Диссертация (1152220), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Такой способцентрализации энергоснабжения получил название теплофикации, а источник комплексногоэнергоснабжения–Соответственнопритеплофикационнойтакомспособеэлектростанциипроизводства137(теплоэлектроцентрали,энергосистемавключаетТЭЦ).всебятеплофикационные электростанции, электрические и тепловые сети, соединенные между собойи связанные режимами непрерывного процесса производства, преобразования, передачи ираспределения электрической и тепловой энергии [98, 135, 136].При производстве электроэнергии на электростанциях как побочный продукт образуетсятепло, большая часть которого выбрасывается в атмосферу.
Теплофикационные электростанциипозволяют полезно использовать более 70% сбросного тепла для целей теплоснабженияпотребителей [144, 189, 190]. При этом потери энергии при сжигании топлива снижаются в 1,3и более раз в сравнении с раздельной выработкой тепла в отопительных котельных иэлектроэнергии на конденсационных электростанциях (рисунок 2.39).100%Топливо100%КонденсационнаяэлектростанияЭлектроэнергия38%Тепло82%ОтопительнаякотельнаяОбщаяэффективность:КИТ=60%Электроэнергия28%Топливо100%ТеплофикационнаяэлектростанцияТепло54%Общаяэффективность:КИТ=82%Рисунок 2.39 – Сравнение комбинированного и раздельного производства по общейэффективностиИсточник: разработано автором на основании [144, 189, 190]Многолетнее централизованное развитие энергетического хозяйства, а также высокаяэкономичность комбинированного производства и особенности климата (объем потреблениятепловой энергии в 2 раза выше электрической) привело к широкому распространению в странетеплофикационных электростанций и централизованных энергосистем на их основе.
Данныецентрализованные энергосистемы удовлетворяют до 90% потребности городов в тепле иэлектроэнергии [42, 190].В период плановой экономики теплофикационные электростанции рациональновстраивались в единую энергосистему страны и отличались высокими показателямиэффективности. Однако после перехода к рыночной экономике положение ТЭЦ значительноухудшилось ввиду слабой приспособленности данного вида генерации к рыночным условиям.138За последние 20 лет отпуск тепла от ТЭЦ сократился более чем в 1,5 раза. Но, несмотря наданную негативную тенденцию, теплофикационные электростанции по-прежнему играют однуиз ключевых ролей в энергоснабжении потребителей.
На них приходится около 47% выработкиэлектроэнергии тепловыми электростанциями и 37% отпуска тепла тепловыми источниками[42, 190].На рисунке 2.40 приведена принципиальная схема теплофикационной электростанции исистемы централизованного энергоснабжения потребителей на ее основе.Теплофикационная электростанцияЭлектрогенераторЭлектроэнергияТрансформаторная ЭлектроэнергияподстанцияЛинииэлектропередачТепловые потериЭлектроэнергияГрадирняТепловые потериТопливоЭнергетическийкотлоагрегатОхлажденнаяводаМеханическая энергияПерегретыйпарТеплофикационныйтурбоагрегатОтработанныйпарВодаОчищеннаяводаПодстанцияглубокого ввода и ЭлектроэнергияраспределительныйпунктКонденсаторЭлектроэнергияВодаРегулируемыеотборы параСетевойподогревательКонденсатГорячая водаТепловая сеть(тепловой пункт)Горячая водаВодаВодаПотребительВоспринятаятеплотаВодаДеаэраторРисунок 2.40 – Принципиальная схема теплофикационной электростанции и системыцентрализованного энергоснабжения на ее основеИсточник: разработано автором на основании [98, 197, 229]Теплоэлектроцентраль конструктивно устроена как конденсационная электростанция.
Засчет сжигания топлива в котлоагрегате формируется водяной пар высокого давления итемпературы. Полученный пар подается к турбине, где его потенциальная энергияпреобразуется в кинетическую энергию вращения ротора турбины и электрогенератора.Отработанный пар поступает в конденсатор, в котором осуществляется его переход изпарообразного в жидкое состояние за счет отвода тепла холодным теплоносителем (сиспользованием градирни). Полученная вода направляется в деаэратор, где осуществляется ееочистка от газовых примесей.
В него также поступает очищенная вода, компенсирующая ее139потери в процессе производства. Из деаэратора вода направляется обратно в котлоагрегат [98,190, 197].Главное отличие ТЭЦ от КЭС состоит в возможности отобрать часть тепловой энергиипара, после того, как он выработает электрическую энергию. Таким образом, осуществляетсяполезное использование отработанного пара.
В зависимости от вида паровой турбины,существуют различные отборы пара, которые позволяют забирать из нее пар с разнымипараметрами.ТурбиныТЭЦпозволяютрегулироватьколичествоотбираемогопара.Отобранный пар конденсируется в сетевых подогревателях и передает свою энергию сетевойводе, которая направляется в тепловые пункты.На ТЭЦ есть возможность перекрывать тепловые отборы пара. В этом случае ТЭЦстановится обычной КЭС.
Данная возможность позволяет работать ТЭЦ в теплофикационном иконденсационном режимах.В теплофикационном режиме осуществляется совместное производство электроэнергиии тепла, которое является максимально экономичным, так как тепло, не участвующее в работена КЭС, используется в теплоснабжении потребителей. Для этого через отборы турбиныосуществляется отпуск тепла для нагрева сетевой воды. При этом коэффициент использованиятопливаповышается на 30-40%.
Чем больше вырабатывается электроэнергии потеплофикационному режиму, другими словами, на тепловом потреблении, тем больше у ТЭЦобщий КПД. Электрическая нагрузка ТЭЦ зависит от отпуска тепла и в основном определяетсятемпературой наружного воздуха [190, 229].В конденсационном режиме осуществляется выпуск только электроэнергии. При этомввиду низкого КПД (на 3-5% ниже, чем при производстве на сопоставимой КЭС) данный режимцелесообразен лишь для покрытия пиковой электрической нагрузки или дефицита активноймощности.Режимы работы ТЭЦ носят сезонный характер.
В зимний период ТЭЦ работает втеплофикационном режиме на номинальной мощности согласно тепловому графику, достигаясвоеймаксимальнойпроизводственнойэффективности.ВпереходныйпериодТЭЦфункционирует в теплофикационном режиме с частичными тепловыми нагрузками, при этомпроизводственная эффективность снижается. В летний период тепловая нагрузка существеннопадает и ТЭЦ функционирует на минимальной тепловой мощности, неся нагрузку горячеговодоснабжения, или переходит в конденсационный режим работы на электрический графикнагрузки[85,135,190].Сезонныйхарактертакжесправедливидляструктурытопливоснабжения ряда ТЭЦ: уголь и мазут – зимой, природный газ – летом. Работа140котлоагрегатов на газе снижает их минимальную допустимую нагрузку и облегчаетвозможность маневрирования при сниженной нагрузке летом.На рисунках 2.41 – 2.43 приведены зависимости расхода условного топлива и мощностидля энергоустановок на разных видах топлива при работе в различных режимах.Т-50-130 Прир.
газ25Т-50-130 Уголь20Т-110-130 Прир.газТ-110-130 УгольРасход условного топлива,кг.у.т./c3015Т-185-130 Прир.газТ-185-130 Уголь105Т-250-240 Прир.газТ-250-240 Уголь0050100150200250300350Электрическая мощность энергоблока, МВтРисунок 2.41 – Зависимости расхода условного топлива от электрической мощности дляконденсационного режима работы энергоустановокИсточник: разработано автором30Расход условного топлива,кг.у.т./сТ-50-130 ПриргазТ-50-130 Уголь25Т-110-130 Прир.газТ-110-130 Уголь2015Т-185-130 Прир.газТ-185-130 Уголь105Т-250-240 Прир.газТ-250-240 Уголь00100200300400Тепловая мощность энергоблока, МВт500Рисунок 2.42 – Зависимости расхода условного топлива от тепловой мощности длятеплофикационного режима работы энергоустановокИсточник: разработано автором141Электрическая мощность , МВт300Т-50-130 Прир.газТ-50-130 Уголь250Т-110-130 Прир.газТ-110-130 Уголь200150Т-185-130 Прир.газТ-185-130 Уголь100Т-250-240 Прир.газТ-250-240 Уголь5000100200300400Тепловая мощность энергоблока, МВт500Рисунок 2.43 – Зависимости электрической мощности от тепловой мощности длятеплофикационного режима работы энергоустановокИсточник: разработано авторомСпозициисистемыцентрализованноготеплоснабжениятеплофикационнаяэлектростанция представляет собой котельную, в которой вместо части тепловой энергиивырабатывается электроэнергия.
При этом суммарный КПД ТЭЦ по двум видам энергетическойпродукции приближенно равен КПД котельной при производстве тепла (около 82%).Суммарный КПД ТЭЦ, характеризуя общую эффективность теплофикации с позициирасхода теплоты, полученной от сжигания топлива, представляет собой коэффициентиспользования топлива (КИТ). При номинальной нагрузке по теплу КИТ разных видовэнергоустановок, таких как котельная, паротурбинные, газотурбинные и парогазовые ТЭЦ,примерно одинаков. По сути, различаются только доли тепловой и электрической энергии,вырабатываемые при сжигании единицы условного топлива на тепловом потреблении (таблица2.6 и рисунок 2.44).Разные типы ТЭЦ могут выработать в теплофикационном цикле от 25 до 150%электроэнергии от величины теплового потребления.
При этом удельные расходы напроизводствоэлектроэнергиинезависимоотэнергоустановкибудутприблизительноодинаковыми. Таким образом, изменяя состав энергооборудования и технологию производства(тепловой цикл) можно производить электроэнергию и тепло в различных соотношениях содинаковой эффективностью на теплофикационной электростанции. Поскольку ТЭЦ обычно142строятся, расширяются и реконструируются в течение десятков лет (что связано с постепеннымростом нагрузки и изменением структуры производства электрической и тепловой энергии), тона многих станциях имеются энергоустановки разных типов [144, 190].Таблица 2.6 – Сравнительный анализ показателей энергоустановокПоказательКотельнаяВид энергоустановкиПТУ ТЭЦПГУ ТЭЦконденс. теплоф.
конденс. теплоф.режимрежимрежимрежим30-3623-3250-5548-53Доля теплоты топлива,преобраз. в э/э, %Доля теплоты топлива,80-8554-65преобраз. в т/э, %КИТ, %80-8530-3680-8550-55Отношение электр. и0,3-0,6тепл. мощностиДоля газотурбинной0000,7мощностиИсточник: составлено автором на основании [98, 190, 197, 229]ГТУ ТЭЦтеплоф.режим32-3434-385080-851,2-1,580-850,6-0,70,81Расход теплоты топлива, кВтч/кг98718%1,4718%1,4718%1,4728%2,2832%2,5954%4,3950%4,08ПТУ ТЭЦГТУ ТЭЦ6518%1,4748%3,914382%6,67234%2,7610КотельнаяТепловая энергияЭлектрическая энергияПГУ ТЭЦПотериРисунок 2.44 – Распределение теплоты топлива на различных энергоустановках на тепловомпотреблении при сжигании 1 кг у.т.Источник: составлено автором на основании [98, 190, 197, 229]Основнымипреимуществамикомбинированногопроизводстваэнергетическойпродукции на теплофикационных электростанциях являются:малые удельные затраты топлива при совместной выработке электроэнергии и тепла,143возможностьразнесенияусловно-переменныхзатрат(экономиитопливаоттеплофикации) между электроэнергией и теплом в зависимости от конъюнктуры,сложившейся на энергорынках,производство электроэнергии вблизи от места ее потребления,повышенная надежность как теплового источника.Рассмотрим данные преимущества более подробно.Малые удельные затраты топлива достигаются на ТЭЦ благодаря теплофикационномуциклу работы с экономичностью которого на данный момент не может сравниться ни одна ихприменяемых технологий производства электроэнергии на органическом топливе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
