Mathematical modelling of the CHP plant-10 power unit No 5 of “Baikal Energy Company” LLC to assess the efficiency of its modernisation

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The work aims to study the effect of changes in the drain scheme of the low-pressure regeneration on the energy and economic efficiency of the CHP plant-10 power unit No 5 of “Baikal Energy Company” LLC. In this study, we used a mathematical model of the power unit adjusted to the measurements results. The mathematical modelling of the power unit was performed using the “Computer-assisted programming system” application package. The created matematical model of the heat and power plant was tailored to the current state of the study object according to the three-stage identification procedure of the mathematical model parameters. We proposed a cycle arrangement under which three streams of the low-pressure drainages were redirected to the pump suction of the low-pressure heater. The improved mathematical model of the power unit allows the calculation of the parameters of both the existing and proposed cycle arrangements. According to the calculations, the temperature difference between the main condensate after the low-pressure heater 1 and the investigated drains after mixing is minimal and amounts to 3.2 °C. The suggested modernisation increases the energy efficiency of the power unit by 0.007% under the nominal operating conditions of the existing and proposed thermal circuit. In addition, the specific standard fuel consumption for electric generation is reduced by 0.052 g.s.s.f./kWh. The operating costs to implement the proposed engineering solutions amounted to 34,191 roubles. Considering the annual power plant extensive consumption factor, the payback period of the proposed modernisation will be 5.5 months. The savings for the first operation year are estimated at 18,423 roubles, based on the rate of return and depreciation expenses. The proposed approach combines mathematical modelling of operating power plants with a technique of increasing the efficiency of technical decision-making. The proposed versatile approach can be used for the modernisation of CHPs and other plants.

About the authors

F. V. Zabuga

Melentiev Energy Systems Institute, SB RAS; Baikal Energy Company, LLC

Email: xpbellow@rambler.ru

V. E. Alekseyuk

Melentiev Energy Systems Institute, SB RAS

Email: alexeyuk.vitaliy@yandex.ru

References

  1. Ведрученко В.Р., Жданов Н.В., Кульков М.В. Выбор критерия оценки эффективности разработки и реконструкции тепловой схемы энергетической установки // Вестник Сибирской государственной автомобильнодорожной академии. 2008. Вып. 7. С. 60-64 с.
  2. Клер А.М., Тюрина Э.А. Оптимизационные исследования энергетических установок и комплексов. Новосибирск: Акад. изд-во «Гео», 2016. 298 с.
  3. Гуторов В.Ф., Симою Л.Л., Эфрос Е.И. Пути повышения экономичности паротурбинных установок ТЭЦ // Теплоэнергетика. 2001. № 6. С. 32-37.
  4. Лупов Н.С. Принцип работы эжектора // Омский научный вестник. 2015. № 2. С. 167-168.
  5. Лазарев Л.Я., Соколов В.С., Фадеев В.А., Чижов B. В. Варианты модернизации ЦНД турбин большой мощности // Электрические сети. URL: https://leg.co.ua/arhiv/generaciya/varianty-modemizacii-cnd-turbin-bolshoy-moschnosti.html (12.12.2020).
  6. Меркулов В.А., Марченко Е.М. Влияние работы конденсационных устройств на эффективность турбоустановок в зависимости от загрузки электростанции // Радиоэлектроника, электротехника, энергетика: тез. докл. IX Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов (г. Москва, 4-5 марта 2003 г.): в 3 т. Т. 3. М.: Изд. дом «МЭИ», 2003. С. 148-149.
  7. Мошкарин А.В., Копсов А.Я., Великороссов В.В., Таран О.Е., Платов А.И. Тепловая эффективность замены поверхностного ПНД2 на смешивающий // Труды Ивановского государственного энергетического университета. Вып. З. Иваново: Изд-во ИГЭУ, 1999. C. 30-32.
  8. Алексеюк В.Э., Максимов А.С., Сафронов П.Г. Усовершенствованная методика идентификации математических моделей теплоэнергетического оборудования // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2019. Т. 23. № 3. С. 503-515. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2019-3-503-515
  9. Alekseiuk V. Improving the efficiency of the three-stage technique of mathematical model identification of complex thermal power equipment // ENERGY-21 - Sustainable Development & Smart Management: E3S Web of Conferences. 2020. Vol. 209. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202020903002
  10. Alexeyuk V.E. An improved technique for identification of mathematical models of thermal power equipment // Energy Systems Research. 2018. Vol. 1. No. 3. P. 53-60. https://doi.org/10.25729/esr.2018.03.0007
  11. Клер А.М. Эффективные методы схемнопараметрической оптимизации сложных теплоэнергетических установок: разработка и применение: монография. Новосибирск: Акад. изд-во «Гео», 2018. 145 с.
  12. Kler A.M., Zharkov P.V., Epishkin N.O. Parametric optimization of supercritical power plants using gradient methods // Energy. 2019. Vol. 189. https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.116230
  13. Kler A.M., Potanina Yu.M., Marinchenko A.Y. Cooptimization of thermal power plant flowchart, thermodynamic cycle parameters, and design parameters of components // Energy. 2020. Vol. 193. https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.116679
  14. Baghsheikhi M., Sayyaadi H. Real-time exergoeco-nomic optimization of a steam power plant using a soft computing-fuzzy inference system // Energy. 2016. Vol. 114. P. 868-884. https://doi.org/10.1016/j.energy.2016.08.044
  15. Wang Ligang, Yang Yongping, Dong Changqing, Morosuk T., Tsatsaronis G. Parametric optimization of supercritical coal-fired power plants by MINLP and differential evolution // Energy Conversion and Management. 2014. Vol. 85. P. 828-838. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2014.01.006
  16. Wang Chaojun, He Boshu, Yan Linbo, Pei Xiaohui, Shinan Chen. Thermodynamic analysis of a low-pressure economizer based waste heat recovery system for a coal-fired power plant // Energy. 2014. Vol. 65. P. 80-90. https://doi.org/10.1016/j.energy.2013.11.084
  17. Boyaghchi F.A., Molaie H. Sensitivity analysis of exer-gy destruction in a real combined cycle power plant based on advanced exergy method // Energy Conversion and Management. 2015. Vol. 99. P. 374-386. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2015.04.048
  18. Suresh M.V.J.J., Reddy K.S., Ajit Kumar Kolar. ANN-GA based optimization of a high ash coal-fired supercritical power plant // Applied Energy. 2011. Vol. 88. Iss. 12. P. 4867-4873. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2011.06.029
  19. Соболев С.П. Паровая турбина К-160-130 ХТГЗ. М.: Изд-во «Энергия», 1980. 192 с.
  20. Аронсон К.Э., Блинков С.Н., Брезгин В.И., Бродов Ю.М., Купцов В.К., Ларионов И.Д.. Теплообменники энергетических установок. Екатеринбург; УрФУ, 2015.. URL: https://openedu.urfu.ru/files/book/(12.12.2020).
  21. Клер А.М., Деканова Н.П., Тюрина Э.А., Корнеева З.Р. Теплосиловые системы: Оптимизационные исследования. Новосибирск: Изд-во «Наука», 2005. 236 с.
  22. Клер А.М., Деканова Н.П., Скрипкин С.К. и др. Математическое моделирование и оптимизация в задачах оперативного управления тепловыми электростанциями. Новосибирск: Наука, сиб. предприятие РАН, 1997. 120 с.
  23. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. 2-е изд., испр. и доп. Л.: Энергоатомиздат, Ленинградское отд-ние, 1991. 303 с.
  24. Кобзарь А.И. Прикладная математическая статистика. Для инженеров и научных работников: монография. 2-е изд., испр. М.: Изд-во «Физматлит», 2012. 816 с.
  25. Забуга Ф.В. Использование математической модели энергоблока для модернизации его технологической схемы // Системные исследования в энергетике: тр. молодых ученых Института систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН. Вып. 48. Иркутск: Изд-во ИСЭМ СО РАН, 2016. С. 51-56.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).