Портал по тригенерации, когенерации и мини-ТЭЦ

Распределение топливных затрат на электрическую и тепловую энергию, производимую ТЭЦ

Д.т.н. Б.В. Яковлев, профессор,
заведующий сектором РУП «БелНИПИэнергопром», г. Минск
(«Энергия и менеджмент», № 6, 2005 г.)

Суть проблемы

Определение себестоимости электрической и тепловой энергии, производимой в раздельных специализированных теплоэнергетических установках (электрической - в конденсационных паротурбинных, газотурбинных, парогазотурбинных; тепловой - в котельных), не вызывает сложностей, поскольку главная составляющая стоимости энергии - топливная, а точнее, расход топлива -поддается простому расчету и учету. Сложнее определить реальные топливные затраты на каждый вид энергии (электрической, тепловой), производимый в комбинированном теплофикационном цикле (в мировой терминологии - когенерацион-ном), что обусловлено не только термодинамической и физической особенностью такого цикла, но и механизмом формирования тарифов на энергоносители, учитывающим коммерческие интересы производителей и потребителей энергии. А устанавливаемые тарифы, к сожалению, не всегда являются экономически реальными, как, например, при перекрестном субсидировании промышленного и коммунального теплового потребления, когда предприятия платят за энергию, получаемую от централизованных источников, в несколько раз дороже ее себестоимости. Результаты применения этого «механизма» - сооружение на предприятиях собственных источников энергии, вызвавшее отказ потребителей от услуг действующих систем теплофикации и централизованного теплоснабжения и, как следствие, неоправданный пережог топлива, - ощущаются до сих пор. Сегодня наблюдается другая крайность - тариф на тепловую энергию (ТЭ), отпускаемую от источников концерна «Белэнерго», поддерживается ниже ее себестоимости, т.е. электроэнергетическая отрасль вынуждена работать с убытком.

В теплофикационном цикле изначально заложена выгода для производителя и потребителя (благодаря которому и возможно такое производство энергоносителей), поскольку при использовании теплоты отработавшего рабочего (пара, газа) топлива расходуется на 20-40% меньше, чем при раздельной выработке электрической и тепловой энергии. И этой выгодой надо делиться с потребителем ТЭ, чего сейчас нет.

Применяемый сегодня так называемый физический метод отнесения затрат топлива на производимую в теплофикационном цикле электрическую и тепловую энергию исходит из того, что вся получаемая при этом экономия топлива относится на отпускаемую от ТЭЦ электроэнергию, а расход топлива на отпускаемую тепло-энергию принимается по его расходу котлом, тогда как здесь справедливой и привлекательной для потребителя (промышленного, коммунального, бытового) была бы оплата стоимости (тарифа) потребляемой им тепловой и электрической энергии, определяемой исходя из технологически реальных расходов топлива и других издержек производства.

Известный эксергетический метод, по мнению его авторов и сторонников [1, 2], вполне объективно решает эту термоэкономическую задачу, поскольку учитывает деградацию ТЭ в рабочем цикле. Например, отводимая потребителю из теплофикационного цикла с отработавшим паром низкопотенциальная теплота имеет небольшую остаточную энергоценность по отношению к исходной энергии топлива, чем при оценке по физическому методу, а получаемая из высокопотенциальной теплоты электроэнергия, напротив, большую. То есть, в отличие от физического, в эксергетическом методе происходит обратное перераспределение топливной составляющей в стоимости получаемой в комбинированном цикле электрической и тепловой энергии. Но названный метод не прост в практическом применении, хотя в принципе, при наличии спроса на ТЭ различного потенциала, последний энергетически и экономически должен учитываться при отпуске от энергоустановки теплоты потребителю.

Предлагались и другие методы.

Прошедшая в 1989-1990 гг. по этой давней проблеме (она возникла с появлением теплофикации в России) очередная дискуссия ученых и специалистов [1, 2] не привела к позитивным результатам и каким-либо компромиссным решениям. По-прежнему консервативно главенствует физический метод.

В [3] предложен метод определения экономически обоснованных тарифов на электриче-

скую и тепловую энергию, производимую ТЭЦ, где принят прямой расчет расхода топлива на производство электроэнергии по теплофикационному и конденсационному циклам с отнесением остального расхода (от полного) на тепло-энергию. Хотя этот метод опирается на физическую основу комбинированного производства обоих видов энергии, он также имеет некоторые условности и сложности в определении составляющих расхода топлива и в минимальной степени удешевляет стоимость отпускаемой ТЭ.

Тем не менее, по мнению автора, возможны простые, достаточно объективные методы распределения расхода топлива на производимую ТЭЦ электрическую и тепловую энергию, рассматриваемые ниже.

Пропорциональное распределение топливных затрат

Эффект от использования ТЭЦ всегда является системным. Поэтому в качестве основного критерия при выборе оптимального состава оборудования и режимов его работы следует рассматривать экономию топлива, обеспечиваемую на ТЭЦ, против схемы замещения - раздельной схемы энергоснабжения:

В общем виде критерий ΔВЭК характеризует не только экономичность работы ТЭЦ в теплофикационном режиме, но и эффективность дополнительной (против режима теплового графика) конденсационной выработки электроэнергии, а также влияние расхода энергии на собственные нужды ТЭЦ. Величина ΔВЭК будет максимальной не обязательно при работе ТЭЦ по чисто тепловому графику нагрузок. Изменение в (1) значений bзам и bкот скажется на абсолютной величине ΔВЭК, но не изменит результаты сопоставления эффективности различных режимов работы ТЭЦ, что также является достоинством этого критерия.

Критерий системной экономии топлива можно применить и при разнесении топливных затрат на производимую ТЭЦ электрическую и тепловую энергию, что и предлагается в рассматриваемом пропорциональном методе.

Суть его состоит в том, что получаемая в теплофикационном цикле экономия топлива относится как на электрическую, так и на тепловую

энергию пропорционально их соотношению в общем отпуске энергии. Это соотношение, в свою очередь, зависит от применяемой комбинированной энерготехнологии (ПТУ, ГТУ, ПГУ, ГПА), характеризуемой величиной удельной выработки электроэнергии на единицу отпущенной от энергоустановки теплоты.

Чисто теплофикационная установка. Для такой установки можно записать:

· удельный пропорциональный расход топлива на отпуск электроэнергии от ТЭЦ, кгу.т./(кВт.ч):

· удельный пропорциональный расход топлива на отпуск ТЭ от ТЭЦ, кг у.т./Гкал:

Величина Wт зависит от начальных и конечных термодинамических параметров цикла (температуры, давления) отбираемой теплоты, и метод ее определения рассматривается в [4].

Δb - удельная экономия топлива на единицу отпущенной от энергоустановки теплоты, кг у.т./Гкал (кгу.т./МВт):

Метод определения экономии топлива от теплофикации рассматривается в [4].

Aт, Aэ - соответственно доля тепловой и электрической энергии в суммарной их энергии (в одних единицах измерения):

Aт=Qт/(Qтт)=1/(1+0,86Wт)=1-Aэ; (8)

Aэ=Qт/(Qтт)=Wт/( 1,163+Wт)=1 -Aт. (9)

Здесь Wт в МВт.ч/Гкал (или в относительных единицах).

Как следует из формул (2) и (3), при суммарном расходе топлива, соответствующем физическим его расходам на производство обоих видов энергии, удельный пропорциональный расход топлива на отпуск теплоты потребителям оказывается меньше физического расхода, а на отпуск электроэнергии, напротив, больше, что и позволяет уменьшить затраты потребителя на оба вида энергии за счет большего снижения стоимости ТЭ, чем повышение стоимости электрической энергии. При этом важно, что чем больше величина Wт (более совершенная энерготехнология), тем больший выигрыш получит ТЭЦ от производства электрической энергии, что абсолютно справедливо.

Проиллюстрируем это примером.

Как видим, в первом случае топливная составляющая в стоимости ТЭ снижается на 33%, а во втором - на 51 %, что делает абсолютно невыгодным использование на теплопотребляющих предприятиях собственных теплоисточников, на которых такого выигрыша нет, ибо теплота производится с физическим расходом топлива.

Изменение значений для

возможного диапазона изменения Wт и принятых в примере величинb,bТЭЦ(ф),bТЭЦ(ф)представлено в таблице.

Как видно из таблицы, показатели дифференцированно учитывают топливную ценность (соответственно и себестоимость) отводимой от удельный расход топлива, который находится как, кгу.т./МВт:

Применив и здесь коэффициенты долевого отпуска энергии Aт и Aэ, получим выражения для определения удельного пропорционального расхода топлива на каждый вид энергии:

Такой подход допустим, т.к. расходы топлива ) , определяемые по формулам (4) и (5), на 1 МВт электрической и тепловой мощности оказываются примерно равными (обычно

Как видим, расхождение в расходах топлива, найденных обоими методами, составляет 6-7%, что можно считать приемлемым.

Теплофикационно-конденсационная установка. Для такой установки в формуле (7) в расчете на выработанную энергию вместо величины bТЭЦ(ф)эт(выр) (удельный расход топлива на выработанную теплофикационную электроэнергию) используется средневзвешенный удельный расход топлива на общую выработку электроэнергии ТЭЦ - теплофикационную и технологически связанную с ней конденсационную, определяемый как, кгу.т./(кВт.ч):

энергоустановки теплоты и произведенной на ней электроэнергии (величина Wт), что весьма существенно.

Для чисто теплофикационных установок (режимов) может быть применен способ пропорционального распределения топливных затрат на отпущенную электрическую (Эт(отп)ТЭЦ) и тепловую (QТЭЦт(отп)) энергию через единый средневзвешенный

где BТЭЦ - полный расход топлива на производство электрической и тепловой энергии ТЭЦ (за рассматриваемый период); BэТЭЦ, BТЭЦ - полный расход топлива на производство электроэнергии и теплоты ТЭЦ; Эвыр. Э^ыр). ЭЦк(выр) – выработка электроэнергии ТЭЦ, соответственно, полная, теплофикационная и конденсационная.

В ЭТЭЦк(выр) входит только вынужденная конденсационная выработка электроэнергии, обусловленная выработкой электроэнергии по теплофикационному режиму, например, на технологически минимальном пропуске пара в конденсатор либо большем пропуске, необходимом для несения блоком (котел, турбина) минимально допустимой нагрузки.

При уменьшении или отсутствии тепловой нагрузки турбины расход топлива на выработку электроэнергии по свободному конденсационному режиму (электрическому графику) рассчитывается как для чисто конденсационной установки с учетом влияния на относительный внутренний КПД турбины теплофикационного потока пара [4]. При этом должна определяться допустимая величина свободной конденсационной выработки электроэнергии (кроме вынужденной пиковой), не приводящая к ухудшению экономических показателей работы ТЭЦ в энергосистеме. Это значит, что расход топлива на отпуск электроэнергии от ТЭЦ должен быть меньше, чем на замещающей конденсационной электростанции.

В результате объективным показателем оценки энергетической эффективности теплофикации и стоимости производимой при этом энергии может быть удельный расход топлива на отпуск ТЭ, найденный также из экономического распределения топливных затрат на производство электрической и тепловой энергии ТЭЦ[5],кгу.т./Гкал:

Величина bТЭЦ(эк)q(отп) реально отражает эффект от проводимых энергосберегающих мероприятий за счет применения новой техники и технологии, повышения технико-экономического уровня эксплуатации оборудования, оптимизации режимов работы оборудования и ТЭЦ в целом. Она может использоваться в качестве планового показателя эффективности работы ТЭЦ в энергосистеме, а также показателя, формирующего более привлекательный тариф для потребителей тепловой энергии и способствующего этим сохранению и развитию систем теплофикации.

Показатель _ недавно начал применяться в России. Пытаются его освоить и в Беларуси.

Как видно из выражения (16), получаемая в теплофикационном цикле экономия топлива в большей степени относится на отпускаемую ТЭ.

Если распределение расходов топлива по видам энергии также производить с учетом коэффициентов пропорциональности Aт и Aэ, то расчетные выражения экономически-пропорциональных (ЭП) расходов примут вид:

То есть имеем усовершенствованный экономический метод распределения топливных затрат на производимую ТЭЦ энергию.

Пример. Дополнительно к исходным данным рассмотренных примеров примем долю вынужденной конденсационной выработки электроэнергии, равной 20% от теплофикационной, с расходом топлива 0,4 кгу.т./(кВт.ч).

Тогда средневзвешенный расход топлива на

=122,5 кг у.т./Гкал. То есть, снижается расход топлива на отпуск электроэнергии (против bзам) и повышается на отпуск теплоэнергии от ТЭЦ (против величины, найденной по формуле (16)).

Резюме

Предложенный пропорциональный метод (и его разновидности) распределения топливных затрат на производимую ТЭЦ энергию вполне реален и легко реализуем. Используемые в нем расходы топлива на выработку тепловой и электрической энергии и величины производимой энергии вполне поддаются учету (замеру) и расчету. Известными являются общие расход топлива, произведенная электрическая и тепловая энергия. Расчетным путем может быть найдена выработка электроэнергии на тепловом потреблении, физические расходы топлива на выработку электрической и тепловой энергии [4]. Распределив расход топлива между видами произведенной энергии (тепловой и электрической - теплофикационной и конденсационной), рассчитываются (обычным методом) затраты на него и условно-постоянные затраты по видам энергии, что в итоге и определяет себестоимость отпускаемой от ТЭЦ электрической и тепловой энергии.

Пора от дискуссий о приемлемых методах определения себестоимости производимой ТЭЦ тепловой и электрической энергии переходить к практической временной апробации возможных методов и установлению для существующих экономических условий выгодного для производителя и потребителя энергии метода, каковым вполне может стать предлагаемый.

В условиях свободного рынка на энергоносители механизмы их ценообразования будут иные.

Литература

1. Теплоэнергетика. - 1989. № 1. С. 52-55.

2. Теплоэнергетика. - 1992. № 9. С. 48-63.

3. Денисов В. И. Метод расчета экономически обоснованных тарифов на электрическую и тепловую энергию, вырабатываемую ТЭЦ // Электрические станции. 2005. № 8. С. 16-23.

4. Яковлев Б.В., Яковлев Ю.Б. Теплофикация и тепловые сети: Учебное пособие. - Мн.: УВИЦ при УП «Белэнерго-сбережение», 2003. 126 с.

5. Яковлев Б.В. Повышение эффективности систем теплофикации и теплоснабжения. - Мн.: Адукацыя i выхаван-не, 2002. 448 с.