Диссертация (Совершенствование структуры и оптимизация режимных параметров автоматической системы управления мощностью ПГУ при ее участии в регулировании частоты и мощности в энергосистеме)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МЭИ» Специальносгь 05.13.06 — «Автоматиэация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям: энергетика)» Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ. ГЛАВА 1, ОБЗОР ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ, 1.1.

Общее положение ПГУ в энергетической отрасли. Основные требования к работе ПГУ в современных условиях эксплуатации ...„.........,. 1.2. Анализ результатов работ, проводимых для ПГУ в конденсационном режиме по части условий эксплуатации. 1.3. Предпосылки совершенствования структуры автоматической системы регулирования мощности ПГУ 1.4.

Результаты и выводы по главе.....„....,.„...,...„.......„.„.........,....„..„...,....,..„ ГЛАВА2 МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПГУ-45ОТ 10 20 2.1. Направление исследования 32 2.2. Описание энергоблока ПГУ-450.....,........................, 32 22.1. Газотурбинная установка. 2.2.2.

Котел-утилизатор. 22,3. Паротурбинная установка 2.3. Описание тренажера ПГУ-45ОТ 2.4. Адекватность и валидация тренажера 2.5. Влияние температуры наружного воздуха на мощность турбоагрегатов парогазовой установки . 49 2,6. Распределение нагрузки между турбоагрегатами ПГУ-450 в зависимости от текущей мощности энергоблока и температуры наружного воздуха.

53 2.7, Исследование возможных способов регулирования мощности ПГУ ....,. 57 2,7.1. Обоснование исходных значений параметров для проведения экспериментов на тренажере ПГУ-450. 2.7,2.Изменение мощности блока ПГУ-450 за счет регулирующих топливных клапанов ГТУ 62 61 2.7.3.Изменение мощности блока ПГУ-450 за счет регулирующих клапанов паровой турбины 68 2.8, Результаты и выводы по главе....,....... „„, .....,.„„..„... „.......„,. 71 ГЛАВА 3.

ИССЛЕДОВАНИЕ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ ПГУ-450 ПРИ ЕЕ УЧАСТИИ В НПРЧ ...... 73 3,1. Современные системы регулирования мощности ПГУ..„......,...........,..... 32. Требования к НПРЧ ................,.....,.„........,.„.....,.....,.. „...,,.... „„.....„... 3,3.

Применяемые способы регулирования мощности ПГУ ....„„....,.„....,...... 3.4. Исследование диапазона нагрузок паровой турбины при регулирование РК ВД и участии энергоблока в НПРЧ. 3.5. Моделирование процесса регулирования мощности энергоблока ПГУ за счет газовых турбин...,...........,......, ....................................,......,............ 3,6.

Моделирование процесса регулирования мощности энергоблока ПГУ за счет максимального привлечения паровой турбины .................,....,............ 3.7. Модель системы автоматического управления мощностью ПГУ,....,..... 3.8. Результаты и выводы по главе.....,.....,.................,.......... ГЛАВА 4.

ВЫБОР ТЕХНОЛОГИИ УЧАСТИЯ ПГУ В НОРМИРОВАННОМ ПЕРВИЧНОМ РЕГУЛИРОВАНИИ ЧАСТОТЫ В ЭНЕРГОСИСТЕМЕ,......, ... 4.1. Постановка задачи.. 4,5. Сравнение вариантов участия ПГУ в надежности.. 4.6. Результаты и выводы по главе ... ЗАКЛ1ОЧЕНИЕ . НПРЧ по показателям 113 СПИСОК ЛИТЕ АТУРЫ. ПРИЛОЖЕНИЕ Приложение 1. Исходные данные к расчету экономичности работы ПГУ-450 при ее участии в НДРЧ . 135 4.2. Методика расчета годовых показателей ПГУ с учетом температуры наружного воздуха в базовом режиме и в режиме участия в НПРЧ ...............

98 4,3. Экономичность работы ПГУ-450 при ее работе в режиме регулирования частоты в сети .....„„.„.„.....,....,.............,.......,............,...,....,...., 102 4,4. Сравнение вариантов участия в НПРЧ по показателям маневренности и экономичности 104 Основу современной энергетики составляют тепловые электрические станции ~ТЭС). На них производится более 65% всей электроэнергии в мире. Традиционные энергоблоки практически исчерпали свой ресурс совершенствования. Были разработаны, изучены и введены в эксплуатацию схемы работы энергоблока на критических и сверхкритических параметрах с применением вторичного и третичного перегрева с регенерацией тепла, Кроме того, коэффициент полезного действия 1КПД) современных ТЭС приблизился к своему возможному пределу и дальнейшее его увеличение связано с большими капиталовложениями и усложнением самой тепловой схемы, например, применения более высокой регенерации.

Во всем мире прогресс в теплоэнергетике стал связан с решением задач оптимального соотношения эффективности, надежности, капиталоемкости и экологичности энергетических установок. Одним из перспективных направлений для исполнения поставленных задач стало широкое внедрение в энергетике парогазовых установок ~ПГУ) с высокоэффективным производством электроэнергии. Появление первых отечественных ПГУ-200 в 60-е годы с высоконапорным парогенератором показали выгоду своего применения по сравнению с традиционной паросиловой установки К-160-130 в снпжение затраг ~Ц: - расхода топлива на 8%; - металлоемкости в 2,5 раза; - удельных капитальных затрат на 8%, Основные преимущества ПГУ по сравнению с традицноннымн ТЭС, обратили особое внимание на свое развитие: 1. Энергоэффективность.

Уже сегодня КПД трехконтурной 1П У с промежуточным перегревом пара, где температура газов перед газовой турбиной равняется 1450'С, достигает порядка б0'.4, что составляет 82;4 от теоретически возможного уровня. 2. Маневренность. Высокая маневренность обусловлена наличием в схеме газотурбинной установки ~ГТУ), у которой переход с одной нагрузки на другую занимает считанные секунды. 3.

Экологичность. Работая на газе, с меньшим расходом топлива, чем паросиловые ТЭС, и используя диффузионный принцип сжигания топлива с большими избытками воздуха, ПГУ существенно снижает выбросы вредных веществ, в том числе и оксидов азота ~ХО„). 4. Экономичность. Определяется в основном тремя факторами: - высокий КПД; -меньшее потребление ПГУ охлаждающей воды. Это объясняется тем, что паросиловая часть ПГУ выдает одну треть от общей мощности„а ГТУ в охлаждающей воде практически не нуждается; -низкая стоимость установленной единицы мощности и существенно меньший строительный цикл, по сравнению с обычными ТЭС.

Связано это с более упрощенной тепловой схемой и простому составу энергетического оборудования. Вышеотмеченные достоинства ПГУ привлекли Российскую энергетику уделить большее внимание развитию парогазовой отрасли. Инвестиционной программой ОАОРАО«ЕЭС России» до 2020г. был намечен значительный объем ввода в эксплуатацию современных парогазовых установок 121 и сейчас эти планы продолжают выполняться. Множество исследований направленно на изучение ведения режимов и условий работы ПГУ как в конденсационном, так и в теплофикационном режиме, Каждое новое исследование открывает большие перспективы для науки развития парогазовой отрасли. Настоящая диссертационная работа направлена на решение вопроса участия действующих ПГУ в нормированном первичном регулировании частоты и мощности в энергосистеме, выполняя требования завода-изготовителя, Актуальность работы В настоящее время, на отечественных электростанциях освоены и эксплуатируются парогазовые установки утилизационного типа с высокой долей мощности высокотемпературных газовых турбин (ГТ).

Ныне работающие ПГУ проектировались для эксплуатации в базовой части графиков нагрузки с ограниченным числом переменных и остановочнопусковых режимов ~3~, В основе разработки тепловой схемы ПГУ лежат заводские данные завода-изготовителя основного оборудования, который прорабатывает автономную работу только своего изделия. Поэтому при совместной работе оборудования возникают вопросы экономичности, экологичности, маневренности и надежности ПГУ в целом. А в процессе эксплуатации добавились проблемы, характерные для ооорудования ПГУ, работающего на частичных нагрузках. Реформирование энергетики России, появление рынка электроэнергии и мощности, недостаток высокоманевренных энергоблоков, ограниченные возможности тепловых станций в регулировании нагрузки и ряд других проблем, склонили к привлечению ПГУ, обладающих рядом достоинств, к регулированию частоты и мощности в энергосистеме.

Подтверждением этого является как выпущенный СО ЦДУ ЕЭС Стандарт «Нормы участия парогазовых установок в общем и нормированном первичном регулировании частоты и автоматическом вторичном регулировании частоты и перетоков мощности», так и то, что парогазовые установки, работающие в составе ТЭЦ-21 и ТЭЦ-27 ОАО «Мосэнерго», с начала 2013 года впервые в ЕЭС России начали оказывать услуги по нормированному первичному регулированию частоты ~НПРЧ).