Главная страница Случайная лекция
Мы поможем в написании ваших работ!
Порталы:
БиологияВойнаГеографияИнформатикаИскусствоИсторияКультураЛингвистикаМатематикаМедицинаОхрана трудаПолитикаПравоПсихологияРелигияТехникаФизикаФилософияЭкономика
Мы поможем в написании ваших работ!
Как же регулировать нагрузку в системе «потребитель-производитель»
Как мы уже выяснили, производитель электроэнергии жестко связан с потребителем и нагрузка в течение суток может значительно изменяться. Например, по Северному Кавказу электрическая нагрузка в течение суток зимой изменяется на 1500¸2500 МВт. Следует отметить, что установленная мощность самой крупной электростанции в регионе (Ставропольской ГРЭС), имеющей в своем составе 8 энергоблоков, составляет 2400 МВт.
Ранее было сказано, что различный характер суточных изменений нагрузок рекомендуется покрывать работой электростанций, специально приспособленных для этого. Атомные электростанции обеспечивают базовую нагрузку. Тепловые электростанции с паросиловым циклом работают в полупиковом режиме. Однако ТЭС на твердом топливе эксплуатируются чаще в базовом режиме. Гидравлические электростанции и тепловые на базе газотурбинных установок обеспечивают пиковую часть нагрузки. Полупиковый и пиковый характер изменения нагрузки предполагает переменный режим эксплуатации энергетического оборудования.
В табл.1.4 приведены данные за 1995 г. установленных мощностей и производство электроэнергии электростанциями, а также сведения по числу часов использования установленной мощности в некоторых странах мира.
Как показывает анализ работы энергосистем многих стран мира оптимальное соотношение между электростанциями, несущими различную по виду нагрузку, следующее.
По установленной мощности:
- Электростанции, работающие в базовом режиме производства электроэнергии (АЭС и частично ТЭС) - 20¸35 %;
- полупиковую нагрузку (в основном ТЭС) обеспечивают – 50¸60 %
- пиковую нагрузку покрывают электростанции (ГЭС, ГТУ и ПГУ) –10¸20 %.
По производимой электроэнергии на электростанциях различного типа вырабатывается следующее количественное соотношение ее:
- в базовом режиме - 40¸70 %;
- в полупиковом - 20¸40 %;
- в пиковом - до10 %.
Отсюда, в энергосистемах развитых стран при наличии электростанций различных типов, атомные электростанции при установленной мощности в энергосистемах 20…35 % вырабатывают в среднем за год 30…50 % электроэнергии. Тепловые электростанции, при условии, что они могут работать в
Таблица 1.1 Данные энергопотребления некоторых стран по состоянию на 1995 г.
| Страны | Установленная мощность Производство электроэнергии | Наработка полной нагрузки, ч | ||||||
| ТЭС, % | ГЭС, % | АЭС, % | НЭС, % | ТЭС | ГЭС | АЭС | НЭС | |
| Бельгия | 52,8 42,8 | 9,4 1,6 | 37,8 55,6 | - | 4041,4 | 876,7 | - | |
| Великобритания | 75,7 71,2 | 6.0 2,0 | 18,2 26,6 | 0,1 0,1 | 4485,3 | 1613,8 | ||
| Германия | 72,2 66,6 | 7,7 4,5 | 19,8 28,8 | 0,3 0,1 | 4273,3 | 2728,4 | 6748,3 | 1036,4 |
| Испания | 47,8 51,9 | 36,7 14,8 | 15,4 33,3 | 0,1 0,1 | 3946,4 | 3635,5 | ||
| Канада | 30,9 21,2 | 56,1 61,6 | 13,0 17,2 | 0,04 0,007 | 3255,4 | 5201,8 | 6279,3 | |
| Россия | 69,2 67,8 | 20,7 20,6 | 10,1 11,6 | 0,005 0,003 | 3996,2 | 4684,5 | 2447,2 | |
| США | 73,2 70,1 | 13.1 9,2 | 13,0 20,1 | 0,6 0,5 | 4187,2 | 6766,8 | 3525,6 | |
| Финляндия | 64,7 49,7 | 19,2 20,2 | 16,0 30,1 | - - | 3398,7 | 4654,3 | 8318,6 | - |
| Франция | 22,2 8.0 | 23,2 15,4 | 54.4 76,5 | 0,2 - | 6445,7 | |||
| Швейцария | 6,0 3,5 | 75,5 57,0 | 18,5 39,5 | - 0,001 | 2860,3 | 8082,8 | 857,1 | |
| Швеция | 12,9 6,8 | 48,0 45,6 | 29,9 47,6 | 0,2 0,07 | 2292,9 | 4149,9 | 6955,2 | 1477,6 |
| Южная Америка | 27,7 17.2 | 71.1 80,9 | 1,27 1,89 | - - | 2708,6 | 4939,4 | 6463,5 | - |
полупиковой, пиковой и базовой нагрузках, расширяют свой диапазон по выработке электроэнергии по сравнению с установленной мощностью, т.е. обеспечивают 10…90 % производства электроэнергии. Гидравлические электростанции наоборот уменьшают выработку (на них производится не более 10…15 %). Годовое число часов использования установленной мощности атомных электростанций составляет 7000…8300 ч. (табл.1.4); тепловых электростанций – 2000…6000 ч.; гидравлических (как правило) - менее 2000 ч. Эти данные показывают, что тепловые электростанции вынуждены работать в широком диапазоне изменения нагрузок. Существуют страны (Швеция, Норвегия Финляндия) где ТЭС работают сезонно, отрабатывая за год 2000…3000 ч.; они подключаются только для покрытия зимнего максимума нагрузок, работая на производство как электроэнергии, так и тепла. Учитывая все это тепловые электростанции должны обладать большей маневренностью и значительными возможностями для работы в переменных режимах.
В мире сохраняются тенденции к медленному росту производства электроэнергии и увеличению потребления электроэнергии одним человеком путем: ввода новых мощностей и повышением эффективности использования установленных; расширения электрических связей как внутри одной страны, так и между соседними странами.
Между Европейскими странами существуют перетоки электроэнергии. Франция, специализирующаяся на выработке базовой нагрузки на АЭС, передает ее соседним странам через такие транзитные энергосистемы как Швейцария и Люксембург, энергосистемы которых имеют большую долю импорта и экспорта электроэнергии. Например, энергосистема Люксембурга имеет импорт примерно 463 %, а экспорт 60%; Швейцария покупает 31 % электроэнергии, а продает 42 %. Отдельные страны специализируются по производству какого-то вида энергии. Например, Франция и Бельгия экспортируют базовую нагрузку; Норвегия, Австрия готовы поставлять пиковую электроэнергию; Дания - полупиковую нагрузку. Некоторые страны свою энергетику стараются развивать более гармонично (например, Германия, Великобритания, Финляндия, Испания). Существуют страны, имеющие большую долю импорта. К ним относятся Италия, Люксембург, Нидерланды, Финляндия. Экспортерами являются страны производящие более дешевую электроэнергию - это Франция и Норвегия. Таким образом, в Европе идет дальнейшее объединение энергосистем и универсализация их по видам производств электроэнергии.
Установленная мощность тепловых электростанций Западной Европы составляет 56,2 %, в то время как на них вырабатывается 52,6 % электроэнергии, т.е. на 3,6 % меньше, чем нагрузка в соответствии с установленной мощностью. Еще большее различие между установленной (21,26 %) и вырабатываемой (12,1 %) мощностями на гидроэлектростанциях. Здесь эта разница составляет 9,16 %. Зато по атомным электростанциям процентное соотношение между установленной и производимой нагрузками имеет обратное соотношение: при установленной мощности 22,1 % на них вырабатывается в среднем 34,5 % электроэнергии. Разница между этими нагрузками 12,4 % и примерно равна сумме разниц по тепловым и гидравлическим электростанциям (3,6 + 9,16 = 12,76 %). Это подтверждает то, что атомные электростанции не участвуют в регулировании нагрузки. Поэтому они нарабатывают большое количество часов при более полной нагрузке. Тепловые и гидравлические электростанции работают в переменном режиме, обеспечивая полупиковую и пиковую нагрузки и участвуя, таким образом, в регулировании суточных графиков электропотребления.
Важным является вопрос о возможности и надежности обеспечения динамичности суточных и сезонных изменений нагрузки энергосистем и оборудования электростанций. Анализ суточных графиков нагрузок энергосистем показывает, что для них большое значение имеют предельные скорости изменения нагрузки dN/dt. Например, колебания суточной нагрузки энергосистемы Ростовской области могут доходить до 1000 МВт при коэффициенте неравномерности kн> 0,65…0,7. Скорость изменения энергопотребления в отдельные моменты доходила до dN/dt = 500 МВт/ч (8,5 МВт/мин). В то же время скорость нагружения энергоблоков тепловых электростанций ограничена (до 2,5…3,5 МВт/мин) [25, 26]. Скорость нагружения энергоблоков ТЭС ограничивается скоростью прогрева металла тепломеханического оборудования установок, поэтому при изменении нагрузки на энергоблоках в прогретом состоянии скорость изменения нагрузки может быть и большей. По требованиям [27] надежности работы металла разность температур между отдельными реперными точками элементов оборудования ТЭС не должна превышать 40 0С по условиям допустимых температурных напряжений, возникающих в металле при прогреве. Известно [25], что медленнее всего прогревается барабан котла и паровпускная камера части среднего давления турбины с промежуточным перегревом. Очевидно, у мощных энергосистем (например, если рассматривать объединенную энергосистему Северного Кавказа) с большой неравномерностью при kн = 0,5 требуемая скорость изменения нагрузки может оказаться более значительной (до 700¸800 МВт/ч или 12¸13 МВт/мин) [5].
В табл.1.4 приведены допустимые скорости нагружения некоторых теплоэнергетических блоков при различных режимах пуска (из горячего, неостывшего и холодного состояний оборудования).
Таблица 1.4 Допустимая скорость изменения нагрузки энергоблоков тепловых электростанций, МВт/мин, при пуске из различных состояний (числитель) и при переходе с одной нагрузки на другую (знаменатель).
| Тип энергоблока | Простой перед пуском (в часах) | ||
| Из горячего сос- тояния (8-10 ч.) | Из неостывшего состояния (20-24 ч.) | Из холодного состояния (45-50 ч.) | |
| К - 300 | 1,2-1,4 / 2,7-2,8 | 0,75-0,83 | 0,6-0,65 |
| К - 200 | 1,3-1,4 / 3,3 | 0,8-0,87 | 0,63-0,67 |
| К - 160 | 1,0-1,1 / 2,7-2,85 | 0,67-0,75 | 0,53-0,58 |
| К - 100 | 1,1-1,17 / 1,67-3,3 | 0,53-0,58 | - |
| К - 50 | 0,27-0,33 / 0,42-0,5 | 0,17-0,25 | - |
| К - 25 | 0,42-0,5 / 0,67-0.83 | 0,17-0,25 | - |
| ГТУ-100 (из любо- го состояния) | 3,33 – 5,0 | - | - |
| Авиационные ГТУ (из любого состо- яния) | 3,33 – 8.33 | - | - |
Требуемую скорость нагружения (dN/dt> 8,0 МВт/мин) можно обеспечить только пуском и нагружением гидротурбин, скорость разгона которых практически не ограничена, и газовых турбин (табл.1.4), а также параллельным нагружением нескольких паровых турбин. Например, при требуемой скорости нагружения dN/dt = 12…13 МВт/мин требуется параллельное подключение к переменным режимам примерно четырех паровых турбин.
На рис.1.13(а,б) показаны варианты нагружения энергосистемы паро турбинными блоками. Один энергоблок с установленной мощностью 300 МВт имеет допустимую скорость изменения мощности 3¸3,5 МВт/мин.
Второй, третий и четвертый энергоблоки по 100 МВт с такой же допустимой скоростью изменения мощности включаются в набор нагрузки параллельно и одновременно (вариант рис.1.13,а), увеличивая скорость изменения нагрузки до требуемой 12…13 МВт/мин. Во втором варианте (рис.1.13,б) показана возможность плавного изменения скорости нагружения энергосистемы при подключении к набору нагрузки других энергоагрегатов с некоторой сдвижкой по времени (на рис.1.13,б точки А1, А2, А3 - моменты времени включения других энергоблоков в работу). В этом случае энергоблоки начинают работать в переменных режимах с целью изменения нагрузки по требованию энергопотребителей в соответствии с суточными графиками нагрузок.
Скорость перехода с одной нагрузки на другую паротурбинного блока, находящегося в горячем состоянии (резерве), зависит в основном от оперативности действий эксплуатационного персонала. И с этой точки зрения в худшем положении находятся энергоблоки с многоцилиндровыми турбинами и двухкорпусными котлами, работающие на твердом топливе, т.е. более мощные энергоблоки, для которых система управления более сложная [28].
Поиск оптимальных вариантов загрузки энергосистем и переменных режимов энергоблоков с учетом суточных графиков нагрузки сводится к определению наивыгоднейшего состава работающего в ней оборудования. При сопоставлении различных вариантов снижения и набора нагрузок учитываются возможные уменьшения затрат при пусках, остановах и переходах с одной нагрузки на другую различных энергетических агрегатов с учетом перерасхода средств на эти операции. Затем рассматривается задача оптимизации режима работы каждого отдельно взятого агрегата в условиях непрерывного регулирования технологических процессов, так чтобы при заданной нагрузке и переходах с одной на другую экономичность агрегата оставалась максимальной. При этом учитываются целый ряд факторов [23]: вид топлива и его цена; состав работающего оборудования энергоблоков и др. Критерием экономичности переменных режимов могут быть к.п.д., расход топлива и себестоимость производства электроэнергии.
При оптимизации распределения нагрузки между энергоблоками используются статические характеристики основного оборудования электростанций, т. е. характеристики соответствующие установившемуся режиму работы агрегатов. Однако при переменных режимах работы энергоблоков приходиться учитывать динамические процессы изменения параметров. При оптимизации регулирования распределения нагрузки динамические характеристики также рассматриваются с точки зрения получения экономического эффектабез учета свойств определяющих устойчивость параллельной работы оборудования.
При переходных процессах изменения нагрузки энергоблоки работают в нестационарном режиме, и их экономические показатели отличаются от тех же характеристик при постоянной работе. Например, при увеличении нагрузки энергоблока повышаются температуры газов, обмуровки и металла в различных точках топки и газоходов котла, что требует дополнительных увеличений расхода топлива на изменение потерь тепла в ограждающие конструкции и окружающую среду, а также вызывает снижение экономичности оборудования. Помимо этого появляются неизбежными при динамических изменениях нагрузки потери тепла из-за ухудшения процессов сжигания топлива.
Контрольные вопросы
1. Что такое энергетика и электроэнергетика? Каков термодинамический лимит биосферы по производству энергии?
2. Какие виды энергии Вы знаете; покажите эволюцию освоения различных видов энергии? В чем заключается особенность электропроизводства в отличие от других производств?
3. Покажите общую схему производства и потребления электроэнергии, и дайте объяснение всем элементам схемы?
4. Каков уровень потребления электроэнергии в России и других странах?
5. Каковы запасы топлив: угля, нефти и природного газа в России, мире и других регионах?
6. Какие устройства относятся к нетрадиционной энергетике и ее возможности?
7. Как происходит электропотребление в течение суток? Суточные графики нагрузок. Коэффициент неравномерности.
8. Какие потребители электроэнергии Вы знаете, и как они влияют на неравномерность суточных графиков нагрузки? Влияние климатических условий на неравномерность потребления нагрузки.
9. Деление суточных графиков нагрузки по характеру производства электроэнергеии?
10. На каких типах электростанций производится электроэнергия. Соотношение между ТЭС, ГЭС, АЭС по различным странам (регулирование) по установленной и произведенной мощности?
11. Как влияет скорость изменения нагрузки потребления на динамику работы производителей?
12. Ущерб природе от энергоустановок?
| <== предыдущая страница | | | следующая страница ==> |
| Суточное потребление и производство электроэнергии | | | Возникновение бухгалтерского учета |
Дата добавления: 2014-12-09; просмотров: 383; Нарушение авторских прав
Мы поможем в написании ваших работ!