Овог нэр: Шагдар Энхбаяр

Албан тушаал: ЭХС, Дулааны инженерийн салбарын багш

Судалгааны чиглэл: Дулааны цахилгаан станцын үр ашиг, экологийн үзүүлэлтүүдийг дээшлүүлэх; Нарны эрчим хүчний ашиглалт; Нар нүүрс хосолсон эрчим хүч үйлдвэрлэх системийн судалгаа; Төвлөрүүлэгч технологи бүхий нарны дулааны цахилгаан станцын судалгаа; Бага нүүрстөрөгч бүхий устөрөгч үйлдвэрлэх судалгаа; Нүүрс хүчлийн давхар ислийн (CO2) ашиглалт; Эрчим хүчний материал судлал.

Бүтээлийн нэр: Performance analysis and techno-economic evaluation of 300 MW solar-assisted power generation system in the whole operation conditions

Хэвлэгдсэн сэтгүүл: Applied Energy, 2020; 264.

DOI дугаар: doi:10.1016/j.apenergy.2020.114744

Үзүүлэлт: IF- 9.746,  Cite Score-17.6

Бүтээлийн товч танилцуулга

300 МВт нар нүүрс хосолсон эрчим хүч үйлдвэрлэх (ННХЭХҮ) системийн ашиглалтын бүх нөхцөлд хийсэн үр ашгийн дүн шинжилгээ болон техник-эдийн засгийн үнэлгээ

Бид энэхүү өгүүлэлд уламжлалт нүүрсээр ажилладаг ДЦС-ын үр ашиг, техник-эдийн засаг болон экологийн үзүүлэлтүүдийг дээшлүүлхийн тулд 300 МВт чадалтай ДЦС-д нарны энергийг нэгтгэх боломжийн талаар судалж, нарны энергийг ашиглан ДЦС-ын тэжээлийн усыг халаах зорилгоор турбины эхний өндөр даралтын халаагуур (ӨДХ#1)-ыг 91560 м2 парабол тэвшин коллектор бүхий нарны талбараар сольж судалсан. 300 МВт нар нүүрс хосолсон эрчим хүч үйлдвэрлэх системийн тоон загварчлалыг термодинамикийн 1, 2-р хуульд үндэслэсэн дулааны балансын аргыг ашиглан боловсруулсан. Энэхүү судалгаа нь ашиглалтын янз бүрийн нөхцөлд 300 МВт нар нүүрс хосолсон системийн гүйцэтгэл, үр ашиг, техник-эдийн засаг болон экологийн үзүүлэлтүүдийн хувьд дүн шинжилгээ хийх зорилготой юм. Нарны тусламжтай эрчим хүч үйлдвэрлэх системийг түлш хэмнэх (ТХ) болон цахилгаан нэмэгдүүлэх (ЦН) хоёр горим тус тус судалсан бөгөөд түлш хэмнэх горимд нарны энергийг нүүрс хэмнэх, цахилгаан нэмэгдүүлэх горимд нарны энергийг нэмэлт цахилгаан үйлдвэрлэхэд ашигласан. Нар нүүрс хосолсон системийг уламжлалт ДЦС-тай харьцуулхад уурын хувийн зарцуулалт, дулааны хувийн зарцуулалт болон жишмэл түлшний хувийн зарцуулалтууд 0.19 кг/кВт·ц, 391 кДж/кВт·ц болон 14.92 г/кВт·ц-аар тус тус буурсан байна. 300 МВт нүүрсээр ажилладаг ДЦС-тай харьцуулхад түлш хэмнэх горим бүхий хосолсон системд нүүрсний зарцуулалт цагт 8.82 тонноор буурсан бол цахилгаан нэмэгдүүлэх горимд цахилгаан үйлдвэрлэл цагт 20 МВт-аар нэмэгдсэн. Үр дүнгээс харахад нар нүүрс хосолсон  систем нь хэвийн ачаалалтай ажиллаж байх үедээ нүүрсний зарцуулалт болон нүүрстөрөгчийн давхар исэл (CO2)-ийн ялгаруулалтыг жилд 32150 тонн болон 47030 тонноор тус тус бууруулах боломжтой нь харагдаж байна. Хэмнэсэн нүүрс болон бохирдуулагчийн ялгаралтын жилийн бууралтын хэмжээг харгалзан үзвэл хосолсон систем нь хүрээлэн буй орчныг хамгаалахад ихээхэн хувь нэмэр оруулж чадна.

1-р зурагт нар нүүрс хосолсон эрчим хүч үйлдвэрлэх системийн ерөнхий концепцийг харуулав. Өнөө үед уламжлалт ДЦС-ууд нь хязгаарлагдмал нөөцийг ашиглаж дундаж үр ашигтайгаар их хэмжээний бохирдуулагчийг ялгаруулж эрчим хүч үйлдвэрлэж байна. Харин нарны дулааны цахилгаан станц (НДЦС)-ууд нь хүчин чадал хязгаарлагдмал, нарны цацраг ихээхэн нөөцтэй том хэмжээний талбай шаарддаг, хөрөнгө оруулалтын болон ашиглалтын зардал өндөр, үр ашиг бага, цахилгаан үйлдвэрлэл нь нарны цацрагаас шууд хамаардаг зэрэг олон дутагдалтай талуудтай тул уламжлалт ДЦС-уудтай өрсөлдөж чадахгүй байна. Иймд эдгээр станцуудыг хооронд нь технологийн хувьд нийлүүлснээр тэдгээрийн дутагдалтай талуудыг арилгаж болно. Нарны энергийг уламжлалт ДЦС-д нэгтгэх нь ойрын болон дунд хугацаанд хамгийн бага бохирдуулагчыг ялгаруулдаг нарны энергийг эрчим хүч үйлдвэрлэх зорилгоор ашиглах хамгийн үр дүнтэй шинэлэг аргуудын нэг юм. Мөн түүнчлэн ННХЭХҮ системийн өөр нэг давуу тал бол НДЦС-тай харьцуулахад эрчим хүчний гаралт нь нарны цацрагийн хэлбэлзэл бага өртдөг байна.

Зураг 1. Нар нүүрс хосолсон эрчим хүч үйлдвэрлэх системийн ерөнхий концепц

ННХЭХҮ системд нарны дулааны энергийг шууд цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхийн оронд тэжээлийн усыг урьдчилан халаахад ашигладаг. Өөрөөр хэлбэл,  турбины авлагын уурын системийг парабол тэвшин коллектор бүхий нарны талбараар бүрэн эсвэл хэсэгчлэн сольж, хосолсон системийн ашиглалт, техник-эдийн засгийн болон экологийн үзүүлэлтүүдийг сайжруулах боломжтой. ННХЭХҮ системийн концепт нь дараах давуу талуудыг хадгалсан эрчим хүч үйлдвэрлэх хамгийн өндөр үр ашигтай, хэмнэлттэй, байгальд орчинд ээлтэй, найдвартай төвлөрүүлэгч технологи бүхий нарны дулааны технологи юм.

• ННХЭХҮ системийн онолын болон ашиглалтын үр ашиг нь ижил хүчин чадалтай ердийн ДЦС болон НДЦС-аас өндөр;
• ННХЭХҮ системийн экологийн үзүүлэлтүүд нь ижил хүчин чадалтай ердийн ДЦС-аас өндөр;
• ННХЭХҮ системийг шинэ ДЦС-уудад нэвтрүүлхээс гадна одоо байгаа хуучин ДЦС-ын үр ашиг, экологийн үзүүлэлтүүдийг дээшлүүлэх, ашиглалтын хугацааг нь уртасгах зорилгоор ашиглах боломжтой;
• Нарны талбартай холбоотй нэмэлт хөрөнгө оруулалтын болон ашиглалтын зардлыг хэмнэсэн түлш, бууруулсан CO2 ялгаруулалт, цахилгаан энергийн үйлдвэрлэлтийг нэмэгдүүлснээр тэнцвэржүүлдэг;
• ННХЭХҮ системийг төвлөрсөн нарны дулааны энергийг ашигласан бага бохирдуулагч бүхий  өндөр үр ашигтай ногоон эрчим хүчний үйлдвэрлэл гэж үздэг;
• Тос-усны дулаан солилцуур бүхий нарны тэвшин коллектортой тэжээлийн ус халаах системд янз бүрийн төрлийн дулаан зөөгч шингэнийг ашиглаж болно;
• Нарны тэвшин коллектор бүхий тэжээлийн ус халаах систем нь температурын өргөн хүрээний хэрэглээнд (ялангуяа бага ба дунд температурын хуваарь) тохирсон.
• ННХЭХҮ системийн ажиллагаа нь 2-р зурагт үзүүлсэн шиг оргил болон суурь ачаалалд ажиллах түлш хэмнэх (ТХ) болон цахилгаан нэмэгдүүлэх (ЦН) гэсэн хоёр үйл ажиллагааны горимтой тул илүү уян хатан байдаг.

Зураг 2. ННХЭХҮ системийн ажиллагааны горим: а. Түлш хэмнэх горим (ТХ), б. Цахилгаан нэмэгдүүлэх горим (ЦН)

3-р зурагт 300 МВт хүчин чадалтай нар нүүрс хосолсон эрчим хүч үйлдвэрлэх системийн процессын бүдүүвчийг үзүүлэв. ННХЭХҮ систем нь 91,560 м2 парабол тэвшин коллектор бүхий нарны талбар, нүүрсээр ажилладаг 300 МВт хүчин чадалтай ДЦС-аас бүрдэх ба нарны дулааны энергийг ДЦС-ын тэжээлийн усыг халаахад ашигладаг.

3ураг 3. 300 МВт хүчин чадалтай нар нүүрс хосолсон эрчим хүч үйлдвэрлэх системийн технологийн процессын бүдүүвч

300 МВт чадалтай уламжлалт ДЦС болон 300 МВт чадалтай ННХЭХҮ системийн зарим ажиллагааны параметрүүд болон техник-эдийн засгийн үзүүлэлтүүдийн харьцуулсан үр дүнг дараах хүснэгтэнд үзүүлэв. Хэвийн ажиллагааны нөхцөлд уламжлалт нарны дулааны нийт систем дэх эзлэх хувь 5% байхад уламжлалт ДЦС-тай харьцуулхад хосолсон систем нь түлш хэмнэх горимд цагт 8.8 тонн нүүрс хэмнэхээр байна. Мөн цахилгаан нэмэгдүүлэх горимд цагт 20 МВт-аар цахилгааны гаралтыг нэмэгдүүлж байна.

Хүснэгт 1.  300 МВт чадалтай уламжлалт ДЦС ба ННХЭХҮ системийн зарим ажиллагааны параметрүүд болон техник-эдийн засгийн үзүүлэлтүүдийн харьцуулалт

Дараах зурагт хувьсах горимын үед уламжлалт ДЦС болон ННХЭХҮ системийн техник эдийн засгийн голлох үзүүлэлтүүдийг харуулав. Доорх зургаас харахад хувьсах ачааллын үед хосолсон систем нь уламжлалт ДЦС-тай харьцуулхад үр ашиг нэлээд өндөр байгаа бөгөөд ачаалал буурхад аль аль системийн үр ашиг нэлээд буурч байгаа нь харагдаж байна. Тиймээс хосолсон системийг аль болох хэвийн ачааллаар ажиллуулах нь техник-эдийн засгийн хувьд үр дүнтэй юм.

Зураг. (а) Дулааны АҮК; (б) Уурын хувийн зарцуулалт; (в) Дулааны хувийн зарцуулалт; (г) Жишмэл түлшний хувийн зарцуулалт

Дараах зурагт хоёр өөр лавлах өдрийн нарны шууд цацрагын хосолсон системийн голлох үзүүлэлтүүдэд үзүүлэх нөлөөллийг хэвийн горимын үед авч үзэв. Хоёр өөр лавлах өдрийн үр дүнгээс харахад хосолсон систем нь өдрийн цагт (нартай үед) их хэмжээний түлшийг хэмнэх боломжтой нь харагдаж байна. Жишээлбэл хэвийн ачааллын үед хосолсон систем нь 1-р сарын 15-ны өдөр 67 тонн нүүрс, 7-р сарын 15-нд 100 тонн нүүрс хэмнэх боломжтой байна.

Зураг. (а) Дулааны АҮК; (б) Уурын хувийн зарцуулалт; (в) Дулааны хувийн зарцуулалт; (г) Жишмэл түлшний хувийн зарцуулалт

Дараах зурагт хоёр өөр лавлах өдрийн нарны шууд цацрагын хосолсон системийн техник-эдийн засгийн голлох үзүүлэлтүүдэд үзүүлэх нөлөөллийг харуулав. Үр дүнгээс харахад нарны талбарын ажиллагааны үед хосолсон системийн техник-эдийн засгийн үзүүлэлтүүд мэдэгдэхүйц өндөр байна. Жишээлбэл хосолсон системийн АҮК өсөж, уурын хувийн зарцуулалт, дулааны хувийн зарцуулалт болон жишмэл түлшний хувийн зарцуулалтууд мэдэгдэхүйц буурч байна.

Зураг. Хоёр өөр лавлах өдрийн хосолсон системийн техник-эдийн засгийн үзүүлэлтүүдийн өөрчлөлт

Дараах зурагт нар нүүрс хосолсон системийн нүүрсний зарцуулалт болон СО2-ийн жилийн бууралтыг харуулав. Түлш хэмнэх горимын үед нар нүүрс хосолсон систем нь ойролцоогоор 32150 тонн нүүрс, 47030 тонн СО2-ыг жилд бууруулхаар байгаа нь хүрээлэн буй орчныг хамгаалахад үнэтэй хувь нэмэр оруулж чадна.

Зураг. Хосолсон системийн нүүрсний зарцуулалт болон СО2-ийн жилийн бууралт