III. ПОКАЗАТЕЛИ ТЕПЛОВОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ

14. Какие потери энергии учитывает термический КПД цикла рабочего тела? Каковы основные способы повышения термического КПД цикла?

На паротурбинных ТЭС используется цикл рабочего тела, который называется циклом Ренкина.

На рис. 5 показаны схема простейшей паротурбинной установки и цикл Ренкина на перегретом паре (участок 1-2 - расширение пара в турбине, 2-3 – конденсация отработавшего пара в конденсаторе, 3-4 – нагрев воды в насосе, 4-5, 5-6 и 6-1 – экономайзерный, испарительный и пароперегревательный участки парогенератора соответственно).

а) б)

Рис. 5. Схема простейшей паротурбинной установки (а) и цикл Ренкина на перегретом паре (б)

Площади фигур в цикле Ренкина соответствуют:

- S_127834561 – подведенной теплоте к циклу в горячем источнике, т.е. в парогенераторе;

- S₂₇₈₃₂ – отведенной теплоте от цикла в холодном источнике, т.е. в конденсаторе;

- S_1234561 – полезной работе в цикле.

Термический КПД цикла Ренкина η_t есть отношение полезной работы к подведенной теплоте, а поскольку полезная работа равна разности между подведенной и отведенной теплотой, то можно сделать вывод, что КПД цикла рабочего тела учитывает потерю энергии в холодном источнике.

Основными способами повышения термического КПД цикла Ренкина являются:

- увеличение начальных и снижение конечных параметров рабочего тела, так как при этом возрастает полезная работа и уменьшается отвод теплоты в холодном источнике;

- осуществление промежуточного перегрева пара, что означает подвод дополнительной теплоты в горячем источнике без увеличения отвода теплоты в холодном источнике;

- регенеративный подогрев питательной воды парогенератора отбираемым из турбины паром, что приводит к уменьшению расхода пара в конденсатор и, следовательно, к снижению потерь теплоты в холодном источнике.

15. Какие потери энергии учитывают внутренний относительный КПД турбины, механический КПД турбины и электромеханический КПД генератора? Что такое абсолютный электрический КПД турбогенераторной установки?

На рис. 6 показан процесс расширения пара в турбине в i-s-диаграмме. Внутренний относительный КПД турбины η_оi равен отношению использованного теплоперепада в реальном цикле H_i к теплоперепаду в идеальном цикле H_а (эта величина также называется располагаемым или адиабатическим теплоперепадом).

Рис. 6. Теплоперепад в адиабатическом (идеальном) и реальном процессе расширения пара в турбине

H_i всегда меньше H_а из-за следующих потерь энергии, которые учитывает величина η_оi:

- потери энергии в паровпускных трубах и регулирующих устройствах на входе пара в турбину;

- потери энергии потоком рабочего тела в проточной части турбины из-за ее несовершенства;

- потери энергии с выходной скоростью;

- потери энергии из-за протечек пара через уплотнения.

Механический КПД турбины η_м учитывает потери энергии от трения в подшипниках и затраты энергии на системы регулирования и смазки.

Электромеханический КПД генератора η_г учитывает механические потери от трения и электрические потери от вихревых токов.

Турбогенераторная установка (ТГУ) – это совокупность турбоустановки и электрогенератора, а турбоустановка (т/у) включает в себя турбину и вспомогательное оборудование – конденсатор, ПНД, ПВД, деаэратор, насосы и другие элементы тепловой схемы.

Абсолютный электрический КПД турбогенераторной установки η_э равен произведению четырех КПД - η_t, η_оi, η_м и η_г. Следовательно, η_э учитывает все потери энергии, учитываемые этими четырьмя КПД.

16. Какие потери энергии учитывает КПД тепловой электростанции в целом? Чем отличаются КПД станции брутто и нетто?

КПД тепловой электростанции в целом η_с равен произведению трех КПД - η_э, КПД парогенератора η_пг и КПД транспорта теплоты η_тр (величина η_тр может иметь другое название – КПД трубопроводов). Отсюда видно, что η_с учитывает суммарные потери энергии в турбогенераторной установке, парогенераторе и трубопроводах.

Вышеназванный КПД ТЭС в целом – это КПД станции брутто, т.е. .

Часть электроэнергии, вырабатываемой ТЭС и АЭС, расходуется на собственные нужды электростанции – на привод различных насосов, подготовку пылеугольного топлива к сжиганию, освещение цехов и т.д. Это обстоятельство учитывает КПД станции нетто , равный произведению на величину (1 - К_сн), где К_сн – это доля расхода электроэнергии на собственные нужды, составляющая обычно от 4 до 10% общей мощности электростанции.

17. Что такое условное топливо? Введите понятия: удельный расход пара на турбину, удельный расход теплоты на турбоустановку, удельный расход условного топлива электростанции.

Для сопоставления запасов и расхода различных видов энергоресурсов (органическое топливо, гидроэнергия, ядерное топливо и др.) используется условное топливо, имеющее теплотворную способность 29310 кДж/кг (7000 ккал/кг). Это позволяет сравнивать между собой тепловую экономичность электростанций, использующих разные виды первичной природной энергии.

Удельный расход пара на турбину – это расход свежего пара на единицу произведенной электроэнергии, кг/кВт·ч.

Удельный расход теплоты на турбоустановку – это расход теплоты топлива на единицу произведенной электроэнергии. Данная величина является безразмерной.

Удельный расход условного топлива электростанции – это расход условного топлива на единицу произведенной электроэнергии, гут/кВт·ч (гут – 1 грамм условного топлива).

18. Опишите возможные способы теплоэлектроснабжения потребителей. Какие существуют показатели тепловой экономичности ТЭЦ? Что такое коэффициент теплофикации, как он зависит от температуры наружного воздуха?

Существует два основных способа теплоэлектроснабжения потребителей:

- на базе комбинированного производства тепловой и электрической энергии (КПТЭ) турбинами ТЭЦ;

- раздельная схема теплоэлектроснабжения, когда потребитель получает электроэнергию от энергосистемы, а тепловую энергию – от районной котельной.

Производство электроэнергии теплофикационными турбинами ТЭЦ обеспечивает более высокие показатели тепловой экономичности по сравнению с КЭС, ибо на ТЭЦ часть работавшего в турбине пара отдает при конденсации свою теплоту не в окружающую среду, а тепловым потребителям.

Тепловая экономичность ТЭЦ характеризуется следующими показателями:

- КПД ТЭЦ по производству электроэнергии, равный отношению электрической мощности к расходу теплоты топлива на выработку электрической энергии;

- КПД ТЭЦ по производству теплоты, равный отношению отпуска теплоты потребителям к расходу теплоты топлива на выработку тепловой энергии; этот КПД учитывает только потери в сетевых подогревателях и трубопроводах;

- удельная выработка электроэнергии на тепловом потреблении, равная отношению теплофикационной электрической мощности (т.е. той части общей электрической мощности, которая обеспечивается паром, не доходящим до конденсатора) к расходу теплоты топлива на выработку тепловой энергии.

При значительном возрастании тепловой нагрузки ТЭЦ может покрывать ее не только за счет отборов турбин, но и с помощью пиковой котельной. Коэффициент теплофикации α_ТЭЦ показывает, какую долю суммарной тепловой нагрузки ТЭЦ покрывает за счет отборов турбин. В наиболее холодное время года α_ТЭЦ уменьшается, так как возрастает доля тепловой нагрузки ТЭЦ, покрываемая за счет пиковой котельной.