DOI: https://doi.org/10.20998/2078-774X.2017.11.01

Estimating the Engineering and Technical Performances for the Stage Thermal Circuit of Turbine Unit Operating on Low-Boiling Working Media

Oleksandr Shubenko, Mykola Babak, Oleksandr Volodymyrovych Senetskyi, Volodymyr Sarapin

Анотація


The data of engineering and economical analysis on the estimation of the value of required investments and the payback period in the case of implementation of the two-cascade cogeneration plant of a low power to realize "the biopower village" strategy have been given. The basic engineering and economical performances of mini-heat power plant were defined for climatic conditions in the city of Zaporozie. It has been established that the realization of this mini-HPP with the installed electric power of 110 KW can be promising (the 3.2 – year payback period) only at the standard fuel price of at least 40 USD and the energy price of 2.2. UAH (KW∙h) and the heat price of 2200 UAH/Gcal. At the installed electric power of mini-HPP of 450 KW (350 KW∙e for the first ORC (organic Rankin Cycle) loop) and 100 kW∙e for the second loop and the same prices for the electric power and the heat the realization of it can be promising at 70 USD/t.s.f. (tons of standard fuel). The research was done to compare a change in payback periods for the given mini HPP depending on the prices for energy carriers. The obtained data showed that for the project of mini-HPP operating on the biomass with the power of 110 kW∙e at available prices for power carriers the payback period will exceed 5 years. To shorten the payback period it is expedient to realize mini-HPP starting from the electric power of 450–550 kW∙e. The ordinary payback period for such a power plant will range from 2.7 to 4 years depending on the specific cost of the equipment. If the biomass power energy is sold at a current "green rate" (0.1239 EUR/(kW∙h) available in Ukraine the payback period for the given mini-HPP will be reduced 1.5 times. The preferences established by the State (+5 %) using the equipment manufactured in Ukraine will make the proposed mini HPP even more competitive.

Повний текст:

PDF (Русский)

Посилання


Cabinet of Ministers of Ukraine (2011), "Postanova KabInetu Ministriv Ukrayni no. 942 vid7veresnya2011r.Prozatverdzhennya pereliku prioritetnih tematichnih napryamiv naukovih doslidzhen i naukovo-tehnichnihrozrobokna perioddo2020 roku [Resolution of the Cabinet of Ministers of Ukraine no. 942 on September7,2011.Onapproving the listofpriority thematic areas of research and scientific and technological development fortheperiodtill2020]", Cabinet ofMinistersof Ukraine, No. 942, available at: http://zakon.rada.gov.ua/laws/ show/942-2011-п(accessed13 January 2017).

Cabinet of Ministers of Ukraine (2013), "Postanova PrezidiY NAN Ukrayni no. 179 vid 20 grudnya 2013 r. Osnovninaukovinapryami ta nayvazhlivishi problemi fundamentalnih doslidzhen u galuzi prirodnichih,tehnichnihigumanitarnihnaukNatsionalnoyakademiy nauk Ukrayni na 2014–2018 roki [Resolution of the Presidiumofthe National AcademyofSciencesofUkraine no. 179 on December 20, 2013 The main research areas and the most importantproblemsofbasicresearchinthe field of natural, technical and humanitarian sciences of the National Academy ofSciencesof Ukraineon2014–2018]", Cabinet of Ministers of Ukraine, No.179,availableat:www.nas.gov.ua/text/CouncilOfPresidents/Napryamky.pdf(accessed 12 December 2016).

Geletuha, G. G., Zheleznaya, T. A. and Prahovnik, A. K. (2015), "Analiz energeticheskih strategiy stran ES i mira i roli vnihvozobnovlyaemyih istochnikov energii. Analiticheskaya zapiska BAU № 13 [An analysis of the energy strategiesoftheEUandtheworld and the role into them of renewable energy sources. AnalyticalNoteBAUnumber13]",Bioenergeticheskayaassotsiatsiya Ukrainy, available at: www.uabio. org/activity/uabio-analytics(accessed26November2016).

Kozhuhovskiy, I. S. (2013), "Kontseptsiya razvitiya infrastrukturyi elektrosnabzheniya i tsentralizovannogoteplosnabzheniyana osnove raspredelennoy generatsii i kogeneratsii [The concept ofinfrastructuredevelopment electric powersupplyanddistrictheating based on cogeneration and distributed generation]", Sankt-PeterburgskiypolitehnicheskiyuniversitetPetraVelikogo, available at: http://nnhpe.spbstu.ru/wp-content/uploads/2015/09/2013_10_24_АПБЭ.pdf,(accessed10 December 2016).

(2015), "SShA investiruyut v stroitelstvo 10 mini-TETS v Harkovskoy obl. [United States to invest in the construction of10mіnі-CHP in the Kharkiv region]", ElektroVesti. Portal pro elektrosnabzhenie, available at:http://elektrovesti.net/41896_ssha-investiruyut-v-stroitelstvo-10-mini-tets-v-kharkovskoy-obl (accessed 12 December 2016).

Matiyuk, L. N. (2016), "Osnovnaya kontseptsiya: "Bioenergeticheskaya derevnya" [The basic concept: "BioenergyVillage"]".Special Agency for Renewable Resources (FNR), Gülzow, FachagenturNachwachsendeRohstoffee.V.,availableat:http://saee.gov.ua/sites/default/files/1_Bio.pdf, (accessed 04January2017).

Shubenko, O., Malyarenko, V., Babak, М., Senetskyi, О. and Sarapin, V. (2017), "Developing the Cascade Thermal Circuitforthe Turbine Unit Operating on Low-Boiling Working Medium Intended for Agricultural PowerEngineering",BulletinofNTU"KhPI".Series: Power and heat engineering processes and equipment, no. 10(1232), pp. 13–24,ISSN 2078-774X,doi:10.20998/2078-774X.2017.10.02.

Sokolov, E. Ya. (2006), "Teplofikatsiya i teplovyie seti: uchebnik dlya vuzov [District heating and heat networks: atextbookfor high schools]", Publishing House MEI, Moscow.

Shubenko, A. L., Malyarenko, V. A., Senetskyi, A. V. and Babak, N. Yu. (2014), "Kogeneratsionnye tehnologii v energetikenaosnove primenenija parovyh turbin maloy moshchnosti [Cogeneration technologies in energy on based the useoflow-powersteam turbines]", IPMach NAS of Ukraine, Kharkov, ISBN 978-966-02-7059-6.

Gerasimov, S. M., Vinnitskiy, I. P., Misak, Y. S. and Kahikalo, T. G. (1998), "GKD 34.09.108-98. Rozpodil vitrati palivanateplovih elektrostantsiyah na vidpuschenu elektrichnu i teplovu energiyu pri Yh kombinovanomu virobnitstvi. Metodika[GCD34.09.108-98. fuel distribution at the thermal power stations for the supplied electricityandheatwiththeircombinedproduction. Methodology]", LvivORGRES, Lviv, Ukraine.

Nezhentsev, V. V. and Dubovik, V. S. (1990), "Povyishenie effektivnosti ispolzovaniya toplivno-energeticheskih resursovvpromyishlennosti [More efficient use of energy resources in the industry]", Technik, Kiev, Ukraine.

Shubenko, A.L., Babak, N. Yu., Senetskyi, A. V. and Rogovoy, S. V. (2014), "Perevod maloy teploelektrotsentrali naszhiganiemestnogo topliva v ob'emah, obespechivayuschih ee rabotu v letnee vremya [Translation ofsmallheatandpowerplanton the local combustion of fuel in quantities that ensure its work in the summer time]", Energysaving.Energy.Energyaudit, No. 04(122), pp. 17–26, ISSN 2218-1849.

Geletuha, G. G., Zheleznaya, T. A. and Drozdov, O. I. (2013), "Kompleksnyy analiz tehnologiy vyrobnitstva energii ztverdoibiomasy v Ukraini. Chastyna 1. Soloma [Comprehensive analysis of the technologies of energyproductionfromsolidbiomassinUkraine. Part 1. Straw]", Prom. teplotehnIka, Vol. 35, No. 3, pp. 57–63, ISSN 0204-3602.

Zinchenko, V. and Yashin, M. (2011), "Energiya miskantusa. Deshevoy nefti ne budet! [Energy miscanthus. Cheap oilwillnot!]", LesProm inform, No. 6, pp. 134–140, ISSN 1996-0883.

Perederiy, S. (2010), "Schepa kak tverdoe biotoplivo v Evrope [Wood chips as a solid biofuel in Europe]", LesProm inform,No.5, pp. 132–135, ISSN 1996-0883.

(1993), "DSTU 2042-92. Briketi torf'yani na komunalno-pobutovi potrebi. Tehnichni umovi [DSTU 2042-92. Briquettes ofpeatfor household needs. Technical conditions]", State Committee for Standardization and Certification Ukraine, Kiev, Ukraune.

Tyurina, E. A. (2013), "Innovatsionnye tehnologii pererabotki biomassy v ekologicheski chistye topliva i elektroenergiyu[Innovative technologies for processing biomass into clean fuel andelectricity]",Vozobnovlyaemayaenergetika.Putipovyisheniyaenergeticheskoy i ekonomicheskoy effektivnosti REENROR-2013:mater.PervogoMezhdun. foruma 22-23oktyabrya 2013 g, , pp. 361–363, Ob'edinennyy institutvyisokihtemperaturRAN,Moscow, Russia.

(2016), "My delaem energiyu zelenoy! [We make green energy!]", Bioenergeticheskaya assotsiatsiya Ukrainy. Officialwebsiteof the manufacturer, available at: http://www.uabio.org/ru/ (accessed 20 December 2016).

Gneushev, V. A., Stadnik, A. S. and Krohmalyuk, Yu. A. (2012), "Logika sooruzheniya i obespecheniya biotoplivom mini-TETSvUkraine [Logic of construction and ensure biofuels mіnі-CHP in Ukraine]", Energy saving. Energy. Energy audit, No. 07(101),pp.44–52, ISSN 2218-1849.

(2011), "DSTU B V.1.1-27:2010. Budivelna klImatologiya [DSTU B V.1.1-27:2010. Construction climatology]",MinregionbudUkraine, Kiev, Ukraine.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


1 Постанова Кабінету Міністрів України № 942 від 7 вересня 2011 р.Прозатвердженняперелікупріоритетнихтематичнихнапрямів наукових досліджень і науково-технічнихрозробокнаперіод до 2020 року[Електронний ресурс] / Кабінет Міністрів України. – 2011. – № 942. – 5 с. –Режимдоступу:http://zakon.rada.gov.ua/laws/show/942-2011-п. – Загл. з екрану. – 13.01.2017.
2 Постанова Президії НАН України № 179 від 20 грудня 2013 р. Основні наукові напрями та найважливішіпроблемифундаментальних досліджень у галузі природничих, технічних і гуманітарних наукНаціональноїакадеміїнаукУкраїнина2014–2018 роки [Електронний ресурс] / Кабінет Міністрів України. – 2013. –№179. – 42 с. –Режимдоступу:www.nas.gov.ua/text/CouncilOfPresidents/ Napryamky.pdf. – Загл. з екрану. – 12.12.2016.
3 Гелетуха, Г. Г. Анализ энергетических стратегий стран ЕС и мира и роли в них возобновляемых источниковэнергии.Аналитическая записка БАУ № 13 [Электронный ресурс] / Г. Г. Гелетуха, Т. А.Железная,А.К.Праховник//Биоэнергетическая ассоциация Украины. – 2015. – 18 с. – Режимдоступа:www.uabio.org/activity/uabio-analytics. – Загл. с экрана. – 26.11.2016.
4 Кожуховский, И. С. Концепция развития инфраструктуры электроснабжения и централизованноготеплоснабженияна основе распределенной генерации и когенерации [Электронный ресурс]. – 2013.–29 с. –Режимдоступа:http://nnhpe.spbstu.ru/wp-content/uploads/2015/09/2013 _10_24_АПБЭ.pdf. – Загл. с экрана.–10.12.2016.
5 США инвестируют в строительство 10 мини-ТЭЦ в Харьковской обл. [Электронный ресурс] /ЭлектроВести.Порталпро электроснабжение. – 2015. – Режим доступа: http://elektrovesti.net/41896_ ssha-investiruyut-v-stroitelstvo-10-mini-tets-v-kharkovskoy-obl. – Загл. с экрана. – 12.12.2016.
6 Матиюк, Л. Н. Основная концепция: «Биоэнергетическая деревня» [Электронный ресурс] / Л. Н. Матиюк//Специальное агентство по возобновляемым ресурсам (FNR). – Gülzow : FachagenturNachwachsendeRohstoffee.V.,2016.–54 с. – Режим доступа: http://saee.gov.ua/sites/ default/files/1_Bio.pdf. –Загл. с экрана. – 04.01.2017.
7 Шубенко, А. Л. Разработка каскадной тепловой схемы турбоустановки на низкокипящих рабочих телахдлясельской энергетики / А. Л. Шубенко, В. А. Маляренко, Н.Ю. Бабак, А.В. Сенецкий, В. П. Сарапин//ВісникНТУ«ХПІ».Серія:Енергетичні та теплотехнічні процеси й устаткування. – Харків : НТУ «ХПІ», 2017. –№10(1232).–С.13–24. – Бібліогр.: 26 назв. – ISSN 2078-774X. – doi: 10.20998/2078-774X.2017.10.02.
8 Соколов, Е. Я. Теплофикация и тепловые сети : учеб. для вузов / Е. Я. Соколов. – Москва : Издательский домМЭИ,2006. – 472 с.
9 Когенерационные технологии в энергетике на основе применения паровых турбин малой мощности [Текст] / А.Л.Шубенко, В. А. Маляренко, А. В. Сенецкий, Н. Ю. Бабак // Институт проблем машиностроения НАН Украины. –Харьков,2014. – 320 с. – ISBN 978-966-02-7059-6.
10 ГКД 34.09.108-98. Розподіл витрати палива на теплових електростанціях на відпущену електричну і тепловуенергіюпри їх комбінованому виробництві. Методика / С. М. Герасимов, І. П. Винницький, Й. С. Мисак, Т.Г.Кахикало.–Львів : ЛьвівОРГРЕС, 1998. – 18 с.
11 Неженцев, В. В. Повышение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов в промышленности/В. В. Неженцев, В. С. Дубовик. – Киев : Техника, 1990. – 128 с.
12 Перевод малой теплоэлектроцентрали на сжигание местного топлива в объемах, обеспечивающих ее работувлетнее время / А. Л. Шубенко, Н. Ю. Бабак, А. В. Cенецкий, С.В.Роговой//Энергосбережение.Энергетика.Энергоаудит. – 2014. – № 04(122). – С. 17–26. – ISSN 2218-1849.
13 Гелетуха, Г. Г. Комплексний аналіз технологій виробництва енергії з твердої біомаси в Україні. Частина 1. Солома /Г.Г. Гелетуха, Т. А. Желєзна, О. І. Дроздова // Промислова теплотехніка. – 2013. – Т. 35. – № 3. – С. 57–63. –ISSN0204-3602.
14 Зинченко, В. Энергия мискантуса. Дешевой нефти не будет! / В. Зинченко, М. Яшин // ЛесПром информ. – 2011. –№6. – С. 134–140. – ISSN 1996-0883.
15 Передерий, С. Щепа как твердое биотопливо в Европе / С. Передерий // ЛесПром информ. – 2010. – № 5. – С. 132–135. – ISSN 1996-0883.
16 ДСТУ 2042-92. Брикети торф'яні на комунально-побутові потреби. Технічні умови. – Введено 01.01.1993. – Київ:Державний комітет стандартизації метрології та сертифікації України, 1993. – 4 с.
17 Тюрина, Э. А. Инновационные технологии переработки биомассы в экологически чистые топлива и электроэнергию/Э. А. Тюрина // Возобновляемая энергетика. ПутиповышенияэнергетическойиэкономическойэффективностиREENROR-2013: матер. Первого Междун. форума 22–23октября2013 г.–Москва:Объединенный институт высоких температур РАН, 2013. – С. 361–363.
18 Мы делаем энергию зеленой! [Электронный ресурс] / Биоэнергетическая ассоциация Украины : официальный сайт.–2016. – Режим доступа: http://www.uabio.org/ru/. – Загл. с экрана. – 20.12.2016.
19 Гнеушев, В. А. Логика сооружения и обеспечения биотопливом мини-ТЭЦ в Украине / А. В. Гнеушев, А. С.Стадник,Ю. А. Крохмалюк // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. – 2012. – № 07(101). – С. 44–52. –ISSN2218-1849.
20 ДСТУ Б В.1.1-27:2010. Будівельна кліматологія. – Введено 01.11.11. – Київ : Мінрегіонбуд України, 2011. – 127 с.