11.3 ЭнергетиЧескаЯ эффективность

истоЧников тепла

11.3.1ЭнергетиЧеские основы теплофикации

Комбинированный метод производства электрической и тепловой энергии на ТЭЦ является наиболее совершенным методом современ­ной энергетики, так как при этом расходы топлива значительно мень­ше, чем при раздельном методе, когда электроэнергия вырабатывается на КЭС, а тепло - в котельных. Эффективность комбинированного ме­тода наглядно видна из сопоставления термодинамических циклов и ко­эффициентов использования тепла топлива ТЭЦ, КЭС и котельных. На рис. 11.4 показаны простейшие идеальные циклы КЭС и ТЭЦ.

В цикле КЭС процесс расширения пара в тур­бине происходит до давления в конденсаторе, опре­деляемого температурой охлаждающей воды, по линии 4—8. Количество тепла топлива, преобразуе­мого в электрическую энергию, измеряется пло­щадью 9—2—3—4—8—9, а отводимого в окружа­ющую среду с охлаждающей водой в конденсато­ре — площадью 9—8—6—10—9.

Рис. 11.4. Простейшие идеальные циклы КЭС и ТЭЦ в TS-диаграмме

Коэффициент использования тепла топлива, представляющий со­бой отношение тепловых эквивалентов полезно отпускаемых видов продукции к сожженному топливу, для КЭС определяется по выра­жению:

, (11.2)

где Э_КЭС - количество отпускаемой электроэнергии; Q_топл = ВQ^р_н - тепло сожженного топлива (здесь В—расход топлива; (Q^р_н - низшая теплота сгорания единицы топ­лива).

В идеальном случае , так как в кон­денсаторе современных КЭС отводится (и бесполезно теряется) в окру­жающую среду около 50 % подведенного в цикл тепла.

В реальных условиях помимо потерь в конденсаторе имеются потери в парогенераторе, турбине, генераторе, вспомогательных и передающих устройствах (теплообменниках, трубопроводах и т. п.), а также расходы энергии на собственные нужды станции (при­готовление и подача топлива, подпиточной воды, воздуха на горение, отвод дымовых газов и т. п.). Вследствие этого фактический КПД по отпускаемой электроэнергии на КЭС составляет 35—40 %.

В цикле ТЭЦ процесс расширения пара в турбине происходит до давления, определяемого температурой отпускаемого тепла, которое является более высоким, чем в конденсаторе КЭС по линии 4—5. В результате количество тепла топлива, преобразуемого в электриче­скую энергию и измеряемого площадью 1—2—3—4—5—1, получается меньше. Зато оставшееся тепло пара, измеряемое площадью 1—5— 6—7—1, не теряется, а используется для удовлетворения нужд тепловых потребителей (см. рис. 11.4).

Коэффициент использования тепла топлива на ТЭЦ определяется выражением:

, (11.3)

где Э_ТЭЦ - количество отпускаемой электроэнергии с ТЭЦ; Q_в.п - количество от­пускаемого с ТЭЦ тепла для внешних потребителей; Q_топл - тепло сожженного топ­лива.

В идеальном случае , а в реальных условиях, с учетом потерь на станции и тепловых сетях, 70—75%, то есть в 2 раза выше, чем на КЭС.

При выработке тепла в котельных коэффициент использования теп­ла топлива в идеальном случае равен , а в реальных условиях составляет примерно от 50 % —для мел­ких местных котельных на твердом топливе до 85 % — для крупных районных котельных на жидком топливе.

Таким образом, при комбинированном методе электроэнергия и тепло вырабатываются с КПД 70—75 %, при раздельном методе— электроэнергия с КПД 35—40 %, а тепло в среднем с КПД 70 %.

Коэффициент использования тепла топлива на ТЭЦ не при­меним для количественной оценки энергетической эффективности теп­лофикации, так как численная величина его не зависит от соотноше­ний вырабатываемых количеств электроэнергии и тепла, а определя­ется только суммой их тепловых эквивалентов. Поэтому значения могут быть одинаковыми при различном соотношении Э_ТЭЦ/Qв.п. Между тем экономия топлива при комбинированном мето­де по сравнению с раздельным методом будет тем больше, чем боль­ше будет вырабатываться на ТЭЦ электроэнергии, так как КПД КЭС значительно ниже, чем КПД котельных, и, следовательно, при раз­дельном варианте потребовалось бы больше топлива.

Количественная оценка эффективности теплофикации проводится по величине экономии топлива DВ, получаемого на ТЭЦ, по сравнению с расходами топлива на КЭС и котельной при производстве (выработке) одинаковых количеств электрической энергии и тепла:

DВ = В_р - В_к , (11.4)

где В_р и В_к - расход топлива при раздельном и комбинированном методах.