Определение состава системы и взаимосвязь ее элементов

ЭКСЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Под теплоэнергетической системой понимают совокупность тепло- и электрогенерирующих установок, потребителей энергии, тепловых и электрических сетей, включая механизмы для транспорта энергоносителей. В ряде случаев в рассматриваемую систему включают и теплопотребляющие аппараты, работа которых может по техническим условиям изменяться. В таких случаях учитывается изменение производительности или экономичности энергопотребляющих установок в зависимости от происходящих изменений в системах производства и транспорта теплоты. Общая выработка электроэнергии в системе (на шинах у потребителей) является заданной и по количеству, и по графикам потребления.

Обычно рассматриваются два типа систем - промышленного и коммунального теплоснабжения. Последнюю обычно называют теплофикационной. Первая система предназначается для обеспечения технологических нужд предприятия, в общем случае - электроэнергией, паром необходимых параметров, сжатым воздухом и горячей водой. В таких системах, как правило, предусматривается использование так называемых вторичных энергоресурсов, включая возврат на ТЭЦ конденсата технологического пара, а также совместная работа тепловых установок энергосистемы, блок-ТЭЦ и котельных предприятий. Исследование такой системы и ее оптимизация производятся с учетом режимов работы и особенностей каждого ее элемента.

В общем случае система промышленного теплоэнергоснабжения включает теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) с промышленными отборами пара, воздушно-компрессорные установки, паровые, водяные и воздушные сети, районные КЭС (обеспечивающие выработку недостающей электроэнергии), промышленные котельные, блок-ТЭЦ и теплоутилизационные установки предприятий. В теплофикационные системы теплоэнергоснабжения коммунального хозяйства, как правило, включаются районные теплоэлектроцентрали, обеспечивающие отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение района, районные котельные и мини-ТЭЦ, пиковые котельные, тепловые сети с подкачивающими насосными станциями, а также конденсационные электростанции (КЭС), обеспечивающие выработку недостающей электроэнергии. Альтернативным вариантом таких теплофикационных систем теплоэнергоснабжения обычно считается раздельная система энергоснабжения, где вся электроэнергия вырабатывается на районной КЭС, а тепловая - на районных котельных.

При сравнении различных вариантов теплофикационной системы между собой пользуются вариантом раздельного энергоснабжения как исходным, по сравнению с которым определяется экономия топлива в каждом варианте. Аналогично определяются капитальные вложения и другие показатели экономичности и надежности систем. Размеры экологического ущерба должны во всех вариантах быть минимальными и не превышать установленных нормативов. Обязательно должна учитываться степень воздействия одного элемента системы на другой и на экономические показатели всей системы.

Первым условием сравнения альтернативных вариантов исследуемой системы является выполнение требований равенства энергетического эффекта. Это значит, что во всех сравниваемых вариантах теплоэнергоснабжающая система должна обеспечивать отдачу каждому потребителю тех же самых количеств и качеств энергии в соответствии с заданным графиком их потребления. Это условие обеспечивается наличием в системе замещающих энергоустановок, которыми являются районные КЭС и котельные. Суммарная мощность этих установок и режимы их работы определяются с учетом изменений мощностей и маневренных возможностей выбираемых элементов системы.

При этом суммарная выработка каждого вида энергии в системе будет колебаться на величину изменений расходов энергии на собственные нужды ее элементов и потерь энергии в электрических и тепловых сетях. Соответственно этому суммарная выработка энергии для каждого варианта системы рассчитывается по формулам

(3.1)

(3.2)

где - выработки электроэнергии на районных ТЭЦ и мини-ТЭЦ; - выработка электроэнергии на замещающей КЭС; - общее количество использованной электроэнергии потребителями; - суммарные потери в электрических сетях (включая трансформаторные подстанции); - расход электроэнергии на привод сетевых насосов; - выработка теплоты на районных ТЭЦ и мини-ТЭЦ; - выработка теплоты на замещающих котельных; - общее количество использованной теплоты (на вводах к потребителям); - суммарные потери теплоты в магистральных сетях.

При определении расходов топлива в тепло- и электрогенерирующих установках системы необходимо учитывать изменение их режимов выработки энергии. Так, например, применение на ТЭЦ теплофикационных турбин с противодавлением уменьшает базовую часть электрического графика КЭС энергосистемы и увеличивает долю его пиковой части, что вызывает увеличение удельного расхода топлива на этих КЭС.

Особого внимания требует учет изменения удельных расходов топлива в газовых турбинах, сильно зависимых не только от нагрузки, но и от температуры наружного воздуха. Влияние этих факторов необходимо учитывать не только в годовом разрезе, но и в суточном, ибо снижение ночной температуры от дневной всего на 10⁰С увеличивает мощность ГТУ почти на 4-5 % и повышает КПД на 2-3 %. На показатели паротурбинных КЭС такое колебание температуры влияния практически не оказывает.

Для паротурбинных ТЭЦ особое значение имеет изменение удельной выработки электроэнергии на тепловом потреблении (), определяющей экономию топлива в энергосистеме

. (3.3)

Здесь l_ц - действительная работа теплофикационного цикла, произведенная отборным паром; h_мг - произведение механического КПД турбины на КПД генератора; h_сн - коэффициент, учитывающий расход электроэнергии на собственные нужды энергоблока; q_т - теплота, отданная отборным паром на нагрев сетевой воды.

Особенно важно учитывать, что только в паротурбинных установках величины l_ц и q_т взаимозависимы. Так, с понижением давления отборного пара обязательно возрастет q_т и уменьшится l_ц. Соответственно уменьшится и . Вместе с тем, в теплофикационных газотурбинных установках изменение температуры нагрева сетевой воды выхлопными газами практически не влияет на их работу в газовой турбине, хотя меняет величины q_т и .Этим существенно отличается зависимость работы газотурбинных ТЭЦ от паротурбинных, в которых давление отбираемого пара и величина напрямую зависят только от температуры нагрева сетевой воды.

Для паротурбинных ТЭЦ снижение давления пара, отбираемого для теплоснабжения, приводит к увеличению экономии топлива. Так, если воду для горячего водоснабжения нагревать непосредственно отборным паром из турбин ТЭЦ, то потребуется его более низкое давление, а удельная выработка электроэнергии станет значительно большей, чем в случае, когда нагрев этой воды осуществляется сетевой водой на тепловых пунктах. Это объясняется тем, что нагрев сетевой воды на ТЭЦ производится отборным паром более высокого давления, поскольку она нагревается до более высокой температуры (130 - 150⁰С), чем необходимо для воды горячего водоснабжения (60 - 70⁰С).

Дата добавления: 2015-07-02