Автореферат на ДИСЕРТАЦИЯ

1

ТЕХНИЧЕСКИ УНИВЕРСИТЕТ – СОФИЯ

ЕНЕРГОМАШИНОСТРОИТЕЛЕН ФАКУЛТЕТ

КАТЕДРА "Хидроаеродинамика и хидравлични машини”

Маг. инж. Мохамед Касeм Джаббар

Симулационни изследвания за подобряване на

експлоатационните характеристики на хибридни

комбинирани електроцентрали

Автореферат

на

ДИСЕРТАЦИЯ

за придобиване на образователна и научна степен „Доктор”

По научна специалност „Механика на флуидите”

Научни ръководители:

Проф. дтн инж. Петър Станков Йорданов

Проф. д-р инж. Бончо Иванов Бонев

Рецензенти:

проф. д-р инж. Димитър Попов

проф. дтн инж. Иван Антонов

СОФИЯ, 2016г.

2

Дисертационният труд обсъден, одобрен и насочен за защита пред Научно

жури на разширен катедрен съвет на катедра „Хидроаеродинамика и

хидравлични машини“ при Технически университет – София.

Дисертационният труд е разработен в рамките на редовна докторантура в

катедра „Хидроаеродинамика и хидравлични машини“ на

Енергомашиностроителен факултет при Технически университет – София.

Изследванията по дисертацията са проведени в катедра „Топлоенергетика и

ядрена енергетика“ на Енергомашиностроителен факултет при Технически

университет – София.

Защитата на дисертационния труд пред Научно жури ще се състои на

10.05.2016 г. от 13:00 часа в Конферентна зала на БИЦ при Технически

университет – София. Материалите по защитата са на разположение на

интересуващите се в канцеларията на катедра „Хидроаеродинамика и

хидравлични машини“ на Енергомашиностроителен факултет при

Технически университет – София – 1000 София, бул. „Климент Охридски“

№ 8, блок 2, етаж 2, стая 2240.

Автор: маг. инж. Мохамед Касем Джаббар

Заглавие: Симулационни изследвания за подобряване на експлоатацион-

ните характеристики на хибридни комбинирани електроцентрали

Тираж: 50 броя

3

Основни характеристики на дисертацията

Актуалност на темата

Основната задача на дисертационния труд е да подобри експлоатационните

характеристики на два базови варианта на ТЕЦ на комбиниран газо-паров

цикъл, който да работи ефективно при климатичните условия в Ирак.

Проблемите свързани с надежността на електропреносната мрежа в Ирак

се проявяват в горещия сезон, когато нуждата от електричество се

повишава драстично. Анализът на изследваните базови варианти показа, че

параметрите на климата в горещия сезон (температура на въздуха около 45 оС, комбинирана с ниска относителна влажност и температура на

охлаждащата речна вода около 34 оС) повлияват неблагоприятно

експлоатационните характеристики на този ТЕЦ, което води до намаляване

на неговия топлинен кпд и на произведената електроенергия.

Предложените решения в тази дисертация ще доведат до повишаване на

производството на електроенергия през пиковите периоди, което ще

намали консумацията на гориво и ще доведе до спестяване на пари и

същевременно опазване на околната среда. Димните газове от изгарянето

на въглища, петрол или газ съдържат частици, включително и тежки

метали (ако тяхното съдържание в суровото гориво е високо), серни и

азотни оксиди (SОx и NOx) и летливи органични съединения. Топлинните

електроцентрали оказват голямо влияние на земята, почвата, въздуха и др.

Също така те изхвърлят огромно количество летливи пепелни частици,

които унищожават околната среда.

Дисертационният труд предлага методи за справяне с тези проблеми. Чрез

тях може да бъде подобрена производителността на електроцентралите,

като се използват алтернативни източници на енергия, например

слънчевата, както и да се построят хибридни системи, които работят

едновремемнно с газ и възобновяема енергия. В някои от вариантите са

разгледани и мерки за намаляване на отпадната топлина чрез включване в

основния газо-паров цикъл на органичен цикъл на Ренкин. Предложените

решения са избрани в съответствие с икономическите и екологични

изисквания.

Цели и задачи на дисертационния труд

Целите на дисертацията са както следва:

1. Повишаване на електрогенериращата мощност и кпд на централата или

само на електрогенериращата мощност в зависимост от полезния ефект на

използвания метод.

2. Усвояване на съвременни решения, хибридизиране на основния цикъл

чрез използване на слънчева енергия или утилизация на отпадната топлина

от основния цикъл чрез интегриране на органичен цикъл на Ренкин (ОЦР).

4

3. Намаляване на въглеводородните емисии, които са резултат от

употребата на дизелгенератори или остарели електроцентрали.

4. Създаване на нов тип индустрия и изследване на възможностите в Ирак

за въвеждане на нови елементи за утилизиране на слънчевата енергия или

за оползотворяване на отпадната топлина чрез ОЦР.

За постигането на тези цели е необходимо да бъдат решени задачите:

1. Създаване на базови модели на газова електроцентрала на комбиниран

цикъл; структурата на изследваната електроцентрала е подобна на

електроцентралата в Ал Анбар.

2. Идентифициране на реални параметри на околната среда в Ирак, а

именно метеорологични условия и температура на охлаждащата речна

вода, които симулиращата компютърна програма ще използва, за да

изчисли и анализира базовите модели.

3. Термодинамичен анализ и оценка базовите модели, с цел идентифици-

ране на проблемите.

4. Анализ на методите за подобряване на експлоатационните

характеристики на базовите модели, и избор на подходящ такъв,

представени в дисертационния труд като ОЦР и СОВ (охлаждане на

въздуха за горене на входа на компресора чрез слънчева енергия).

5. Интегриране на избраните методи в базовите модели и извършване на

симулационен анализ за проектните параметри и за типичните параметри в

избрани месеци.

6. Сравниетелен анализ на параметрите на базовите модели преди и след

интегриране на избраните методи за подобряване на екплоатационните

характеристики, оценка на възможностите на отделните методи за

решаване на проблемите.

Обем на дисертационния труд Дисертацията съдържа 183 страници обединени в 3 части. В част първа е

представено въведение в проблема, целта и задачите на дисертационния

труд. Втората част е теоретичната част, в която влизат глави втора, трета и

четвърта. Третата част е изчислителна, в която попадат глави пета, шеста,

седма и осма. В отделни глави са представени приносите на

дисертационния труд, справка за публикациите по дисертацията,

заключени и списък на използваната литература, в който са включени 143

заглавия.

Съдържание на дисертационната работа

Глава 1. Формулиране на задачите на дисертационния труд

В глава първа обясненията са фокусирани върху това, да се даде описание

за производството на електроенергия в Ирак, където топлоелектрическите

централи представляват (71%) от всички електроцентрали в страната.

Делът на електроцентралите, които работят само на природен газ или на

5

природен газ и мазут е 49%, а делът на електроцентралите, които работят

само на мазут е 22%.

Структурата на дисертационния труд е представена на следната схема:

Фигура 1-1. Структура на дисертационния труд

Настоящата работа се фокусира основно над създаването на интегриран

симулационен модел на съществуваща газова топлоелектроцентрала на

комбиниран цикъл (Г-ТЕЦ-КЦ) в Ирак, а именно Ал Анбар. Беше създаден

и втори модел на тази Г-ТЕЦ-КЦ. Той е с алтернативен концептуален

дизайн, който създава възможност за интегриране и тестване на

подобрения в основния цикъл или за неговата модификация, чрез които

може да бъде намерено решение за подобряване на работата на

изследваната Г-ТЕЦ-КЦ. Дисертацията включва широк спектър от идеи, в

това число статус на електроцентралите и метеорологичните условия в

Ирак, с цел утилизиране на слънчевата енергия. Използваната литература

обхваща различни дисциплини и различна по тип информация. Тя включва

информация относно състоянието на електрогенериращите мощности в

Ирак, изследване на метеорологичните условия в Ирак и възможностите за

оползотворяване на слънчева енергия, термодинамични подходи

използвани за анализ на моделите и за намиране на решения, подробно

описание на методологията на използваната симулационна програма и

моделите.

6

В тази глава е представен и част от натрупания опит в световен мащаб при

решаване на подобни задачи, а именно свързан с ефекта на високата

външна темратура водеща до загуби на мощност в електроцентралите.

Основните проблеми, на които тази дисертация може да намери

решение са обобщени, както следва:

1. Ниската надеждност на енергийната система на Ирак през горещия сезон

поради повишеното търсене на електроенергия. Анализът на един от

базовите модели на Г-ТЕЦ-КЦ показа, че през летния период

производството на електроенергия с газовите турбини намалява, което се

отразява негативно и на работата на парните турбини.

2. Високото ниво на замърсяване на околната среда в горещия сезон.

Негативното влияние върху околоната среда, е от емисиите на

въглеводороди в дългосрочен план, което ще повлияе на икономическата

страна на проекта, т.к. трябва да се третира възникващия проблем.

Намаляването на енергийната ефективност на газовите турбини през

горещия период налага използването на старите централи, което води до

отделяне на по-голямо количество вредни емисии. Използването на тези

електроцентрали при ниска ефективност увеличава не само замърсяването

на околоната среда, то води и до повишаване на консумацията на гориво

(природен газ, мазут или дизел) на единица произведена енергия.

Статистиката показва, че Ирак страда от замъсрсяване на въздуха с

въглероден диоксид, серен диоксид, смог и мъгла, което намалява

количеството на слънчева енергия, достигаща до растенията, необходима за

осъществяването на фотосинтезата, а също така, води и до образуването на

тропосферичен озон, който уврежда растенията; нивата на замърсяване са

описани в глава втора на дисертацията. Поради това повишената

консумация на гориво в горещия сезон се разглежда като проблем.

3. Количеството на отпадната топлина, данни за което са получени от

симулационното изследване на втория базов модел на Г-ТЕЦ-КЦ.

Термодинамичният анализ на централата Ал Анбар показва, че с димните

газове в атмосферата се изхвърля голямо количество топлина, с висока

температура (143 0C - 156

0C), която може да бъде оползотворена. Липсата

на контрол над температурата на димните газове има отрицателен ефект

върху икономиката, а заедно с повишените емисии на въглеводороди в

околната среда допринася за влошаване на парниковия ефект.

Глава 2. Състояние на електроцентралите в Ирак

Енергийният сектор в Ирак е в лошо състояние, вследствие на разруха,

липсата на инвестиции, неправилна експлоатация и поддръжка на

съоръженията, и плячкосване вследствие на войните. През 1990 година,

преди войната в Персийския залив, общата инсталирана електро-

генерираща мощност беше 9295 MW с пиково потребление от около 5100

MW. Приблизително 87% от населението имаше достъп до електричество.

Същият капацитет беше достъпен и през 2002 година. Захранването на

мрежата през деветдесетте години на миналия век не беше надеждно и

7

незадоволяването на потреблението и непланувани прекъсвания на

електрозахранването бяха често срещано явление. След последния

конфликт ситуацията сериозно се влоши още повече и само 3300 MW от

електрогенериращия капацитет беше достъпен. Прекъсванията в

електрозахранването се случваха все по-често, особено през лятото на 2003

година, когато потреблението беше много високо. Консумацията на

електроенергия на глава от населението спадна от 1700 kWh преди 1991г.

на 700kWh през 2003г. Иракския електроенергиен сектор в началото на

2003 година беше в дълбока криза вследствие на 25-годишна война и липса

на инвестиции. В тази глава е описано развитието на електроенергийния

сектор през годините; в таблица 2-1 са показани съществуващите

електроцентрали днес.

Таблица 2-1: Видове електроцентрали в Ирак и техния общ капацитет

В Мастър плана за енергийния сектор в Ирак са представени прогнози

относно пиковото потребление, което варира от 11248 MW през 2009г. до

14729 MW през 2013г., когато произведената енергия успява да задоволи

най-високите нива на потребление. Интересно е да се отбележи, че Мастър

план предсказва ниски стойности за настоящото максимално ниво на

потребление за разлика от настоящото широко разпространено мнение.

Производственият капацитет, както е възприето през 2010 г. , е той да бъде

между 7000 и 8000 MW. Потреблението се предполага да бъде между 13000

MW и 15000 MW, и се заключава, че на по-голяма част от населението

нуждите не са задоволени. Фигура 2-3 показва зависимостта между

потребление и снабдяване за периода от 2003 до 2010г.

Фигура 2-3. Електроснабдяване в Ирак: прогнозирано потребление и снабдяване между

1991 и 2010г.

8

Изчислява се, че растежа на потребление е повече от 6.5% на година през

наблюдавания период, а стойността на нарастване ще бъде два пъти по-

голяма до 2020г., което отговаря на икономическото развитие, прираста на

населението и изравняване на разликата между потребление и

производство на секторите на трите типа крайни потребители, чиито

нужди нарастват най-бързо. Започвайки от сравнително ниска изходна

позиция се достига ниво седем пъти по-голямо от това на 2010г. до 2035г. В

Ирак има различни видове потребители на електроенергия, а именно

индустриални и частни, данни за които са представени в дисертацията

подробно. Прогнозите за идната година в Ирак са да се използва природен

газ вместо други горива. Министерството на електроснабдяването възприе

дългосрочен план за периода 2008 – 2030 година. В Мастър план е

заложено увеличаване на производството на електроенергия. В

дисертацията са показани електроенергийните планове, които включват

досегашните централи и бъдещи Г-ТЕЦ-КЦ, и тяхното разпределение край

градовете.

Глава 3. Изследване на потенциала на Ирак за оползотворяване на

слънчевата енергия

В тази глава се разглежда периода на слънчево греене за територията на

Ирак, който за Багдад е повече от 3000 часа на година. В таблица 3-1 е

даден броя на слънчевите и облачните дни в Ирак за година, както и броя

на часовете със слънчево греене.

Таблица 3-1: Брой дни и часове със и без слънце в Ирак

Слънцегреенето и географското положение са само един от аспектите на

възможностите за използване на слънчевата енергия в Ирак. Обилното

слънцегреене и открития терен, близо до населените места в Ирак, го

правят един от най-добрите райони за утилизиране на слънчевата енергия.

Проучване на DAI Inc. сочи, че периодът е подходящ за реализиацията на

енергийни проекти при използване на слънчевия потенциал и огромните

слънчеви ресурси, за да се построи слънчева електроцентрала. По-

конкретно анализите показват, че страната трябва да постори поне една от

новите си централи като голяма ТЕЦ, работеща на хибридрен принцип

гориво-слънчева енергия, или както се нарича електроцентрала с

интегриран комбиниран соларен цикъл (ISCC). Най-подходящото

местоположение в Ирак за подобна електроцентрала би било в Ал Анбар,

фигура 3-1.

9

Фигура 3-1. Месечно средно директно слънцеизлъчване, избрани райони с планувани

централи с нефтени горива

Подобно решение със слънчева енергия беше споменато по-рано и

практически метеорологичните условия в Ирак са подходящи за

разнообразни слънчеви приложения. От икономическа гледна точка обаче

има някои фактори, които трябва да се имат предвид, когато се избират

решенията. Първо, околната среда в Ирак има специфични условия, а

именно голямо количество прах за дълги периоди през цялата година.

Утилизирането на топлинната слънчева енергия се повлиява по-малко от

тази среда, отколкото утилизирането на слънчева енергия, чрез директно

производство на електричество, при използване на фотоволтаични

системи. Фотоволтаичните системи възприемат видимата част и много

малко от инфрачервената част на слънчевия спектър (400-1100 nm).

Интензивността на видимата част е очевидно повлияна от праха в

атмосферата, а термо системите работят основно с дългите вълни на

инфрачервения спектър, което е повлияно по-малко от праха. Второ,

годишните нуждите от електроенергия в едно иракско семейство са

разпределени по следния начин: 65-70% за отопление и охлаждане, и 30%

за осветление и други потребности, следователно има нужда от термо-

система, която може да превръща около 60-70% от слънчевата енергия в

топлинна. Трето, цената на електроенергията производена с

фотоволтаични системи е около 20 цента/kWh, докато от термо-системите

тя струва само около 10 цента/kWh. Четвърто, съхранението на енергията

в термо-системите е по-добро от гледна точка на количество, цена и

продължителност, октолкото това при фотоволтаичните системи. Разликата

в разнообразните световни технологии са описани в тази глава, като някои

от тях са - параболични соларни системи с парен цикъл на

електроцентралата, параболични соларни системи с газова комбинирана

електроцентрала, соларна кула приемник при електроцентрала с парна

турбина и линейна ситема на Фрезнел на електроцентрала с парна турбина.

10

Глава 4. Теоретични основи на ТЕЦ с комбиниран цикъл и софтуерни

симулатори на тяхната работа

Топлинните електроцентрали на комбиниран цикъл включват газотурбинна

инсталация работеща по цикъла на Брайтън и паротурбинна инсталация

работеща по цикъла на Ренкин. Работното тяло в газотурбинната

инсталация са газове от горивния процес, а в паротурбинната инсталация –

водна пара, което осигурява надеждна и икономична работа. Съвременните

ТЕЦ-КЦ имат нетен коефицеиент на полезно действие в интервала 50 –

55%. Развитето на нови материали, издържащи на високи температури, с

приложение в газовите турбини, както и на технологиите за охлаждане на

повърхностите на горещите метални части обещават в скоро време нетния

кпд на ТЕЦ-КЦ да достигне 60% или повече. Глава четири се концентрира

върху ТЕЦ-КЦ на природен газ. В дисертацията са представени различни

видове газотурбинни инсталации, едновалови и многовалови. В

съотвтествие с гореспоменатите фигури общият нетен кпд се дефинира

като сумата от нетната мощност на вала на газовата турбина, WG, и нетната

мощност на вала на парната турбина, WS, разделена на топлинната

освободена при изгарянето на горивото, QI,

При използване на топлинния кпд на цикъла на Ренкин ηS от 4.1 се

получава:

където Qcc е топлината внесена в парогазовия цикъл от димните газове на

изхода на газотрурбинния цикъл чрез котел утилизатора. При идеални

условия тази топлина може да бъде представена чрез:

След заместваме (4.3) в (4.2), при използване на топлинния кпд на цикъла

на Брайтън ηG, се получава:

В тази глава са описани и основните компоненти на Г-ТЕЦ-КЦ - газова

турбина, котел утилиатор и парна турбина. Обикновено Г-ТЕЦ-КЦ са

около един път и половина по ефективни от ТЕЦ на газово гориво и чисто

газотурбинен цикъл. При използване на модела за идеален газ, от анализа

на газотурбинния цикъл следва:

внесена топлина в цикъла:

отпадна топлина:

работа на компресора:

работа на турбината:

нетна работа от цикъла:

11

Където, е енталпията на газа на входа на горивната камера, е

енталпията на газа на входа на газовата турбина, е енталпията на газа на

изхода на газовата турбина, е енталпията на газа на входа на компресора,

специфичен топлинен капацитет при постоянно налягане. Топлинния

кпд на цикъла се дефинирана като отношението на нетната работа от

цикъла към внесената топлина в цикъла .

За случай на изентропно сгъстяване и изентропно разширение на газа и

липса на загуба на механична енергия енергия при използване на 4.5 и 4.6,

в 4.10 се получава:

Където е показателя на изентропата, а r е степента на повишаване на

налягането в компресора.

Изентропната ефективност на компресора се дефинира, като

отношението на работата на изентропен компресор (WISO) за получаване на

r към работата на действителния компресор (WACT). Ако и са

изентропната енталпия и температура, то

Изентропната ефективност на турбината се дефинира, като отношението

на действителната работа на турбината (WACT) към работата получена от

изентропна турбината (WISO) при същите начално и крайно налягане,

Действителната работа извършена от компресора се определя чрез израза

Паротурбинната инсталация работи в съответствие с идеалния цикъл на

Ренкин, чиито елементи са представени на Фигура 4-12. Цикълът в T-s

диаграма е представен, също така, на Фигура 4-12. Идеалният цикъл на

Ренкин е съставен от следните четири обратими процеса:

1-2: Изентропно компресиране на работното тяло.

2-3: Внасяне на топлина в цикъла при постоянно налягане.

3-4: Изентропно разширение на работното тяло.

4-1: Отделяне на отпадната топлина от цикъла при постоянно налягане.

12

Фигура 4-12 Идеален цикъл на Ренкин

Всички четири компонента на паротурбинната инсталаиция са отворени

системи. В случай, че те работят в установен режим и бъдат пренебрегнати

потенциалната и кинетичната енергия на течението на входа и на изхода на

всеки елемент от първия принци на термодинамиката за всеки елемент

може да се запише:

Работа извършена от помпата

Топлина внесена в цикъла (в котела)

Работата получена от турбината

Отпадната топлина от цикъла

Топлинния кпд на цикъла е:

Като се отчете, че водата е несвиваем флуид, работата извършена от

помпата е:

където е специфичният обем на течността на входа на помпата. В

резултат на необратимостта на процесите в различните елементи, като

например загуби от триене и на топлина в околната среда, истинският

цикъл на Ренкин се различава от идеалния [96, 15]. Отклонението на

процесите в помпата и турбината от идеалния процес (изентропен) в тях се

определя на базата на изентропната им ефективност, дефинирана както

следва:

Тук, и са съответно изентропната и действителната работа извърше-

на от помпата или получена от турбината, а са, съответно, изентроп

ната и истинската енталпия в края на процеса в помпата или в турбината.

13

Основните работни параметри, които влияят на работата на комбинирания

цикъл и са свързани с ефективността на цикъла са:

1. Температура на газовете на входа на турбината.

2. Степен на повишаване на налягането в компресора.

3. Температурни разлики.

4. Температура на околната среда.

5. Стойности на налягането.

6. Температура на димните газове на входа на комина.

7. Свойства на горивото.

Дисертацията анализира въздействието на параметри 4 и 6 върху работата

на Г-ТЕЦ-КЦ и изследва възможностите за подобряване на работата на

централата по отношение на 4 и 6 на фигура 4-14 на които е показан

ефектът на температурата на околната среда върху работата на цикъла.

Фигура 4-14 Влияние на оперативните параметри (температура на околоната среда)

върху работата на цикъла

Общият кпд на ТЕЦ-КЦ, се пресмята както следва

където и са съответно кпд на газовата и на парната турбина, е

температурата на димните газове на изхода на газовата турбина, е

температурата на околната среда (на входа на компресора), а е

температурата на димните газове на входа на комина (на изхода на котел

утилизатора). В дисертацията са предложени решения за въздействие върху

, чрез влияние върху , и .

Слънчеви абсорбционни охладители на входа на компресора (СОВ) и

органичния цикъл на Ренкин (ОЦР) бяха избрани, като средства за влияние

върху , и , а от там и върху , за да се създаде контрол над

експлоатационните характеристики на Г-ТЕЦ-КЦ.

14

Мощността на ГТ e правопропорционална и ограничена от масовия дебит

на сгъстения въздух от компресора. Въздушният компресор има фиксирана

мощност, определена от обемния дебит на въздуха за горене. Въпреки че

обемният дебит на въздуха през компресора е фиксиран, масовият дебит на

въздуха, който се доставя до ГТ се променя, заради промяната на

температурата на околната среда ( ). Масовият дебит на въздуха намалява

с увеличаване на температурата на околната среда, защото плътността му

намалява. Следователно изходната мощност на газовата турбина пада под

нивото на мощността оценена при нормални условия (15 0C, 1.013 бара) с

увеличаване на температурата на околната среда над 15 0C. Чрез охлаждане

на въздуха за горене на входа на компресора се увеличава неговата

плътност, което води до увеличаване на неговия масов дебит, при фиксиран

обемен, което води до увеличаване на мощността на ГТ.

В тази глава е включен раздел, в който е представено общо и детайлно

описание на използваните симулационни програми - Тhermoflex и Cycle

tempo). Тук са представени кратки бележки относно развитието на всяка

една от програмите и са обяснени възможностите за конфигуриране на

термодинамични цикли и стъпките в изчислителния процес. Представени

са и изчислителните стъпки за решаване на термодинамичен процес,

съответно, чрез програмите Тhermoflex и Cycle tempo.

Глава 5. Базови модели на ТЕЦ на комбиниран цикъл

В тази глава е представен процеса на разработване на двата базови модела

на Г-ТЕЦ-КЦ. Първият базов модел с абревиатура CCGT RH 2HRSG 3P

или за по-кратко CCGT 3P, следва структурата на централата Ал Анбар в

Ирак, фигура 5-2. Вторият базов модел с абревиатура CCGT 1P 2HRSG или

за по-кратко CCGT 1P, е с алтернативен концептуален дизайн на същата

централа, предложен от автора, който създава възможност за интегриране и

тестване на подобрения в основния цикъл на централата или за неговата

модификация, чрез които може да бъде намерено решение за подобряване

на работата на изследваната Г-ТЕЦ-КЦ, фигура 5-4. Параметрите на двата

базови модела са определени с помощта на софтуерния продукт

Thermoflex. Тук е представено и сравнение на експлоатационните

характеристики на двата базови модела при проектни условия (месец

Април), както и при типичните климатични условия в Ирак за нечетните

месеци от годината. В Таблици 5-1, 5-2, 5-3 и 5-4 от дисертацията са

предтсавени резултатите от симулацията на базовите модели при проектни

условия. В Таблици 5-5, 5-6, 5-7 и 5-8 е извършено сравнение на

параметрите на двата базови модела при проектни условия. В Таблици 5-9

и 5-10 са представени резултатите от симулацията на работата на двата

базови модела за нечетните месеци на годината, а в Таблица 5-11 е

представено сравнение на основните резултати за тях. На фигура 5-13

основните резултати от работата на двата базови модела за нечетните

месеци на годината са представени в графичен вид.

Представена е информация за разхода на гориво (Fuel consumption), нетния

кпд на централата (Net efficiency), електроенергията генерирана в

15

газотурбинната част на цикъла (GT power) и в парната част на цикъла (ST

power), собствените нужди (Consumption), и температурата на димните

газове на входа на комина (Stack Temp.).

Таблица 5-11: Сравнение на основните резултати за двата базови модела за

6 месеца

Фигура 5-13 Изменение на основните параметри за двата базови модела за

6 месеца

Configurations Fuel Consumption Kg/S Net Efficiency GT power MW ST power MW Consumption KW Stack Temp. Months

CCGT 3P-Thermo flex 29,70 56,31 552 305 9252,8 77,85 Jan

CCGT 1P-Thermo flex 29,70 54,47 558 271 9035,3 141,6CCGT 3P-Thermo flex 29,10 56,22 536 302 9237,5 81 March

CCGT 1P-Thermo flex 29,08 54,48 540 271 9037 143

CCGT 3P-Thermo flex 27,24 55,2 490 281 9261,8 85,82 May

CCGT 1P-Thermo flex 27,24 53,76 494 257 9120 147,8

CCGT 3P-Thermo flex 26,00 54,64 460 270 9267,2 86,62 July

CCGT 1P-Thermo flex 26,04 53,34 464 249 9142,3 145,5

CCGT 3P-Thermo flex 26,56 54,92 472 276 9263,8 86,07 Sept.


CCGT 3P-Thermo flex 28,92 56,07 530 300 9239,2 82,7 Nove.


16

Фогира 5-2. Базов вариант на Ал Анбар ТЕЦ-КЦ (първи концептуален дизайн CCGT 3P), осъществен чрез Thermoflex

17

Фигура 5-4. Базов вариант на Ал Анбар ТЕЦ-КЦ (втoри концептуален дизайн, CCGT 1P), осъществен чрез Thermoflex

18

Глава 6. Подобряване на работата на втория базов модел

В тази глава са представи два варианта за подобряване на експлоа-

тационните характеристики на втория базов модел на Г-ТЕЦ-КЦ, чрез

органичен цикъл на Ренкин (CCGT 1P+ORC). При този подход за

подобряване на работата на цикъла на централата е оползотворена част от

топлината на димните газове на входа на комина. На фигура 6-1 е

представена схема на това решение при интегриране в цикъла на ОЦР с

работно тяло изопентан C5H12. Симулацията на работата на този вариант е

извършена със софтуерния пакет Thermoflex за проектните параметри

(месец Април) и за следващите 6 месеца. С помощта на софтуерния

продукт Cycle tempo е разработена вариант на втория базов модел с два

ОЦР и работно тяло фреон R245fa. Целта на изследването на тези два

варианта е да се получи информация относно влиянието на параметрите на

работното тяло върху кпд на Г-ТЕЦ-КЦ.

На фигура 6-4 са представени резултати от симулацията на работата на

CCGT 1P+ORC за месец Април.

Фигура 6-4. Експлоатационни характеристики на CCGT 1P+ORC при

проектни условия, получени с Thermoflex

Експлоатационните характеристики на варианта CCGT 1P+ORC за периода

от Април до Октомври са представни в Таблица 6-5. В Таблица 6-6 е

представено сравнение на характеристиките на CCGT 1P+ORC с тези на

втория базов модел CCGT 1P за месеците от Април до Октомври.

Сравнението е извършено по отношение на разхода на гориво (Fuel

consumption), нетния кпд на централата (Net Efficiency), генерираната

електроенергия в газотурбинната част на цикъла (GT power), в парната част

на цикъла (ST power) и от ОЦР (ORC power), собствените нужди

(Consumption) и температурата на димните газове на входа на комина

(Stack Temp.).

19

Фигура 6-1. Интегриране в цикъла на втория базов модел на ОЦР с работно тяло изопентан – C5H12

20

Таблица 6-5: Стойности за вариант CCGT 1P+ORC за период от седем

месеца.

Генерираната електроенергия за проектни условия (месец Април) е най-

висока. За летните месеци тя е по-ниска заради повишената температура на

въздуха (вход на компресора) и на охлаждащата речна вода (вход на

кондензатора). Нетния кпд на централата, също така, следва изменението

на тези два параметъра. Включването на ОЦР води до намаляване на

температурата на димните газова на входа на комина и до увеличаване

общата генерирана електроенергия от централата.

Таблица 6-6: Сравнение между вариантите CCGT 1P+ORC и CCGT 1P за

период от седем месеца

Глава 7. Използване на слънчева енергия за охлаждане на въздуха за

горене

Основен проблем за работата на базовите модели на централата Ал Анбар

е повишаването на температурата на въздуха в околната среда през летните

месеци. Като резултат от повишаването на температура на въздуха,

компресорът се натоварва допълнително, което води до увеличаване на

консумираната от него мощност от вала на турбината и до намаляване на

Months Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Des

Ambient temperatures 0C 15 18 22 30 36 41 43 43 40 33 24 17

River water Temperatures 0C 9,7 14,6 16,3 19,2 27,2 28,9 31,0 31,0 29,0 22,0 19,2 11,6

CCGT-1P-HRSG+ORC

Fuel Gas Kg/s 28,12 27,24 26,4 26,04 26,04 26,56 27,7

Eff. Net % 55 54,41 54,14 53,9 53,9 54,14 55

GT MW 514 492 470 462 462 474 502

ST MW 270 259 254 251 251 255 266

ORC MW 9 10 9,4 8,7 8,7 9,7 10,5

Stack temperatures 86,32 80,09 79,94 80,14 80,15 79,75 81

Configurations Fuel Consumption Kg/S Net Efficiency GT power MW ST power MW ORC power MW Consumption MW Stack Temp.

℃

Months

CCGT 1P+ORC 28,12 55 514 270 9 9,7 86,32 April

CCGT 1P 28,12 54 517 268 0 9 142,4

CCGT 1P+ORC 27,24 54,41 492 259 10,4 9,8 80,09 May

CCGT 1P 27,24 53,76 494 257 0 9,1 147,8

CCGT 1P+ORC 26,40 54,14 471 255 9,4 9,8 79,94 June

CCGT 1P 26,40 53,54 473,4 253 0 9,14 146,1

CCGT 1P+ORC 26,04 53,9 462 251 8,7 9,8 80,14 July

CCGT 1P 26,04 53,34 464 249 0 9,14 145,5

CCGT 1P+ORC 26,04 54,9 462 251 8,7 9,8 80,15 Aug

CCGT 1P 26,04 53,34 464 249,5 0 9,14 145,5

CCGT 1P+ORC 26,56 54,14 474 255 9,8 9,8 79,75 Sep

CCGT 1P 26,56 53,55 478 253 0 9,14 145,5

CCGT 1P+ORC 27,70 55 502 266 10,5 9,7 81 Oct

CCGT 1P 27,70 54,24 506 264,6 0 9,1 144,2

21

разполагаемата мощност на вала на турбината за задвижване на генератора.

В тази глава се предлага на входа на компресора да се монтира охладител

на въздуха, който да бъде захранван със студена вода от абсорбционен

чилър. Хладилната машина се захранва с пара произведена за сметка на

слънчевата енергия, която се усвоява чрез Френелови слъчневи

концентратори. Тази модификация на базовите модели се нарича слънчево

охлаждане на въздуха - СОВ, а в дисертацията е обозначена чрез +SIC.

Най-горещите месеци в Ирак са Юли и Август, но слънчевото излъчване

има годишен максимум през месец Юни, поради тази причина СОВ е

проектирана за условията през този месец. Целта на този вариант е да се

осигури максимална ефективност на газотурбинния цикъл при високите

температури на въздуха през горещия период.

С помощта на софтуерния пакет Thermoflex е симулирана работата на три

варианта, а именно:

1. CCGT 3P+SIC - първи базов модел комбиниран със система за соларно

охлаждане на входа.

2. CCGT 1P+SIC втори базов модел комбиниран със система за соларно

охлаждане на входа.

3. CCGT 1P +ORC+SIC - втори базов модел комбиниран със система за

соларно охлаждане на входа и ОЦР на изопентан.

Софтуерният пакет Thermoflex изчислява стойността на директното

слънчево излъчване на система за слънчево охлаждане на въздуха,

представено на фигура 7-6 за месец Юни. Резултатите от симулациите за

месеците от Април до Октомври са представени в Таблица 7-7 за CCGT

3P+SIC, в Таблица 7-8 за CCGT 1P+SIC и в Таблица 7-9 за CCGT 1P

+ORC+SIC.

Фигура 7-6 Графика на директното слънчево излъчване за месец юни при

условията в Ирак

22

Таблица 7-7. Симулация на хибриден вариант CCGT 3P+SIC, за периода от

Април до Октомври

Таблица 7-8: Симулация на хибриден вариант CCGT 1P+SIC, за периода от

Април до Октомври

Таблица 7-9: Симулация на хибриден вариант CCGT 1P +ORC+SIC, за

периода от Април до Октомври

Сравнение на експлоатационните характеристики на вариантите със СОВ и

съответните варианти без СОВ е представено в Таблици 7-10, 7-11 и 7-12.


Ambient temperatures

℃

15 18 22 30 36 41 43 43 40 33 24 17

River water Temperature 9,7 14,6 16,3 19,2 27,2 28,9 31,0 31,0 29,0 22,0 19,2 11,6

Max.Solar D.IR W/M2 838,6 855,3 860,5 858,9 848,3 821,5 775,2

Values of CCGT-3P-RH-2HRSG+SIC

Fuel Gas Kg/s 29,7 29,68 29,66 29,64 29,64 29,66 29,7

Eff. Net % 56,22 55,48 55,26 54,99 54,99 55,26 56,02

GT MW 555,5 555,2 554 554 554 554,6 555,5

ST MW 300 289 286 282 282 286 297


Ambient temperatures

℃

15 18 22 30 36 41 43 43 40 33 24 17

River water Temperature 9,7 14,6 16,3 19,2 27,2 28,9 31,0 31,0 29,0 22,0 19,2 11,6

Max.Solar D.IR W/M2 838,6 855,3 860,5 860,5 848,3 821,5 775,2

CCGT-1P-2HRSG+SIC

Fuel Gas Kg/s 29,7 29,68 29,66 29,64 29,64 29,66 29,7

Eff. Net % 53,13 52 51,24 50,74 50,74 51,38 52,78

GT MW 561,4 561 560 559,8 559,8 560,6 561,2

ST MW 270 262,8 260,3 257 257 260,3 268,5

Months statistics temperatures

℃

Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Des

Ambient 15 18 22 30 36 41 43 43 40 33 24 17

River water 9,7 14,6 16,3 19,2 27,2 28,9 31,0 31,0 29,0 22,0 19,2 11,6

Max.Solar D.IR W/M2 838,6 855,3 860,5 858,9 848,3 821,5 775,2

CCGT-1P-2HRSG+ORC+SIC

Fuel Gas 29,7 29,68 29,66 29,64 29,64 29,66 29,7

Eff. Net 53,47 52,9 52,21 51,81 51,81 52,35 53,24

GT MW 558 557,6 556,8 556,4 556,4 557 558

ST MW 271 270,6 269,7 268 268 269,6 271

ORC MW 9 9,7 10,3 10,4 10,4 10,3 9

23

През всички месеци кпд на цнетралата по базов модел 1 със СОВ е по-

високо от това без СОВ, докато при вариантите на базов модел 2

вариантите със СОВ имат по-ниско кпд от това без СОВ. През всички

месеци вариантите със СОВ произвеждат повече електроенергия от

съответните варианти без СОВ. Това се отнася както до общата генерирана

електроенергия така и до електроенергията генерирана по отделно в

газовата и в парната част на цикъла. Собствените нужди на централата са

съизмерими с електроенергията генерирана в ОЦР.

Таблица 7-10: Сравнение на експлоатационните характериситики на CCGT

3P и CCGT 3P+SIC за периода от Април до Октомври


1P и CCGT 1P+SIC за периода от Април до Октомври

Configurations Fuel Consumption Kg/S Net Efficiency GT power MW ST power MW Consumption MW Solar D.IR W/M2 Months

CCGT 3P+SIC 29,70 56,22 555,5 300 9,26 838,6 April

CCGT 3P 28,12 56,02 522 296,4 9,25 0

CCGT 3P+SIC 29,68 55,48 555,2 289 9,27 855,3 May

CCGT 3P 27,64 55,2 490,8 281,7 9,26 0

CCGT 3P+SIC 29,66 55,26 554 286 9,28 860,5 June

CCGT 3P 26,40 54,92 469,4 275,5 9,27 0

CCGT 3P+SIC 29,64 54,99 554 282 9,29 858,9 July

CCGT 3P 26,00 54,64 460 270,6 9,27 0

CCGT 3P+SIC 29,64 54,99 554 282 9,29 848,3 Aug

CCGT 3P 26,00 54,63 461 270,6 9,27 0

CCGT 3P+SIC 29,66 55,26 554,6 286 9,28 821,5 Sep

CCGT 3P 26,56 54,92 473,8 276 9,26 0

CCGT 3P+SIC 29,70 56,02 555,5 297 9,27 775,2 Oct

CCGT 3P 29,70 55,8 501,8 291,6 9,26 0

Configurations Fuel Consumption Kg/S Net Efficiency GT power MW ST power MW Consumption MW Solar D.IR W/M2 Months

CCGT 1P+SIC 29,7 53,13 561,4 270 9,13 838,6 April

CCGT 1P 28,12 54 517 268 9 0

CCGT 1P+SIC 29,68 52,07 561 262,8 9,17 855,3 May

CCGT 1P 27,24 53,76 494 257 9,1 0

CCGT 1P+SIC 29,66 51,24 560 260,3 9,19 860,5 June

CCGT 1P 26,40 53,54 473,4 253 9,14 0

CCGT 1P+SIC 29,64 50,74 559,8 257 9,88 860,5 July

CCGT 1P 26,04 53,34 464 249 9,14 0

CCGT 1P+SIC 29,64 50,74 559,8 257 9,88 848,3 Aug

CCGT 1P 26,04 53,34 464 249,5 9,14 0

CCGT 1P+SIC 29,66 51,38 560,6 260,3 9,83 821,5 Sep

CCGT 1P 26,56 53,55 478 253 9,14 0

CCGT 1P+SIC 29,7 52,78 561,2 268,5 9,75 775,2 Oct

CCGT 1P 27,70 54,24 506 264,6 9,1 0

24

Фигура 7-1 Схема на CCGT 3P+SIC

25

Фигура 7-3 Схема на CCGT 1P+ORC+SIC

26


1P+ORC и CCGT 1P+ORC+SIC за периода от Април до Октомври

Глава 8. Икономически и екологичен анализ

В тази глава са разгледани някои икономически и екологични аспекти на

симулираните базови модели и техните варианти с цел да се определи

оптималното решение за условията в Ирак. За сравнение са избрани

следните параметри: консумация на гориво (Fuel, kg/s), емисии на СО2 на

месечна база в килотонове (Monthly CO2 ktonne), електрическа мощност на

изхода на централата (Net Power MW), прогнозна цена на електроенергията

в американски долари за киловатчас (Electricity price USD/kWhr).

Стойностите на тези параметри са определени за периода от Март (Април)

до Октомври, като стойностите на параметрите, които са избрани за

референтни за съответния вариант са представени на цветен фон в

съответната таблица.

Софтуерният пакет Thermoflex включва модул PEACE (Plant Engineering

And Cost Estimation) за експертна оценка на капиталовите разходи за

основните (турбини, генератори, котел утилизатор, охладителна система

помпи) и спомагателните съоръжения (тръби, подгреватели) в централата,

както и за централата като цяло (комин, сгради). С помощта на този модул

е изчислена и прогнозната цена на електроенергията чрез уравнението за

осреднената цена на електроенергията:

LCOE= …….. (8.1)

Първо са представени резултатите за базовите модели, а именно CCGT 3P

(Таблица 8-1) и CCGT 1P (Таблица 8-3). След това са представени

резултатите за техните комбинации със СОВ - CCGT 3P+SIC (Таблица 8-5)

Configurations Fuel Consumption Kg/S Net Efficiency GT power MW ST power MW ORC power MW Consumption MW Solar D.IR W/M2 Months

CCGT 1P+ORC 28,12 54,94 514 270,6 9 9,66 0 April

CCGT 1P+ORC+SIC 29,7 53,47 558 271 9 9,81 838,6

CCGT 1P+ORC 27,24 54,41 492,4 259,4 10,4 9,76 0 May

CCGT 1P+ORC+SIC 29,68 52,9 557,6 270,6 9,7 9,87 855,3

CCGT 1P+ORC 26,40 54,14 471 255 9,4 9,77 0 June

CCGT 1P+ORC+SIC 29,66 52,21 556,8 269,6 10,3 9,89 860,5

CCGT 1P+ORC 26,04 53,9 462,4 251,4 8,7 9,78 0 July

CCGT 1P+ORC+SIC 29,64 51,81 556,4 268 10,4 9,88 860,5

CCGT 1P+ORC 26,04 53,9 462,4 251,4 8,7 9,78 0 Aug

CCGT 1P+ORC+SIC 29,64 51,81 556,4 268 10,4 9,88 848,3

CCGT 1P+ORC 26,56 54,14 475,2 255 9,8 9,78 0 Sep

CCGT 1P+ORC+SIC 29,66 52,35 557 269,6 10,3 9,8 821,5

CCGT 1P+ORC 27,70 54,86 503,6 266,7 10,5 9,76 0 Oct

CCGT 1P+ORC+SIC 29,7 53,24 558 271 9 9,76 775,2

27

и CCGT 1P+SIC (Таблица 8-7), а накрая и за комбинациите с ОЦР - CCGT

1P+ORC (Таблица 8-9) и за ОЦР съчетан със СОВ - CCGT 1P+ORC+SIC

(Таблица 8-11). Таблица 8.1: Експлоатационни характеристики на първи базов модел за

периода от Март до Октомври.

Таблица 8.3: Експлоатационни характеристики на втори базов модел за

периода от Март до Октомври.

Таблица 8-5: Експлоатационни характеристики на първи базов модел

комбиниран със СОВ за периода от Март до Октомври.

Model-CCGT-3P

Months Fuel kg/s Monthly CO2 Ktonne Net Power MW Electricity price USD/KWhr

March 29 193,92 818,5 0,0334

April 28,12 187,50 788,0 0,0336

May 27,64 181,58 753,0 0,0342

June 26,40 175,92 725,0 0,0345

July 26,00 173,67 712,0 0,0347

Aug. 26,00 173,67 712,0 0,0347

Sept. 26,56 177,08 730,0 0,0345

Oct. 29,70 184,67 773,0 0,0338

Model-CCGT-1P

Months Fuel Kg/s Monthly CO2 ktonne Net Power MW Electricity cost USD/kWhr

March 29,08 193,92 793 0,034

April 28,12 187,50 766 0,0342

May 27,24 181,58 733 0,0347

June 26,4 175,92 707 0,035

July 26,04 173,58 695 0,0352

Aug. 26,04 184,58 695 0,0344

Sept. 26,56 173,58 752 0,0352

Oct. 27,7 177,08 712 0,035

Model-CCGT-3P+SIC


April 29,7 198,00 836 0,0341

May 29,68 197,92 824 0,0345

June 29,66 197,75 820 0,0347

July 29,64 198,00 816 0,0343

Aug. 29,64 197,58 816 0,0348

Sept. 29,66 197,58 820 0,0348

Oct. 29,7 197,75 833 0,0347

28

Таблица 8-7: Експлоатационни характеристики на втори базов модел

комбиниран със СОВ за периода от Март до Октомври.

Таблица 8-9: Експлоатационни характеристики на втори базов модел

комбиниран с ОЦР за периода от Март до Октомври.

Оценка на капиталовложенията включва и разходи, които не са включени в

модула PEACE на софтуерния пакет Thermoflex. Тези разходи са оценени

от автора. Обобщение на разходите за един блок е представено по-долу.

1. Разходи оценени от модула PEACE - 224,906,800 USD

2. Присъщи разходи на изпълнителя - 30,949,200 USD

3. Присъщи разходи на инвеститора - 20,241,600 USD

4. Общо – стойност на проекта - 276,097,600 USD

Общата стойност на 1 kW инсталирана мощност с неопределеност от

±25% е 1230 USD/kW. С помощта на функцията Heat balance на модула

PEACE е направена разбивка на капиталовите разходи за електроцентрала

с комбиниран цикъл. Тя е представена на фигура 8-7. Например разходите

за газовите турбини (Gas Turbines) са 177 USD на 1 kW инсталирана

мощност или 14%.

Пълните разходи за отделните варианти са представени в Таблица 8-11.

Model-CCGT-1P+SIC

Months Fuel kg/s Monthly CO2 ktonne Net Power MW Electricity cost USD/kWhr

April 29,7 198,000 811,5 0,0355

May 29,68 197,917 803,6 0,0361

June 29,66 197,667 800 0,0365

July 29,64 197,583 796,8 0,0369

Aug. 29,64 197,583 796,8 0,0371

Sept. 29,66 197,750 800,5 0,0367

Oct. 29,7 198,000 809,7 0,0357

Model-CCGT-1P+ORC


April 28,12 187,50 773 0,0374

May 27,24 181,58 742 0,0378

June 26,4 175,92 715 0,0382

July 26,04 173,58 703 0,0385

Aug. 26,04 173,58 703 0,0385

Sept. 26,56 177,08 720 0,0381

Oct. 27,7 184,67 760 0,0375

29

Фигура 8-7 Финансова разбивка на разходите за електроцентрала с

комбиниран цикъл

Таблица 8-11: Общ размер на капиталовите разходи за изследваните

варианти

Configurations Total Capital Costs, USD

CCGT 3P 1,050,000,000

CCGT 3P+ SIC 1,141,287,906

CCGT 1P 950,000,000

CCGT 1P+SIC 1,041,287,906

CCGT 1P+ORC 960,054,374

CCGT 1P+ORC+SIC 1,0513,422,80

Влиянието на работата на отделните варианти на Г-ТЕЦ-КЦ върху

околната среда, се оценява чрез изчисляване на разликата между общата

генерирана мощност от варианта със СОВ и без СОВ, за горещия сезон,

например месец юни. Генерираната мощност от варианта със СОВ е 840

MW и от варианта без СОВ - 745 MW, което прави разлика от 95MW.

Недопроизведените 95 MW от варианта без СОВ в Ирак ще бъдат

произведени с дизелови генератори, които отделят допълнително

количество въглероден диоксид. За нуждите на този анализ е избран

дизелов генератор Caterpillar с нетна мощност 7.78 MW. На фигура 8-8 е

представен конфигурирания в Тhermoflex вариант за схема на дизелов

генератор за метеорологичните условия в Ирак през месец юни.

30

Фигура 8-8 Схема на дизелов генератор

В резултат на прости изчисления се получава, че недостига от 95 MW ще

бъде компенсиран с 13 броя дизелови генератори. Въглеродният диоксид,

който се освобождава от един дизел генератор е 4812 kg/h. В случай той

работи в продължение на 9 часа през деня от 12:00 до 21:00, той ще

генерира 43308 kg/day. Количеството на отделения СО2 от всички дизел

генератори за един ден ще бъде 563004 kg/day, а за месец Юни ще бъде

16890.12 тона.

За месец Юни централата без СОВ ще генерира 70858.8 тона СО2, а

централата със СОВ – 79626.24 тона. Всеки ден от месеца, в периода от

12:00 до 21:00 часа централата без СОВ ще генерира с 95 MW по-малко

електроенергия, от тази произведена от централата със СОВ. Този недостиг

се компенсира от 13 дизел генератора, които генерират допълнително

16890.12 тона СО2. Следователно за месец Юни, за генериране на едно и

също количество електроенергия централата със СОВ ще генерира с

8122.68 тона по-малко СО2 от централата без СОВ подпомогната от 13-те

дизел генератора.

В Таблица 8.14 от дисертацията е представена информация, която

позволява да бъдат сравнени базовите модели и техните модификации по

отношение на капиталните разходи, генерираната електроенергия за месец

Юни и специфичните емисии на СО2 в kg/MWh. От данните в таблицата се

вижда, че при модификацията на втория базов вариант със СОВ и ОЦР на

цената на 1342280 долара, спрямо първия базов модел, само за един месец,

Юни, се осигурява генерирането на допълнителни 365760 MWh при по-

ниски специфични емисии на СО2 с 900 g/MWh.

31

Table 8-14: Сравнение на базовите модели и техните модификации по

отношение на някои основни характериситики

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Целите и задачите на дисертационния труд са успешно постигнати.

В дисертацията са предложени холистични и съвременни решения,

необходими за възстановяване и развитие на енергийния сектор в Ирак. Те

биха спомогнали за намаляване на неблагоприятното въздействие върху

околната среда от основните енергопреобразуващи мощности в Ирак.

Настоящата дисертацията засяга някои проблеми свързани с намаляване на

кпд и генерираната мощност от Г-ТЕЦ-КЦ в горещия сезон в Ирак. В

дисертацията са изследвани експлоатационните характеристики на

различни варианти на модификации на базовите модели съществуваща в

Ирак Г-ТЕЦ-КЦ и са намерени възможни решения за преодоляване на

проблемите свързани с високата температура на въздуха в горещия сезон.

С помощта на софтуерния пакет Thermoflex в дисертацията са

идентифицирани несъвършенствата на цикъла на съществуващата Г-ТЕЦ-

КЦ Ал Анбар – първи базов модел CCGT 3P RH 2HRSG.

За преодоляване на тези несъвършенства е създадена модификация на този

базов модел, а именно CCGT 1P 2HRSG, който позволява изследване на

поведението на централата при климатичните условия в Ирак след

включване в нейния цикъл на различни съвременни решения за намаляване

на вредното й въздействие върху околната среда. С помощта на софтуерния

пакет Thermoflex е изследвано изменението на експлоатационните

характеристики на различните модификации на цикъла на централата в

горещия период. Изследвани са две основни модификации, а именно

М1: Включване на ОЦР на входа на комина, който да намалява

топлинното натоварване на околната среда от страна на централата.

Това са вариантите CCGT 1P +ORC (C5H12) и CCGT 1P +2ORC

(R245fa).

Models Total estimated capital cost $ Power production MWH CO2 emission Kg/MWH

CCGT-3P 1,050,000,000 2,563,200 351,6

CCGT-3P+SIC 1,141,287,906 2,937,600 350,1

CCGT-1P 950,000,000 2,502,000 360,1

CCGT-1P+SIC 1,041,287,906 2,868,480 358,1

CCGT-1P+ORC 960,054,374 2,530,800 356,1

CCGT-1P+SIC+ORC 1,051,342,280 2,928,960 350,7

32

М2: Включване на входа на компресора на инсталация за слънчево

охлаждане на въздуха за горене. Тук са изследвани 4 варианта, а

именно: CCGT 3P +SIC, CCGT 1P +SIC, CCGT 1P +ORC+SIC

Общо в дисертацията са създадени и изследвани 7 варианта на топлинна

схема на Г-ТЕЦ-КЦ с мощността на съществуващата Г-ТЕЦ-КЦ Ал Анбар.

Освен изменението на експлоатационните характерситики на тези варианти

при изменение на темпеартурата на въздуха и на охлаждащата вода е

направена и оценка на необходимите инвестиции за създаване на всеки

вариант. На базата на този анализ вариантът CCGT 1P +2ORC (R245fa) е

оценен като неперспективен. При съвременните условия на пазара на

тежко енергетично оборудване базовия модел CCGT 1P (CCGT 1P 2HRSG)

и неговите модификации CCGT 1P +ORC и CCGT 1P +SIC са по-евтини от

съществуващия базов модел CCGT 3P RH 2HRSG. Модификацията CCGT

1P +ORC+SIC е незначително по-скъпа, но пък има най-малкото

неблагоприятно въздействие върху околната среда.

За една и съща мощност подавана към мрежата през месец Юни са

сравнени емисиите на парникови газове от Г-ТЕЦ-КЦ създадена по базов

модел CCGT 3P RH 2HRSG, чиято мощност трябва да бъде допълвана с 13

дизел генератора, и Г-ТЕЦ-КЦ създадена по базов модел CCGT 1P 2HRSG+

SIC. Втората централа би произвела необходимата електро-енергия с

8122.68 тона по-малко емисии на СО2.

Приноси на дисертациинния труд

Приносите на дисертационния труд могат да бъдат обобщени както следва:

1. Създаване в средата на софтуерния пакет Thermoflex на два базови

модела (CCGT 3P RH 2HRSG и CCGT 1P 2HRSG) на Г-ТЕЦ-КЦ Ал Анбар

в Ирак. Процеса на създаване и резултатите от изследванията са

представени в публикации Р5 и Р7.

2. Тестване в средата на софтуерния пакет Thermoflex на инженерно

решение (СОВ) за повишваване на генерираната електроенергия и кпд на

Г-ТЕЦ-КЦ чрез понижаване на температурата на въздуха за горене на

входа на компресора на газовата турбина с помощта на абсорбционна

хладилна машина захранвана с пара произведена от слънчева енергия

усвоена чрез Френелови слъчневи концентратори. Процеса на създаване на

решението и резултатите от изследванията са представени в публикации Р1

и Р3.

3. Тестване в средата на софтуерния пакет Thermoflex на инженерно

решение за намаляване на топлинното натоварване на околната среда от Г-

33

ТЕЦ-КЦ чрез усвояване на отпадната топлина от димните газове на входа

на комина чрез ОЦР. Процеса на създаване на решението и резултатите от

изследванията са представени в публикация Р2.

4. Привеждане на доказателство, че при климатичните условия и

съществуващата концепция за покриване на върховия товар през горещите

месеци в Ирак Г-ТЕЦ-КЦ комбинирана със СОВ (слънчево охлаждане на

въздуха за горене на входа на компресора на газовата турбина) ще генерира

необходимата електроенергия с около 8100 тона/месец по-малко емисии на

СО2.

5. Привеждане на доказателство, че при климатичните условия в Ирак Г-

ТЕЦ-КЦ работещ по схемата CCGT 1P+ORC+SIC има по-високо кпд от Г-

ТЕЦ-КЦ Ал Анбар, а капиталните разходи за неговото изграждане и

пускане в експлоатация са почти същите. Това решение може да бъде

използвано за изграждане на новите Г-ТЕЦ-КЦ в Ирак.

Публикувани части от дисертационния труд

P1. Mohammed Q. Jabbar, Boncho Bonev, Peter Stankov, Alexander Grigorov

“Utilization of solar thermal energy to improve thermal performance of CCP”,

scientific conference “energy forum”, pp. 11-20, Varna, Bulgaria, 2013.

P2. Mohammed Q. Jabbar, Boncho Bonev, Alexander Grigorov “Simulation

calculations for improving thermal performance of binary cycle by include a

triple”, XVIII National scientific conference, ISSN 1314-5371, Vol 1, pp. 174-

181, Sozopl, Bulgaria, 2013.

P3. Mohammed Q. Jabbar, Boncho Bonev, Alexander Grigrov “Simulation

calculation of Al Anbar combined power plant”, Thermal Engineering”, Vol 7,

ISSN 1314-2550, pp. 49-52, Varna, Bulgaria, 2014.

P4. Mohammed Q. Jabbar “Improvement of performance operation and cycle

efficiency of Al Anbar combined power plant”, XIX scientific conference,

“EMF”, ISSN 1314-5371, Vol 1, pp. 156-163, Sozopl, Bulgaria, 2014.

P5. Mohammed Q.Jabbar, Boncho BONEV, Alexander GRIGOROV

“Comparison of analyzed findings for simulated combined power plant”,

Thermal Engineering”, Thermal Engineering”, Vol 10, ISSN 1314-2550, pp. 8-

11, Varna, Bulgaria, 2015.

P6. Mohammed Q.Jabbar “Simulation and analyses of combined power plant

integrated with thermal inlet air cooling”, XX national scientific conference with

international participation, “EMF”, Vol.1, ISSN 1314-5371, pp. 173-179,

Sozopl, Bulgaria, 2015.

Documents

Автореферат на ДИСЕРТАЦИЯ