нагрузка в энергосистеме

Статьи, публикации, архив номеров   Статьи, публикации, архив номеров                 |      |      |      |         |      |      |      |      |      |      |      |      |      |      |          Наука для практики 01.09.2008 ВАГТЭ как вариант регулирования нагрузки в энергосистеме  ВАГТЭ как вариант регулирования нагрузки в энергосистеме  Вопросы прохождения пиковых и провальных нагрузок в энергосистеме всегда актуальны, так как от их оптимального решения во многом зависят технико-экономические показатели работы энергосистемы в целом. Эти вопросы особенно важны при наличии АЭС, поскольку в период провала нагрузок энергосистема вынуждена останавливать часть блоков на ТЭС либо содержать их в неоптимальном режиме эксплуатации, а в период пика ЂЂЂ включать в работу самые неэкономичные блоки. Все это приводит к повышенным расходам топлива и существенно снижает надежность работы оборудования.  Намечаемое развитие атомной энергетики в Беларуси требует особенно ответственного отношения к этой проблеме и своевременных эффективных мероприятий. Одним из них может быть создание воздушно-аккумулирующих газотурбинных электростанций (ВАГТЭ). Ориентация белорусской электроэнергетики на использование парогазовых (ПГУ) и газотурбинных (ГТУ) технологий является хорошей базой для создания на их основе ВАГТЭ.  Сущность предложения  Сущность предлагаемого решения состоит в следующем. В газотурбинных установках мощность газовой турбины примерно расходуется в соотношении: две трети на привод компрессора и одна треть ЂЂЂ на привод генератора. Следовательно, если в период пиковой нагрузки иметь сторонний источник, от которого есть возможность получать сжатый воздух (аккумулятор воздуха), то при наличии соответствующей мощности генератора возникает возможность получить дополнительную мощность на валу генератора в три раза больше, чем в обычном режиме эксплуатации при неизменной мощности газовой турбины. В период провала появляется дополнительный потребитель электроэнергии, который сглаживает неравномерность суточного графика электропотребления. В схеме ВАГТЭ предлагается использовать ГТУ с генератором, мощность которого примерно в три раза больше, чем в существующих ГТУ, а также дополнительный компрессор с электроприводом и аккумулятор воздуха.    Функционирует ВАГТЭ следующим образом (см. рис.). В период провала электрических нагрузок из энергосистемы подается напряжение на генератор 3, который вращает компрессор 2, а сжатый в компрессоре воздух подается через промежуточный воздухоохладитель 9 в дожимной компрессор 4. С его помощью давление воздуха увеличивается до требуемой величины и через дополнительный воздухоохладитель 10 подается в аккумулятор воздуха 5. В охладители воздуха 9 и 10 в качестве охлаждающего теплоносителя поступает обратная вода из тепловой сети, которая после нагрева подается в аккумулятор теплоты 11. В период пика нагрузки воздух из аккумулятора воздуха через подогреватель 6 подается в компрессор 4 (с обратной стороны), который за счет срабатывания энергии сжатого и подогретого воздуха вращается как газовая турбина и, в свою очередь, вращает электродвигатель 12. Последний работает в режиме генератора и выдает электроэнергию в сеть. После компрессора воздух с нужным для газовой турбины давлением через подогреватель 7 поступает в топочную камеру газовой турбины, мощность которой полностью расходуется на привод генератора 3. Компрессор 2 в этом режиме работает на холостом ходу с минимальным пропуском воздуха, необходимого для его охлаждения. Уходящие из газовой турбины газы в период пика нагрузки подаются в воздухоподогреватели 7 и 6 и затем сбрасываются в дымовую трубу. Использование газотурбинной установки с увеличенной мощностью генератора в режиме компрессора и в режиме генерирующего источника позволяет исключить из схемы один либо два компрессора в зависимости от требуемого давления воздуха для газовой турбины и предвключенную газовую турбину. Использование теплоты сжатого воздуха через воздухоохладители 9 и 10 в схеме теплоснабжения с аккумулятором теплоты 11 и теплоты уходящих дымовых газов из газовой турбины через подогреватели воздуха 7 и 6 сокращают потери теплоты в окружающую среду, а применение дожимного компрессора 4 с электродвигателем 12 в режиме генератора исключает потери энергии сжатого воздуха на дросселирование. В базовом режиме газовая турбина работает без использования воздуха из аккумулятора воздуха 5, а дожимной компрессор 4 выключен. Уходящие газы из газовой турбины 1 направляются в котел-утилизатор 8, а нагретая в нем вода ЂЂЂ в аккумулятор теплоты 11 и затем, в виде прямой воды, в тепловую сеть. Прямая и обратная вода может поступать из тепловой сети в котел-утилизатор 8 и из него ЂЂЂ в тепловую сеть, минуя тепловой аккумулятор по байбасным линиям. Все вышеперечисленные технические решения существенно сокращают затраты на создание и последующую эксплуатацию ВАГТЭ.  Экономическая эффективность проекта  Эффективность предлагаемого проекта определим на примере газотурбинной установки мощностью 25 МВт. Для данной установки характерны следующие параметры: ЂЂЂ номинальная мощность ЂЂЂ 25 МВт; ЂЂЂ КПД ЂЂЂ 35,8 %; ЂЂЂ степень сжатия воздуха ЂЂЂ 21,8; ЂЂЂ расход воздуха 85 кг/с (306 тыс. кг/час). Для повышения давления воздуха с 1 до 21,8 ата потребуется затратить:    где 287 ЂЂЂ газовая постоянная для воздуха; 1,4 ЂЂЂ показатель изоэнтропы для воздуха; 20 ЂЂЂ температура воздуха, `С. Необходимая мощность на сжатие составит:    где 0,93 ЂЂЂ КПД электропривода; 0,8 ЂЂЂ КПД компрессора ГТУ. После охладителя, где сжатый воздух охлаждается до 70 `С, на дальнейшее сжатие до 60 ата потребуется:    а необходимая электрическая мощность составит:    Суммарные затраты электроэнергии на сжатие и закачку воздуха в аккумулятор будут равны:  ЭΣ = 47 581 + 13 205 = 60 786 тыс. кВтЂЂЂч ≈ 61 МВтЂЂЂч.  После следующего охлаждения до 70 `С воздух закачивается в аккумулятор воздуха, емкость которого должна быть равна:    Ели в качестве аккумулятора использовать трубы для магистральных газопроводов диаметром 1 420 мм (площадь сечения 1,58 м2), то потребуется длина:    С учетом стоимости 1 м такой трубы 208 долл. США и строительных работ (10 %), затраты на хранилище составят:  Зкр = 3 177 × 208 × 1,1 = 727 тыс. долл. США ≈ 0,73 млн долл. США.  Хранилище может быть построено в виде штабеля из соединенных труб длиной 25 м, шириной 25 м, высотой 11,4 м. С учетом того что мощность дополнительного компрессора с электроприводом для сжатия воздуха до 60 ата равна 13 206 кВт, при удельных затратах 300 долл. США за 1 кВт его стоимость составит:  Кк = 13 206 × 300ЂЂЂ103 = 3,96 млн долл.  На замену генератора с 25 до 75 МВт при стоимости 1 МВА 60 долл. США (аналог Минской ТЭЦ-3) потребуется:  Kг = (75 ЂЂЂ 25) × 60ЂЂЂ103 = 3,0 млн долл.  В период закачки сжатого воздуха предусматривается его охлаждение в два этапа. Первый ЂЂЂ после компрессора газовой турбины и второй ЂЂЂ после обычного компрессора с использованием полученной теплоты в системе теплоснабжения. Температура воздуха после сжатия на первом этапе составит:    где Тн ЂЂЂ начальная температура воздуха, Тн = 273 + 20 = 293 К;  ЂЂЂ степень повышения давления на первом этапе ЂЂЂ 21,8; k ЂЂЂ показатель адиабаты для воздуха равен 1,4; ηк ЂЂЂ КПД компрессора (принимаем 80 %).    На втором этапе    Тн = 273 + 70 = 343 К.    Если для охлаждения сжатого воздуха использовать обратную сетевую воду со среднегодовой температурой 65 `С, то при температурном напоре в 5 `С после охлаждения на первой стадии возможно получить теплоты:  Q1 = 85 × 3 600 × 0,24(536 ЂЂЂ (65 + 5)) = 34,2 Гкал.  На второй стадии:  Q2 = 85 × 3 600 × 0,24(214 ЂЂЂ (65 + 5)) = 10,5 Гкал,  где 0,24 ЂЂЂ теплоемкость воздуха, ккал/кг `С. Общий объем теплоты равен:  Qп = Q1 + Q2 = 34,2 + 10,5 = 44,7 Гкал.  С учетом