3.2. Электрические станции и системы

Общие положения. Большую часть электроэнергии в энергетике вырабатывают на тепловых электростанциях (ТЭС), атомных электростанциях (АЭС) и гидроэлектростанциях (ГЭС).

Энергетика – один из основных потребителей энергоресурсов; около 12% энергоресурсов идет на выработку электроэнергии (70% на ТЭС и примерно по 15% на АЭС и ГЭС).

Конденсационные электростанции используются для получения электроэнергии.

Наибольшие энергетические потери на КЭС имеют место в конденсаторе, где отработавший пар, содержащий еще большое количество теплоты, отдает её циркуляционной (охлаждающей) воде. Эта теплота рассеивается в окружающей среде (водоемы, атмосфера). Потери теплоты в конденсаторе в основном и определяют КПД станции, составляющие на самых современных КЭС не более 42%.

Особенность агрегатов КЭС – недостаточная маневренность, поэтому для них основным является режим работы с равномерной нагрузкой в пределах от номинальной до технического минимума, определяемого видом топлива и конструкцией агрегатов. Коэффициент полезного действия КЭС составляет 32…42%. КЭС существенно влияют на окружающую среду – загрязняют атмосферу, изменяют тепловой режим источников водоснабжения.

Теплоподготовительные системы КЭС. Системы централизованного теплоснабжения от электростанций с конденсационными турбинами, не имеющими регулируемых теплофикационных отборов, создаются для теплоснабжения систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения (ГВС) объектов электростанции и её жилого массива. Они рассчитываются для работы на теплосеть с температурным графиком 130/70°С. Давление в нерегулируемых отборах пара на сетевые подогреватели превышает фактически необходимое для нагрева воды. Однако на КЭС расход пара на подогреватели не превышает 3% начального расхода на турбину и регулирование давления пара в отборах, как на ТЭЦ, явилось бы неоправданным.

3.2.1. Технико-экономические показатели кэс

Принято экономичность работы ТЭС оценивать расходами теплоты и топлива на выработку энергии и коэффициентами полезного действия, которые разделяют на КПД брутто , в котором не учитывается расход энергии на привод механизмов собственных нужд, и КПД нетто - с учетом расхода теплоты и электроэнергии на собственные нужды.

Коэффициент полезного действия КЭС η_с – это отношение количества выработанной на станции электроэнергии W_э к количеству теплоты, полученной от сжигания топлива, затраченного на выработку W_э.

(3.1)

где W_э – выработанная на станции электроэнергия;

В – расход топлива, кг/с;

- низшая теплота сгорания топлива;

Q_с – теплота, подведенная с топливом, кДж/кг.

Если известны КПД котла η_к и турбоустановки η_ту, то КПД электростанции

η_с = η_кη_туη_тр, (3.2)

где η_тр – КПД теплового потока, учитывающий потери теплоты при движении пара от котла к турбине (η_тр = 0,98…0,99).

Основная часть подведенной теплоты (около 50 %) теряется в холодном источнике – конденсаторе турбины. Вторыми по величине (5…10 %) на КЭС являются потери теплоты в паровом котле, в том числе 6…8 % теряется с уходящими из котла дымовыми газами. Таким образом, наибольшее влияние на КПД электростанции оказывает КПД турбинной установки η_ту. С учетом КПД генератора η_э и η_ту = η_t · η_oi выражение для КПД электростанции прнимает вид

(3.3)

Современные паровые котлы имеют КПД η_к = 0,90…0,95. Внутренний относительный КПД паровых турбин η_oi находится в пределах 0,86…0,88, механический КПД η_м = 0,97…0,99, а КПД генератора η_э = 0,96…0,99. Учитывая, что КПД цикла Ренкина η_t для перегретого пара в лучшем случае равен 0,45…0,47, КПД электростанций η_с составляет 35…37 %, в некоторых случаях достигает 40…42 %.

КПД конденсационной электростанций нетто , учитывающий собственный расход энергии,

(3.4)

где э_с.н – доля собственного расхода энергии электростанцией (э_с.н = 0,04…0,06);

- электроэнергия, отпущенная потребителю.

Наряду с КПД, показателем тепловой экономичности конденсационной электростанции служит удельный расход теплоты.

или (3.5)

Если η_с = 0,35…0,37, то q_с = 2,6…3,1. Для отдельных станций q_с = 2,4…2,6.

Удельный расход топлива на выработку 1 МДж или 1 кВт·ч электроэнергии в кг/МДж или кг/(кВт·ч) определяется из соотношений

или (3.6)

Тепловую экономичность ТЭС принято оценивать расходом условного топлива ( = 29,3 МДж/кг). Тогда из (3.6) получаем расход условного топлива b_у в кг/МДж или кг/(кВт·ч).

или (3.7)

В настоящее время на лучших ТЭС величина b_у составляет 310…320 г/(кВт·ч).