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Study on the Transformation from Condensation Steam Turbine Drive to Electric Drive
DOI: 10.12677/aepe.2024.122007, PDF, HTML, XML, 下载: 96  浏览: 143

Abstract: From the perspective of energy saving and carbon emission reduction, it is necessary to study the transformation from condensation steam turbine drive to electric drive. The energy consumption calculation model and carbon emission calculation model are given. By comparing the calculation results of condensation steam turbine drive mode and electric drive mode，it is concluded that the electric drive mode is superior to the condensation steam turbine mode in three aspects: reducing energy consumption, reducing carbon emissions and improving energy utilization rate, and some suggestions on the selection of rotating equipment drive mode are given.

1. 前言

2. 计算模型

2.1. 能耗计算模型

$EN=\sum {G}_{i}×{C}_{i}$ (1)

2.2. 碳排放量计算模型

1) 化石燃料燃烧过程，二氧化碳排放量 [17] ，按公式(2)计算

${E}_{燃烧}=\sum F{C}_{i}×{C}_{ar}×O{F}_{i}×\frac{44}{12}$ (2)

Table 1. Energy conversion value (standard coal)

Table 2. Default values of common fossil fuel related parameters

2) 标准煤燃烧过程，二氧化碳排放量 [18] ，按公式(3)计算

${E}_{标煤}=FC×{Q}_{ar}×EF$ (3)

3) 购入电力或热力，二氧化碳排放量 [18] ，按公式(4)计算

$E=AD×EF$ (4)

Table 3. CO2 emission factors of various fuels

2.3. 运行费用计算

$C={C}_{d}+{C}_{r}+\left({f}_{i}+{f}_{j}\right)K+{C}_{C}$ (5)

3. 计算结果

3.1. 计算实例

1) 能耗计算

➢ 方案一： $E{N}_{d}=N/\eta ×{C}_{d}=5000/0.97×0.315=1623.7\text{\hspace{0.17em}}\text{kgce}/\text{h}$

➢ 方案二或方案三：由透平耗汽量计算得5000 kW透平消耗3.5 MPa蒸汽24.21 t/h，能耗为： $E{N}_{t}=24.21×{C}_{t}=24.21×125.71=3043.4\text{\hspace{0.17em}}\text{kgce}/\text{h}$

➢ 凝汽透平驱动比电驱动增加能耗： $\left(3043.4-1623.7\right)/1623.7=87.4%$

2) 碳排放计算

➢ 方案一： ${E}_{d}=N/\eta ×EF=5000/0.97/1000×0.581=2.995\text{\hspace{0.17em}}\text{t}/\text{h}$

➢ 方案二：经燃烧计算得燃气耗量为2092.4 Nm3/h，自耗电按照轴功率的5%考虑，

$\begin{array}{c}{E}_{g}=F{C}_{i}×{C}_{ar}×O{F}_{i}×\frac{44}{12}+AD×EF\\ =\frac{2092.4}{{10}^{4}}×389.31×0.01532×99%×\frac{44}{12}+250/1000×0.581\\ =4.675\text{\hspace{0.17em}}\text{t}/\text{h}\end{array}$

➢ 方案三：按能耗计算燃煤耗量为3043.4 kgce/h， ${E}_{C}=FC×{Q}_{ar}×EF=\frac{3043.4}{{10}^{3}}×29.271×0.084=7.483\text{\hspace{0.17em}}\text{t}/\text{h}$

➢ 方案二比方案一增加碳排放： $\left(4.675-2.995\right)/2.995=56.1%$

3) 年运行费用计算

➢ 方案一：

$\begin{array}{c}C={C}_{d}+{C}_{r}+{f}_{i}+{f}_{j}K+{C}_{C}\\ =\frac{5000}{0.97}×0.57×0.8+0.05+0.03×1500+50×2.995×0.8\\ =2350.5+120+119.8=2590.3万元/年\end{array}$

➢ 方案二：

$\begin{array}{c}C={C}_{d}+{C}_{r}+{f}_{i}+{f}_{j}K+{C}_{C}\\ =250×0.57×0.8+2092.4×3.5×0.8+0.05+0.03×3300+50×4.675×0.8\\ =114+5858.7+264+187=6423.8万元/年\end{array}$

➢ 方案三：

$\begin{array}{c}C={C}_{r}+{f}_{i}+{f}_{j}K+{C}_{C}\\ =3.0434×850×0.8+0.05+0.03×3300+50×7.483×0.8\\ =2069.6+264+299.3=2632.9万元/年\end{array}$

➢ 方案二比方案一增加运行费： $\left(6423.8-2632.9\right)/2632.9=148.0%$

4) 能量利用率计算

➢ 方案一：

➢ 方案二：

➢ 方案三：

➢ 方案二比方案一能量利用率低： $37.83%-21.49%=16.34%$

3.2. 不同功率设备计算结果

Table 4. Calculation results of energy consumption

Table 5. Calculation results of carbon emissions

Table 6. Calculation results of annual operating cost

Table 7. Calculation results of energy utilization efficiency

4. 计算结果分析

4.1. 能耗分析

Figure 1. Comparison of energy consumption

4.2. 碳排放量分析

Figure 2. CO2 emission comparison

4.3. 运行费用分析

4.4. 能量利用率分析

Figure 3. Comparison of annual operating cost

Figure 4. Comparison of energy efficiency

5. 结论及建议

5.1. 结论

1) 能耗：电驱动方案能耗较低，凝汽透平方案能耗较高，凝汽透平方案能耗较电驱动方案高70%~150%。

2) 碳排放量：电驱动方案碳排放量最少，燃气锅炉方案碳排放量稍大，高出电驱动方案40%~110%，燃煤锅炉方案碳排放量最大，高出电驱动方案120%~240%。

3) 运行费用：考虑了碳排放的成本后，电力驱动方案和燃煤锅炉方案运行费用相当，燃气锅炉方案运行费用最高。

4) 能量利用率：电力驱动方案能量利用率最高，约为38%；燃煤锅炉、燃气锅炉的能量利用率较低，约为15%~24%。

5.2. 建议

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