Vysvětlení výkonu plynové turbíny: měrná spotřeba tepla, výkon a podmínky na místě instalace

Jmenovitý výkon plynové turbíny je pouze výchozím bodem pro hodnocení projektu. Užitečnější je porovnat, kolik čisté elektrické energie může elektrárna dodávat při požadovaných podmínkách v dané lokalitě, kolik paliva k tomu spotřebuje a zda si tento výkon dokáže udržet v očekávaném provozním rozsahu. Stroj s vyšším štítkovým výkonem může za horkého dne dodávat méně využitelného výkonu, než se očekávalo, nebo při provozu pod plným zatížením spotřebovávat více paliva.

Měrnou spotřebu tepla, elektrický výkon a podmínky v lokalitě je proto nutné posuzovat společně. Každý údaj vychází z přesně stanovených hranic a předpokladů, které se musí shodovat, aby bylo možné porovnávat konkurenční nabídky.

Co vám měrná spotřeba tepla říká o spotřebě paliva

Měrná spotřeba tepla vyjadřuje energii obsaženou v palivu dodanou do elektrárny na každou jednotku vyrobené elektrické energie. Obvykle se uvádí v kJ/kWh nebo Btu/kWh. Nižší měrná spotřeba tepla znamená, že za uvedených podmínek je k výrobě stejného elektrického výkonu zapotřebí méně energie z paliva.

Vztah mezi měrnou spotřebou tepla a účinností je přímý, pokud se u obou používá stejný energetický základ a hranice elektrárny. Při použití jednotek kJ/kWh se elektrická účinnost rovná 3 600 děleno měrnou spotřebou tepla. Tento výpočet je užitečný pouze tehdy, pokud údaje popisují stejný vstup paliva a stejný bod měření elektrického výkonu.

Porovnání často ovlivňují dva důležité rozdíly:

• Hrubý versus čistý výkon: Hrubý výkon se měří na svorkách generátoru. Čistý výkon se vypočítá odečtením elektrického příkonu pomocných zařízení uvnitř dohodnutých hranic elektrárny. Čistá měrná spotřeba tepla je obvykle vyšší než hrubá, protože se při jejím výpočtu používá menší čistý výkon jako jmenovatel.
• Výhřevnost versus spalné teplo: Výhřevnost (LHV) nezahrnuje využitelné teplo spojené s kondenzací vody ve zplodinách hoření; spalné teplo (HHV) je zahrnuje. Při stejném průtoku paliva a elektrickém výkonu bude měrná spotřeba tepla založená na HHV vyšší. Porovnání údaje založeného na LHV s údajem založeným na HHV bez přepočtu může způsobit, že jedna nabídka bude vypadat účinněji, než ve skutečnosti je.

Ověřte také, zda uvedený údaj platí pouze pro plynovou turbínu, nebo pro celou elektrárnu. Elektrárna s kombinovaným cyklem využívá teplo z výfukových plynů turbíny k výrobě další energie, takže její měrnou spotřebu tepla nelze přímo porovnávat s měrnou spotřebou tepla jednotky s jednoduchým cyklem.

Jmenovitý výkon nemusí odpovídat výkonu v dané lokalitě

Výrobci běžně zveřejňují výkonové parametry pro stanovené referenční podmínky. Tyto údaje jsou užitečné pro předběžné posouzení, nenahrazují však výpočet výkonu pro konkrétní lokalitu. Dostupný výkon v místě projektu ovlivňují podmínky na vstupu, tlakové ztráty, vlastnosti paliva i provozní limity.

U závazku dodávky elektrické energie stanovte požadovaný výkon v místě předání elektřiny, nikoli pouze na svorkách generátoru. Rozdíl může zahrnovat vlastní spotřebu elektrárny, ztráty v transformátoru a další zatížení uvnitř dohodnutých hranic. Nabídka by měla uvádět, které z těchto položek jsou do výpočtu zahrnuty a které zůstávají mimo něj.

Důležitý je také příslušný provozní bod. Elektrárna navržená podle průměrné roční teploty nemusí pokrýt požadavky v době, kdy poptávka vrcholí za horkého počasí. Naopak dimenzování pouze na nejnepříznivější podmínky může vést k tomu, že zařízení bude po většinu své životnosti pracovat v neúčinném částečném zatížení. Rozhodnutí závisí na požadovaném výkonu, důsledcích jeho nedosažení a očekávané době provozu při jednotlivých zatíženích.

Jak podmínky v lokalitě ovlivňují výkon plynové turbíny

Teplota okolí a nadmořská výška

S rostoucí teplotou vstupního vzduchu jeho hustota obecně klesá. Kompresor pak při stejném objemovém průtoku nasává menší hmotnost vzduchu, což obvykle snižuje dostupný výkon turbíny. Měrná spotřeba tepla se může také zhoršit, rozsah změny však závisí na stroji a jeho řídicím systému. Podobný vliv má vysoká nadmořská výška v důsledku nižšího atmosférického tlaku: méně hustý vstupní vzduch obecně znamená menší hmotnostní průtok a nižší dostupný výkon.

Výkon posuzujte podle teplotního profilu dané lokality, nikoli podle jediné nominální hodnoty teploty okolí. Nejdůležitější jsou často podmínky, při kterých je smluvně vyžadován určitý výkon, a podmínky, za nichž se spotřebuje většina paliva. Tyto podmínky se mohou lišit.

Tlakové ztráty na vstupu a výstupu

Vzduchové filtry, tlumiče hluku, potrubí a zařízení pro chlazení vstupního vzduchu způsobují tlakové ztráty, než vzduch dosáhne kompresoru. Na výstupu vytvářejí protitlak tlumiče hluku, potrubí a zařízení pro zpětné získávání tepla. Obojí může snížit výkon a ovlivnit měrnou spotřebu tepla.

Ztráty je třeba posuzovat při realistických provozních podmínkách, včetně vlivu zanesení filtrů a navrženého uspořádání výfukového systému. Výpočet výkonu založený na čistém vstupu s nízkými ztrátami nemusí odpovídat provozu blízko limitu pro výměnu filtru. Stejně tak nelze předpokládat, že si turbína posuzovaná s jednoduchým výfukovým komínem zachová stejný výkon po připojení zařízení pro zpětné získávání tepla.

Vlhkost, palivo a chladicí voda

Vlhkost může ovlivnit vlastnosti vstupního vzduchu a výkon odpařovacích chladicích systémů. Složení paliva a jeho výhřevnost ovlivňují průtok paliva, průběh spalování a systémy regulace emisí; změny mohou mít vliv také na provozní limity. Specifikace paliva použitá ve výpočtu výkonu by měla odpovídat očekávaným dodávkám, včetně povoleného rozsahu, nikoli pouze nominálnímu složení.

U projektů s kombinovaným cyklem mohou teplota a dostupnost chladicí vody ovlivnit parní cyklus, a tím i celkový výkon elektrárny. Posouzení samotné plynové turbíny tento vliv nezachytí.

Účinnost při plném zatížení je pouze jednou ze složek provozních nákladů

Měrná spotřeba tepla při plném zatížení je důležitá, pokud jednotka dlouhodobě pracuje blízko jmenovitého výkonu. U elektráren, které přizpůsobují výkon poptávce, však může mít větší vliv výkon při částečném zatížení. Se změnou výkonu mohou nastavení regulace a energie potřebná pro pomocná zařízení měnit čistou měrnou spotřebu tepla. Jednotka s lepším výsledkem při plném zatížení proto nemusí během roku spotřebovat méně paliva.

Vyžádejte si výkonovou křivku pro zamýšlený rozsah zatížení a propojte ji s očekávanou dobou provozu v jednotlivých bodech. Zahrňte spouštění, odstávky a období minimálního zatížení, pokud významně ovlivňují spotřebu paliva a dostupnost. Tak získáte užitečnější odhad spotřeby paliva než vynásobením jediné hodnoty měrné spotřeby tepla roční výrobou.

Chlazení vstupního vzduchu představuje související kompromis. Za horkých podmínek může obnovit část výkonu snížením teploty vzduchu na vstupu do kompresoru, je však třeba zohlednit náklady na zařízení, jeho vlastní spotřebu, tlakovou ztrátu a u některých systémů také spotřebu vody. Jeho přínos závisí na četnosti potřeby výkonu při vysokých teplotách a na tom, zda dodatečný čistý výkon ospravedlní související náklady.

Před porovnáním nabídek stanovte hranice výkonu a zkoušek

Kvalitní technické hodnocení vychází ze společného souboru podmínek pro všechny uchazeče. Vyžádejte si garantovaný výkon a měrnou spotřebu tepla pro definované podmínky v lokalitě a také křivky znázorňující změny výkonu v závislosti na teplotě a zatížení. Nabídka by měla výslovně uvádět následující body:

• Místo měření elektrického výkonu, zahrnutá pomocná zatížení a základ výpočtu – hrubý, nebo čistý výkon.
• Složení paliva, použitý základ výhřevnosti a očekávané podmínky dodávky paliva.
• Teplotu okolí, tlak, vlhkost a předpokládané ztráty na vstupu a výstupu.
• Konfiguraci elektrárny včetně zařízení pro zpětné získávání tepla, chlazení vstupního vzduchu nebo regulaci emisí.
• Provozní podmínky pro jednotlivé údaje, například zatížení, konfiguraci zařízení a příslušné podmínky chlazení.
• Metodu výkonové zkoušky, měřicí přístroje, korekční postupy, nejistotu měření a způsob zohlednění odchylek od zkušebních podmínek.

Příslušné zkušební normy a smluvní požadavky by měly být v poptávce stanoveny jednotně a dohodnuty před dokončením záruk. Korekční křivky jsou zvlášť důležité, pokud zkoušku nelze provést za přesných záručních podmínek: určují, jak se naměřené výsledky převedou na dohodnutý základ.

U kompletní elektrárny tyto hranice ovlivňují také rozhraní mezi dodavateli zařízení a stranami odpovědnými za projektování, výstavbu a uvedení do provozu. SINO-QNP nabízí služby EPC pro projekty elektráren, včetně inženýringu, pomocných systémů a uvedení do provozu. U takového rozsahu je vhodným dalším krokem sladit předpoklady výkonu turbíny se skutečným uspořádáním elektrárny a určit, kdo odpovídá za jednotlivé ztráty a pomocná zatížení.

Nejlepší nabídka není jednoduše ta s nejnižší uváděnou měrnou spotřebou tepla nebo nejvyšším jmenovitým výkonem. Je to nabídka, která splňuje požadovanou čistou kapacitu při příslušných podmínkách v lokalitě, uvádí věrohodný profil spotřeby paliva pro zamýšlený provozní režim a definuje výkon způsobem, který lze ověřit zkouškou.