2.2. Элементы энергетической системы и ее характеристики

Так как энергетическая система состоит из отдельных элементов, то свойства энергетической системы как единого целого определяются свойствами или характеристиками отдельных ее элементов. В свою очередь, и свойства отдельных элементов системы зависят от свойств всей системы в целом.

Энергетическая система, как более сложный объект, обладает более общими свойствами, связанными не только с характеристиками отдельных элементов, но и с их сочетанием.

Структура энергосистемы характеризуется соединением в общую сеть всех преобразующих и передающих элементов энергосистемы, ветвями которой они являются. В этой сети имеются так называемые узловые точки, к которым присоединены отдельные ветви энергосистемы. Например, такими узловыми точками являются: коллектор сжатого воздуха для доменного дутья, коллектор технической воды в системе водоснабжения.

Одной из важнейших характеристик каждого элемента системы является совокупность его номинальных данных:

1. Нагрузочная и перегрузочная способность, т.е. мощность которую данный элемент может преобразовать или передать без ущерба для его надежности.

2. Номинальные значения параметров подводимой, преобразуемой или передаваемой энергии (например, параметры воздуха, используемого в качестве дутья для доменных печей, параметры технической воды на охлаждение, на очистку газов и т.д.), а также допустимые отклонения этих параметров от номинальных значений.

Основной характеристикой элемента, преобразующего энергию, является его номинальная мощность на выходе или производительность.

Для элемента, передающего энергию (воздухопровод, водовод), обычно задается наибольшая пропускная способность у одного из его концов.

Поддержание правильных показателей подводимой, преобразуемой или передаваемой энергии, а также ограничение величины нагрузки элемента пределами допустимой мощности или пропускной способности обеспечивают надежную работу элемента.

При оценке элемента энергосистемы важную роль играют энергетические характеристики.

Преобразование и передача энергии в любом элементе энергетической системы связаны с некоторыми технологическими потерями энергии в элементе, а также с расходом энергии на работу вспомогательных устройств. Эти потери характеризуются рядом различных по форме энергетических характеристик элемента, которые могут быть выражены одна через другую.

Введем следующие обозначения:

Р₁ – мощность, подведенная к элементу, или мощность на входе;

Р₂ – мощность, преобразованная или переданная элементом, или мощность на выходе;

- потери мощности в процессе преобразования или передачи энергии (в том числе, затраты мощности на работу вспомогательных устройств);

η - КПД элемента, равный отношению мощности на выходе к мощности на входе.

δ - удельный расход преобразуемой мощности, равный отношению мощности на входе к мощности на выходе.

Основной энергетической характеристикой элемента является расходная характеристика:

Р₁ = f₁ (P₂)

Если в данном элементе энергия преобразуется, то мощности Р₁ и Р₂ во многих случаях выражаются в различных единицах измерения.

Иногда в расходную характеристику входят не величины мощности, а, соответственно, расход и производительность физических носителей энергии. Так, например, расходная характеристика парового котла выражается зависимостью часового расхода условного топлива (в тоннах условного топлива) от часовой производительности (в тоннах пара в час). Такая расходная характеристика имеет смысл лишь в том случае, если фиксировано теплосодержание пара, так как только при этих условиях часовая паропроизводительность может быть соотнесена с часовой производительностью по теплоте.

Другими энергетическими характеристиками элемента являются:

- характеристика потерь мощности или просто потерь:

= P₁ – P₂ = f₂ (P₂);

- характеристика КПД:

η = P₂/P₁ = f₃ (P₂);

- характеристика удельного расхода:

δ = P₁/P₂ = f₄ (P₂).

Между величинами , η и δ существуют следующие соотношения:

Для элементов, передающих энергию, обычно пользуются только характеристиками потерь или КПД.

Для элементов, преобразующих энергию, пользуются всеми энергетическими характеристиками, но наиболее часто применяют расходную характеристику или характеристику удельного расхода.

Если нет возможности измерения энергии на границе между двумя элементами, то энергетические характеристики строятся сразу для сочетания двух элементов. Это справедливо, например, для агрегата, состоящего из паровой турбины и генератора. Расходная характеристика для турбогенератора строится как зависимость электрической мощности на выводах генератора от часового расхода пара, подведенного к турбине.

Все энергетические характеристики обычно строятся для номинальных параметров подведенной и преобразованной энергии (соответственно на входе и выходе элемента). При отклонении по тем или иным причинам этих параметров энергетические характеристики недействительны и должны быть перестроены.

Энергетические характеристики элементов играют решающую роль при установлении экономичных режимов энергетической системы.

Помимо энергетических характеристик, для отдельных элементов энергетической системы определяют рабочие характеристики, т.е. зависимость отдельных параметров на входе в элемент от параметров на выходе.

Наряду с отдельными характеристиками элементов могут быть построены характеристики целых частей системы, состоящих из совокупностей отдельных элементов. При построении таких характеристик, существенно упрощающих анализ работы сложной энергетической системы, неизбежна «идеализация» процессов в отдельных элементах, особенно при построении характеристик нагрузки. При этом необходимо руководствоваться следующим общим принципом: замена некоторой совокупности отдельных элементов одним идеализированным «макроэлементом» может быть оправдана только тем, что относительные изменения процессов в каждом из этих элементов достаточно малы по сравнению с изменением процесса в целом.