Методы оптимизации режимов энергетического оборудования

Содержание

Введение………………………………………………………………………….3

1. Выбор оптимального состава агрегатов……………………………………4

2. Оптимальное распределение тепловой нагрузки между агрегатами ТЭЦ…7

3. Оптимизация режимов работы турбин при прохождении провалов электрических нагрузок…………………………………………………………..9

4. Эффективность применения частотных регулируемых приводов в системах теплоснабжения……………………………………………………………………13

Выводы………………………………………………………………………….23

Список  литературы 
 
 
 

 

    Введение

    В условиях реструктуризации и перехода к рыночным механизмам в энергетике России приоритетными в развитии энергетической науки становятся направления, связанные со снижением себестоимости  отпускаемой тепловой и электрической  энергии на основе повышения эффективности  их работы. При этом следует отметить, что речь идет не о введении дополнительных мощностей путем постройки новых  источников энергии, а о повышении  конкурентоспособности существующих.

    На  сегодняшний день разработанные  методики оптимизации режимов работы и управления оборудованием ТЭЦ  недостаточно учитывают фактическое  состояние, связанное с устареванием и моральным износом основного  и вспомогательного оборудования, а  нормативная база энергетических характеристик  оборудования требует постоянной корректировки  в процессе эксплуатации. Существующие методы планирования оптимального управления режимами работы энергетическим оборудованием  трудоемки и занимают много времени, что снижает оперативность принятия решений персоналом ТЭЦ не только в вопросах эффективного распределения  нагрузок между агрегатами, но и  подготовки и подачи качественных отчетов  и ценовых заявок по участию ТЭЦ  в реализации электроэнергии на ОРЭМ.[10]

    Рассмотрим  некоторые методики оптимизации  режимов работы энергетического  оборудования. 

 

1. Выбор оптимального состава  агрегатов

 

    До  сих пор при рассмотрении оптимального распределения мощностей предполагалось, что включенные в работу агрегаты на электростанциях заданы. Однако, состав работающих агрегатов значительно предопределяет экономичность и надежность системы. Неравномерность графиков нагрузки системы делает целесообразным, а иногда и необходимым периодические остановки агрегатов при снижении нагрузки и включение их при увеличении.

    Включение в работу отдельных агрегатов  влияет на величину и размещение резервов, на режим электрической сети, на перетоки по межсистемным линиям электропередач, на расход топлива системы и т.п. Поэтому задача выбора оптимального состава агрегатов относится к числу

важнейших.

    В общем случае для системы, k тепловых станций, задача заключается в том, чтобы для каждого расчетного интервала времени определить:

    1) состав агрегатов;

    2) моменты пуска и остановки  агрегатов;

    3) распределение нагрузки между  ними, обеспечивающее минимум эксплуатационных  затрат и выполнение всех требований  по надежности.

    При постановке математического описания задачи необходимо учитывать:

    1) энергетические характеристики;

    2) пусковые расходы агрегатов (котлы  или турбины при остановке  охлаждаются, поэтому при новом  пуске требуют тепло. Эти затраты зависят от длительности остановки агрегата, если она меньше суток, если больше – не зависят);

    3) вид, сорт, стоимость топлива на  ТЭС;

    4) потери мощности, ограничения в  электрических сетях;

    5) ограничения на комбинации работающих  агрегатов; и др.

    В соответствии с вышеназванным задача выбора состава агрегатов является:

    – нелинейной,

    – целочисленной,

    – многоэкстремальной,

    – имеет высокую размерность (2n, n-число  агрегатов).

    Нельзя  непосредственно решать задачу методом  неопределенных множителей Лагранжа, т.к. изменение числа работающих агрегатов является дискретным, при  этом характеристики станции меняются скачком. Можно использовать метод  динамического программирования, но только для числа агрегатов до 20-30. Нет достаточно общих методов  для организации вариантного  анализа различных составов. Все  существующие методические приемы являются приближенными.

    Пусть имеется энергосистема только с  ТЭС, т.е. все агрегаты установлены  на тепловых электростанциях. Нагрузку энергосистемы примем неизменной и вначале не будем учитывать пусковые расходы. Далее примем, что все активные мощности распределяются между включенными агрегатами оптимально по критерию.[6]

    μ = b_i/(1- σ_i)= idem                                            (1)

    Определим критерий выгодности остановки одного из работающих агрегатов, например, агрегата j. Удельные расходы затрат обозначим γ, тогда:

    γ j = B j/ Pj                                                 (2)

    Пусть агрегат j, об остановке которого идет речь, работает до остановки с мощностью P_{j 0} и с удельным расходом затрат γ_{j 0}. Тогда экономия затрат от остановки агрегата составит:

    Э_{j 0} =γ_{j 0} P_{j 0}                                                                           (3)

    При остановке агрегата j придется мощность P_{j 0} возложить на другие агрегаты энергосистемы по принципам оптимального распределения мощностей.

    Здесь μ₀ и μ_к – начальное и конечное значение удельного прироста затрат в системе при остановке агрегата j ; σ _j0 и σ _jк – начальное и конечное значение удельного прироста потерь мощности в сети.

    На  основе данного критерия можно принять  следующий алгоритм выбора оптимального состава агрегатов. Для каждого  рассматриваемого периода, например суток, выбирают оптимальные агрегаты. Вначале  предполагают, что работают все и  находят оптимальное распределение  активных мощностей при этом условии. Затем находят экономию от остановки  для каждого агрегата в отдельности, а также удельную экономию на единицу  номинальной мощности:

    Э₀ = Э Р _jном                                             (6).

    При остановке в первую очередь выбирают агрегат, дающий наибольшую удельную экономию. Учет ведется по удельной экономии потому, что в любой час можно  остановить агрегаты с номинальной  мощностью не более, чем δP=PΣном −РΣ −Rопт ,

    где PΣном – номинальная мощность всех агрегатов, PΣ – суммарная нагрузка потребителей, Rопт – заданная величина оптимального резерва мощности в системе. После остановки первого агрегата, дающего наибольшую удельную экономию, вновь производят оптимальное распределение мощностей по работающим агрегатам, затем – расчет удельных экономий от остановки дополнительных агрегатов. Опять выбирают для остановки агрегат, дающий наибольшую удельную экономию и т.д. до тех пор, пока или вообще не будет агрегатов, или остановка очередного не будет приводить к недопустимому снижению резерва мощности.

    Таким образом выясняется, какие агрегаты должны стоять в течение отдельных часов суток.

    Для приближенного учета пусковых расходов агрегатов считаем, что их выгодно  останавливать только на некоторое  число часов в сутки τ, тогда в остальные часы суток повышают удельные расходы агрегата путем добавки к фактическим затратам γ j Pj пусковых расходов за τ часов, разделенных на число рабочих часов. Исправленный удельный расход затрат для нагрузки Pj. Будет:

    =                                         (4)

    где Tуд – пусковые расходы за час стоянки. Затем производят новый выбор оптимальных агрегатов без учета пусковых расходов и вновь корректируют удельные расходы. Ввиду сложности расчетов задачу выбора оптимального состава агрегатов рекомендуется решать с использованием ЭВМ.[6] 

    

2. Оптимальное распределение тепловой нагрузки между агрегатами ТЭЦ

 

    Такая задача часто возникает в условиях эксплуатации ТЭЦ с установленным  оборудованием на различные начальные параметры в периоды, когда тепловая нагрузка недостаточна для по условиям графика нагрузки все турбины должны находиться в работе и значительную долю электрической энергии приходится производить конденсационным методом.

    Максимальная  комбинированная выработка электрической энергии определяет наиболее высокую тепловую экономичность ТЭЦ в целом только в случае, когда начальные и конечные параметры (температура конденсации) всех турбин одинаковы. Если же на ТЭЦ установлены турбины с различными начальными параметрами, то максимальная комбинированная выработка электрической энергии не всегда определяет наиболее высокую тепловую экономичность ТЭЦ в целом, так как передача всей тепловой нагрузки на теплофикационные турбины с наиболее высокими начальными параметрами с целью увеличения комбинированной выработки энергии приводит в рассматриваемых условиях к увеличению низкоэкономичной конденсационной выработки на турбинах с более низкими начальными параметрами.

    Условием  наиболее высокой экономичности  ТЭЦ с любым набором оборудования является минимальный расход условного топлива на отпуск заданного количества и качества (параметров) электрической энергии и теплоты. При одинаковых КПД всех работающих котлов, а также одинаковых внутренних относительных КПД отсеков турбин ниже патрубков отбора условием оптимального теплового режима ТЭЦ является минимальный расход эксергии на удовлетворение заданной тепловой нагрузки [8];

                                           (5)

    где — коэффициент работоспособности отработавшей теплоты, отводимой в систему теплоснабжения; Т_Т — средняя температура отработавшей теплоты, К; Т_0.С — средняя температура отвода теплоты в окружающую среду, в данном случае из конденсатора турбоустановки, К.

    В том случае, когда у всех турбоустановок ТЭЦ Т_{0 с} = idem и для теплоснабжения используется только пар из отборов турбин, условию максимальной тепловой экономичности соответствует минимальная средняя температура насыщенного пара или, что то же самое, минимальное среднее давление в отборе.

    При Т_{0 с} = idem и одинаковом давлении в отборах у всех турбоустановок ТЭЦ, но при разных температурах перегрева пара в отборах условию максимальной тепловой экономичности соответствует минимальная температура пара, используемого для теплоснабжения.

    При одинаковых значениях Т_Т у всех турбоустановок, но разных значениях Т_{0 с}, т.е. при разных температурах отвода теплоты из конденсатора, минимальное значение имеет место в турбоустановке с наиболее высокой температурой конденсации. В первую очередь целесообразно использовать в этом случае отборы турбин, имеющих наиболее высокую температуру конденсации. 

    

3. Оптимизация режимов работы турбин при прохождении  провалов электрических  нагрузок

 

    В современных энергосистемах наблюдается  тенденция большого разуплотнения  графиков электрических нагрузок, увеличение неравномерности и снижения относительного минимума нагрузки, отсюда, появляется необходимость перевода большей  части основного теплотехнического  оборудования в неноминальный режим  работы.

    Особые  затруднения в эксплуатации вызывают глубокие снижения нагрузки в основном, в ночное время, при этом вся тяжесть  регулирования приходится на оборудование высокого давления (агрегаты мощностью 100, 150, 200 МВт).

    Регулирование ночных провалов до 1970 г, производилось  путем разгружения части этих агрегатов до 60% и разгрузки до 5-10 МВт агрегатов мощностью 100 МВт.

    Работа  турбогенераторов на низких нагрузках  приводит к большим перерасходам топлива, а их чрезмерно частый останов - к увеличению износа оборудования. Все это привело к необходимости  отыскания более экономичных  и надежных путей прохождения  суточных провалов графиков электрических  нагрузок в сочетании с высокой  маневренностью.