авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Оптимизация режимов работы оборудования тэц по энергетической эффективности

На правах рукописи

СУЛТАНОВ МАХСУД МАНСУРОВИЧ ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ОБОРУДОВАНИЯ ТЭЦ ПО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ Специальность: 05.14.14 - Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2010

Работа выполнена в Московском энергетическом институте (техническом университете) на кафедре Тепловых электрических станций.

Научный консультант: доктор технических наук профессор Кузеванов Вячеслав Семенович

Официальные оппоненты: доктор технических наук профессор Кудинов Анатолий Александрович кандидат технических наук доцент Ильин Евгений Трофимович

Ведущая организация: ОАО «ВНИПИэнергопром»

Защита состоится « 27 » октября 2010 г. в 14 час. 00 мин. в аудитории МАЗ на заседании диссертационного совета Д 212.157.07 при Московском энергетическом институте (Техническом университете) по адресу: г. Москва, ул. Красноказарменная, 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетического института (технического университета).

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью организации) просим направлять по адресу: 111250, г. Москва, ул.

Красноказарменная, 14, Ученый Совет МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан « » 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.157. к.т.н., доцент Ильина И.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Наряду с электростанциями нового поколения для обеспечения потребителей тепловой и электрической энергией используются ТЭЦ, большинство которых введены в эксплуатацию во второй половине 20 века. Доля отпуска тепловой и электрической энергии от ТЭЦ в России составляет 32% и 33% соответственно, а комбинированное производство тепла и электроэнергии на ТЭЦ однозначно направлено на экономию топливных ресурсов.

В настоящее время генерирующие компании, эксплуатирующие ТЭЦ, переживают трудные времена. Стоимость электроэнергии и тепла на многих ТЭЦ, особенно оснащенных устаревшим оборудованием, оказывается высокой, а их реализация по высоким тарифам – затрудненной. В настоящее время для работающих ТЭЦ является актуальным обеспечение конкурентоспособности генерации электроэнергии на ОРЭМ, которая достигается высокими показателями экономичности, то есть минимизацией топливной составляющей себестоимости по производству тепла и электроэнергии, в том числе через оптимизацию режимов работы оборудования ТЭЦ.

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.

В связи с этим определение подхода, направленного на снижение топливных затрат ТЭЦ путем повышения эффективности управления оборудованием с учетом фактического состояния агрегатов ТЭЦ, а также в условиях реализации электроэнергии на ОРЭМ является актуальным.

Целью работы является разработка методики определения энергетической эффективности работы ТЭЦ, с помощью которой будет приниматься решение и осуществляться выбор оптимального состава работающего оборудования и распределения нагрузок между ним. Методика должна быть ориентирована на формирование простой режимной карты управления каждым агрегатом в отдельности с учетом фактического состояния оборудования с удобным использованием в условиях систематически изменяющихся диспетчерских графиков отпуска тепловой и электрической энергии в течение суток.

Для осуществления поставленных целей необходимо решение следующих задач:

разработка новой методики определения энергетических показателей работы оборудования ТЭЦ на базе энергетических характеристик;

разработка алгоритма оптимизации режимов работы оборудования ТЭЦ согласно разработанной методике;

разработка структуры оптимального управления агрегатами ТЭЦ в условиях выполнения диспетчерских графиков отпуска тепловой и электрической энергии;

апробация результатов теоретических исследований и расчетов, методики и предложений на действующем оборудовании ТЭЦ;

разработка предложений по совмещению расчетного комплекса, предложенной методики с оперативной технико-экономической и финансовой отчетностью ТЭЦ и генерирующей компании.

Научная новизна работы заключается в постановке и решении:

задачи построения матрицы расчетных значений расхода топлива для любого значения выработки электрической и тепловой энергии в регулировочном диапазоне нагрузок с помощью предложенной методики, основанной на использовании трех режимов энергетической характеристики оборудования: номинального, базового и конденсационного для базовых условий;



задачи оптимального изменения распределения тепловой и электрической энергии между агрегатами ТЭЦ на основе предложенной методики определения энергетической эффективности работы ТЭЦ;

задачи оперативного и перспективного (прогнозного) планирования режимов загрузки паротурбинного оборудования в условиях выполнения графиков отпуска электроэнергии на оптовом рынке электроэнергии и мощности по регулируемым договорам поставки, «на сутки вперед» и балансирующем рынке;

задачи использования разработанной режимной карты и программного комплекса по определению расхода топлива для различных режимов выработки тепловой и электрической энергии с возможностью постоянной корректировкой данных с учетом фактического состояния оборудования.

Практическая значимость работы:

Разработанные методические положения и алгоритмы оптимизации на их основе подтверждены возможностью использования предложенной методики определения энергетической эффективности и разработанных алгоритмов для решения задач:

выбора оптимального состава оборудования ТЭЦ в условиях выполнения суточных и перспективных графиков электрической и тепловой нагрузок;

эффективного управления оборудованием ТЭЦ оптимальным распределением нагрузки между ним;

повышения достоверности прогноза ожидаемых режимов работы оборудования при подготовке ценовых заявок в рамках работы ТЭЦ на рынке “на сутки вперед” (РСВ).

Результаты, полученные с использованием характеристик оборудования Волжской ТЭЦ ООО «ЛУКОЙЛ-Волгоградэнерго», могут быть использованы для оценки экономического эффекта внедрения разработанных алгоритмов на других действующих объектах.

Достоверность и обоснованность результатов подтверждается:

использованием в расчетах реальных характеристик оборудования существующих ТЭЦ (Волжской ТЭЦ ООО «ЛУКОЙЛ-Волгоградэнерго»);

сравнением расчетных вариантов с фактическим распределением нагрузок на примере реальных суточных графиков Волжской ТЭЦ;

идентичностью результатов оптимизационных расчетов с результатами, полученными в ходе проведения прямого испытания (активный эксперимент) в условиях действующего состава оборудования Волжской ТЭЦ;

применением известных методов анализа соответствия полученных характеристик исходным данным.

Личный вклад автора заключается в разработке вышеперечисленных методических положений, а также в проведении расчетов с разработкой программы в среде Excel для характеристик оборудования Волжской ТЭЦ ООО «ЛУКОЙЛ-Волгоградэнерго» с последующим анализом полученных результатов и выдачей рекомендаций по использованию разработанных алгоритмов.

Апробация работы и публикации.

Материалы, основные разделы и положения диссертации докладывались и обсуждались на Межрегиональной юбилейной научно-практической конференции «Перспективные проекты и технологии в энергетике» (сентябрь 2005 г., г. Волжский), XII межвузовской научно-практической конференции молодых ученых и студентов (май 2006 г., г. Волжский) и на XV Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов “Радиоэлектроника, электротехника и энергетика” (февраль 2009 г., г. Москва).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 работ, среди которых 2 статьи в рецензируемых изданиях.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы, включающего наименований, содержит 144 страницы печатного текста, 18 рисунков и приложение.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность, научная и практическая значимость темы, сформулированы цель и задачи работы, а также ее научная новизна.

В первой главе рассмотрены существующие методы оптимизации режимов работы оборудования ТЭЦ по обзору отечественной технической литературы и публикаций в специализированных изданиях. Проведен анализ существующих методик разнесения топливных затрат при комбинированном производстве тепловой и электрической энергии на ТЭЦ. Рассмотрены методы оценки энергетической эффективности работы ТЭЦ при комбинированном производстве электроэнергии и тепла. Определен теоретический подход к достижению целей и задач работы.

Во второй главе автором анализируются применяемые методы оценки энергетической эффективности работы ТЭЦ, проводится разработка новой методики с детальным представлением результатов теоретических исследований, даются предложения по практическому применению методики.





Анализ существующих методик оптимального распределения нагрузок между агрегатами ТЭЦ выявил следующие недостатки:

энергетические характеристики оборудования ТЭЦ зачастую не соответствуют фактическим параметрам эксплуатации и состоянию оборудования, а пересмотр нормативной базы один раз в пять лет не снимает данную проблему;

отсутствие автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) на большинстве ТЭЦ неблочного типа с докритическими параметрами не позволяет вести качественный контроль за изменениями технических параметров работы оборудования и вносить корректировки и поправки в энергетические характеристики;

существующие методы оптимизации базируются на данных энергетических характеристик;

проведение расчетов и анализ режимов являются сложными и трудоемкими;

существующая организация управления режимами нагружения и разгрузки оборудования в условиях выполнения диспетчерского графика энергосистемы оперативным персоналом ТЭЦ в ряде случаев выполняется только из условия обеспечения надежности работы оборудования, которое не всегда отвечает требованиям обеспечения высокой эффективности комбинированного производства тепловой и электрической энергии.

В связи с этим предложен следующий подход к решению поставленных задач, а именно:

на основе утвержденных энергетических характеристик оборудования ТЭЦ согласно предложенной методике разрабатывается программный комплекс по расчету расхода топлива для всего регулировочного диапазона нагрузок;

расчетно-программный комплекс базируется на скорректированных данных энергетических характеристик или целевых экспериментах для трех контрольных точек режимов: номинального, базового и конденсационного.

Сделан вывод, что:

методика должна быть апробирована в условиях действующего состава оборудования ТЭЦ;

методика должна использоваться для оптимального управления режимами работы оборудования в целях обеспечения выгодных финансово экономических условий участия ТЭЦ на рынке электроэнергии (мощности).

Существующая организация планирования приоритетных режимов загрузки ТЭЦ в условиях работы на рынке электроэнергии и мощности диктуется действующими нормативными и регламентирующими документами по определению затрат на производство тепла и электроэнергии на ТЭЦ – удельными затратами топлива, а также формированием заявок на генерацию плановых объемов электроэнергии на сутки вперед с расчетом себестоимости и маржинального дохода. В целях повышения эффективности энергопроизводства на ТЭЦ, планирования текущих и приоритетных режимов работы и, тем самым, снижения топливных издержек, предложена настоящая методика, базирующаяся на решении задачи эффективного распределения нагрузок между совместно работающими агрегатами ТЭЦ.

Определим связь тепловой производительности котла с расходом топлива как QК k К Bобщ, (1) где k К k К (QК ).

Представим общий расход топлива на котел в виде Bобщ В Вдоп, (2) где В - расход топлива на производство пара для N турбоустановок;

Вдоп - расход топлива на производство пара другим потребителям.

Тогда из (1) получаем QК Q Qдоп, (3) Где Q k К В, Qдоп k к Вдоп - расходы тепловой энергии на турбоустановки ( Q ) и другие потребители ( Qдоп ), k К k К (Q, Qдоп ).

Составляющую Qдоп подробно рассматривать не будем, предполагая, что ее расчет возможен при использовании известных подходов, а изменение Qдоп с целью оптимизации невозможно из-за физических или технологических условий (ограничений).

N N N Важной для анализа является составляющая Q Qj kК B j kК Bj.

j1 j1 j Рассмотрим расход тепловой энергии на одну турбоустановку Q j k К В j.

Поскольку поступающая в «голову» турбины энергия преобразуется в электрическую энергию N Эj и в тепловую энергию иного потенциала QТj, то Q j ( N Эj, QТj ) или Qj Bj B j ( N Эj, QТj, kК, kТj ), (4) Причем коэффициент характеризует потери тепловой энергии в kТj турбоустановке, QТj - отпуск тепла потребителям, QТj (1 kТj ) QТj и kТj kТj ( N Эj, QТj ), (5) а при Qдоп const, kК k К ( N Эj, QТj ).

Исходя из (4) и (5), при Qдоп const, приращение расхода топлива на котел, связанное с изменением нагрузки на турбину, может быть представлено как B B dВ dN Э dQТ (6) NЭ QТ Здесь индекс «j» опущен.

Представим полный дифференциал (6) в виде dN dВ k ( ~ Э dQТ ), (7) B~ B B где k / ;

. (8) QТ N Э QТ По физическому смыслу коэффициент k отражает реакцию системы по расходу топлива на изменение отпуска тепла потребителям при сохранении электрической нагрузки;

коэффициент ~ характеризует специфику проточной части турбоустановки, степень участия разных отборов в обеспечении отпуска тепла и параметры точек отборов, отражая относительную эффективность отпуска потребителям тепла по сравнению с отпуском электроэнергии.

Очевидно, что k k ( N Э, QТ, ), ~ ~ ( N Э, QТ, ), где - коэффициент отклонения теплофизических параметров отбора пара от номинальных.

Важным для дальнейшего анализа является то, что мы не принимаем расход топлива В однозначной функцией N Э и QТ. Расход В можно считать информационным вектором;

его значение зависит от трех проекций: общего отпуска электрической и тепловой энергии ( N Э QТ ), отпуска тепловой энергии (QТ ) и отклонения параметров пара отборов от номинальных ( ~).

Найдем коэффициент k, рассмотрев переходный процесс в системе при N Э, QТ0 и В 0 в исходном состоянии и N Э и QТтек - в конечном состоянии как последовательность двух переходов: изменение QТ с QТ0 до QТтек (I) при сохранении В 0 и изменение электрической мощности (возврата к мощности) N Э (II). Предполагаем при этом возможность описания переходного процесса в квазистационарном приближении.

Примем для анализа прямое взаимоотношение электрической, тепловой мощности и расхода топлива:

0 N Э QТ (9) ИТ,ТУ Р B 0 QН Заметим, нам интересна только форма связи важных параметров, значение же коэффициента использования топлива ИТ,ТУ, его физический смысл, правомерность его применения для оценки произвольного процесса не оказывает влияния на последующий анализ.

Качественная зависимость изменения расхода топлива B при изменении отпуска тепла Q и N Э const представлена на рис. 1. При первом переходе (I) коэффициент использования теплоты топлива турбоустановки (КИТТ ТУ) ов изменяется до значения ИТ,ТУ согласно изменению QТ и N Э после перехода на нагрузку QТтек.

(QТ QТ ) ~ тек тек 0 NЭ QТ ов, (10) ИТ,ТУ Р B 0 QН где QТ0 - тепловая мощность регулируемых отборов турбины при исходном режиме с электрической мощностью N Э и значением КИТТ ТУ, равным ИТ,ТУ ;

- тепловая мощность регулируемых отборов турбины при текущем тек QТ режиме;

B 0 - расход топлива для исходного режима работы.

Отметим, что коэффициент ~ в соотношении (10) однозначно отражает эффективность преобразования тепловой энергии в электрическую в конкретной турбине при конкретном переключении (изменении расхода пара на потребителя в конкретном отборе или на совокупности отборов).

ИТ,ТУ ( N Э const ) ИТ,ТУ тек (II ) ИТ,ТУ ов тек NЭ ИТ,ТУ (I ) ИТ,ТУ ов тек NЭ ИТ,ТУ тек Q Q ИТ,ТУ NЭ В В тек В тек В Рис. 1. – Изменение параметров B при QТ и N Э const.

Из соотношений (9) и (10) получаем:

QТ QТ ( ~ 1) ( ~ 1), тек 0 (11) ИТ,ТУ ИТ,ТУ ИТ,ТУ Р 0 N QТ B QН Э где QТ QТтек QТ0.

Примем в качестве модельного представления дополнительную взаимосвязь рассматриваемых параметров в виде:

ИТ,ТУ ов b QТ, (12) ИТ,ТУ ИТ,ТУ В N Э,B где b – постоянная, причем b является конструктивно-технологической характеристикой конкретной турбины и не зависит от N Э, QТ, ~.

При втором переходе (II) электрическая мощность со значения N (QТ QТ ) ~ восстанавливается до исходного значения N Э изменением тек 0 0 Э расхода топлива с B 0 до Bтек.

В результате преобразований зависимостей (11) и (12), получаем соотношение для определения изменения расхода топлива B при QТ и N Э const :

B. (13) N QТ 1 ~ QТ Э B0 b В Итак, усредненное значение коэффициента k при N Э const для QТ произвольного интервала тепловых нагрузок может быть представлено в виде:

1~ 0 NЭ QТ k (14) В0 b Заметим, что коэффициент ~ в соотношении (14) отвечает новому состоянию отборов тепла, обусловившему приращение QТ.

Примем в качестве контрольных номинальный и базовый режим (индекс «б»). Базовым режимом работы определим такой режим, при котором значения электрической ( N Э ) и тепловой ( QТб ) мощностей, соответствующие б номинальным параметрам пара в регулируемых отборах, позволяют перевести турбину на конденсационный режим работы ( N Э ) без изменения тепловой к мощности источника теплоты и превышения предельной мощности электрогенератора и пропускной способности конденсатора турбины. Термин «контрольный» предполагает наличие достоверной информации о значениях N Э, QТ, ~ в этих режимах.

При переходе на новую нагрузку от номинальных параметров (индекс «ном») для произвольного выбранного нового режима (индекс «00») из (7) получаем:

ном NЭ NЭ B ном ном B 00 QТ ). (15) k (QТ ~ Найдем коэффициент k, используя известные параметры базового режима и соотношение (15) для этого режима. Получаем:

В ном Вб k (16) ном б NЭ NЭ ном б (Q Q) ~б Т Т Итак, коэффициент k определен двумя соотношениями: зависимостью (16) и зависимостью вида (14), представленной для процесса перехода от номинального режима в базовый:

1 ~б ном ном NЭ QТ k. (17) В ном b При этом ~ б предполагается известным.

Найдем ~ для произвольного режима, рассмотрев переход от базового режима в конденсационный режим. Назначив конденсационный режим к б контрольным, фиксируем электрическую мощность N Э при переходе QТ 0, Вб const (I) и фиксируем В к при возврате на электрическую мощность б балансного режима N Э с QТ 0 изменением расхода топлива (II).

Исходя из общего энергетического баланса, имеем для произвольного режима n QТ ~ 0 j, (18) j ~ - коэффициент, характеризующий роль отбора «j»;

где j - коэффициент, не зависящий от режима, но отражающий интегральную эффективность проточной части турбины;

n – число отборов турбины, обеспечивающих изменение QТ.

Примем в модельном представлении ~j как ~K Q, (19) Тj j j 1 Т К / Т отбj где, (20) Kj 1 Т К / Т QТj - изменение тепловой нагрузки отбора «j»;

- поправочный коэффициент, корректирующий термодинамическую модель в режимах данной турбины;

Т отбj, Т 0, Т К - температуры (в 0 K ) пара отбора «j», острого пара и пара в конденсаторе соответственно.

Для произвольного режима с учетом параметров, зафиксированных в переходе (I):

n Kj QТj n ~ 00 к б j Kj QТj (N N), (21) Э Э 0 m б j K i QТi i К б QТj NЭ NЭ где QТj, 0 m QТ б K i QТi i Рассмотрев вторую стадию (II) перехода от базового режима в конденсационный режим, получим выражение для расчета b:

~к б, (22) b б QТ NЭ Bб Bк К б NЭ NЭ где ;

Bб Bк Bб, ~к б QТ В б - расход топлива в базовом режиме;

В к - расход топлива для конденсационного режима работы турбоустановки при электрической мощности N Э.

б Соотношение (22) позволяет доопределить порядок расчета поправочного коэффициента. Действительно, приравнивая правые части зависимостей (16) k, с учетом выражения (22) для b имеем:

и (17) для коэффициента Z. (23) 1 (1 Z 2 ) Причем, является первым корнем уравнения Z7 Z3 Z4 Z5 Z 5 Z8. (24) Где Z 3, Z 4, Z 5, Z 7 и Z 8 - константы.

Уравнение (23) и соотношение (24) получены с учетом представления ~б коэффициента в виде n TK ~б б Z6 1 ( QТj ) (25) 1 Tотбj j Сравнивая значения для различных вариантов турбоустановок, можно судить о совершенстве проточной части однотипных турбоагрегатов и характере изменения расхода топлива по областям значений суммарной тепловой и электрической нагрузки.

В качестве расчетного уравнения для определения B 00 в произвольном режиме предлагается выражение:

~б R ном R 00 (1 ~ 00 ) (QТ Вб ном QТ ) В ном В 00 (1 ) (26) ~ 00 R ном R б (1 ~ б ) (QТ В ном ном б QТ ) ~ 00 ~б со вспомогательными соотношениями для определения (25) и (21), [(23), (24)].

Здесь R N Э QТ, а индекс указывает на соответствие режиму нагрузки.

Значения В00, определяемые зависимостью (26), могут явиться главным элементом оценки эффективности режима распределения тепловых нагрузок между отборами и между теплофикационными турбоустановками.

Предложенная методика определения расхода топлива позволяет изменить практический подход к использованию энергетических характеристик турбинного оборудования ТЭЦ в управлении режимами работы оборудования ТЭЦ и создать, используя параметр В 00, по существу, новую режимную карту турбоустановки.

В соответствии с вышеприведенной методикой определения энергетической эффективности работы ТЭЦ, основанной на расчете расхода топлива при комбинированной выработке тепловой и электрической энергии, разработан алгоритм расчета и выбора оптимального режима работы оборудования ТЭЦ и структура оптимизации режимов энергопроизводства на ТЭЦ для условий выполнения диспетчерских графиков электро- и теплоснабжения потребителей.

В отличие от существующих методик оптимизации режимов работы электростанций, предлагаемый метод может хорошо моделироваться для турбоустановок конкретных ТЭЦ и не потребует постоянных трудоемких испытаний, вычислений и расчетов по конкретизации новых энергетических характеристик. При этом в случаях проведения модернизации проточной части турбины или изменения граничных условий эксплуатации основного и вспомогательного оборудования ТЭЦ вопрос о корректировке энергетических характеристик турбоагрегатов упрощается. Решение задачи выбора оптимального режима работы теплофикационной турбины и эффективного управления режимами работы оборудования ТЭЦ определяется по зависимости (26) при наличии результатов испытания по трем контрольным режимам работы (номинальный, базовый и конденсационный для базовых условий).

В третьей главе приведены результаты апробации разработанной методики на основе реальных энергетических характеристик оборудования и статистических режимных данных Волжской ТЭЦ ООО «ЛУКОЙЛ Волгоградэнерго».

Определены параметры контрольных режимов (номинального, базового и конденсационного для базовых условий) для теплофикационных турбин ПТ-65 130, Т-50-130, Т-100-130 и ПТ-135-130.

Для сравнения расчетных значений расхода топлива по настоящей методике с данными, полученными с использованием энергетических характеристик оборудования, рассмотрены 16 вариантов режимов. Также проведены эксперименты с фиксацией фактических режимов (всего 20) для двух вариантов действующего состава оборудования на Волжской ТЭЦ ООО «ЛУКОЙЛ Волгоградэнерго»:

- вариант №1: три турбогенератора (ПТ-65-130 ст.№2, Т-100-130 ст.№6 и ПТ 135-130 ст.№8) и четыре парогенератора (3хТГМ-84 ст. №1,5,7 и 1хБКЗ-420 140ГМН ст.№10);

- вариант №2: три турбогенератора (ПТ-65-130 ст.№2, Т-100-130 ст.№6 и Т 100-130 ст.№7) и четыре парогенератора (3хТГМ-84 ст. №1,3,6 и 1хБКЗ-420 140ГМН ст.№10).

Проведен сравнительный анализ расчетных и фактически сложившихся измеренных значений потребления топлива на ТЭЦ. Апробация методики подтверждается хорошей сходимостью результатов.

С учетом положительных результатов вышеприведенных расчетов и экспериментов, можно говорить о целесообразности практического применения данной методики путем создания матрицы расчетных значений В00 для режимов работы оборудования ТЭЦ.

Приведем пример формирования матрицы расчетных значений В00 в аналитической форме для различных вариантов режимов. Для этого преобразуем выражение (26) к виду:

QТ ) B ном В 00 ( 00 (27) NЭ или В 00 00 QТ, (28) NЭ где и - константы, соответствующие типу конкретной, установки и режиму отпуска тепловой энергии, записываются в следующей форме:

~ б ( В ном В б ) N ном В ном QТном ) ( ~Э00 (29) R б (1 ~ б ) (QТном QТ ) R ном б ~ б ( В ном В б ) (30) ~ б ) (Q ном Q б ) ~ R ном б R (1 Т Т ~ б ( В ном В б ) (31) R б (1 ~ б ) (Q ном Q б ) R ном Т Т Значения и зависят от параметров и количества отпускаемого тепла из регулируемых отборов турбин ( ~ 00 var ).

Для вариантов расчета режимов работы турбоустановок по зависимости (28) составлены уравнения расхода топлива, которые приведены в табл. 1.

Табл. 1. Аналитическая зависимость В00 для исследованных вариантов режимов работы турбоустановок.

Исходный режим Расход топлива Тип Значение № Вари турбоустано ~ п/п ант NЭ0 QТ0 В QП вки МВт МВт МВт В 00 00 0,9303 0,0694 N Э 0,0147 QТ 1.1 35 23,26 23,26 0, В 00 00 0,8462 0,0707 N 0,0147 Q 1.2 45 46,52 34,89 0, Э Т ПТ-65- В 00 00 1,1150 0,0666 N 0,0147 Q 1.3 55 46,52 46,52 0, Э Т В 00 00 0,2676 0,0796 N Э 0,0147 QТ 1.4 65 69,78 34,89 0, В 00 00 3,7017 0,0587 N Э 0,0151 QТ 2.1 75 58,15 93,04 0, В 00 00 1,9855 0,0714 N Э 0,0151 QТ 2.2 90 116,30 69,78 0, ПТ-135- В 00 00 3,7017 0,0587 N 0,0151 QТ 2.3 105 0 69,78 0, Э В 00 00 2,7344 0,0658 N Э 0,0151 QТ 2.4 120 116,30 93,04 0, 3.1 40 - 69, 3.2 40 - 58, Т-50-130 В 00 00 1,0501 0,0593 N Э 0,0102 QТ 3 0, 3.3 50 - 81, 3.4 50 - 69, 4.1 40 - 23, 4.2 70 - 46, Т-100-130 В 00 00 1,0284 0,0708 N Э 0,0084 QТ 4 0, 4.3 85 - 93, 4.4 100 - 69, В аналитическом выражении по определению расхода топлива для турбоагрегатов ПТ (табл.1) значения и для различных режимов будут отличаться. Это связано с разной выработкой электроэнергии паром производственного и теплофикационного отборов.

На основании расчетных данных о потреблении топлива для текущего режима генерации тепловой и электрической энергий на ТЭЦ оперативному персоналу можно принимать эффективное решение о выборе последовательности загрузки (разгрузки) П- и Т- отборов турбин, а также перераспределении тепловой энергии в пределах регулировочного диапазона нагрузок, осуществлять переброс электрической нагрузки между турбоагрегатами для оптимизации режимов работы оборудования при выработке тепловой и электрической энергий.

В этом случае достаточно проанализировать значения и для работающего турбоагрегата, по которым определяется изменение расхода В 00, до и после нагрузки/разгрузки тепловой топлива QТ, и (или) электрической N Э нагрузки основного оборудования:

В 00 00 NЭ QТ (32) Например, при работе турбоустановок Т-50-100 и Т-100-130, режим нагружения электрической мощности эффективно производить в первую очередь для агрегата с наименьшим значением, то есть для Т-50-130, а разгрузку осуществлять для турбоустановки с наибольшей величиной (Т-100-130). Увеличение отпуска тепла из отборов будет оптимальным для оборудования с меньшими значениями, а снижение – для оборудования с максимальным значением.

Влияние разных отборов на значение, а, следовательно, дифференцированное влияние изменения тепловой нагрузки регулируемых отборов пара можно представить в виде:

, (33) 1 отб, П отб,Т ~ б ( В ном В б ) где ;

R б (1 ~ б ) (QТ ном ном б R QТ ) Z ТК, для: 1, то условие «1» и 0, то условие «2»;

П П П Т отб, П отб, П 2 ТК, для: 1, то условие «1» и 0, то условие «2».

Tj Tj Tj Т отб,Т j1 j отб,Т j «1» - если отбор (отборы) задействованы;

«2» - если отбор (отборы) не участвуют в изменении QТ.

Представленный выше метод управления режимами работы оборудования ТЭЦ изменяет практический подход к использованию энергетических характеристик турбинного оборудования ТЭЦ при создании на основе параметра В 00 режимной карты турбоустановки с качественной информацией об эффективности планируемых режимов генерации тепла и электроэнергии на ТЭЦ. Действия оператора при принятии решения при этом очень просты:

фиксация текущего значения расчетного параметра Втек,ij для всех турбоустановок (индекс i 1,2... ) с отборами (индекс j 1,2... ), которые могут быть задействованы в регулировании нагрузки;

фиксация значений расчетного параметра Внов,ij при переходе турбины "i" в новый режим с изменениями расходов тепла в отборах " j" данной турбины и (или) электрической нагрузки;

реализация перехода на новый режим по В00 Втек,ij Внов,ij, причем, если 00 нагрузка увеличивается, то приоритетным вариантом является вариант перехода на новую нагрузку с В 00 min ;

если нагрузка уменьшается, то max выбираемый вариант должен иметь В 00.

Планирование режимов работы ТЭЦ на оптовом рынке «на сутки вперед» осуществляется с учетом минимального и максимального диапазонов несения электрической нагрузки ТЭЦ в целом без предоставления технико экономических показателей работающих турбоагрегатов в отдельности. В таких условиях выбор состава действующего оборудования и оптимальное распределение нагрузок между агрегатами согласно предлагаемому методу является простым и удобным в использовании персоналом генерирующих компаний.

В четвертой главе рассмотрено практическое применение предложенной методики оптимизации. Проведен анализ эффективности использования методики в решении задач оптимального распределения тепловой и электрической нагрузок между агрегатами ТЭЦ (табл. 2).

Расчеты и сравнения результатов оптимизации показали достаточную эффективность решения поставленных задач.

Среднее значение экономии топлива при оптимизации режимов работы (для вариантов эксперимента) составляет 1,2%. Для частных случаев эксперимента с различным составом работающего оборудования ТЭЦ значение топливного эффекта вследствие оптимизации находится в пределах 0,8 – 1,7%.

Достоверность и обоснованность полученных данных по оптимизации режимов выработки тепла и электроэнергии подтверждаются результатами активного эксперимента, проведенного на работающем оборудовании Волжской ТЭЦ, в частности хорошим совпадением прогноза и факта по положительной экономии топлива в объеме 0,55 (измерения) [0,57 (прогноз)] тыс. м3/час газа. Таким образом, с учетом технических ограничений и условий работы оборудования в ходе испытания, при перераспределении электрической нагрузки между турбоагрегатами в пределах 2% от суммарной отпускаемой мощности (при перераспределении 5 (пяти) МВт электрической нагрузки между агрегатами), был достигнут относительный выигрыш в расходе топлива, равный 0,53%.

Табл. 2. Результаты оптимизации режимов работы оборудования ТЭЦ В современных условиях немаловажное значение имеет рассмотрение финансово-экономических показателей производства электроэнергии и тепла в условиях участия ТЭЦ на рынке электроэнергии и выполнения договорных обязательств по поставке энергоресурсов теплотранспортным компаниям.

Сравнение изменения среднесуточных финансовых показателей работы ТЭЦ произведены по фактически сложившемся режимам за сутки в период с января по 17 января 2010 года и при ведении оптимального режима выработки тепла и электроэнергии при снижении показателей по расходу топлива на 0,8% от фактических значений.

Динамика изменения маржинальных доходов от реализации видов энергий для вариантов производства представлена на рис. 2.

В результате обработки расчетных данных оперативного отчета о финансовых показателях для рассмотренных вариантов выработки и отпуска тепловой и электрической энергий на ТЭЦ можно сделать вывод, что изменение значения маржинального дохода для разных дат различна. Это обузловлено не только изменениями величин отпуска тепла и электроэнергии, но и различной ценой покупки электроэнергии по часам утвержденного диспетчерского графика электрической нагрузки.

При одинаковых условиях снижения топливных затрат на 0,8%, финансовый эффект роста суммарного маржинального дохода колеблется от 2,29 до 2,72% (рис. 3). В связи с постоянной величиной утвержденного тарифа на тепло, увеличение маржинального дохода от реализации тепловой энергии связано с ростом полезного отпуска тепла потребителям.

1, 1,072 1, 1, 1,060 1, 1, 1, 1, 1, 1, 1, МД всего 1, 0,980 0, 0, 0,960 0, 0, 0, 0, 0, 13.01.2010 14.01.2010 15.01.2010 16.01.2010 17.01. МД всего, оптим Дата МД всего, факт Рис. 2. - Динамика изменения маржинального дохода от реализации электрической и тепловой энергии при оптимизации топливных затрат.

7,00% Относительное отклонение 6,00% 5,00% 4,00% МД,% 3,00% 2,00% 1,00% 0,00% 13.01.2010 15.01.2010 17.01. 13.01.2010 14.01.2010 15.01.2010 16.01.2010 17.01. %МДэ 1,92% 1,77% 1,81% 1,64% 1,82% %МДт 3,83% 3,80% 3,75% 3,91% 6,20% %МД всего 2,41% 2,29% 2,34% 2,30% 2,72% Рис. 3. - Сравнение значений относительных отклонений маржинального дохода от реализации электрической и тепловой энергий при оптимизации режимов работы оборудования ТЭЦ.

Предлагаемая методика определения расхода топлива на основе энергетических характеристик позволяет не только решать вопросы планирования будущих режимов загрузки оборудования, но и прогнозировать будущие удельные расходы условного топлива на производство тепловой и электрической нагрузок. При этом результаты фактически сложившихся режимов будут ближе к плановым показателям ценовых заявок, что обусловит повышенную достоверность прогноза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Основные результаты, полученные в работе, а также выводы могут быть сформулированы следующим образом:

1. Разработана новая методика определения расхода топлива на основе энергетических характеристик оборудования или целевых экспериментов. На базе данной методики может быть сформирована матрица расчетных значений расхода топлива для любого режима выработки электрической и тепловой энергии в регулировочном диапазоне нагрузок, основанная на информации по трем режимам энергетической характеристики оборудования: номинальном, базовом и конденсационном для базовых условий.

2. Результаты апробации теоретических исследований на действующем составе оборудования ТЭЦ подтвердили достоверность определения расчетных значений расхода топлива согласно методике, их соответствие данным по прямым замерам потребления газа на ТЭЦ.

3. Для решения задач оперативного и перспективного (прогнозного) планирования режимов загрузки паротурбинного оборудования в условиях выполнения графиков отпуска электроэнергии на оптовом рынке электроэнергии и мощности по регулируемым договорам поставки, «на сутки вперед» и балансирующем рынке разработан алгоритм оптимизации режимов, на основе которого проведены расчеты и предложены эффективные варианты распределения нагрузок между агрегатами ТЭЦ. При безусловном обеспечении качества поставки электроэнергии и тепла потребителям относительная экономия топлива при оптимизации режимов выработки тепловой и электрической энергии на Волжской ТЭЦ с использованием предложенной методики достигает 0,8 - 1,7%, что в абсолютном выражении составляет от 5,978 до 12,703 тыс. тут в год.

4. Предложена режимная карта и разработан программный комплекс по определению расхода топлива с возможностью поддержания высокой достоверности режимной карты в связи с несложными условиями проведения энергетических испытаний для трех контрольных режимов нагрузки с целью последующего внесения корректировок в программный комплекс и карту с учетом фактического состояния оборудования.

5. Для подготовки оперативного отчета о доходах энергетической компании от реализации тепловой и электрической энергии показана возможность совмещения расчетного комплекса и предложенной методики с оперативной технико-экономической и финансовой отчетностью ТЭЦ и генерирующей компании.

6. Методика определения энергетической эффективности и оптимизации режимов работы оборудования ТЭЦ внедрена на Волжской ТЭЦ ООО «ЛУКОЙЛ-Волгоградэнерго» и используется оперативным и инженерно техническим персоналом для эффективного управления агрегатами в условиях выполнения диспетчерских графиков электрических и тепловых нагрузок. ООО «ЛУКОЙЛ-Волгоградэнерго» планирует внедрение данной методики на всех ТЭЦ Волгоградского региона.

Основные результаты диссертации представлены в следующих публикациях:

1. Кузеванов В.С., Султанов М.М. К вопросу об эффективности планирования режимов работы оборудования ТЭЦ // Вестник Воронежского государственного технического университета.- 2009.- Т.5. №11.- С. 115-119.

2. Султанов М.М., Кузеванов В.С. Разработка и апробация метода оптимизации режимов работы энергетического оборудования ТЭЦ // Энергосбережение и водоподготовка. - 2009.- №12.- С. 24-27.

3. Султанов М.М. Повышение эффективности теплоснабжения при оптимизации режимов работы теплоэлектроцентралей // Перспективные проекты и технологии в энергетике: Материалы межрегиональной юбилейной научно-практической конференции, посвященной 75-летию ГОУ ВПО «МЭИ (ТУ)» и 10-летию филиала ГОУ ВПО «МЭИ (ТУ)» в г. Волжском. – Сборник научных статей. – Волжский: Филиал ГОУ ВПО «МЭИ (ТУ)» в г. Волжском. 2006. – С. 102 – 106.

4. Султанов М.М. Внедрение автоматизированной информационной модели системы централизованного теплоснабжения г. Волжского с целью повышения эффективности энергопроизводства // Двенадцатая межвузовская научно практическая конференция молодых ученых и студентов: тезисы докладов в 4-х т. Т.4. – Волжский: Филиал ГОУ ВПО «МЭИ (ТУ)» в г. Волжском. - 2006. – С.

4 – 6.

5. Грига А.Д., Грига С.А., Султанов М.М., Куланов В.А. Сравнение методов оценки эффективности работы ТЭЦ при совместном производстве тепловой и электрической энергии // Процессы преобразования энергии и энергетические установки. - Волгоград: Известия Волг.ГТУ. - 2008.- С. 51-54.

6. Султанов М.М., Грига А.Д., Кузеванов В.С. Методика оценки энергетической эффективности генерирующих мощностей ТЭЦ // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Пятнадцатая Междунар.

науч.-техн. конф. студентов и спирантов: Тез. докл. в 3-х т. –М.: МЭИ, 2009. Т.

3. - С. 206-207.

7. Султанов М.М. Оптимизация режимов работы оборудования ТЭЦ по энергетической эффективности // Итоги диссертационных исследований: Труды II Всероссийского конкурса молодых ученых. – М.: РАН. – 2010. – с. 23-29.

Подписано к печати Л Печ. л. Тираж Заказ Типография МЭИ (ТУ), Красноказарменная, 13.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.