Производство электроэнергии менеджеры
.pdfСтабильное качество электроэнергии Уменьшение требуемого резерва мощности
Улучшаются условия загрузки агрегатов благодаря выравниванию графика нагрузки и снижению максимума нагрузки энергосистемы.
Появляется возможность более полного использования генерирующих мощностей Э.С., обусловленная различием в их географическом положении по широте и долготе.
Оперативное управление энергосистемами осуществляется их диспетчерскими службами, устанавливающими на основании соответствующих расчетов оптимальный режим работы электростанций и сетей различного напряжения.
Источники энергии
Существуют возобновляемые и невозобновляемые источники энергии.
Естественные (природные) источники, из которых энергия черпается для приготовления ее в нужных видах для различных технологических процессов,
называются энергетическими ресурсами.
Различают следующие виды основных энергетических ресурсов:
а) химическая энергия топлива;
б) атомная энергия;
в) водная энергия (то есть гидравлическая);
г) энергия излучения солнца;
д) энергия ветра.
е) энергия приливов и отливов;
ж) геотермальная энергия.
Первичный источник энергии или энергоресурс (уголь, газ, нефть, урановый концентрат, гидроэнергия, солнечная энергия и т.д.) поступает в тот или иной преобразователь энергии, на выходе которого получается или электрическая
21
энергия, или электрическая и тепловая энергия. Если тепловая энергия не
вырабатывается, то необходимо применение дополнительного преобразователя
энергии из электрической в тепловую (пунктирные линии на рис. 1.1).
Наибольшая часть электрической энергии, потребляемой в нашей стране,
получается за счет сжигания топлив, добываемых из недр земли – уголь, газ, мазут
(продукт переработки нефти). При их сжигании химическая энергия топлив
превращается в тепловую.
Электростанции, преобразующие получающуюся при сжигании топлива
тепловую энергию в механическую, а эту последнюю в электрическую,
называются тепловыми электрическими станциями (ТЭС).
Электростанции, работающие с возможной наибольшей |
нагрузкой |
значительную часть года, называются базовыми, электростанции, используемые
только в течение части года для покрытия «пиковой» нагрузки, называются
пиковыми.
Резерв мощности. Ремонт оборудования
Нагрузка электрической системы слагается из: 1) нагрузок потребителей, присоединенных к сетям системы; 2) мощности обмена с соседними системами (эта мощность может иметь переменное направление, в зависимости от условий); 3) мощности собственных производственных нужд электростанций; 4) потерь мощности в сетях. Поскольку потребление электроэнергии неравномерно,
22
нагрузка системы в целом также неравномерна. Суточный график системы для зимнего дня (рис. 8.1) имеет два максимума:
Рис. 8.1. Суточный график нагрузки энергосистемы и графики электростанций, участвующих в выработке электроэнергии.
дневной — приблизительно от 9 до 11 ч по местному времени и вечерний — приблизительно от 17 до 19 ч. Коэффициент неравномерности нагрузки составляет 0,5—0,8 и коэффициент заполнения 0,7—0,9. В суточном графике различают: базовую часть, соответствующую нагрузке Р≤Рmin,полупиковую часть, соответствующую условию Рmin≤Р≤Рд.н.min; пиковую часть соответствующую нагрузке Р≥ Рд.н.min.
Нагрузка электрической системы должна быть распределена между всеми электростанциями, суммарная установленная мощность которых несколько превышает наибольший максимум нагрузки системы. Покрытие базовой части суточного графика (рис. 8.1) возлагают: а) на АЭС, регулирование мощности которых затруднительно и неэкономично; б) на ТЭЦ, максимальная экономичность которых имеет место, когда электрическая мощность соответствует тепловому потреблению (пропуск пара в ступени низкого давления турбин и конденсаторы должен быть минимальным); в) на ГЭС в размере, соответствующем минимальному пропуску воды, необходимому по санитарным требованиям и условиям судоходства. Во время паводка участие ГЭС в покрытии базовой части графика системы может быть увеличено с тем, чтобы после заполнения водохранилищ до расчетных отметок не сбрасывать бесполезно избыток воды через водосливные плотины. Покрытие пиковой части графика возлагают на ГЭС и ГАЭС, агрегаты которых допускают частые включения и отключения, быстрое изменение нагрузки. Остальная часть графика, частично выравненная нагрузкой ГАЭС при работе их в насосном режиме, может быть покрыта КЭС, работа которых наиболее экономична при равномерной нагрузке.
Чем неравномернее график нагрузки системы, тем большая мощность ГЭС и ГАЭС необходима, чтобы обеспечить экономичную работу КЭС, без резкого снижения их нагрузки в ночные часы, а также в выходные и предпраздничные дни или отключения части агрегатов в эти часы. Таким образом, участие ГЭС и ГАЭС
23
в покрытии графика системы при достаточной их мощности позволяет выравнять графики нагрузки КЭС, ТЭЦ и АЭС и обеспечить наибольшую экономичность энергосистемы в целом.
Установленная мощность электростанций энергосистемы. Чтобы обеспечить нормальную работу энергосистемы, установленная мощность электростанции должна превышать наибольшую нагрузку системы. Отношение Руст,∑ /Рнг, max = Куст называется коэффициентом установленной мощности. Мощность, равная разности Руст,∑ - Рнг, max, представляет собой некоторый запас установленной мощности, необходимый для резервирования агрегатов электростанций в случае их повреждения, проведения ремонтов, а также для обеспечения надежности работы энергосистемы и качества электроэнергии.
Резервная мощность подразделяется на вращающийся (или горячий) резерв и холодный резерв. Вращающийся резерв, как говорит само название, рассредоточен в агрегатах, нагрузка которых меньше номинальной; холодный резерв — это мощность в неработающих агрегатах, которые в случае необходимости могут быть быстро введены в работу.
С учетом резервной мощности, а также требований устойчивости и надежности работы энергосистем (энергообъединений) мощность наиболее крупного агрегата (блока) в энергосистеме, как показывает опыт эксплуатации, не должна превышать 2% установленной мощности энергосистемы (энергообъединения). Мощность же наиболее крупной электростанции не должна по тем же причинам превышать 8—12% установленной мощности энергосистемы (энергообъединения). Отсюда следует, что агрегаты (блоки) мощностью в 500, 800, 1000, 1200 МВт и выше могут быть установлены только в мощных энергосистемах (энергообъединениях) с надежными внутрисистемными связями. Практика эксплуатации энергосистем показывает, что резервная мощность должна быть не менее 10—15% Руст,∑. Увеличение резервной мощности ведет к ухудшению технико-экономических показателей энергосистемы, а ее уменьшение
— к понижению надежности электроснабжения потребителей и к трудностям в обеспечении нормальной работы системы.
Ремонт основного оборудования энергосистемы должен проводиться без ущерба для ее нормальной работы и электроснабжения потребителей. Наибольшая нагрузка энергетической системы увеличивается из года в год. Увеличивается и установленная мощность электростанций по мере ввода в работу новых агрегатов. На рис. 8.2 приведен график наибольших суточных
24
Рис. 8.2. Графикнаибольших суточных максимумов нагрузки энергосистемы и графики установленной и резервной мощности системы.
нагрузок энергосистемы в течение года, откуда видно, что наибольшая суточная нагрузка в начале года равна Р΄нг В течение весенних и летних месяцев она уменьшается, достигает некоторого минимума, затем быстро увеличивается и к концу года достигает значения Р"нг> Р΄нг. Установленная мощность электростанций увеличивается в течение года ступенями по мере установки новых агрегатов. В начале года она составляет Р΄уст , в конце года Р΄΄уст. Разность ординат графиков Руст (t) и Рнг(t) определяет мощность, используемую в качестве резервной мощности Ррез, а также мощность, которая может быть использована для ремонта агрегатов, Ррем. Последняя, как видно из рис. 8.2, непостоянна и имеет максимальное значение в течение летних месяцев при снижении нагрузки системы. Агрегаты КЭС, ТЭЦ и АЭС, как правило, выводят в плановый ремонт летом, агрегаты ГЭС — зимой, когда речной сток или расход воды в реке резко снижается и агрегаты ГЭС не могут быть полностью использованы. Заштрихованная часть графика определяет время и мощность агрегатов, которые могут быть одновременно выведены в ремонт в течение года без ущерба для нормальной работы системы и электроснабжения потребителей.
25
Лекция 2
Электрические станции (ЭС) представляют собой сложные технологические комплексы с общим числом основного и вспомогательного оборудования. Основное оборудование служит для производства, преобразования, передачи и распределения электроэнергии,
вспомогательное – для выполнения вспомогательных функций (измерение, сигнализация,
управление, защита и автоматика и т.д.). Взаимное соединение различного оборудования покажем на упрощенной принципиальной электрической схеме ЭС со сборными шинами генераторного напряжения (см. рис. 1).
Рис. 1
26
Вырабатываемая генератором электроэнергия поступает на сборные шины СШ и затем распределяется между собственными нуждами СН, нагрузкой генераторного напряжения НГ и энергосистемой. Отдельные элементы на рис. 1
предназначены:
1.Выключатели Q – для включения и отключения цепи в нормальных и аварийных режимах.
2.Разъединители QS – для снятия напряжения с обесточенных частей электроустановки и для создания видимого разрыва цепи, необходимого при производстве ремонтных работ. Разъединители, как правило, являются ремонтными, а не оперативными элементами.
3.Сборные шины СШ – для приема электроэнергии от источников и распределения ее между потребителями.
4.Устройства релейной защиты РЗ – для обнаружения факта и места повреждения в электроустановке и для выдачи команды на отключение поврежденного элемента.
5.Устройства автоматики А – для автоматического включения или переключения цепей и устройств, а также для автоматического регулирования режимов работы элементов электроустановки.
6.Измерительные приборы ИП – для контроля за работой основного оборудования ЭС и за качеством энергии, а также для учета вырабатываемой и отпущенной электроэнергии.
7.Измерительные трансформаторы тока TA и напряжения TV.
Конденсационные тепловые станции (КЭС)
Зарисуем принципиальную схему КЭС.
27
Вкотел Кт подается топливо (уголь, газ, торф, сланцы), подогретый воздух
ипитательная вода (ее потери компенсируют химически очищенной водой ХОВ).
Подача воздуха осуществляется дутьевым вентилятором ДВ, питательной воды – питательным насосом ПН. Образующиеся при сгорании топлива газы отсасываются из котла дымососом Д и выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу высотой 100-250 м. Острый пар из котла подается в паровую турбину Тб, где, проходя через ряд ступеней, он совершает механическую работу
– вращает турбину и жестко связанный с ней ротор генератора. Отработанный пар конденсируется в конденсаторе К, благодаря пропуску через него значительного количества холодной (5÷25°С) циркуляционной воды (расход этой воды в 5080
раз больше расхода пара через конденсатор).
Источником холодной воды могут быть река, озеро, искусственное водохранилище, а также специальные установки с охлаждающими башнями
(градирнями) или брызгательными бассейнами (на мелких станциях), из которых охлаждающая вода подается в К циркуляционными насосами ЦН. Воздух,
попадающий в К через неплотности, удаляется с помощью эжектора Э. Конденсат,
образующийся в К, с помощью конденсаторного насоса КН подается в деаэратор Др, который предназначен для удаления из питательной воды газов, и, в первую
28
очередь, кислорода, вызывающего усиленную коррозию труб котла. В деаэратор также подается химически очищенная вода ХОВ. После Др питательная вода с помощью питательного насоса ПН подается в котел.
Особенности КЭС:
1.Строятся по возможности ближе к месторождениям топлива.
2.Подавляющая часть энергии отданы в электрические сети повышенных напряжений (110-750 кВ).
3.Работают по свободному (т.е. не связанному с тепловыми потребителями)
графику выработки электроэнергии. Мощность их может меняться от расчетного
максимума до технологического минимума.
4.Низкоманевренны: разворот турбин и набор нагрузки из холодного состояния требует примерно 3-10 час.
5.Имеют относительно низкий КПД ( =30 40%).
Теплокафиционные электростанции
В отличие от КЭС, на ТЭЦ имеются значительные отборы пара, частично
отработанного в турбине, на производственные и коммунально-бытовые нужды.
29
Коммунально-бытовые потребители обычно получают тепловую энергию от сетевых подогревателей (бойлеров) СП.
При снижении электрической нагрузки ТЭЦ ниже мощности на тепловом потреблении необходимая для потребителей тепловая энергия может быть получена с помощью редукционно-охладительной установки РОУ, питающейся острым паром котла. Чем больше отбор пара из турбины для теплофикационных нужд, тем меньше тепловой энергии уходит с циркуляционной водой и тем выше КПД электростанции. Следует отметить, что во избежание перегрева хвостовой части турбины через нее должен быть обеспечен во всех режимах пропуск определенного количества пара.
Особенности ТЭЦ:
1.Строятся вблизи потребителей тепловой энергии.
2.Обычно работают на привозном топливе.
3.Большую часть вырабатываемой электроэнергии выдают потребителям ближайшего района.
4.Работают по частично вынужденному графику выработки электроэнергии
(т.е. график зависит от теплового потребителя).
5. Низкоманеврены (как и КЭС).
30