Аналіз замкнутих циклів ГТУ з метою їх застосування на ТЕС України

Abstract

Шумило О.М. Кравець Т.Ю. (керівник). Аналіз замкнутих циклів ГТУ з метою їх застосування на ТЕС України. Бакалаврська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2025. Розширена анотація. Сьогодні, зі збільшенням цін на органічне паливо та зростанням законодавчих обмежень, спрямованих на підвищення екологічної безпеки та зменшення викидів вуглецю, завдання підвищення ефективності ТЕС стає все більш актуальним. Трансформація теплової паливної енергії в електричну енергію більш ефективно дозволить скоротити частку витрат на паливо в структурі витрат і зменшити шкідливі викиди [1], особливо парникових газів, оскільки буде споживатися менше палива. Існують традиційні способи підвищення енергоефективності теплової електростанції: підвищення температури пари на вході в турбіну; використання відпрацьованого тепла робочого тіла. Альтернативним способом підвищення енергоефективності є використання надкритичних енергетичних циклів CO 2 [2], які мають ряд переваг перед традиційними через теплофізичні властивості вуглекислого газу. Зокрема, використання вуглекислого газу дозволяє підвищити ефективність за рахунок зниження втрат стиснення і тертя в ступенях турбін. По-перше, відомо, що газова турбіна на CO 2 має менші габарити порівняно з традиційними парогазовими турбінами аналогічної потужності. По- друге, напіврозмірні цикли спалювання кисневого палива можуть зменшити викиди парникових газів у багато разів. При цьому вони мають характеристики ефективності і специфічні капітальні витрати, порівнянні з традиційними циклами. Враховуючи високу варіативність цін на паливо, а також зростання цін на викиди вуглекислого газу, зміна ефективності, капітальних витрат і конкретних викидів парникових газів [3] може призвести до зміни вартості виробництва електроенергії.

Об’єкт дослідження – техніко-економічні показники роботи термодинамічних циклів замкнутих газотурбінних циклів. Мета дослідження полягає у узагальнюванні та систематизації даних, щодо термодинамічних циклів з використанням надкритичного двоокису вуглецю, а також у визначенні оптимальних технічних рішень для сталого розвитку теплоенергетики шляхом систематичного порівняльного аналізу різних енергетичних циклів двоокису вуглецю між собою та шляхом порівняння їх з традиційними, високоефективними тепловими станціями та економічними характеристиками. В бакалаврській кваліфікаційній роботі розглянуті питання ключових замкнутих та напівзамкнутих циклів ГТУ з CO 2 та їх перспективні модифікації з точки зору енергетичної, економічної та екологічної ефективності. В розділі охорони праці розглянуто заходи з техніки безпеки при пусках i експлуатації газотурбінних установок, вимоги санітарії та пожежної безпеки машинного відділення. В цьому ж розділі розраховано захисне заземлення. В економічній частині роботи розраховано техніко-економічні показники газотурбінних циклів для їх впровадження на виробництві.Ренкіна; напівзакритий комбінований цикл з киснево-паливним спалюванням.

Shumylo O.M., Kravets T.Yu. (supervisor). Analysis of closed cycles of gas turbine units for their application at Ukrainian thermal power plants. Bachelor's thesis. – Lviv Polytechnic National University, Lviv, 2025. Extended abstract. Today, with the increase in prices for organic fuel and the rise of legislative restrictions aimed at enhancing environmental safety and reducing our carbon footprint, the task of improving the efficiency of thermal power plants is becoming increasingly urgent. The transformation of thermal fuel energy into electrical energy will more effectively reduce the share of fuel costs in the cost structure and decrease harmful emissions [1], particularly greenhouse gases, as less fuel will be consumed. There are traditional methods for improving the energy efficiency of thermal power plants: increasing the temperature at the turbine inlet; use of waste heat of the working fluid. An alternative way to increase energy efficiency is the use of supercritical CO2 [2] energy cycles, which have several advantages over traditional ones due to the thermophysical properties of carbon dioxide. In particular, the use of carbon dioxide allows for increased efficiency through reduced compression and friction losses in the wheel spaces of turbines. Firstly, it is known that CO2 turbomachinery has a smaller footprint compared to traditional gas-steam turbines of similar power. Secondly, semi-sized combustion cycles of oxygen fuel can reduce greenhouse gas emissions by many times. At the same time, they have efficiency characteristics and specific capital costs comparable to traditional cycles. Considering the high variability of fuel prices, as well as the increase in carbon dioxide emissions prices, changes in efficiency, capital costs, and specific greenhouse gas emissions [3] may lead to changes in the cost of electricity production. The object of the study is the technical and economic performance indicators of thermodynamic cycles. The purpose of the research is to summarize and systematize data presented in the scientific literature regarding thermodynamic cycles using supercritical carbon dioxide, as well as to determine optimal technical solutions for the sustainable development of thermal energy through systematic comparative analysis of various automotive carbon dioxide energy cycles among themselves and by comparing them with traditional, high-efficiency thermal power plants and economic characteristics. The bachelor's qualification work considers the issues of key closed and semi-closed gas turbine cycles with CO2 and their promising modifications from the point of view of energy, economic and environmental efficiency. In the section on labor protection, safety measures during start-up and operation of gas turbine plants, sanitation and fire safety requirements of the engine room are considered. In the same section, protective grounding is calculated. In the economic part of the work, technical and economic indicators of gas turbine cycles for their implementation in production are calculated.