M etodologia doboru optym alnej m ocy turbiny gazow ej do elektrociepłowni węglowejelektrociepłowni węglowej

Warunkiem koniecznym ekonomicznej opłacalności nadbudowy istniejącego układu węglowego turbozespołem gazowym w układzie Hot Windbox lub w układzie równoległym turbozespołem gazowym i kotłem odzyskowym zastępującym częściowo lub całkowicie zużyte kotły węglowe, wodne lub parowe, jest, aby roczny zysk pracy zmodernizowanej elektrociepłowni co najmniej nie uległ zmniejszeniu w stosunku do zysku sprzed jej modernizacji.

Jest to równoznaczne z obniżeniem jednostkowego kosztu produkowanego w elektrociepłowni ciepła k f :

Qr - roczna produkcja netto loco elektrociepłownia energii cieplnej w elektrociepłowni (ciepłowni); ilość ciepła Q R jest niezmienna przed i po modernizacji,

E ^cr, A E ^ cr - kolejno roczna produkcja netto loco elektrociepłownia energii elektrycznej w elektrociepłowni przed modernizacją i przyrost produkcji po modernizacji,

eel - cena sprzedaży energii elektrycznej z elektrociepłowni.

(6 .1) przy czym :

(6 .2)

(6.3) gdzie:

W przypadku nieznajomości rocznego kosztu działania elektrociepłowni ( K ERC)'S' można analizować efektywność ekonomiczną modernizacji elektrociepłowni (ciepłowni), posługując się jedynie przyrostami: przyrostem jednostkowego kosztu produkcji ciepła w elektrociepłowni (ciepłowni) Ak EC,

przyrostem rocznych kosztów działania elektrociepłowni AK RC i rocznym przyrostem produkcji energii elektrycznej AEecr związanymi relacją:

A j f E C _ \ J ? E C

M f = (Arf )m°d - (ifcf f = . (6.4)

Qr

Inwestycja jest opłacalna, jeżeli oczywiście M (£C < 0 .

Warunkiem wystarczającym ekonomicznej opłacalności modernizacji elektrociepłowni (ciepłowni) jest, aby obniżenie jednostkowego kosztu produkcji ciepła A k EC gwarantowało odpowiednio duży przyrost zdyskontowanego skumulowanego zysku netto ANPVmod oraz krótki okres zwrotu DPBmod (dodatek A) poniesionych nakładów inwestycyjnych na modernizację elektrociepłowni (ciepłowni). Z reguły inwestor chce, aby zysk z inwestycji, z uwagi na ponoszone ryzyko inwestowania, przewyższał zysk z lokat na rynku kapitałowym.

Wykorzystując równanie (6.4), otrzymuje się warunek konieczny, jaki musi być spełniony, aby modernizacja elektrociepłowni (ciepłowni) była opłacalna.

Jest to równanie na graniczną (minimalną) cenę energii elektrycznej, dla której przyrost zysku brutto AZ R z przedsięwzięcia jest co najmniej nieujemny:

" A E ^ ~_LU2/el,R ---A _LX£Lel,R--- ■ ( ’ Cena sprzedaży energii elektrycznej z elektrociepłowni eel musi być oczywiście większa od . Wartość granicznej ceny energii elektrycznej e]\ w głównej mierze zależy od mocy turbozespołu gazowego N ™ oraz ceny

e g spalanego w turbinie gazu.

Wspomniany średni roczny przyrost zysku brutto pracy elektrociepłowni (ciepłowni) wynikający z przedsięwzięcia modernizacyjnego wynosi:

A ZS = ( Z R) mod- ( Z R) is,= - A k ę CQ R = A E ^ e% - A K RC > 0 . (6.6)

Warunki ekonomicznej opłacalności modernizacji elektrociepłowni...______ 143 Przyrost przychodu AE ^ CR wynikający z dodatkowej sprzedaży energii elektrycznej AE ^ CR musi więc w całości pokryć przyrost rocznych kosztów działania elektrociepłowni AK RC, tj. koszty związane z modernizacją istniejącej węglowej elektrociepłowni pomniejszone o dodatnie efekty ekonomiczne, związane z jej częścią węglową - wzór (6.7). Jak ju ż zaznaczono, niezmienna produkcja ilości ciepła Q R przed i po modernizacji elektrociepłowni powoduje, że po realizacji inwestycji sprzedaż ciepła nie przynosi dodatkowych przychodów (jeżeli cena ciepła przed i po modernizacji jest taka sama). Tym samym nie występują one w równaniu (6.6), i aby obliczyć wartość przyrostu zysku AZ R pracy zmodernizowanej elektrociepłowni (ciepłowni), niepotrzebna jest znajomość wspomnianej ceny.

Na rys. 6.2 i 6.3 przedstawiono kolejno ideowe schematy strukturalne elektrociepłowni (ciepłowni) przed i po modernizacji, służące do obliczania przepływów finansowych i wyliczania jednostkowego kosztu produkcji ciepła.

W przypadku ciepłowni na rys. 6.2 nie występuje produkcja energii elektrycznej

Fel.R '

Qn

' e l, R

produkcja ciepła brutto

produkcja energii elektrycznej brutto

Układ technologiczny elektrociepłowni przed modernizacją

E C \ ist

( * * )

zużycie własne

Rys. 6.2. Ideowy schemat strukturalny elektrociepłowni (ciepłowni) przed modernizacją służący do obliczania jednostkowego kosztu produkcji ciepła

Fig. 6.2. Heat and power (heat only) plant before modernization block diagram for calculation of unitary heat cost

Qr produkcja ciepła brutto

produkcja energii

Układ technologiczny elektrociepłowni po modernizacji

( K ^ Y ' + AK,^■EC

elektrycznej brutto

zużycie własne

Rys. 6.3. Ideowy schemat strukturalny elektrociepłowni po modernizacji służący do obliczania jednostkowego kosztu produkcji ciepła

Fig. 6.3. Heat and power plant after modernization block diagram for calculation of unitary heat cost

Jako wynik realizacji modernizacji elektrociepłowni w rocznych przychodach finansowych pojawią się następujące pozycje:

• dodatkowy przychód wynikający z przyrostu sprzedaży energii elektrycznej

• w przypadku ciepłowni oszczędność kosztów związanych z uniknięciem zakupu energii elektrycznej na potrzeby własne,

• w przypadku układu równoległego oszczędność kosztów AK wpal zakupu węgla wynikająca ze zmniejszonej produkcji energii cieplnej (pary) w istniejących kotłach, a w przypadku układu szeregowego oszczędność h-K"pal wynikająca z mocy cieplnej spalin wylotowych z turbiny gazowej doprowadzanych do kotła,

• oszczędność kosztów AK ”m wu: kosztów konserwacji i remontów, kosztów surowców nieenergetycznych i materiałów pomocniczych oraz kosztu wody uzupełniającej w układzie węglowym, wynikających ze zmniejszonego wykorzystania lub całkowitego wyłączenia (najczęściej w sezonie pozagrzewczym) poszczególnych urządzeń części węglowej z eksploatacji,

• zmniejszenie opłat ekologicznych AK ir za zanieczyszczanie środowiska naturalnego.

Założono, że koszty płac w elektrociepłowni nie ulegną zmianie (zmniejszeniu).

Po stronie rocznych kosztów pojawią się natomiast dodatkowo następujące pozycje, będące składnikami rocznego kosztu działania K TRG (dodatek A) nowo powstałego układu gazowego:

• koszty kapitałowe związane z nakładami inwestycyjnymi (łącznie z nakładami na wynikającą z dobudowy turbiny gazowej konieczną

Warunki ekonomicznej opłacalności modernizacji elektrociepłowni... 145 przebudowę istniejącego układu węglowego) na modernizację elektrociepłowni (ciepłowni): koszty finansowe (odsetki od kapitału inwestycyjnego) oraz rata spłaty kapitału inwestycyjnego (amortyzacja) - łącznie wartość z p J TG,

• koszty eksploatacyjne nowo powstałego układu gazowego K [ G.

Podstawowym składnikiem tych kosztów jest koszt gazu ziemnego.

Przyrost rocznych kosztów działania elektrociepłowni po modernizacji, jak już zaznaczono, jest zatem sum ą kosztów działania nowo powstałego układu gazowego, pomniejszonych o spowodowane modernizacją dodatnie efekty ekonomiczne związane z jej częścią węglową:

AK f = { K f )raod- ( K ERc r ' = z p J TG + K TeG - A K ”a l - A K ^ WU - AK i r . (6.7) Wprowadzenie odpowiednich taryf opłat za emisję szkodliwych substancji do otoczenia zdecydowanie zwiększyłoby wartość A K.r i uatrakcyjniłoby ekonomicznie spalanie ekologicznego gazu ziemnego w turbinach gazowych.

Oszczędność kosztów zakupu węgla AK ”al można w praktyce oszacować z dobrą dokładnością (przy założeniu że charakterystyki sprawności energetycznej kotłów w funkcji obciążenia są stosunkowo płaskie) proporcjonalnie do zmniejszenia produkcji energii cieplnej (pary) w kotłach węglowych w ilości równej produkcji energii cieplnej (pary) w kotle odzyskowym, a w przypadku układu szeregowego wykorzystując moc cieplną spalin wylotowych z turbiny gazowej doprowadzanych do kotła, zastępujących energię chemiczną węgla. Oszczędność kosztów AK " m wu jest ju ż trudniejsza do oceny, ale z uwagi na ich niedużą wartość i tym samym na niewielki wpływ na wyniki obliczeń ekonomicznych można je, bez popełnienia znaczącego błędu, najczęściej pominąć. Jak ju ż zaznaczono, brak możliwości znalezienia miejsca dla turbozespołu gazowego z układem wlotowym do niego powietrza i wylotowym z niego spalin w pobliżu istniejącego kotła węglowego jest, obok nakładów kapitałowych, najczęstszym kryterium decydującym o wyborze układu równoległego jako najbardziej właściwego sposobu modernizacji elektrociepłowni.

Z kryterium maksymalizacji zysku pracy elektrociepłowni, równoznacznego z minimalizacją (co wynika z analizy wzorów (6.3), (6.4) i (6.6)) rocznego kosztu produkcji energii cieplnej w elektrociepłowni (metoda kosztu unikniętego) {k r g ) = {kr c ) ~ {e^cr + A E ^ cR)e el —> min, w przypadku istnienia ekstremum bezwarunkowego z układu zależności:

' d ( K ^ ) mod d k K l cc

dN™ dN™

i ^{el el} (6.8)

d \ K ^ r ć _ d 2A K ERcc d ( N ™ ) 2 d ( N ™ ) 2

wynika optymalna wartość mocy turbozespołu gazowego N™opt nadbudowującego wraz z kotłem odzyskowym istniejący układ węglowy elektrociepłowni. Oczywiście, otrzymana dla N Tf opt wartość A K Ropt musi spełniać warunek konieczny (6.5): A E ecropt eft > A K Rcopt. Przyrost kosztu produkcji ciepła A K RE - A K RC - A Eecr eel, a tym samym funkcja e gf dla rozważanego sposobu modernizacji istniejących układów węglowych poprzez nadbudowę turbozespołem gazowym jest w zasadzie najczęściej w całym zakresie rozważanych wartości N ™ funkcją silnie malejącą. Wynika to z malejącego przebiegu krzywej jednostkowych nakładów inwestycyjnych na turbozespół gazowy i kocioł odzyskowy w funkcji ich mocy elektrycznej i cieplnej, przy równoczesnym zwiększaniu się mocy elektrycznej turbozespołu [5,46,47]. Wartość najmniejsza (■K’f (C) mod leży tym samym na ograniczeniu tych kosztów przyjętą m ocą turbiny N ™ . W przykładowych obliczeniach założono stałą wartość sprawności turbiny gazowej T] TG w całym zakresie rozważanych mocy. W zakresie jednak małych mocy turbozespołów gazowych sprawności energetyczne produkowanych turbin wahają się nawet o kilkadziesiąt procent i wówczas może następować wzrost wartości ze wzrostem N ™ .

6.3. Przykładowe obliczenia efektywności ekonom icznej m odernizacji