13. Распределение электрической нагрузки между турбоагрегатами кэс

Заданная тепловой эл.ст. электрическая нагрузка должна быть распределена между конденсационными турбоагрегатами или энергоблоками таким образом, чтобы при полном выполнении поставленных производственно-технических задач расход топлива был минимальный. Топливная составляющая с/с производства электроэнергии при этом также будет минимальна.

Такое распределение нагрузки между конденсационными турбоагрегатами ТЭС и соответствующие режимы их совместной работы называются экономическими. При цеховой структуре ТЭС нагрузка между отдельными котлоагрегатами(КА) котельного цеха распределяется аналогично.

Если тепловая электростанция состоит из нескольких однотипных конденсационных блоков одинаковой мощности, то нагрузка распределяется между ними равномерно, при минимально необходимом числе работающих агрегатов, что позволяет обеспечить каждому агрегату достаточно высокую нагрузку.

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

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

Если основное оборудование ТЭС состоит из разнотипных, различных по мощности и экономичности конденсационных турбоагрегатов и КА, должно быть произведено экономическое распределение нагрузки, как между турбоагрегатами, так и между КА. При этом следует учитывать, что вследствие относительно более высокого КПД КА, по сравнению с КПД турбоагрегатов, влияние повышения экономичности распределения нагрузки между КА 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:

Q_час(1)^э=Q_xx(1)+q₁’P₁, Гкал/ч. Q_час(2)^э=Q_xx(2)+q₂’P₂, Гкал/ч.

Их взаимная конфигурация, определяемая соотношением величин параметров Q_xx и q’, может быть различной.

При соотношении параметров:

q₁’< q₂’ линии характеристик расходятся.

При соотношении параметров:

Q_xx(1)< Q_xx(2)

q₁’> q₂’

линии характеристик будут сходиться и пересекаться в точке A.

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 – параллельных характеристик, для которого 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 0 до P_A всю нагрузку электростанции должен нести турбоагрегат 1, а в зоне от P_A до P (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, то критическая точка P_A 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 рисунке точка пересечения A соответствует нагрузке P_A. Эта нагрузка называется равноэкономичной мощностью, при которой расходы тепла первого и второго турбоагрегатов равны.

P_A=( Q_xx(1)- Q_xx(2))/( q₁’- q₂’)

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 Q_xx и q’).Если заданная нагрузка равна равноэкономичной мощности P_A, отдаем нагрузку на тот турбоагрегат, где меньше Q_xx.

Пример. Даны два турбоагрегата с характеристиками:

Qчас=7+2,3*P Гкал/ч

Qчас=10+2,1*P Гкал/ч

Номинальная мощность турбоагрегатов P₁=P₂=100 МВт.

Задана нагрузка 80 МВт.

Определяются расходы тепла при нагрузке 80 МВт одним и другим турбоагрегатами, и там, где расход меньше, на тот турбоагрегат и передаем нагрузку.

Qчас₍₁₎^э=7+2,3*80=191 Гкал/ч.

Qчас₍₂₎^э=10+2,1*80=178 Гкал/ч.

Нагрузку 80 МВт отдаем на второй турбоагрегат, так как при данной нагрузке суммарный расход тепла Qчас₍₂₎^э < Qчас₍₁₎.

Определение равноэкономичной мощности: P_A=(10-7)/(2,3-2,1)=15 МВт. При нагрузке P<15 МВт передаем ее на первый турбоагрегат, если P>15 МВт, то на второй турбоагрегат.

Иначе решается вопрос во втором случае, когда покрытие нагрузки ТЭС возможно только при условии параллельной работы обеих турбоагрегатов. В этом случае при любом варианте распределения нагрузки в суммарную величину расхода тепла электростанции всегда будут входить в качестве постоянной величины холостые расходы тепла обеих турбоагрегатов, поэтому их можно не учитывать при распределении нагрузки электростанции, а учитывать только q’.

Q_ТЭС^э= Qчас₍₁₎^э+ Qчас₍₂₎^э= Q_xx(1)+ q₁’Р₁+ Q_xx(2)+ q₂’Р₂=С+( q₁’Р₁+ q₂’Р₂), где С= Q_xx(1)+ Q_xx(2) - постоянная величина.

Следовательно суммарный расход тепла будет зависеть только от суммы произведений нагрузки турбоагрегатов на относительные приросты их расходных характеристик и, следовательно, будет тем меньше, чем больше будет нагружаться турбоагрегат с меньшим относительным приростом, и наоборот. Так, если q₁’<q₂’, то для достижения минимума величины Q_ТЭС^э необходимо, чтобы нагрузка P₁ была максимально возможной при соответствующем минимуме нагрузки P₂.

Экономическому варианту распределения нагрузки будет соответствовать предельная загрузка турбоагрегата с меньшим относительным приростом, а, именно, с более пологой расходной характеристикой.

Правило № 2. Метод относительных приростов.

В случае, когда заданная нагрузка может быть покрыта только при совместной работе турбоагрегатов, их следует загружать в порядке возрастание q’, то есть в первую очередь нагрузку следует отдавать тому турбоагрегату, у которого меньше q’ в данном диапазоне возрастания нагрузки. Этот метод называется «метод относительных приростов».

Согласно этому для распределения электрической нагрузки электростанции между параллельно работающими конденсационными турбоагрегатами используется «метод относительных приростов», который заключается в первоочередной загрузке наиболее экономичных турбоагрегатов, что определяется минимальной величиной относительных приростов их расходных характеристик. 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 величины q’ до величины 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 ТЭ.

Пример. На электростанции установлены два конденсационных турбоагрегата с обводной системой регулирования номинальной мощностью по 100 МВт. Экономическая мощность каждого турбоагрегата 80 МВт. Энергетические характеристики имеют вид.

Q_час(1)^э=7+1,9 Pэк₁+2,4(P₁- Pэк₁) Гкал/ч.

Q_час(2)^э=9+1,8 Pэк₂+2,5(P₂- Pэк₂) Гкал/ч.

Задана суммарная нагрузка 185 МВт.

Диапазон изменения нагрузки	Нагрузка агрегата 1	Нагрузка агрегата 2
0-80		80
80-160	80
160-180	20
180-185		5
185	100	85

Задана суммарная нагрузка 195 МВт.

\	Нагрузка агрегата 1	Нагрузка агрегата 2
0-80		80
80-160	80
160-180	20
180-195		15
195	100	95

В условиях эксплуатации экономическое распределение электрической нагрузки между турбоагрегатами ведется по характеристике относительных приростов электростанции, указывающей экономически целесообразную последовательность загрузки турбоагрегатов, которая обеспечивает минимальные расходы тепла и топлива во всем диапазоне возможных электрических нагрузок ТЭС , т.е. экономическое распределение нагрузки ТЭС между турбоагрегатами для каждой величины ее электрической нагрузки, такое распределение называется оптимальным.

Относительным приростом электростанций на каждом этапе возрастание нагрузки является относительный прирост того турбоагрегата, за счет которого происходит этот рост нагрузки.

Математическое выражение оптимального режима работы конденсационной электростанции - равенство относительных приростов тепла турбоагрегатов некоторому значению относительного прироста тепла электростанции.

q_ст’= q(₁₎’= q(2)’=…= q(n)’

Метод относительных приростов применим только при распределении конденсационный нагрузки, включая свободную конденсационную мощность ТЭЦ.

Задача/ Распределение электрической нагрузки при прямолинейных энергетических характеристиках турбоагрегатов.

Если заданная нагрузка может быть покрыта каждым из агрегатов в отдельности, то её следует отдавать на тот агрегат, где меньше суммарный расход тепла на выработку электроэнергии при данной нагрузке (учитываются Q_хх и q').

На электростанции имеются 2 турбоагрегата типа «К» установленной мощностью по 100 МВт каждый. Суммарная установленная мощность 200 МВт. Р_1ном = 100 МВт Р_2ном = 100 МВт

Энергетические характеристики

Qчас¹=7+2,3*P Гкал/ч

Q час²=10+2,1*P Гкал/ч Задана нагрузка электростанции 80 МВт. Определяем расход тепла:

Qчас¹=7+2,3*80=191 Гкал/ч

Qчас²=10+2,1*80=178 Гкал/ч

Загружать необходимо 2ой турбоагрегат, так как Q²_час < Q¹_час при Р = 80 МВт.

Задана нагрузка 12 МВт. Определяем расход тепла:

Qчас¹=7+2,3*12=34,6 Гкал/ч

Qчас²=10+2,1*12=35,2 Гкал/ч

Загружать необходимо 1ый турбоагрегат, так как Q¹_час < Q²_час при Р = 12 МВт. При каком значении нагрузки получается равная экономия.

Р₀==( Q_xx(2)- Q_xx(1))/( q₁’- q₂’)=(10-7)/(2,3-2,1)=3/0,2=15 МВТ

15 МВт можно отдать или на 1ый или на 2ой агрегат, так как расход тепла одинаков.

7+2,3 Р₀=10+2,1+ Р₀

Р₀=3/0,2=15 МВт