Тема 5. Показники економічності та енергетичні характеристики електростанцій.

5.1. Показники енергетичної економічності основних агрегатів електростанцій.

5.2. Енергетичні характеристики парогенераторних, реакторних та газотурбінних установок.

5.3. Енергетичні характеристики електростанцій.

5.1. До основних агрегатів, по яким прийнято визначати енергетичні показники економічності, відносяться: парогенератори (котлоагрегати) ТЕС, реакторні установки АЕС, газотурбінні установки ТЕС, турбоагрегати ТЕС, гідроагрегати ГЕС. Показники балансу потужності (енергії) парогенератора:

де — теплова потужність (енергія), яка підведена до парогенератора в паливі;

— сумарні втрати підведеної потужності (енергії) на виробництво тепла у пару;

— корисна потужність (енергія), яка вироблена парогенератором.

Баланс потужності та енергобаланс парогенератора брутто:

ГДж/ч; (5.1)

ГДж. (5.2)

Підведена до парогенератора потужність (енергія) визначається по кількості тепла, яке уводиться в топку з паливом:

ГДж/ч; (5.3)

ГДж (5.4)

де , - витрачання палива природного годинне (тн.т./г) та за даний період (тн.т.);

— низька теплота згоряння природного палива, кДж/кг н.т.

При розрахунку палива в умовній вазі підведена потужність (енергія) розраховується наступним чином:

ГДж/ч, (5.5)

ГДж, (5.6)

де и — годинне витрачання умовного палива (т у. т. /ч) та витрачання умовного палива за заданий період (т у. т.);

29308 — низька теплота згоряння кілограма умовного палива, кДж/кг у. т.

Сумарні втрати складаються із втрат тепла з газами, які відходять, та з хімічним і механічним недопіком у навколишнє середовище.

Корисна потужність (енергія) – це кількість тепла, яка передається воді, яка випарюється в парогенераторі:

ГДж/ч, (5.7)

ГДж, (5.8)

де — продуктивність парогенератора, т/г;

— виробництво пари за даний період, т;

— годинне витрачання пари, яка пішла на другий пароперегрівач, т/г;

— кількість пари, яка надійшла до другого пароперегрівача за даний період, т; — годинне витрачання продувної води, т/г;

— витрачання продувної води за даний період, т;

та — энтальпії перегрітої пари и живильної води, кДж/кг;

и — энтальпії пари, яка надійшла до другого пароперегрівача та на виході з нього, кДж/кг.

Корисна потужність парогенератора це його теплопродуктивність.

На підставі балансів потужностей брутто визначаються: сумарні питомі втрати підведеної потужності ; питоме витрачання палива на одиницю теплопродуктивності ; КПД :

; (5.9)

кг у. т./ГДж; (5.10)

. (5.11)

Ці показники пов’язані між собою. Показник ККД пов’язаний з показниками втрат та питомого витрачання таким чином:

. (5.12)

кг у.т/ГДж (5.13)

Показники питомого витрачання та ККД нетто парогенераторів визначаються по відповідним балансам потужності та енергії:

(5.14)

(5.15)

де та — годинне витрачання тепла на свої потреби, ГДж/г, та його витрачання за даний період, ГДж;

та — витрачання тепла на виробництво електричної потужності (енергії) на свої потреби годинне, ГДж/г, та за даний період, ГДж.

АЕС – це один із видів теплових станцій, де замість органічного палива використовують ядерне паливо. Баланс потужності та енергобаланс реакторних установок брутто:

МВт; (5.16)

МВт; (5.17)

де — потужність (енергія), яка підведена до ядерного реактора.

МВт; (5.18)

МВт*г, (5.19)

де — здатність ядерного палива утворювати тепло, МВт*г/кг;

та — годинне витрачання використаного ядерного палива, кг/г, та його масове витрачання за даний період, кг.

В газотурбінних установках (ГТУ) джерелом енергії є продукти згоряння палива. Потенційна енергія цих продуктів перетворюється у кінетичну енергію газового потоку, яка перетворюється у механічну, а потім в електричну енергію. Компресор ГТУ монтують на одному валу з генератором.

Гідроагрегат – це машинний комплекс із турбіни та генератора. Баланс потужності та енергобаланс гідроагрегату:

МВт; (5.20)

МВт*ч; (5.21)

де — потужність (енергія), яка підведена з водою;

— втрати підведеної потужності (енергії) в турбіні та генераторі; — корисно використана гідравлічна потужність (енергія).

Підведена гідравлічна потужність:

МВт, (5.22)

де — витрачання води через гідроагрегат, м³/с;

— робочий напір, м.

Величина напору залежить від витрачання через створ ГЭС. Вона визначається коливаннями горизонтів верхнього та нижнього бьофу. При зміні робочого напору змінюється і витрачання води через турбіну.

5.2. Характеристики підведеної потужності та питомого витрачання парогенератора представляють собою функціональні залежності та . Для оцінки особливостей технологічного процесу та побудови енергетичних характеристик у парогенераторах виділяють три зони: неробочу, економічного навантаження, перевантаження або форсування (рис.5.1)

У конденсаційних турбоагрегатів енергетичні характеристики підведеної потужності та питомого витрачання відображають залежність годинного та питомого витрачання тепла від електричного навантаження .

Рис.1.1 Енергетичні характеристики парогенератора:

1 - підведеної потужності (витратна); 2 – питомих витрат

На форми характеристик впливають системи регулювання: дросельне, обвідне, соплове. Ці характеристики мають форму випуклих кривих або сполучення таких кривих на окремих дільницях. Для практичності криві замінюють прямими або ломаними лініями.

Для турбоагрегату з дросельним та сопловим регулюванням використовують прямолінійні енергетичні характеристики підведеної потужності (рис.5.2). Аналітичне вираження цих характеристик:

ГДж/ч; (5.23)

ГДж/ч^-1/МВт (5.24)

де — годинне витрачання тепла на холостий хід, ГДж/г;

— питомий приріст витрачання тепла на одиницю електричної потужності, ГДж*г^-1/МВт;

— поточне значення електричного навантаження турбоагрегату в границях від мінімальної до номінальної , МВт.

Для агрегатів з обвідним регулюванням використовують ломані характеристики підведеної потужності (рис.5.3). В цих характеристиках виділяють дві зони: зона економічного навантаження від до ; зона перевантаження від до . Аналітичні рівняння ломаної характеристики та характеристики питомого витрачання конденсаційного турбоагрегату:

ГДж/ч; (5.25)

ГДж/ч^-1/МВт (5.26)

де — питомий приріст витрачання тепла на одиницю електричної потужності в зоні економічного навантаження, ГДж*ч^-1/МВт;

— то ж, в зоні перевантаження;

— поточне електричне навантаження в зоні перевантаження, МВт;

— то ж, в зоні економічного навантаження.

Перші два члена рівнянь відносяться до зони економічного навантаження, а треті — до зони перевантаження. При роботі агрегату в економічній зоні треті члени рівнянь не враховуються. Якщо агрегат працює в зоні перевантаження, то у другому члені рівняння підведеної потужності величина .

У турбін із противотиском підведене тепло розподіляється на дві частини:

ГДж/г (1.58)

де — тепло, яке витрачене на виробництво електричної потужності;

— корисне відпущення тепла споживачам із противотиску.

Енергетичні характеристики підведеної потужності цих турбін показані на рис. 5.4.

	Рис. 5.2. Прямолінійна характеристика підведеної потужності або витратна (1) і характеристика питомої витрати (2) конденсаційного турбоагрегату
	Рис. 5.3. Ламана характеристика підведеної потужності або витратна (1) і характеристика питомої витрати (2) конденсаційного турбоагрегату
	Рис. 5.4. Енергетичні характеристики турбоагрегату з противодавлением: 1 — характеристика повної годинної витрати тепла залежно від електричного навантаження; 2 — характеристика годинної витрати тепла на вироблення електричної потужності

5.3. Енергетичні характеристики електростанцій дозволяють порівнювати економічність їх роботи у різних режимах постійного навантаження. Економічність оцінюється за допомогою характеристик нетто, які враховують витрачання енергії на потреби самої станції. Енергетичні характеристики станцій приводять до споживачів електроенергії, для цього враховують втрати енергії в мережах.

Для побудови витратних енергетичних характеристик електростанцій використовують характеристики основних агрегатів, витрачання потужності на свої потреби та втрати електроенергії в мережах. Основою розрахунку є рівняння корисної потужності попередньої стадії та підведеної потужності наступної стадії.

Для побудови витратної енергетичної характеристики ТЕС використовують групові характеристики турбоагрегатів та парогенераторів. Початкова точка групової характеристики визначається координатами: сумою мінімальних навантажень агрегатів; сумарним годинним витрачанням підведеної потужності при цих навантаженнях. Приклад побудови групової характеристики для двох різнотипних конденсаційних турбоагрегатів приводиться на рис 5.5.

Рис.5.5. Побудова групової характеристики підведеної (витратною) потужності двох конденсаційних турбоагрегатів:

1 і 2 — характеристики першого і другого агрегатів; 3 — групова характеристика;

- зона навантаження першого агрегату

та — — зона економічних навантажень і перевантажувальна зона другого агрегату

На теплових електростанціях визначення витратних енергетичних характеристик виконують для характерного електричного навантаження. При цьому враховують мінімальну та максимальну потужності паротурбінних та парогенераторних установок і точки ламання групових характеристик турбоагрегатів та парогенераторів. Втрати та витрачання теплової та електричної енергії на свої потреби ТЕС визначають за стадіями виробництва. Приймається, що вони знаходяться у лінійній залежності від підведеної потужності стадій. Витрачання тепла на свої потреби відносять до парогенераторних установок, а витрачання електроенергії на свої потреби ТЕС – до паротурбінних установок. По груповим характеристикам агрегатів нетто і витратам електроенергії в мережах отримують енергетичну характеристику нетто станції в цілому. По цим характеристикам можна отримати показники для оцінки економічності роботи ТЕС: питомі витрачання, питомі прирости витрачання умовного палива на одиницю електричного навантаження.