Д. А. Капралов – ООО «Турбомашины»

Семинар с таким названием прошел в Московском энергетическом институте (ТУ) 3 декабря. Его цель – ознакомить с программным комплексом Thermoflow и опытом его использования при технико-экономическом анализе, проектировании и оптимизации режимов работы тепловых электростанций. Организаторами выступили кафедра тепловых электростанций МЭИ и научно-исследовательская лаборатория (НИЛ) «Газотурбинные и парогазовые ТЭС».
Участники семинара – руководители и специалисты ОГК и ТГК, отвечающие за реконструкцию и строительство объектов, проектирование и инжиниринг, а также руководители подразделений перспективного развития, представители специализированных организаций.
Семинар открыл В.Д. Буров – заведующий кафедрой тепловых электростанций МЭИ. Он отметил, что в российской энергетике большинство ТЭЦ и ГРЭС построены на базе паросиловых блоков. Программы, применявшиеся для их расчетов, – линейные. С появлением ПГУ и других новых технологических решений тепловые схемы электростанций стали значительно сложнее. При реализации проектов ТЭС необходимо обеспечить согласование режимов работы оборудования и систем, оптимизацию параметров и характеристик. Это особенно сложно в случаях интеграции нового оборудования при реконструкции действующих станций. Для ТЭЦ важно также учитывать характер электрических и тепловых нагрузок.
При проектировании ТЭС проводятся конструкторские и поверочные расчеты тепловых схем. В первом случае разрабатывается концепция энергоблока ТЭС и технические требования к основному оборудованию. При поверочных расчетах проверяется совместимость оборудования, определяются его характеристики, а также блока в целом при всех возможных режимах.
В новых экономических условиях для разработки и реализации проектов ТЭС важны предпроектные работы. В мировой практике эти исследования составляют до 60 % от стоимости проектных работ в целом. Сегодня надо достаточно точно рассчитать гарантированные показатели сложных энергоблоков (это важно как для заказчиков, так и для исполнителей проектов) и обеспечить отдельные гарантированные характеристики по оборудованию.
Поэтому при разработке проектов ТЭС необходимо применять современные и достоверные программные комплексы, которые позволяют сократить трудозатраты и выбрать оптимальные технические решения.
Официальный представитель компании Thermoflow в России Е.А. Захаренков рассказал о разработанных программных продуктах. Главный офис консалтинговой компании, основанной в 1981 году, расположен в Садбери (Бостон), а европейский офис – в Аллендорфе (Франкфурт). Начиная с 1987 года основные усилия компании направлены на разработку программного обеспечения для моделирования электростанций, затрачено более 250 тыс. человеко-часов компетентных специалистов. На сегодня продано около 7200 копий всех программ в 74 странах мира.
Thermoflow предлагает полный набор инжиниринговых программ как для выполнения термодинамических расчетов на основе тепловых балансов, так и для проектирования конструкций оборудования, включая оценку стоимости (табл.). Часть программных продуктов Thermoflow переведена на русский язык специалистами НИЛ «Газотурбинные и парогазовые ТЭС» МЭИ.
Программы GT PRO и GT Master предназначены для расчетов ГТУ, ПГУ, когенерационных систем, ПГУ с газификацией, станций обессоливания (MSF, MED, RO). В расчетах используется база данных с техническими и стоимостными характеристиками более 350 газотурбинных установок, которая периодически обновляется. Расчет тепловых схем выполняется с максимальной детализацией и с учетом всех необходимых граничных условий.
Используя программы, можно задавать различные исходные данные и рассчитывать технико-экономические зависимости при конструкторском расчете с GT PRO и поверочных расчетах с GT Master. Существует двусторонняя связь этих программ с MS Excel для управления моделями станций из MS Excel. Файлы GT PRO могут быть переданы в программу Thermoflex c гибкой программной средой.
Аналогичные функции выполняют программы Steam PRO и Steam Master для паросиловых электростанций, ТЭЦ, а также станций на биомассе и пиролизном газе, циклов СЭС и АЭС. В программе осуществляется автоматизированный процесс проектирования и режимные расчеты, с использованием базы данных по 130 видам топлива (угли, биомасса, газы и др).
Программа Thermoflex предназначена для расчетов любыт типов ТЭС, включая ГТЭС, ГПЭС, ПГУ, АЭС, электростанций на биомассе и пиролизном газе, солнечных циклов, циклов Калины, органических циклов Ренкина и др. Особенности программы – графический интерфейс, включающий более 170 элементов, проектирование и режимные расчеты, база ГТУ, газопоршневых и дизельных двигателей.
К любому из основных продуктов Thermoflow подключается программа PEACE (Plant Engineering and Construction/Cost Estimator), которая позволяет проводить предварительную оценку капитальных вложений в проект по всем статьям затрат, оптимизацию и детальную спецификацию оборудования.
Применение средств имитационного моделирования режимов ТЭС при реализации информационных систем управления производственными процессами (ИСУ ПП) в генерирующей компании было темой доклада, который представили В.В. Ларин и В.В. Максимов – компания «КРОК». Являясь крупнейшим системным интегратором в России, компания активно использует программные продукты Thermoflow.
Докладчики продемонстрировали расчет тепловых и электрических балансов с имитационным моделированием (точность не менее 3 %) и оптимизацией технологических процессов для станции мощностью 100 МВт. При работе станции на балансирующем рынке (БР) и на рынке «на сутки вперед» (РСВ) ожидаемый ежемесячный экономический эффект составит:
•    от правильного ведения режима (при отклонении 2 %) – 500 тыс. рублей;
•    от расчета оптимальных оперативных ценопринимающих заявок – до 2,5 млн рублей;
•    от оптимизации издержек на топливо при изменениях на балансирующем рынке – до 5 млн рублей.
Об использовании программного комплекса Thermoflow при определении гарантированных показателей на примере ПГУ-190 Тюменской ТЭЦ-1 рассказал А.А Дудолин (кафедра ТЭС). В программной среде требовалось «увязать» конкретное оборудование ТЭЦ. Расчет проводился на основании данных по выбранному оборудованию блока и по режимам его работы и характеристикам – ГТУ, паровой котел, ПТУ, вспомогательное оборудование.
После подготовки и аппроксимации данных было выполнено моделирование оборудования, интегрирование его в технологические блоки, сборка всей тепловой схемы. На следующих этапах выполнялась проверка тепловой схемы, расчет на проектном режиме и расчет тепловой схемы на непроектных режимах. После анализа результатов расчета сделан вывод и сформированы таблицы в соответствии с требуемыми гарантированными показателями.
В процессе работы выполнено компьютерное моделирование элементов ПГУ с учетом всех собственных нужд и характеристик оборудования. Была проверена сопоставимость работы оборудования на всех режимах ГТУ, КУ, ПТУ, моделирование паросиловой и теплофикационной частей схемы. Выполнен расчет основных гарантийных показателей тепловой экономичности ПГУ-ТЭС для характерных значений температур наружного воздуха (–15; 0; 15 °С) при 100 %-й нагрузке ГТУ.
Для определения гарантированных показателей нужны в первую очередь результаты расчетных показателей и оценка рисков по их обеспечению. В каждом конкретном случае она определяется исходя из гарантий как по оборудованию, так и всей схемы в целом, а также из условий подписанного с заказчиком контракта. Применение программы Thermoflow при финансово-экономическом анализе энергообъектов было темой выступления Е.В. Макаревич (кафедра ТЭС). Экономический анализ проекта, выполненный с ее использованием, предоставляет инвесторам информацию, достаточную для обоснования целесообразности участия в реализации проекта. Она включает оценку финансовой состоятельности проекта, расчет показателей коммерческой эффективности инвестиций, расчет объема общих инвестиционных и производственных издержек.
Технические программы Thermoflow используются для моделирования и расчета различных вариантов тепловых схем. Для выполнения экономической оценки к каждой из них подключается отдельная программа PEACE. Она позволяет не только определить капитальные вложения в энергообъект, основываясь на конкретном оборудовании тепловой схемы, но и рассчитать основные показатели коммерческой эффективности проекта (чистый дисконтированный доход, дисконтированный период окупаемости, норму рентабельности инвестиций).
Такие расчеты необходимы на стадии предварительной проработки для выбора оптимального варианта тепловой схемы как с технической, так и с экономической точки зрения.
Докладчик представила сравнение двух котлов-утилизаторов для ГТУ SGT5-4000F мощностью 280 МВт: высокоэффективного – полностью укомплектованного, и бюджетного – базовой комплектации. Расчеты выполнены с учетом конкретных условий объекта, климатических особенностей, исполнения оборудования и стоимости его доставки и т.д. Произведен расчет массогабаритных характеристик оборудования, его стоимости, строительства, монтажа и пусконаладки. Стоимость котлов отличается в два раза. Таким образом, для получения корректных результатов экономического анализа необходимо строить модель тепловой схемы с учетом всех граничных условий и с максимальной детализацией.