energsecurityНадежность и безопасность энергетикиSafety and Reliability of Power Industry1999-55552542-2057ООО «НПО Энергобезопасность»10.24223/1999-5555-2024-17-3-172-180energsecurity-961Research ArticleОБЩИЕ ВОПРОСЫ НАДЕЖНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ ЭНЕРГЕТИКИGENERAL ISSUES RELATED TO RELIABILITY AND SAFETY OF THE POWER INDUSTRYПовышение энергетической и экологической эффективности инфраструктуры города на основе оптимизации его топливно-энергетического балансаEnhancing the energy and environmental efficiency of the city's infrastructure based on optimizing its fuel and energy balanceЯворовскийЮ. В.YavorovskyY. V.

ул. Красноказарменная, д. 14, стр. 1. 111250, г. Москва

Krasnokazarmennaya str., 14, build. 1,  111250

YavorovskyYV@mpei.ruФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «МЭИ», кафедра ПТСРоссияNational Research University "Moscow Power Engineering Institute”, Department IHPESRussian Federation202414112024173172180Copyright © Яворовский Ю.В., 20242024Яворовский Ю.В.Yavorovsky Y.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sigma08.ru/jour/article/view/961

Рассмотрено направление повышения энергетической и экологической эффективности энергетической инфраструктуры города за счет модернизации существующих тепловых электрических станций (ТЭС) и теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) при применении парогазовых установок (ПГУ), построены их топливно-энергетические балансы, и определены энергетический и экологический эффекты от применения ПГУ. Моделирование энергетических и экологических показателей тепловых схем ПГУ выполнено с помощью комплекса программ Thermoflex и GT PRO компании Thermoflow и программы ISC Manager, разработанной в НИУ «МЭИ». Анализ эффективности применения ПГУ в городской энергетике проводится  на основе моделирования и оптимизации топливно-энергетического баланса (ТЭБ) города. Для этого используется программа ОптиТЭБ, разработанная на кафедре ПТС НИУ «МЭИ». Построение ТЭБ городов и регионов в настоящее время является актуальной задачей, позволяющей  планировать стратегию развития городского топливно-энергетического комплекса (ТЭК), с оценкой величин вредных выбросов, включая парниковые газы. Представлены результаты работы по созданию научных основ для современных систем теплоснабжения на примере математической модели ТЭБ города Москвы и проведения его оптимизации с учетом прогнозируемого в перспективе нескольких десятилетий развития инфраструктуры электротранспорта, улучшения теплозащитных характеристик вновь строящихся зданий, а также возможного роста использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Увеличение доли электротранспорта должно быть взаимоувязано с увеличением доли возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Рост количества электромобилей без существенного роста использования ВИЭ в энергобалансе города не приведет к снижению выбросов углекислого газа и вредных веществ (ВВ).  Развитие доли электрогенерации за счет ПГУ совместно с развитием использования ВИЭ в городе может привести к значительному снижению выбросов углекислого газа.

The article considers the direction of increasing the energy and environmental efficiency of the city's energy infrastructure through the modernization of existing thermal power plants (TPP) and combined heat and power (CHP) plants using combined-cycle gas turbine (CCGT) plants.  Fuel and energy balances of electric power plants have been constructed, and the energy and environmental effects of the use of CCGT have been assessed. The modeling of energy and environmental indicators for the thermal circuits of the CCGT was conducted using the Thermoflex, GT PRO software (Thermoflow) and the ISC Manager program developed at the National Research University "Moscow Power Engineering Institute (MPEI)". The analysis of CCGT efficiency in urban energy applications is based on modeling and optimizing the city’s fuel and energy balance (FEB). For this purpose, the OptiTEB program developed at the Department of PTS at the National Research University "MРEI" is used. Constructing fuel and energy systems in cities and regions is a pressing task that enables the planning of a strategy for the development of the urban fuel and energy complex (FEC), with an assessment of the magnitude of harmful emissions, including greenhouse gases. The article presents the results of work on establishing scientific foundations for modern heat supply systems, exemplified by a mathematical model of the Moscow thermal power plant and its optimization, taking into account the projected development of electric transport infrastructure over the coming decades, improving the thermal protection characteristics of newly constructed buildings, and the potential increase in the use of renewable energy sources (RES). The growth in the share of electric transport should be linked to an increase in the share of renewable energy sources (RES). Simply increasing the number of electric vehicles without a significant rise in renewable energy usage in the city's energy balance will not result in a reduction of carbon dioxide and harmful substance emissions. Expanding electricity generation through CCGT, alongside the growth of renewable energy use in the city, can lead to a significant decrease in carbon dioxide emissions.

парогазовая установкатопливно-энергетический балансэнергобалансэлектротранспортвыбросы вредных веществвыбросы углекислого газаcombined-cycle gas turbine plantfuel and energy balanceenergy balanceelectric transportemissions of harmful substancescarbon dioxide emissionsReferencesMai Bui, Nixon Sunny, Niall Mac Dowell. The prospects of flexible natural gas-fired CCGT within a green taxonomy. iScience 2023; 26(8): 107382. https://doi.org/10.1016/j.isci.2023.107382/Mai Bui, Nixon Sunny, Niall Mac Dowell. The prospects of flexible natural gas-fired CCGT within a green taxonomy. iScience 2023; (26) Issue 8: 107382. https://doi.org/10.1016/j.isci.2023.107382/ (In Eng.).Power and industry process simulation using Aspen one and Thermoflex. A. V. Fedyukhin, I. A. Sultanguzin, I. G. Akhmetova, S. Yu. Kurzanov, A. I. Bartenev Kazan: Kazan State Power Engineering University 2020.Fedyukhin A. V., Sultanguzin I. A., Akhmetova I. G., Kurzanov S. Yu., Bartenev A. I. Power and industry process simulation using Aspen one and Thermoflex. Kazan: Kazan State Power Engineering University, 2020. (In Eng.)Sterkhov K. V., Khokhlov D. A., Zaichenko M. N. Zero carbon emission CCGT power plant with integrated solid fuel gasification. Energy 2024; (294): 130958. https://doi.org/10.1016/j.energy.2024.130958Sterkhov K. V., Khokhlov D. A., Zaichenko M. N. Zero carbon emission CCGT power plant with integrated solid fuel gasification. Energy 2024; (294): 130958. https://doi.org/10.1016/j.energy.2024.130958 (In Eng.).Boretti А. Green hydrogen electrolyzer and hydrogenmethane CCGT power plant in NEOM City. International Journal of Hydrogen Energy 2023; (67): 1056 – 1064. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.11.337Boretti А. Green hydrogen electrolyzer and hydrogen-methane CCGT power plant in NEOM City. International Journal of Hydrogen Energy 2023; (67): 1056 – 1064. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.11.337 (In Eng.).Xiao Wu, Han Xi, Yuning Ren, et al. Power-carbon coordinated control of BFG-fired CCGT power plant integrated with solvent-based post-combustion CO2 capture. Energy 2021; (226): 120435. https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.120435Xiao Wu, Han Xi, Yuning Ren, Kwang Y. Lee. Power-carbon coordinated control of BFG-fired CCGT power plant integrated with solventbased post-combustion CO2 capture. Energy 2021; (226): 120435. https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.120435 (In Eng.)Технологическое обновление ТЭЦ России на базе авиапроизводных ГТУ. Г. К. Ведешкин, А. А. Пузич, Ю. Б. Назаренко, С. П. Филиппов, М. Д. Дильман Газотурбинные технологии 2020; 173(6): 2 – 5.Tekhnologicheskoe obnovlenie TEC Rossii na baze aviaproizvodnyh GTU. G. K. Vedeshkin, A. A. Puzich, YU. B. Nazarenko, S. P. Filippov, M. D. Dil'man. Gazoturbinnye tekhnologii 2020; 173(6): 2 – 5 (In Russ.)Эксергетический анализ новых термодинамических циклов с улавливанием диоксида углерода. А. С. Косой, А. А. Косой, О. С. Попель, Ю. А. Зейгарник, М. В. Синкевич, С. П. Филиппов Теплоэнергетика 2023; (7): 29 – 50. – DOI 10.56304/S0040363623070032.Eksergeticheskij analiz novyh termodinamicheskih ciklov s ulavlivaniem dioksida ugleroda. A. S. Kosoj, A. A. Kosoj, O. S. Popel', YU. A. Zejgarnik, M.V. Sinkevich, S. P. Filippov Teploenergetika 2023; (7): 29 – 50. – DOI 10.56304/S0040363623070032. (In Russ.)Балашов М. М. Импортозамещение в отрасли энергетического машиностроения Стратегические решения и риск-менеджмент 2020; 2(2): 182 – 195. DOI: 10.17747/2618-947X-2020-2-182-195.Balashov M. M. Importozameshchenie v otrasli energeticheskogo mashinostroeniya Strategicheskie resheniya i risk-menedzhment 2020; 2(2): 182 – 195. DOI: 10.17747/2618-947X-2020-2-182-195. (In Russ.)Повышение энергетической и экологической эффективности теплоэлектроцентрали на основе применения абсорбционных трансформаторов теплоты. Ю. В. Яворовский, И. А. Султангузин, А. И. Бартенев, С. А. Прищепова, Е. С. Трушин, А. Ш. Алимгазин. Вестник МЭИ 2020; (4): 89 – 97.Povyshenie energeticheskoj i ekologicheskoj effektivnosti teploelektrocentrali na osnove primeneniya absorbcionnyh transformatorov teploty. Y. V. Yavorovskij, I. A. Sultanguzin, A. I. Bartenev, S. A. Prishchepova, E. S. Trushin, A. SH. Alimgazin Vestnik MEI 2020; (4): 89 – 97. (In Russ.)Программа моделирования и оптимизации топливно-энергетических балансов города ОптиТЭБ. А. И. Бартенев, И. Д. Калякин, Ю. В. Яворовский, А. П. Яшин, И. А. Султангузин Свид-во о гос. регистр. прогр. для ЭВМ № 2022662473 (РФ). 2022.Programma modelirovaniya i optimizacii toplivno-energeticheskih balansov goroda OptiTEB. A. I. Bartenev, I. D. Kalyakin, Y. V. Yavorovskij, A. P. Yashin, I. A. Sultanguzin Svid-vo o gos. registr. progr. dlya EVM № 2022662473 (RF). 2022. (In Russ.)Стратегическое планирование развития города на основе моделирования и оптимизации топливно-энергетического баланса. Ю. В. Яворовский, И. А. Султангузин, А. И. Бартенев, И. Д. Калякин, А. П. Яшин. С.О.К. 2022; (9): 72 – 79.Strategicheskoe planirovanie razvitiya goroda na osnove modelirovaniya i optimizacii toplivno-energeticheskogo balansa. Y. V. Yavorovskij, I. A. Sultanguzin, A. I. Bartenev, I. D. Kalyakin, A. P. Yashin. S.O.K. 2022; (9): 72 – 79. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.