Оптимизация распределения тепловых и электрических нагрузок на тепловых электростанциях

Для оперативного управления электростанцией необходимо определить рациональные режимы ее работы. Основным, нормальным режимом работы оборудования является установившийся режим, при котором обеспечивается мощность и выработка энергии (тепловой и электрической либо электрической) в соответствии с графиками нагрузки (соответствующими данному режиму) в заданный период времени.

Одной из особенностей энергетического производства является необходимость обеспечения баланса между производством и потреблением электроэнергии и тепла. Режимы работы электростанций определяются в результате распределения нагрузки между параллельно работающими в одной зоне графика нагрузки энергосистемы электростанциями, исходя из экономичности их работы. При оперативном планировании режимов электростанции используются графики характерных суток рассматриваемого периода.

Основой расчетов оптимальных режимов нагрузки оборудования электростанций, являются его характеристики, т. е. зависимости расхода первичной энергии (энергоресурсов) от нагрузки агрегатов.

Под оптимальным режимом понимается такое распределение нагрузки между параллельно работающими генерирующими источниками, при котором обеспечивается минимальный расход энергоресурсов на выработку требуемого количества энергии. В зависимости от постановки задачи оптимизации энергоресурсами могут быть расходы топлива, тепла, водных ресурсов. Оптимизация может проводиться и в целях минимизации затрат на энергоресурсы.

Для определения оптимальных нагрузок используются различные методы, в том числе методы математического моделирования.

Одной из важнейших задач эксплуатации является оптимальное распределение электрической нагрузки между электростанциями энергосистемы и их отдельными блоками и агрегатами.

Распределение электрической нагрузки между конденсационными турбоагрегатами тепловой электростанции

Электрическая нагрузка, заданная тепловой электростанции, должна быть распределена между конденсационными турбоагрегатами или энергоблоками таким образом, чтобы при полном выполнении поставленных производственно-технических задач расход топлива был минимальный. При этом топливная составляющая себестоимости производства электроэнергии также будет минимальна.

Такое распределение электрической нагрузки между конденсационными турбоагрегатами ТЭС и соответствующие режимы их совместной работы называются экономическими.

При блочной структуре ТЭС, если установлены несколько однотипных конденсационных блоков равной мощности и их энергетические характеристики одинаковы, то электрическая нагрузка распределяется между блоками равномерно, при минимально необходимом числе работающих агрегатов, что позволяет обеспечить каждому достаточно высокую электрическую нагрузку.

Так же распределяется электрическая нагрузка между конденсационными турбоагрегатами турбинного цеха при цеховой структуре ТЭС, если все агрегаты однотипны и равновелики.

Если основное оборудование ТЭС состоит из разнотипных, различных по мощности и экономичности конденсационных турбоагрегатов и котлоагрегатов, должно быть произведено экономическое распределение нагрузки, как между турбоагрегатами, так и между котлоагрегатами.

Если в котельном цехе ТЭС установлены одинаковые котлоагрегаты, работающие на одном и том же топливе, то распределение нагрузки может быть ограничено турбинным цехом, при равномерной загрузке минимально необходимого числа котлоагрегатов.

При этом следует учитывать, что вследствие относительно более высокого КПД котлоагрегатов, по сравнению с КПД турбоагрегатов, влияние повышения экономичности распределения нагрузки между котлоагрегатами на тепловую экономичность станции в целом значительно меньше соответствующего влияния распределения нагрузки между турбоагрегатами.

Поэтому в случаях, не требующих большой точности расчетов, можно ограничиваться распределением нагрузки между агрегатами турбинного цеха.

Рассмотрим простейший случай распределения электрической нагрузки ТЭС, в турбинном цехе которой установлены два агрегата одинаковой мощности.

При этом возможны следующие основные случаи:

• 1) нагрузка ТЭС может быть покрыта полностью каждым из двух турбоагрегатов;
• 2) нагрузка ТЭС может быть покрыта только при совместной работе обоих турбоагрегатов.

Расходные характеристики обеих турбоагрегатов представлены линейными уравнениями:

Их взаимная конфигурация на графике, определяемая соотношением величин параметров и , может быть различной.

При соотношении параметров: , линии характеристик расходятся (рис. 3.42).

Рис. 3.42. Распределение нагрузки между двумя агрегатами ТЭС (при расходящихся расходных характеристиках ).

При соотношении параметров: , линии характеристик будут сходиться и пересекаться в точке А (рис. 3.43).

Рис. 3.43. Распределение нагрузки между двумя агрегатами ТЭС (при пересекающихся расходных характеристиках ).

В первом случае при расходящихся расходных характеристиках любая нагрузка ТЭС должна покрываться агрегатом 1, характеристика которого всеми своими точками располагается ниже характеристики агрегата 2.

Возможен пограничный случай — параллельные характеристики, для которых вывод, очевидно, не изменится. Частным (предельным) случаем параллельных характеристик явится совпадение обеих характеристик. В этом случае расход тепла оказывается не зависящим от варианта распределения нагрузки между агрегатами.

При сходящихся характеристиках в зоне нагрузки ТЭС от О до всю нагрузку электростанции должен нести турбоагрегат 1, а в зоне от до Р (после точки пересечения характеристик) — турбоагрегат 2. В точке пресечения характеристик турбоагрегат 1 должен быть разгружен, и нагрузка ТЭС переведена на турбоагрегат 2.

Если сходящиеся характеристики турбин не пересекаются в пределах номинальной мощности, это означает, что критическая точка выходит за пределы чертежа и, следовательно, как и в случае расходящихся характеристик, всю нагрузку должен взять на себя турбоагрегат 1, т. е. турбоагрегат с большим относительным приростом.

На рис. 3.43 точка пересечения А соответствует нагрузке Ра. Эта нагрузка называется равноэкономичной мощностью, при которой расходы тепла первого и второго турбоагрегатов равны.

Правило 1. Метод минимального расхода тепла. Если заданная нагрузка может быть покрыта каждым из турбоагрегатов в отдельности, то ее следует отдавать на тот турбоагрегат, где меньше суммарный расход тепла на выработку электроэнергии при данной нагрузке (учитывается и ). Если заданная нагрузка равна равноэкономичной мощности РА, отдаем нагрузку на тот турбоагрегат, где меньше Qxx.

Правило 2. Метод относительных приростов. В случае, когда заданная нагрузка может быть покрыта только при совместной работе турбоагрегатов, их следует загружать в порядке возрастания , т. е. в первую очередь нагрузку следует отдавать тому турбоагрегату, у которого меньше q' в данном диапазоне возрастания нагрузки.

Иными словами, распределение нагрузки ведется в последовательности возрастания величин относительных приростов расходных характеристик параллельно работающих конденсационных турбоагрегатов.

Влияние холостых расходов турбоагрегатов при этом не учитывается, так как эти величины при их параллельной работе остаются постоянными при любом варианте распределения нагрузки между ними и, следовательно, не влияют на экономичность вариантов.

Если варианты распределения нагрузки различаются числом работающих турбоагрегатов, т. е. распределение нагрузки по различным вариантам связано с включением и выключением отдельных из них, то влияние холостых расходов уже не может быть исключено из расчетов, и метод относительных приростов требует соответствующих коррективов.

В том случае, когда расходная характеристика турбоагрегата представляет собой не прямую, а ломаную линию, т. е. величина относительного прироста не остается постоянной во всем диапазоне нагрузки турбоагрегата от нуля до номинальной мощности, а возрастает в точке излома характеристики скачком от q' до q", то такой турбоагрегат при распределении нагрузки следует рассматривать как совокупность двух турбоагрегатов с двумя различными величинами относительных приростов.

Все изложенное выше применимо к любому числу работающих турбоагрегатов ТЭС.