МОЖНА ЛИ Е ЕДНОСТАВНА ЗАМЕНА НА ЈАГЛЕНОТ СО ПРИРОДЕН ГАС ВО ТЕРМОЕЛЕКТРАНИТЕ НА РЕК БИТОЛА? Професорот Трајковски со одговор
Професорот на Техничкиот факултет на Универзитет „Св. Климент Охридски” , Дејан Трајковски, направи анализа на тоа дали може јагленот да се замени со природен гас во термоелектраните на РЕК Битола.
„Како прво, сегашните котли на јагленова прашина не се наменети за согорување на природен гас, поради многу повисоката температура на согорување на гасот од околу 1500 °C. Но, дури и да се намали температурата на согорувањето со додавање голем вишок на воздух, тоа не е добра идеја од термодинамички аспект, поради неискористувањето токму на високата температура на согорување, која носи висока ефикасност на конверзијата на топлинската енергија во механичка, а потоа и во електрична енергија. За ова сепак постои начин, што ќе го видиме при крајот.
Да го разгледаме сега проблемот со помош на минимални термодинамички пресметки. Топлински извор во овој случај претставува согорениот гас, којшто на сликата а.) ќе го прикажеме како топлински резервоар со температура T₁=1773 K (1500 °C). Топлински понор претставуваат цевките од парогенераторот (парниот котел), каде што се генерира и прегрева водената пареа, за погон на парната турбина, што тука не е прикажана. Топлинскиот понор е прикажан како топлински резервоар на темпретаура T₂=773 K (500 °C).
Доколку топлината (на пример Q=1000 kJ) од изворот (T₁=1773 K) преминува на понорот (T₂=773 K) по пат на конвекција, кондукција и радијација, во отсуство на некаква топлинска машина, односно без термодинамички циклус, овој топлински пад од цели 1000 K останува неискористен, а се генерира раст на ентропијата ΔS = Q/T₂-Q/T₁ = 1000/773-1000/1773 = 0,7296 kJ/K.
Доаѓаме до главното, а тоа е дека порастот на ентропијата ΔS претставува мерка за загуба на работоспособноста, како една од последиците на вториот закон на термодинамиката. Теоретски максималната загуба на работоспособност во овој пример изнесува Wzag = ΔS*T₂ = 436 kJ, што би можеле да ја искористиме доколку би употребиле некаква топлинска машина, на пример гасна турбина, којашто би работела во десен термодинамички циклус.
Да го разгледаме сега случајот на идеално искористување на топлинскиот пад, односно ако помеѓу топлинскиот извор и топлинскиот понор воспоставиме идеален, реверзибилен термодинамички циклус, познат во теоријата како циклусот на Карно (Carnot). Од сите можни термодинамички циклуси, циклусот на Карно дава највисок можен коефициент на корисно дејство, којшто во овој пример изнесува η = 1-T₂/T₁ = 1-773/1773 = 0,564 = 56,4%. Теоретски најголемата работа на вратилото во овој пример би изнесувала Wmax = η*Q₁ = 0.564*1000 = 564 kJ.
Бидејќи дел од топлината Q₁ се претворил во механичка работа Wmax, до понорот, односно парогенератот ќе пристигне само Q₂ = Q₁-Wmax = 1000-564 = 436 kJ. Оваа „отпадна“ топлина Q₂ потоа може да се искористи за генерирање на водена пареа за погон на постоечките парни турбини, но најважно е што благодарение на овој дополнителен циклус на Карно добиваме можност за генерирање дополнителна работа, а со тоа го зголемуваме искористувањето на топлинската енергија и ја зголемуваме севкупната ефикасност.
Благодарение на идеалниот циклус на Карно, порастот на ентропијата во овој случај е еднаков на нула, односно теоретски нема загуба на работоспособноста: ΔS = Q₂/T₂-Q₁/T₁ = 436/773-1000/1773 = 0 kJ/K. Со ова се докажува и дека циклусот на Карно е единствениот реверзибилен термодинамички процес, кој ја максимира добиената механичка работа при дадени температури T₁ и T₂.
Конечно, на сликата в.) да го разгледаме реалниот случај, со гасна турбина коа работи по Брајтонов циклус. Таа прима топлина Q₁ при температура на согорување T₁, а „отпадната“ топлина Q₂ ја оддава при температура T₂ на водената пареа, што понатаму погонува парна турбина и генерира дополнителна механичка работа според Ранкинов циклус. Отпадната топлина Q₃ од парната турбина тука не е прикажана, а таа се предава при температура T₃, (малку повисока од амбиентната температура) преку разладните кули на околината.
Реално добиената работа од гасната турбина во Брајтонов циклус ќе биде помала од теоретски максималната работа според циклусот на Карно и ќе изнесува Wreal = Wmax-ΔS*T₂, каде ΔS*T₂ = Wzag = Wmax-Wreal е загубенета работоспособност поради порастот на ентропијата ΔS, односно термодинамичката иреверзибилност во гасната турбина, што се појавува од повеќе причини.
Така доаѓаме до заклучокот дека единствено технички и економски рационално решение за адаптација на постоечката термоцентрала во РЕК „Битола“ на природен гас би било со инсталирање на гасни турбини. Природниот гас би согорувал во гасните турбини, а отпадната топлина од нив би се водела во постоечкиот парогонератор (може да биде и сегашниот парен котел), каде би се генерирала пареа за погон на постоечките парни турбини.
Благодарение на овој комбиниран гасно-парен (Брајтон-Ранкинов) циклус би имале максимален коефициент на корисно дејство, максимално искористување на топлинската енергија од гасот и максимално количество на генерирана електрична енергија при дадена топлинска енергија од согорување на гасот.
Како што гледаме, термодинамичката ефикасност се зголемува на 50%-60% благодарение на зголемувањето на температурата на довод на топлина T₁ и затоа би било нерационално согорувањето на гасот во постоечкиот парен котел, макар тоа било и со вишок на воздух и намалување на температурата. Доколку го направиме тоа, иако целата топлина од согорувањето на гасот би преминала на пареата, ефикасноста би останала подеднакво ниска како и кај постоечката термоцентрала на јаглен (околу 30%), што е нерационално и претставува залудно трошење пари за гориво.
Овој начин, со гасно-парен циклус, доколку се комбинира и со работа на централата во когенеративен режим (со користење на отпадната топлина за топлификација, т.е. далечинско греење), може да ја поткрене ефикасноста уште повеќе, теоретски се до 100%.
Што се однесува до самиот РЕК „Битола“, при сегашната инсталирана електрична моќност од околу 700 MW (што не ја добиваме поради проблемите со јагленот), при адаптација на гас би требало да се инсталираат гасни турбини со моќност од околу 1,5 пати повеќе, односно околу 1100 MW, така што вкупната инсталирана електрична моќност (капацитет) би се зголемила на неверојатни 1800 MW, односно би ги решиле нашите проблеми со кусокот на домашно произведена електрична енергија.
Бидејќи не би имале проблеми со неквалитетниот јаглен од рудникот „Брод-Гнеотино“, дури и постоечката парна секција од централата би работела со 700 MW, а да не зборуваме за новодобиените 1100 MW од гасната секција. Новодобиените 1800 MW целосно би го покриле базното производство, односно константната компонента на дневната потрошувачка на електрична енергија во државата.
Би требало да се направат дополнителни анализи дали ова се исплати или најдобро е да го прескокнеме гасот, како преодно и привремено решение и веднаш да преминеме на обновливи извори на енергија, како и реверзибилни хидроцентрали за складирање на енергијата.
Можеби најдобро решение би било да се набави и ревитализира една половна гасна централа, што можеме да ја инсталираме и поврземе со постоечката ТЕ „Неготино“, која на тој начин би „оживеала“, а истовремено не би имале прекин во производството во РЕК „Битола“ и би добиле во време за изградба на реверзибилни (пумпно-акумулациони) хидроцентрали од базенски тип. Нивната изградба мора да започне веднаш бидејќи ќе потрае неколку години, затоа што изградбата на фотонапонските и ветерните централи трае само од 6 месеци до 2 години и може да се остави за крај“, напиша тој.
