]
• 2 CCGT med en kapacitet på 325 MW vardera vid Ivanovskaya GRES [11] baserat på GTD-110
• 2 CCGT med en kapacitet på 123 MW vardera vid Kazan CHPP-1
• 2 CCGT med en kapacitet på 110 MW vardera vid Kazan CHPP-2
• 2 CCGT med en total kapacitet på 100 MW vid Shakhtinskaya GTPP
• 1 CCGT-enhet med en kapacitet på 400 MW vid Shaturskaya GRES [12]
• 1 CCGT-enhet med en kapacitet på 440 MW vid Krasnodar CHPP [13]
• 1 CCGT-enhet med en kapacitet på 230 MW vid Chelyabinsk CHPP-3 [14]
• 1 CCGT-enhet med en kapacitet på 410 MW vid Sredneuralskaya GRES OJSC Enel OGK-5 
• 1 CCGT-enhet med en kapacitet på 410 MW vid Nevinnomysskaya GRES OJSC Enel OGK-5
• 1 CCGT-enhet med en kapacitet på 220 MW vid Novgorod CHPP
• 1 CCGT-enhet med en kapacitet på 110 MW vid Vologda CHPP
• 1 CCGT-enhet med en kapacitet på 424,6 MW vid Yaivinskaya GRES
• 1 CCGT-enhet med en kapacitet på 330 MW vid Novogorkovskaya CHPP
• 1 CCGT-enhet med en kapacitet på 450 MW vid Cherepovetskaya GRES
• 1 CCGT-enhet med en total kapacitet på 800 MW vid Kirishskaya GRES (den kraftfullaste kombianläggningen i Ryssland 2014-2017)
• 1 CCGT med en total kapacitet på 903 MW vid Permskaya GRES (den kraftfullaste kombianläggningen i Ryssland sedan 2017)
• 2 CCGT med en total kapacitet på 235 MW vid Astrakhan CCGT-235 och 2 CCGT på Astrakhan CCGT-110 (tidigare Astrakhan GRES ) med en total faktisk kapacitet på 121 MW, med en designkapacitet på 110 MW.
• cirka 10 CCGT:er befinner sig i olika stadier av design eller konstruktion.

Jämfört med Ryssland, i länderna i Västeuropa och USA, började kombinerade anläggningar användas i stor utsträckning tidigare. Vid västerländska värmekraftverk som använder naturgas som bränsle används anläggningar av denna typ mycket oftare.

Alternativ användning

BMW gjorde ett antagande om möjligheten att använda den kombinerade cykeln i bilar. Det föreslås att man använder avgaserna från en bil för att driva en liten ångturbin. [femton]

Vidareutveckling

I utvecklingen av CCGT-idén föreslogs det att använda en gasgenerator för att producera brännbar gas från kol , biomassa och så vidare.

Anteckningar

1. ↑ Trokhin, Ivan Gasturbo -ångkolvkraftverk: turbinens effektivitet kommer att ökas med ett "ånglokomotiv" (otillgänglig länk) . Rysslands energi och industri (februari 2013). Hämtad 28 mars 2013. Arkiverad från originalet 4 april 2013. (obestämd) 
2. ↑ Fotorapport om lanseringen av CCGT-450T vid Mosenergos CHPP-27 (otillgänglig länk) . Hämtad 1 juli 2011. Arkiverad från originalet 1 maj 2011. (obestämd) 
3. ↑ Artikel om CHPP-27 på Mosenergos webbplats (otillgänglig länk) . Hämtad 1 juli 2011. Arkiverad från originalet 13 december 2010. (obestämd) 
4. ↑ Artikel om CHPP-21 på Mosenergos webbplats (otillgänglig länk) . Hämtad 1 juli 2011. Arkiverad från originalet 17 oktober 2009. (obestämd) 
5. ↑ Artikel om designfunktionerna för TPP "International" på webbplatsen för företaget "TechnoPromExport"  (otillgänglig länk)
6. ↑ Nyaganskaya GRES | Fortum . Hämtad 4 december 2014. Arkiverad från originalet 22 december 2014. (obestämd)
7. ↑ Intervju med chefen för Sochi-grenen av Inter RAO UES V. A. Belosevich till publikationen Lights of Greater Sochi  (otillgänglig länk)
8. ↑ System för värmeförsörjning inom de administrativa gränserna för staden Chelyabinsk för perioden fram till 2034 (uppdaterat för 2019) . Officiell webbplats för Chelyabinsks stadsförvaltning . Tillträdesdatum: 30 november 2018. (obestämd)
9. ↑ Den andra enheten av Kaliningrad CHP-2 togs i drift . Datum för åtkomst: 1 juli 2011. Arkiverad från originalet den 4 januari 2014. (obestämd)
10. ↑ Lansering av CCGT-190/220 vid Tyumen CHPP-1 (otillgänglig länk) . Hämtad 1 juli 2011. Arkiverad från originalet 22 september 2013. (obestämd) 
11. ↑ Driftsättning av CCGT-325 vid Ivanovskaya GRES . Hämtad 1 juli 2011. Arkiverad från originalet 28 december 2014. (obestämd)
12. ↑ CCGT-400 vid Shaturskaya GRES  (otillgänglig länk)
13. ↑ En ceremoniell lansering av CCGT-410-enheten ägde rum vid Krasnodar CHPP (otillgänglig länk) . Tillträdesdatum: 17 januari 2012. Arkiverad från originalet den 22 november 2011. (obestämd) 
14. ↑ JSC "Fortum" - Elproduktion i Chelyabinsk-regionen (otillgänglig länk) . Hämtad 14 februari 2012. Arkiverad från originalet 24 februari 2012. (obestämd) 
15. ↑ "BMW Turbosteamer blir varm och går" . Hämtad 5 september 2007. Arkiverad från originalet 18 juni 2017. (obestämd)

Länkar

• Övergång till kombinerad cykel
• Kraftverk baserade på kombianläggningar
• Beräkning av en kombianläggning
• Historia om ånggascykeln i Ryssland. Utvecklingsutsikter
• [bse.sci-lib.com/article087101.html "Ång- och gasturbinanläggning" i Great Soviet Encyclopedia]
• Artikel av P. Andreev "Historien om den kombinerade cykeln i Ryssland" från publikationen "Energy and Industry of Russia"

Litteratur

• Zysin V.A., Kombinerade ång-gasanläggningar och kretslopp, M. - L., 1962.