Совместная выработка тепла и электроэнергии в газотурбинных установках

Содержание

Введение 2
1 Отечественная история развития ГТУ 5
2 Общие сведения о когенерации 7
3 Общее устройство ГТУ 10
4 Сравнение ГТУ с другими тепловыми двигателями 14
5 Применение ГТУ для совместной выработки тепловой и электрической
энергии 15
Заключение 22
Список использованных источников 24

Введение

В РФ, действует в настоящее время несколько тысяч ТЭЦ (теплоэлектроцентраль) и ГРЭС (гидрорециркуляционная электростанция), в том числе свыше 60 тысяч котельных, вырабатывающих примерно 80% тепловой энергии. Поэтому РФ можно считать абсолютным лидером в мире по объемам централизованного теплоснабжения.
Актуальность темы исследования заключается в неэффективности использования устаревших агрегатов, в том числе низкий уровень КПД традиционных паросиловых турбин. В централизованных сетях тепловая энергия производится в большинстве своем на оборудовании прошлых поколений, избыток же тепловой энергии рассеивается в окружающую среду.
Применение систем производства электрической и тепловой энергии с использованием газотурбинных энергетических установок (ГТУ), является решением данной проблемы.
В настоящее время наметилась тенденция на строительство децентрализованных  комбинированных источников электро- и теплоснабжения (режим когенерации), устанавливаемых как в существующих отопительных котельных, так и на вновь возводимых источниках тепловой энергии.
Проблема работы заключается в том, что внедрение в РФ газотурбинных установок тормозится из-за недостаточной изученности их свойств.
В развитых странах повышается количество установок малой энергетики с когенерационным циклом, которые позволяют оптимизировать производство электроэнергии и тепловой энергии, промышленной и социальной инфраструктуры, в том числе обеспечить эффективное энергосбережение.
Степень разработанности темы исследования в научной литературе можно оценить как среднюю, так как специализированной литературе по ГТУ достаточно много, а вот литературы по работе ГТУ в энергетике относительно мало.
Целью работы является изучение совместной выработки тепла и электроэнергии в газотурбинных установках.
При этом будут решены следующие задачи:
1. Краткое рассмотрение отечественной истории развития ГТУ;
2. Рассмотреть основные принципы когенерации;
3. Рассмотреть общее устройство ГТУ;
4. Сравнить ГТУ с другими тепловыми двигателями;
5. Рассмотреть применение ГТУ для совместной выработки тепловой и электрической энергии.

1 Отечественная история развития ГТУ

Отечественная школа турбиностроения появилась на рубеже XIX-ХХ веков, оно связано с именами выдающихся соотечественников, профессоров Петербургского политехнического института, автора первого в России курса паровых турбин Н.Г. Пио-Ульского, и создателя первой в стране кафедры паровых турбин А.А. Радцига.
Конечно же, нужно упомянуть конструктора, изобретателя П.Д. Кузьминского. Среди большого количества разработок и новаторских идей есть первая парогазовая турбина, которую он построил и успешно испытал еще в конце XIX века.
Масштабные теоретические и опытные работы 30-40-х годов ХХ века, на базе которых у нас в стране создавались первые ГТУ, связаны с именами: Б.С. Стечкина, В.М. Маковского, Г.С. Жирицкого, В.В. Уварова, Я.И. Шнеэ, И.И. Кириллова, Г.Ю. Степанова, 3.Х. Абианца, Л С. Скубачевского и другие.
В одном ряду с ними стоят выдающиеся конструкторы: А.М. Люлька, он создал в середине 40-х гг. ХХ века первый отечественный авиационный двигатель, а позднее – целый ряд уникальных двигателей; создатели серийных авиационных газотурбинных двигателей С.К. Туманский, Н.Д. Кузнецов, А.А. Микулин, В.Я. Климов; создатели отечественной школы в области газотурбостроения для военно-морского флота С.А. Колосов, Г.И. Зотиков.В середине ХХ века прогресс в области газотурбостроения, был связан с успехами в авиации, и он повлиял на развитие стационарного газотурбостроения.
В нашей стране серийное производство ГТУ было начато с 60-х годов ХХ века, причем выпускались лишь ГТУ малой мощности. Например, завод «Экономайзер», 1962г. осваивает производство газотурбинных электростанций судового назначения мощностью 0,6МВт, созданных под руководством Г.М. Левина и С. Я. Ошерова.
С 1963г. Невский машиностроительный завод приступил к выпуску ГТУ мощностью 5МВт для привода нагнетателей газоперекачивающих станций.
По большинству технико-экономических показателей, для своего времени, эти установки вполне соответствовали мировому уровню.
На Харьковском турбогенераторном заводе в 1962 г. была построена первая отечественная крупная энергетическая ГТУ (мощностью 50МВт). У нее была достаточно прогрессивная конструкция, но ее доводочные испытания затянулись, и окончить их не удалось.
Также на долгие годы затянулась доводка другой ГТУ (мощностью 100МВт), которая была создана на Ленинградском металлическом заводе в 1970г. В дальнейшем было выпущено около 10 таких турбин, которые использовались в основном для покрытия пиковых нагрузок [1-2].
На ГРЭС-3 в 1990г. заработала первая в РФ газотурбинная энергетическая установка парогазового цикла мощностью 150МВт производства Ленинградского металлического завода, рисунок 1.

Рисунок 1 – Сборка ГТЭ-150
Газотурбинная установка ГТЭ-150:
Номинальная мощность – 128/157,6МВт;
КПД – 29,6/31%;
Температура газа:
перед турбиной – 950/1100 ºС;
за турбиной – 423/506 ºС;
Степень повышения давления воздуха – 12;
Расход воздуха через компрессор – 600кг/с;
длина – 15,1м;
ширина – 5,15м;
высота – 5м;
Удельная масса турборгуппы – 1,5/1,2 кг/кВт;
К концу 60-х годов относится и свертывание успешно развивавшихся работ по созданию энергетической ГТУ на начальную температуру 1200ºС, под руководством И.И. Кириллова и С.Я. Ошерова.
Так или иначе, к началу ХХI в. было катастрофическое отставание отечественного стационарного газотурбостроения от мирового уровня [5].
2 Общие сведения о когенерации

Высокоперспективным решением в области энергетики является развитие сферы энергетики, которая связана с получением энергии вне зависимости от централизованных сетей энерго- и теплоснабжения. Особое внимание нужно уделить комбинированной генерации разных видов энергии, это позволяет существенно повысить эффективность использования топлива в ходе производства энергии [4].
Когенерация, в техническом исполнении, – процесс, в котором электрическая и тепловая энергии одновременно вырабатываются в едином устройстве, именуемом «когенератором».
Когенерационные установки (КГУ) имеют относительно простое устройство. Обычно, это или газопоршневая (ГПУ) установка, или ГТУ. ГПУ – привычный двигатель внутреннего сгорания. ГТУ – реактивный двигатель, мощность у которого отбирается с помощью присоединения генератора к валу. Топливом для этих установок является газ, так как он экологичен и имеет достаточную теплоту сгорания.
В зависимости от объема расходуемой энергии подбирается тип и мощность установки. При расходе энергии менее 5МВт лучше использовать ГПУ, а если больше – лучше использовать к ГТУ. Но, при выборе системы нужно руководствоваться не только количеством потребляемых Вт, но и нужно иметь ввиду большое количество факторов в каждом конкретном случае, хотя вопрос объемов потребления здесь стоит как один самых важных.
В ходе выработки электроэнергии огромная доля побочной тепловой энергии утрачивается, что приводит к увеличению себестоимости производства. А при когенерации избыточная тепловая энергия используется для систем отопления производственных помещений и жилых.
Так же во время транспортировки электроэнергии теряется ее часть. Чтобы избежать больших потерь при передаче электричества от подстанции до потребителя, электроэнергию транспортируют при больших напряжениях. Однако, потребителю нужно более низкое, это влечет за собой дополнительные расходы на строительство трансформаторных подстанций. Таким образом, для более эффективной работы классических электро- и тепло центров нужна целая инфраструктура. Для КГУ необходим только подвод топлива (газа).
Инвестиции в КГУ являются экономически выгодными: за первые пять лет капитальные затраты после их ввода в эксплуатацию целиком покрываются.
Собственная ТЭЦ в будущем будет способствовать значительной экономии, что поможет чувствовать себя уверенно. Потребители собственной энергетической установки обретают источник относительно дешевой тепловой и электрической энергии, а инвесторы, которые решили на этом сэкономить, обязаны расплачиваться зависимостью от центральных энергетических сетей и их тарифов, к тому же всегда, в случае энергетических сбоев, будет риск остаться совсем без тепла и электричества.
В случае подключения КГУ к центральной тепловой и электрической сети она может быть источником дополнительного стабильного дохода. Это связано с тем, что лишнюю неизрасходованную энергию можно продать региональным энергетическим компаниям, которые могут ее перепродать, не исключая при этом, получения собственной определенной выгоды, а при пиковых нагрузках данные компании могут использовать ресурсы такой мини-ТЭЦ.
Для работы в России и странах с аналогичным географическим расположением, у КГУ есть огромный потенциал. В связи с чет, что большая часть наших регионов находится в северных широтах, то отопительный сезон достаточно продолжительный, в среднем семь и более месяцев, поэтому периоды без недостаточных нагрузок на КГУ в течение года достаточно непродолжительны.
КГУ при правильном эксплуатировании могут дать экономическую выгоду практически сразу в виде снижения затрат на электричество и тепло не менее чем в два раза, к тому же КГУ можно использовать свыше 30 лет.
Но чтобы получить высокие экономические показателей, нужно чтобы КГУ, работали с нагрузкой довольно близкой к максимальной. Так уменьшение потребления энергии вызовет уменьшение эффективности всей установки, и повысится себестоимость производимой энергии.
Основной недостаток когенерации – стабильное количество вырабатываемой энергии, из-за чего невозможно эффективно преодолевать ситуации с пиковыми нагрузками. Помимо этого, в летний период года потребность в тепловой энергии значительно уменьшается, и как результат уменьшается КПД [4].
3 Общее устройство ГТУ

Двигателями называются машины, которые преобразовывают какой-либо вид энергии в механическую работу. Тепловыми двигателями называются машины, которые преобразовывают тепловую энергию в механическую работу.
Самые распространенные типы тепловых двигателей:
реактивные двигатели (ракетные и турбореактивные);
газовые турбины;
двигатели внутреннего сгорания;
паровые турбины;
паровые машины.
Газовой турбиной ротационного типа, в котором в качестве рабочего тела используются продукты сгорания топлива смешанные с воздухом, в том числе нагретые до высокой температуры воздух или иные газообразные вещества, которые обладают некоторыми физическими свойствами – называется тепловой двигатель.
Сферы использования ГТУ будут определяться и определяются их сравнительными свойствами по отношению к другим типам двигателей.
ГТУ, в сравнении с паротурбинными установками, обладают:
меньшей потребностью в обслуживающем персонале;
простотой автоматического управления;
быстрым запуском;
малой потребностью в охлаждающей воде;
малыми габаритами и малой массой на единицу мощности.
При освоенных в настоящее время температурах газа, экономичность и единичная мощность ГТУ в простых схемных решениях уступают единичной мощности и экономичности паротурбинных установок [1-3, 5].
При использовании ГТУ выставляются строгие критерии качества к топливу. Например, вопрос применения твердого топлива в ГТУ находится в стадии разработки, а использование тяжелых мазутов сопряжено с удорожанием эксплуатации установок.
На рисунке 2 изображена принципиальная схема простой ГТУ. Компрессор 1 из атмосферы засасывает воздух, сжимает его до определенного давления, после чего сжатый воздух подается в камеру сгорания 2, также в камеру сгорания постоянно поступает газообразное или жидкое топливо.
То есть, при такой схеме сгорание топлива осуществляется непрерывно, при постоянном давлении, вследствие чего такие ГТУ именуются ГТУ со сгоранием при постоянном давлении или ГТУ непрерывного сгорания.

Рисунок 2 – Принципиальная схема ГТУ: 1 – компрессор; 2 – камера сгорания; 3 – газовая турбина; 4 – электрогенератор
Образуемые в результате сжигания топлива, в камере сгорания, горячие газы, подаются на турбину 3. Газ в турбине расширяется, и его внутренняя энергия преобразуется в механическую работу.
Из турбины, в окружающую среду, выходят отработавшие газы.
Часть мощности, которую развивает газовая турбина, расходуется на вращение компрессора, а оставшаяся часть (полезная мощность) передается потребителю.
Мощность, которую потребляет компрессором, сравнительно большая и при умеренной температуре рабочей среды в простых схемах может в 2-3 раза превышать полезную мощность ГТУ. Это приводит к тому, что полная мощность собственно газовой турбины обязана быть существенно больше полезной мощности ГТУ.
Из-за того, что газовая турбина может работать лишь при наличии сжатого воздуха, который поступает только от компрессора, приводимого во вращение турбиной, становится очевидным, что пуск ГТУ должен производиться от постороннего источника энергии (пускового мотора), при помощи которого компрессор будет вращаться до тех пор, пока из камеры сгорания не начнет поступать газ определенных параметров и в достаточном количестве, для начала работы газовой турбины.
Классификация стационарных газовых турбин:
По принципу действия:
пульсирующие;
со сгоранием при постоянном объеме;
со сгоранием при постоянном давлении.
По количеству валов:
трехвальные;
двухвальные;
одновальные.
По степени изоляции рабочего тела от окружающей среды:
стационарные полузамкнутого цикла. Это ГТУ, разомкнутая часть схемы которой предназначена для подвода воздуха из атмосферы в замкнутую часть и отвода из нее избыточного рабочего тела;
стационарные замкнутого цикла, в которых рабочее тело циркулирует по замкнутому контуру и изолировано от окружающей среды. В качестве рабочего тела в замкнутых ГТУ можно использовать любой газ;
стационарные открытого цикла, в которых воздух поступает из атмосферы и в атмосферу отводятся выхлопные газы.
По степени сложности тепловой схемы цикла:
стационарные регенеративного цикла, в которых часть процесса нагрева рабочего тела после сжатия производится тепловой энергией выхлопных газов;стационарные сложного цикла, термодинамический цикл которых содержит промежуточное охлаждение при сжатии рабочего тела и подогрев при его расширении;
стационарные простого цикла, термодинамический цикл которых состоит только из следующих друг за другом процессов сжатия, нагрева и расширения рабочего тела.
По назначению:
атомные, в которых, в качестве источника нагрева рабочего тела используется реактор с газовым охлаждением;
технологические – стационарные ГТУ, которые включены в технологический цикл производства;
утилизационные – стационарные ГТУ, рабочим телом которых являются газообразные продукты от хода производства обладающие энергией;
приводные – стационарные ГТУ, которые предназначены для привода компрессора или насоса;
энергетические – стационарные ГТУ, которые предназначены для привода электрического генератора.
Турбины, которые снабжены такими камерами, в которых процесс сгорания осуществляется в замкнутом объеме называются газовыми турбинами с постоянным объемом сгорания.
В турбинах со сгоранием при постоянном объеме от одного кг газа получается большая работа и несколько лучшая экономичность термодинамического цикла в сравнении с турбинами со сгоранием при постоянном давлении [1-3].
Несмотря на это турбины со сгоранием при постоянном объеме до сих пор не нашли применения, это связано со следующим:
по причине повышения опасности возникновения вибрации лопаток турбины, связанное с пульсацией потока, которая также может быть дополнительным возбудителем колебаний лопаток;
вследствие повышения гидравлических потерь, потому что, газ дросселируется при течении через клапаны и, потому что в самой турбине, которая работает при переменном давлении в камере, возрастают потери, что связано с тем, что только в какой-то определенный момент на протяжении цикла получается так называемый расчетный режим;
наличие клапанов усложняет конструкцию камеры сгорания и делает ее менее надежной, потому что выхлопной клапан работает в тяжелых условиях обтекания газами с высокой температурой.
4 Сравнение ГТУ с другими тепловыми двигателями

Если сравнивать паротурбинную установку (ПТУ) и ГТУ, то нужно подчеркнуть эксплуатационные и технические достоинства ГТУ [1-5].
Простота обслуживания и быстрота запуска. ГТУ с учетом наличия современных уровней автоматизации могут работать с дистанционным управлением, то есть без постоянного обслуживания.
Возможность автономной работы в регионах, у которых нет источников воды, инженерных коммуникаций и сетей.
Значительно меньшая стоимость, габариты и металлоемкость. Для ГТУ не нужно такое громоздкое оборудование как градирня, конденсатор, паровой котел. Не обязательным является и строительство промышленных корпусов, т.к. в регионах с умеренным климатом ГТУ можно расположить вне помещений.
Нужно подчеркнуть, что при малых и средних мощностях (ниже 60МВт) энергетическим ГТУ, помимо ПТУ, конкуренцию могут составить еще поршневые двигатели (дизели). КПД дизельных двигателей достигает 48-49%; дизельные энергетические установки (ДЭУ) по этому показателю превосходят как ПТУ, так и ГТУ.
Недостатком дизелей до последнего времени было принято считать ограниченный моторесурс.
Но от данного недостатка удалось избавиться, и у современных дизель-генераторов ресурс составляет до 100000 часов. В результате чего, масштабы применения дизельных электростанций (ДЭС) непрерывно растут.
Недостатки ГТУ при сравнении их с ПТУ:
Большая наукоемкость и более высокие технологические требования к производству.
Несколько меньший КПД, для современных ГТУ – 35-40 %, против 40-43 % для ПТУ.Невозможность работы на топочных мазутах и твердых видах топлива.
Основное достоинство ГТУ состоит в том, что они дают возможность создавать комбинированные парогазовые установки, в которых ПТУ и ГТУ, работая в рамках единой тепловой схемы, обеспечивают при предельных мощностях получение максимального КПД.
5 Применение ГТУ для совместной выработки тепловой и электрической энергии

Центральные электростанции это тип промышленных предприятий, который появился в конце ХIХ в. Так стали называть электростанции, которые обслуживают не одного конкретного потребителя энергии, а регион, состоящий из различных потребителей электроэнергии.
Было замечено, что при производстве электроэнергии можно достичь значительной экономии топлива, если применять для нужд теплопотребления пар, который частично отбирается из парового двигателя [1-4].
Скорей всего, первая электростанция с комбинированным производством электрической и тепловой энергии появилась в Нью-Йорке в 1882г., а уже в 1888г. в Москве и Петербурге заработали первые аналогичные электростанции.
С начала 30-х годов XX века в России успешно развивалась комбинированная выработка электроэнергии. Тогда же появился термин «Теплофикация», обозначающий: снабжение промышленных и коммунальных потребителей тепловой энергией на основе комбинированной выработки электрической и тепловой энергии.
Такие электростанции получили название «Теплоэлектроцентрали» или сокращенно ТЭЦ. Скорей всего, слово «централь» в данном контексте должно было подчеркивать, что обязательным свойством ТЭЦ являются протяженные электрические и тепловые сети, которые питаются от единого энергетического источника.
А электростанции, где производилась только электрическая энергии, стали именовать «Конденсационные электростанции» или КЭС, оставляя за любой электростанцией, работающей на органическом топливе собирательное понятие «Тепловая электростанция» (ТЭС).
В нашей стране Теплофикация приобрела достаточно обширное распространение и развитие, как способ уменьшения расходов на отопление.
С ростом экологической культуры и необходимостью в сокращении потребления ископаемых видов топлива появляется необходимость в самых эффективных способах преобразования и выработки энергии.
Традиционное раздельное производство электрической энергии конденсационными электростанциями и тепловой энергии котлами – малоэффективная технология, которая приводит к потере энергии с теплом уходящих газов.
Успешным технологическим решением данной проблемы являются когенераторы – автономные установки комбинированного производства электрической и тепловой энергии.
Появление ГТУ в энергетике, а также целого ряда комбинированных установок нового типа привело к смещению понятий и появлению большого количества новых обозначений и терминов.
Причем появились они так быстро, что терминология пока не устоялась. Например, для обозначения тепловой электростанции с ГТУ появился термин «Газотурбинная электростанция» (ГТЭС).
В большинстве случаев, под ТЭЦ, по сути, понимают энергоисточник, вырабатывающий в одной установке электроэнергию и тепловую энергию в виде потока горячей воды (пара) вне зависимости от типа используемого оборудования.
В последние десятилетия термин ГТУ-ТЭЦ появился и закрепился за ПГУ-КУ (парогазовая установка – котел утилизатор), в которых нет паровой ступени, и в КУ вырабатывается лишь энергия для теплового потребления. Такие установки имеют простую конструкцию.
Высокую степень использования бинарного тепла при простой конструкции КУ можно получить при отсутствии генерации пара в котле-утилизаторе. Как правило, в ГТУ-ТЭЦ котел-утилизатор одноконтурный.
ГТУ-ТЭЦ по виду тепловой нагрузки бывают промышленные, отопительные и комбинированные. Отопительные ГТУ-ТЭЦ применяются в системах коммунального теплоснабжения, они передают тепловую энергию сетевой воде для горячего водоснабжения и отопления. Промышленные ТЭЦ предназначаются для того чтобы обеспечить паром определенные технологические процессы.
Как правило, таким потребителям нужен насыщенный (либо слабо перегретый) пар низкого давления 1,6-0,3МПа, при этом в течение года тепловая нагрузка отличается стабильностью. Но, у промышленных ТЭЦ, зачастую, сезонная отопительная нагрузка и нагрузка по горячему водоснабжению, носит круглогодичный характер [3-5].
Простая схема отопительной ГТУ-ТЭЦ изображена на рисунке 3. В такой ГТУ-ТЭЦ взамен котла-утилизатора установлены 2 включенных последовательно газо-водяных теплообменника (ГВТО).
Первый по ходу газов теплообменник предназначен для того чтобы нагреть сетевую воду отопительной системы. Второй теплообменник предназначается для нагрева воды для системы горячего водоснабжения. В такой схеме предусмотрена камера дожигания (КД) перед первым теплообменником.
Параллельно контуру генерации тепловой энергии включен регенератор, который позволяет частично использовать тепловую энергию выхлопных газов для нагревания циклового воздуха перед камерой сгорания, уменьшая таким образом удельный расход топлива. Установка по рассматриваемой тепловой схеме в зависимости от необходимой величины тепловой нагрузки может работать в нескольких режимах:
ГТУ работает в автономном режиме;
с отключенной ГТУ, тепло генерируется лишь с помощью КД;
с форсированной тепловой мощностью, клапан 4 открыт – включена КД, остальные клапаны как при базовой нагрузке;
с отключенной отопительной нагрузкой, клапан 1 и 2 открыты, остальные закрыты;
с базовой тепловой нагрузкой отопления и горячего водоснабжения, клапаны 1, 2, 3, 4, 6 закрыты, клапан 5 открыт.

Рисунок 3 – Вариант принципиальной тепловой схемы отопительной ГТУ-ТЭЦ
На рисунке 3: 1-5 – шиберы системы газораспределения; ТН – отопительная нагрузка; ГВС – горячее водоснабжение; ГВТО1,2 – газо-водяные теплообменники; Р – регенератор.
Регулировать тепловую нагрузку возможно посредством уменьшения температуры выхлопных газов перед первым ГВТО. Для этого, управляя клапанами 1 и 2, выхлопные газы (или их часть) можно направить через регенератор по байпасной линии.
Разумеется такая схема лишь одна из возможных. Технические решения по ГТУ-ТЭЦ достаточно многообразны и отличаются как способами прохождения пиков тепловой нагрузки, так и конструкцией КУ.
Чтобы пройти пики отопительной нагрузки можно использовать установки резервного блока ГТУ-ТЭЦ, установки автономного пикового котла со сбросом в него газов после КУ, дожигание топлива и пр.
Проектируя ГТУ-ТЭЦ нужно стремиться к наименьшей (учитывая возможную коррозию) температуре уходящих газов.
Представление о фактических характеристиках современных ГТУ-ТЭЦ можно сделать на основании рисунка 4, где приведены данные по конкретным объектам, которые были построены за последнее время.

Рисунок 4 – Технические данные ряда крупных зарубежных ГТУ-ТЭЦ
У нас в стране внедрение ГТУ-ТЭУ было начато с северных территорий, при этом первые станции сооружались в районах газовых месторождений.
На рисунке 5 изображены технические характеристики ряда ГТУ-ТЭЦ отечественного производства.
Положительным моментом использования ГТУ в муниципальных образованиях является то, что содержание вредных выбросов в уходящих газах сравнительно низкое, что дает возможность устанавливать данное оборудование в жилом районе в черте города.

Рисунок 5 – Технические данные ряда отечественных ГТУ-ТЭЦ
Стоит также обратить внимание на возможности надстройки существующих котельных ГТУ, что дает возможность обеспечить надежное электроснабжение собственных нужд и уменьшить удельный расход топлива.
Использование ГТУ в мини-ТЭС будет экономически обосновано в комплексе с утилизационными контурами. Это можно объяснить относительно низким электрическим КПД газовой турбины 22-37%.
При таком варианте соотношение вырабатываемой электрической энергии и тепловой составляет 1:1,5. В зависимости от потребностей, ГТУ может комплектоваться водогрейными или паровыми котлами-утилизаторами, что дает возможность получать или пар (низкого, среднего, высокого давления) для технологических нужд, или горячую воду с температурой более 140°С.
Выработанную тепловую энергию можно использовать для производства холодной воды. В таком случае, как потребителя тепловой нагрузки, подключают абсорбционную холодильную машину (тригенерация). Общий КПД станции в составе комплексной выработки энергии увеличивается до 90%.
Наибольшая эффективность применения ГТУ будет при продолжительной работе с наибольшей электрической нагрузкой. В диапазоне мощностей порядка 10МВт есть возможность применения комбинированного цикла паровых и газовых турбин. Это дает возможность значительно увеличить эффективность применения станции, повышая КПД до 47%.
ГТУ предназначаются для эксплуатации в любых климатических условиях как основной или резервный источник электроэнергии и тепла для объектов производственного или бытового назначения.
За основу строительства электростанций ГТУ взята концепция блочно-модульного построения. Электростанции состоят из максимально унифицированных отсеков и модулей, что дает возможность в сжатые сроки создавать новые модификации агрегатов, в том числе совершенствовать, модернизировать устаревшие объекты с наименьшими затратами [1-4].
Заключение

На данный момент в мире можно проследить стойкую тенденцию к повышению производства и потребления тепловой и электрической энергии. Несмотря на структурные изменения в промышленности и переход на энергосберегающие технологии, потребности в тепло- и электроэнергии в ближайшее время будут увеличиваться.
Опираясь на изложенный материал, можно сделать вывод о том, что развитие системы совместного производства электро- и теплоэнергии в современной России является необходимость. Применение подобных систем, в сравнении с имеющимися монопольными тарифами, дает возможность существенно сократить расходы на потребляемую энергию, в том числе решить важнейшую проблему пиковых нагрузок и недостатков централизованных систем. КГУ имеют большой ресурсный потенциал, высокую надежность, у них большой диапазон мощностных ресурсов, что дает возможность применять подобные установки как для одного жилого дома, так и для целого района.
Применение КГУ дает возможность существенно сократить загрязнение окружающей среды, что является несомненным достоинством в мире, где стремятся использовать безопасные для экологии процессы и материалы.
Толчком к развитию газовых турбин послужили существенные перемены, которые произошли в электроэнергетике в 1990-е годы. Природный газ именно в позапрошлом десятилетии стал главным источником электроэнергии, что повлекло за собой стремительное развитие газовых энергетических технологий, прежде всего тех, которые основаны на применении ГТУ, и которые сейчас занимают довольно весомый сегмент рынка, причем, как в большой, так и в малой энергетике. ГТУ это силовой агрегат, который состоит из газовой турбины и механизмов, обеспечивающих его работу. Мощность ГТУ может колебаться в диапазоне 1-300МВт. Использовать газовую турбину малой мощности (до 5 МВт), обычно, не имеет смысла, так как показателей наибольшей эффективности ГТУ достигает как раз при мощности от 5МВт.
В то же время в рамках отдельно взятого предприятия ставить турбины в 250-300МВт также нецелесообразно – просто не найдется потребителей на такую мощность. Но, разумеется, в каждом конкретном случае варианты выбора силовой установки нужно рассчитывать отдельно. При выборе мощности и типа комбинированной энергоустановки нужно использовать предварительное технико-экономическое обоснование (ТЭО).
Экономические расчеты должны включать в себя не только расчет эффективности инвестиций и вычисление срока окупаемости, но и оценку существующих и будущих тарифов на тепловую и электрическую энергию.
Так как эффективность работы ГТУ находится в зависимости от степени загрузки оборудования, решение о выборе количества и единичной мощности установок нужно принимать опираясь на существующие и планируемые графики тепловых и электрических нагрузок.
Основой экономической эффективности газотурбинных когенеративных энергетических установок является их высокая тепловая и электрическая экономичность, которая достигается с помощью базового режима их работы на тепловом потреблении (горячее водоснабжение, отопление, отпуск тепла для производственных нужд).
Исторически сформировалось так, что пионерами в освоении газотурбинной технологии были создатели двигателей для самолетов и кораблей. Поэтому, в настоящее время, они накопили наибольший опыт в данной области и являются самыми квалифицированными специалистами.
В РФ, ведущие позиции в производстве энергетических ГТУ занимают предприятия, которые разрабатывают и изготавливают авиационные газотурбинные двигатели и ГТУ специально, созданные для энергетического использования. ГТУ уже признаны в энергетике, как надежное, полностью освоенное оборудование. ГТУ по своим эксплуатационным показателям не уступают традиционному энергетическому оборудованию.
Список использованных источников

Костюк, А. Г. Газотурбинные установки : учебник для студ.вузов / А.Г. Костюк – М. : Высшая школа, 1979. – 256 с.
Манушин, Эдуард Анатольевич. Газовые турбины: проблемы и перспективы / Э.А. Манушин. – М. : Энергоатомиздат, 1986. – 169 с.
Цанев, С.В. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций [Текст] : учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по направлению 650800 «Теплоэнергетика», специальности 100500 «Тепловые электрические станции» по дисциплинам «Парогазовые и газотурбинные установки электростанций» и «Тепловые и атомные электрические станции» / С. В. Цанев, В. Д. Буров, А. Н. Ремезов. - М. : МЭИ, 2002. - 574 с.
Тепловые и атомные электростанции: справочник / под общей ред. А.В. Клименко, В.М. Зорина. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во МЭИ, 2003.
Елисеев Ю. С. Теория и проектирование газотурбинных и комбинированных установок / Ю. С. Елисеев [и др.]. – М. : Изд-во МГТУ им. И. Э. Баумана, 2000. – 639 с.