Оптимизация режимов работы оборудования ТЭЦ по энергетической эффективности

Султанов, Махсуд Мансурович

Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты

автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Оптимизация режимов работы оборудования ТЭЦ по энергетической эффективности

кандидата технических наук: Султанов, Махсуд Мансурович
город: Москва
год: 2010
специальность ВАК РФ: 05.14.14

Диссертация по энергетике на тему «Оптимизация режимов работы оборудования ТЭЦ по энергетической эффективности»

Автореферат диссертации по теме "Оптимизация режимов работы оборудования ТЭЦ по энергетической эффективности"

461

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

2 1 0нт20Ю

Москва-2010

004611141

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

Научный руководитель: доктор технических наук

Ведущая организация: ОАО «ВНИПИэнергопром»

Защита состоится « 22 » 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).

профессор Кузеванов Вячеслав Семенович

Официальные оппоненты: доктор технических наук

профессор Кудинов Анатолий Александрович

кандидат технических наук доцент Ильин Евгений Трофимович

Ученый секретарь ди ссертаци онн ого совета Д 212.157.07

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.

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 r 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;

Р 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" (PCB).

Результаты, полученные с использованием характеристик оборудования Волжской ТЭЦ ООО «ЛУКОИЛ-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 84 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 надёжности 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

QK=kK-Bo6ut, (1)

где kK=kK(QK).

Представим общий расход топлива на котел в виде

Вобщ=В + Вдоп, (2)

где В - расход топлива на производство пара для N турбоустановок;

В0оп - расход топлива на производство пара другим потребителям.

Тогда из (1) получаем

Qk = Q+Q*«, (3)

Где Q = kK-B, Q6m = ks ■ Вдт - расходы тепловой энергии на турбоустановки (Q) и другие потребители (&„„), кк = kK(Q,Qeon).

Составляющую Qdon подробно рассматривать не будем, предполагая, что ее расчет возможен при использовании известных подходов, а изменение Q0o„ с целью оптимизации невозможно из-за физических или технологических условий (ограничений).

N ,V N

Важной для анализа является составляющая = kK^Bj.

Рассмотрим расход тепловой энергии на одну турбоустановку Qj = kK ■ Bs. Поскольку поступающая в «голову» турбины энергия преобразуется в электрическую энергию N3J и в тепловую энергию иного потенциала Q'TJ, то Q^QjW&et]) или

BJ=BJ(N^QJJ,kK,k]J), (4)

Причем коэффициент

kTj характеризует потери тепловой энергии в турбоустановке, QTJ - отпуск тепла потребителям, QTJ = (1 - kTj) ■ Q"Tj и

*7,=M%fi>). (5)

а при Qd0„ = const, kK=kK (N3j, QTj).

Исходя из (4) и (5), при Qd0„ = const, приращение расхода топлива на котел, связанное с изменением нагрузки на турбину, может быть представлено как

дВ J>r дВ

dB =-dNr, +-dOr (6)

dN3 э 8QT V '

Здесь индекс <</'» опущен.

Представим полный дифференциал (6) в виде

dB = к{-~- + dQT) , (7)

, дБ „ дБ ,дВ

где к =-- t] —-/-. (8)

dQT' dN3 8QT W

По физическому смыслу коэффициент к отражает реакцию системы по расходу топлива на изменение отпуска тепла потребителям при сохранении электрической нагрузки; коэффициент rj 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(N3,QT,y), rf = rj(N3,QT,y), где у - коэффициент отклонения теплофизических параметров отбора пара от номинальных.

Важным для дальнейшего анализа является то, что мы не принимаем расход топлива В однозначной функцией N3 и QT. Расход В можно считать информационным вектором; его значение зависит от трех проекций: общего отпуска электрической и тепловой энергии (А'э + 2г)> отпуска тепловой энергии (QT) и отклонения параметров пара отборов от номинальных (rj).

Найдем коэффициент к, рассмотрев переходный процесс в системе при А'э, Ql и 5° в исходном состоянии и iVg и QpK - в конечном состоянии как последовательность двух переходов: изменение QT с Д° 6Г" (1) ПРИ сохранении 5° и изменение электрической мощности (возврата к мощности) Nl (II). Предполагаем при этом возможность описания переходного процесса в квазистационарном приближении.

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

Б 'Ун

Заметим, нам интересна только форма связи важных параметров, значение же коэффициента использования топлива его физический смысл,

правомерность его применения для оценки произвольного процесса не оказывает влияния на последующий анализ.

Качественная зависимость изменения расхода топлива В при изменении отпуска тепла ДQ и iV° = const представлена на рис. 1. При первом переходе (I) коэффициент использования теплоты топлива турбоустановки (КИТТ ТУ) изменяется до значения ^ит.ту согласно изменению Qj и А^ после перехода на нагрузку 6Г-

где - тепловая мощность регулируемых отборов турбины при исходном режиме с электрической мощностью Na3 и значением КИТТ ТУ, равным тЦП)У\

Q"'CK - тепловая мощность регулируемых отборов турбины при текущем режиме;

В" - расход топлива для исходного режима работы.

Отметим, что коэффициент rj 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).

ЧитгА Пит.ту(К= const)

Рис. 1. - Изменение параметров В при AQT и №3 = const.

Из соотношений (9) и (10) получаем:

а а

(П)

где Д0г=бГ-б?.

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

„0 к Г1 ^ЧиТ.ТУ

Лит.ту Лит,ту ~ b' ^Qt

дВ

(12)

где Ь - постоянная, причем Ь является конструктивно-технологической характеристикой конкретной турбины и не зависит от N3, ()т, г}.

При втором переходе (И) электрическая мощность со значения ^э +(Qt восстанавливается до исходного значения Л'" изменением

расхода топлива с 5° до В'"'".

В результате преобразований зависимостей (11) и (12), получаем соотношение для определения изменения расхода топлива ДВ при Д£)г и №3 = const:

ЛВ _ 1

AQT = K + Q° 1-у • (13)

5° Ь

, дБ

Итак, усредненное значение коэффициента « - при N3 - const для

оут

произвольного интервала тепловых нагрузок может быть представлено в виде:

т1+е*т 1-*7Т'

^ V4+1г\ (14>

Заметим, что коэффициент Ц в соотношении (14) отвечает новому состоянию отборов тепла, обусловившему приращение AQT.

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

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

гГ

(15)

Найдем коэффициент к, используя известные параметры базового режима и соотношение (15) для этого режима. Получаем:

В"0"-В*

Итак, коэффициент к определен двумя соотношениями: зависимостью (16) и зависимостью вида (14), представленной для процесса перехода от номинального режима в базовый:

к =

Nr+Qr | i->f

внш b

■i-H

(17)

При этом т]й предполагается известным.

Найдем г} для произвольного режима, рассмотрев переход от базового режима в конденсационный режим. Назначив конденсационный режим контрольным, фиксируем электрическую мощность Nj при переходе Q? -> 0, В" = const (I) и фиксируем В" при возврате на электрическую мощность балансного режима N3 с QT = 0 изменением расхода топлива (II).

Исходя из общего энергетического баланса, имеем для произвольного режима

л П ■ л — л • V п" ']0\

—¡с/ ■/ -/о /_,•/./ >

]-1

где rj'j - коэффициент, характеризующий роль отбора <</'»;

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

п - число отборов турбины, обеспечивающих изменение ДQT.

Примем в модельном представлении ifj как

Vj=KJ-bQ], (19)

где К Xllll£>j»i!L (20)

' \-T,jt0

&Qtj - изменение тепловой нагрузки отбора <</'»;

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

Т<„,„-„ i Тъ> Т« ~ температуры (в°Х) пара отбора <</'», острого пара и пара в конденсаторе соответственно.

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

2Х-Д6&

= Щ ■ tXj ■ AQ'Tr= (N'3 -Л'з)-^-; (21)

;=1

где Д^ =•—L, %

/■J

Рассмотрев вторую стадию (II) перехода от базового режима в конденсационный режим, получим выражение для расчета Ь:

дв" в*

где п' ; авг'=В*-

В6 - расход топлива в базовом режиме;

В" - расход топлива для конденсационного режима работы турбоустановки при электрической мощности N %. Соотношение (22) позволяет доопределить порядок расчета поправочного коэффициента / . Действительно, приравнивая правые части зависимостей (16)

и (17) для коэффициента к, с учетом выражения (22) для Ь имеем:

/=-. \£.3)

Причем, X является первым корнем уравнения

27-х+г3 = г4+25-г5-28~. (24)

Где 23, 24, , 2^ и 2% - константы.

Уравнение (23) и соотношение (24) получены с учетом представления коэффициента Ц 6 в виде

Л6 =2,

_/-' отб]

(25)

Сравнивая значения У 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 500 в произвольном режиме предлагается выражение:

г]6 В6 Д"» - - (1 - р • (ОТ - б?)

~00 ^ г)НОМ ' тпном пб /\ \ (ном /лб \

г/ В Я -К -(1 -Г} )-(бг -бг) .

(26)

со вспомогательными соотношениями для определения 7°° (21), V6 (25) и У [(23), (24)].

Здесь К = Мэ+()г, 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 , 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 П'Г-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 (ЗхТГМ-84 ст. №1,5,7 и 1хБКЗ-420-140ГМНст.№10);

- вариант №2: три турбогенератора (ПТ-65-130 ст.№2, Т-100-130 ст.Л'аб и Т-100-130 ст.№7) и четыре парогенератора (ЗхТ1М-84 ст. № 1,3,6 и 1хБКЗ-420-140ГМНст.№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 Вт в аналитической форме для различных вариантов режимов. Для этого преобразуем выражение (26) к виду:

(27)

или

В00 = а + • + ^ ■ > (28)

где «,/? и х- константы, соответствующие типу конкретной установки и режиму отпуска тепловой энергии, записываются в следующей форме:

- Г„™„ пг,-(вт"-вй)

Г Л

-а-»гкбг-еп

Г}6-{В'""-В")

.Ы'Г „......

+ Ш.....)

1 =

г}*-(В'""'-В6)

_1_

~оо

(29)

(30)

г I (31)

Значения а и /? зависят от параметров и количества отпускаемого тепла из регулируемых отборов турбин (т/00 - уэг).

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

Табл. 1. Аналитическая зависимость Вт для исследованных вариантов режимов

№ Тип турбоустано вки Вари Исходный режим Расход топлива Значение

п/п ант Кэ Яп" О? В00 -00

МВт МВт МВт

1.1 35 23,26 23,26 В'"1 = 0.9303 + 0,0694 ■ И"' + 0.0147 ■ 0" 0,2116

ПТ-65-130 1.2 45 46,52 34,89 В" = 0,8462 + 0,0707- М)" + 0,0147 • 0" 0,2077

1.3 55 46,52 46,52 В"' = 1.1150 + 0,0666 • М™ + 0,0147 • 0"' 0,2206

1.4 65 69,78 34,89 В'" = 0,2676+0.0796- Л'™' + 0,0147 ■ 0Ш 0,1845

2.1 75 58,15 93,04 В"' = 3,7017 + 0.0587 ■ N1" + 0.0151 ■ 0" 0,2577

2 ПТ-135-130 2.2 90 116,30 69,78 В" = 1,985 5 + 0,0714 • /V™ + 0,0151 ■ 0" 0,2118

2.3 105 0 69,78 г'"' =3.7017 + 0,0587-Л'.';" + 0.0151 ■ 0" 0,2577

2.4 120 116,30 93,04 В'" = 2.7344 + 0.0658 ■ Л/"1 + 0.0151 ■ 0" 0,2297

3.1 40 - 69,78

Т-50-130 3.2 40 - 58,15 В'" = 1.0501 + 0.0593 ■ Л";1 + 0.0102-0" 0,1720

3.3 50 81,4!

3.4 50 - 69,78

4.1 40 - 23,26

4 Т-100-130 4.2 70 - 46,52 = 1.0284+ 0,0708 +О.ОО84-0" 0,1182

4.3 85 - 93,04

4.4 100 - 69,78

В аналитическом выражении по определению расхода топлива для турбоагрегатов ПТ (табл.1) значения а и Р 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.

2 о гп/ио а д^стгтсчг/о про£Щ£1лизиро12С1Т1» значения II % Д^я

работающего турбоагрегата, по которым определяется изменение расхода топлива А500, до и после нагрузки/разгрузки тепловой и (или)

электрической ДА'"0 нагрузки основного оборудования:

АВ00 = р-А№э0+х-Ад0т° (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 'Г-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 х ■

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

7>=—г^^' (33)

1+—-—+-

ПГ-(В......-Вй)

-гмег-е?)] V

еп, для: еп = 1, то условие «1» и еп = 0, то условие «2»;

где Д, = 1 _ Тх

РшАП У-ТшгАП

—~— = £--—£• , для: = 1, то условие «1» и = 0, то условие «2».

Р'шб.г И Г' Т,,„-,-г ;=1

«1» - если отбор (отборы) задействованы; «2» - если отбор (отборы) не участвуют в изменении . Представленный выше метод управления режимами работы оборудования ТЭЦ изменяет практический подход к использованию энергетических

характеристик турбинного оборудования ТЭЦ при создании на основе параметра В00 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 для всех

турбоустановок (индекс г = 1,2...) с отборами (индекс у = 1,2...), которые могут быть задействованы в регулировании нагрузки; ^ фиксация значений расчетного параметра при переходе турбины ";"' в новый режим с изменениями расходов тепла в отборах "у" данной турбины и (или) электрической нагрузки; / реализация перехода на новый режим по ¡ЛВ^^Д".,-^,,!, причем, если нагрузка увеличивается, то приоритетным вариантом является вариант перехода на новую нагрузку с |дгмр"; если нагрузка уменьшается, то

выбираемый вариант должен иметь |д£00|™х.

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.

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

Среднее значение экономии топлива при оптимизации режимов работы (для 20 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. мЗ/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

V. п п Тип турбоусглдо К11 Веипгил тмененил Я1гручки Ц(.\идкым ре,ИЕ»1 ОпТ11МХП1Ц> ОМШ1ЫЙ р-мим Т01ШШ*

а? * л? £>/ 2х

МВт МВт МВт МВт Л>1(-Н>1) ч МВт МВт МВт ГЫШмЛч тыс.нмЗ ч

1 5 о 3 о 10 11 12

1 ПТ-65-130 ■ -25,4 2 25.903 42.361 59,416 16,245 26,900 16,944 5?,416 15.104

ПТ-135-130 24.94 85,50.3 116.394 133.430 ^2,424 25,500 141,336 11) 5.4? 0 4 2,7с 4

т-т-и и ) 03,201! 144,941 34,661 1С-3.200 144,9-11 'Я СМ

ГОУ-13 33.102 з.т 33,102 3,558

Симуш 215,600 191,т 301,$!$ 97,278 215,600 191.383 ¡07,88 96418 0,860

: ГТТ-С5-1 30 30,600 16,944 54.655 15,227 30.¿03 16,944 54,655 15,227

ПТ-135-13С 10,00 80.200 1 28.865 £ 1.530 39,375 90,200 ! 23. -3 65 41,910

•J0.fi) 107.РСО 130,754 :*б,234 1 дооо 12% '/84 31,363

РСУ-1 34,204 4,01 34,204 4,018

Гвимя ?г?м> 1 ЯП Г,1А а4 21?.$00 2! Ж? 2,321!

у ПТ-65-135 •5,00 41 .ЕГО 33,289 69.179 19,965 36,800 33,289 69,179 18.884

ПТ-135-135 5,00 116.5СЗ 164,667 1 5 3.30 3 о 3,09 4 121,500 164.6 67 153,303 62,028

Т-1£0-135 92,7(0 192,326 33,034 52,700 192,356

РОУ-13 а.оаа 0,000 0,000 | 0.000

Оммл 251,000 197,956 414.808 116,095 251,000 197,956 414,808 113,946 2.150

4 ПТ-65 130 ■ 10,10 59.СС0 ioi.ua 36.35 23,442 49,000 101,055 30,235 17,765

т-мсига-б Ш.ССЗ 136.812 36.7П 11)2,1)011 136.^2 3 6,33-5

Т-ЮО-130-7 10.00 89,000 1 144,732 30,242 59.000 144.732 3 3.333

РСУ-1 36,222 4,359 36.222 4,:£9

Сиим 256,000 117.257 ¡17,779 95,056 256,000 13-287 ЗГ,77 9 91, &// 3,215

5 ПТ-^5-130 -ю.со 55.000 91.2'57 23,518 12.710 45,0:0 я,:»7 23.М5 П.617

"Г-100-120 -6 5,00 97,000 172,115 33.6У7 102,000 172,118 '¿*Л26

Т-10О-130-7 5.00 95,000 190,026 33,512 КО,000 19С,С2с 34,914

РЭУ-13 45.152 5,47] 45.152 5,471

247,000 136,418 335,662 95,460 247,000 \ 136,418 385,662 93,82 В 1,632

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 13 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,

1,080 1,060 1,040 1,020

« 1,000 а 0,980

0,960 0,940 0,920 0,900

увеличение маржинального дохода от реализации тепловой энергии связано с ростом полезного отпуска тепла потребителям.

1,100

13.01 2010 14,01.2010 15.01.2010 16.01.2010 17.01.2010 □ МД всего, факт я МД acero, оптам Дата

Рис. 2. - Динамика изменения маржинального дохода от реализации электрической и тепловой энергии при оптимизации топливных затрат.

13.01,2010

0 %лМДэ 0 %ДМДт D %&МД всего

13.01.2010 1,92% 3,83% 2,41%

14.01,2010

1,77% 3,80% 2,29%

15.01.2010 15.01.2010

1,81% 3,75% 2,34%

17.01.2010

16.01.2010 1.64% 3,91% 2,30%

17.01.2010 1,82% 6,20% 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 5,97В 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 «ЛУКОИЛ-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 B.C., 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 B.C. 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 пплекты и технологии в энепгетике: Матеоиалы межоегиональной юбилейной

J. i Ж А

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 B.C. 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^ печати Л - .,

Печ. л,-) Тираж юо Заказ

Типография МЭИ (ТУ), Красноказарменная, 13.

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Султанов, Махсуд Мансурович

ВВЕДЕНИЕ.

1. ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ГЕНЕРАЦИИ

ТЕПЛА И ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ТЭЦ.

1.1. Теплоэлектоцентрали (ТЭЦ) как источники комбинированной выработки электроэнергии энергосистем и тепловой энергии систем централизованного теплоснабже1шя городов.

1.2. Способы оптимизации режимов производства электрической и тепловой энергий на ТЭЦ.

1.2.1. Оптимальное распределение электрической и тепловых нагрузок между турбоагрегатами с отборами пара.

1.2.2. Планирование приоритетных режимов работы ТЭЦ на основе решения задач оптимизации.

1.2.3. Методы решения оптимизационных задач при расчете тепловых схем ТЭЦ с помощью ЭВМ.

1.3. Оценка разделения затрат топлива при теплофикационной выработке тепла и электроэнергии на ТЭЦ.

1.3.1. Отечественные методы разнесения затрат.

1.3.2. Особенности зарубежных методов разнесения затрат.

1.3.3. Анализ использования различных методов разнесения затрат топлива на ТЭЦ.

1.4 Показатели э1 шргетической эффективности ТЭЦ в системе электро-и теплоснабжения.

1.4.1. Показатели энергетической эффективности теплофикационных установок.

1.4.2. Основные методы оценки эффективности энергетической системы.

1.4.3. Определение расхода топлива генерирующих систем.

1.5 Основные задачи исследования.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОЦЕНКИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГЕНЕРИРУЮЩИХ СИСТЕМ И РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ТЭЦ.

2.1. Методика повышения энергетической эффективности генерации электроэнергии и тепла на ТЭЦ.

2.1.1. Постановка задачи.

2.1.2. Анализ методов определения энергетической эффективности режимов работы ТЭЦ.

2.1.3. Разработка методики определения энергетической эффективности генерирующих систем для решения задач оптимизации режимов работы ТЭЦ

2.2. Исходные данные для расчета тепловых схем ТЭЦ системы электро- и теплоснабжения.

2.2.1. Отпуск электрической энергии от ТЭЦ в энергосистему.

2.2.2. Отпуск тепловой энергии от ТЭЦ тепловому потребителю.

2.3. Алгоритм оптимизации режимов работы оборудования ТЭЦ и оперативного распределения нагрузок между теплофикационными турбинами.

2.4. Анализ эффективности использования методики для планирования приоритетных режимов работы оборудования ТЭЦ.

2.5. Выводы.

3. АПРОБАЦИЯ МЕТОДИКИ ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ДЛЯ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ ОБОРУДОВАНИЕМ ТЭЦ.

3.1. Состав и характеристика основного оборудования ТЭЦ.

3.2. Использование энергетических характеристик для расчета номинального и базового режимов работы теплофикационных турбоустановок.

3.2.1. Расчет показателей номинального и базового режимов работы турбоустановки.

3.2.2. Результаты расчета расхода топлива согласно методике.

3.2.3. Анализ результатов расчета расхода топлива согласно методике.

3.3. Апробация методики определения энергетической эффективности режимов работы оборудования ТЭЦ в условиях выполнения графиков энергопотребления.

3.3.1. Данные по составу основного и вспомогательного оборудования ТЭЦ и режимам отпуска электроэнергии и тепла.

3.3.2. Формирование исходных данных для расчета показателей экономичности работы оборудования ТЭЦ.

3.3.3. Определение расхода топлива согласно методике для вариантов эксперимента.

3.3.4. Анализ результатов обработки экспериментов и оценка точности расчета по предлагаемой методике.

Введение 2010 год, диссертация по энергетике, Султанов, Махсуд Мансурович

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. Участие ТЭЦ на оптовом рынке электроэнергии (мощности) делает их практически неконкурентоспособными. Возрастающая доля потребления тепла на отопление и бытовые нужды городов с централизованной системой теплоснабжения требует гибкой тарифной политики на отпускаемую тепловую энергию в целях сохранения и роста числа подключенных потребителей от ТЭЦ. Значительное влияние на цену отпускаемой продукции ТЭЦ оказывает постоянно растущая цена на природный газ. Недостаточное финансирование и наличие лишь незначительного количества инвестиционных проектов нового строительства современных ТЭЦ на базе парогазовых технологий, реконструкции и модернизации устаревшего оборудования не позволяют в ближайшем будущем решать задачи существенного сокращения топливных издержек на работающих ТЭЦ. Существующая методика разнесения топливных затрат на виды отпускаемой тепловой и электрической энергии не является комфортной при определении удельных расходов условного топлива на производство тепла и электроэнергии, используемых не только для оценки текущей энергетической эффективности ТЭЦ, но и для подготовки и передачи ценовых заявок на реализацию электроэнергии на оптовом рынке электроэнергии и мощности.

Вышесказанное определяет деятельность генерирующих компаний, направленную на снижение общих затрат на производство: ведение работ по повышению эффективности выработки тепла и электроэнергии существующим составом оборудования; разработку мероприятий по оптимизации потребления топливных и водных ресурсов. Решение вопроса оптимизации режимов работы оборудования ТЭЦ реально влияет на объемы потребления топлива, в большинстве случаев газа, и направлено на улучшение технико-экономических показателей работы ТЭЦ.

Вопросам оптимизации режимов работы оборудования ТЭЦ посвящено большое количество научных трудов, публикаций и статей [1-3, 6, 9, 12, 13 и др.]. Техническое и экономическое обоснования разнесения затрат топлива при комбинированном производстве тепла и электроэнергии широко рассмотрено многими авторами в работах [7, 22, 24, 25, 35, 36 и др.].

С развитием науки, техники, экономики, которое происходит в наше время, подходы к решению задач оптимизации режимов работы энергетического оборудования интенсифицируются и усложняются. Данные изменения связаны не только с техническими критериями, но и финансово-экономическими, отражающими требования рынка, который изменяется и требует повышенной гибкости теплоэнергетических объектов, их способности адаптироваться к меняющимся условиям.

На основании вышеизложенного, в настоящее время для работающих ТЭЦ является актуальным обеспечение конкурентоспособности генерации электроэнергии на рынке электроэнергии (мощности), которое может быть достигнуто высокими показателями экономичности, т.е. минимизацией топливной составляющей себестоимости на реализацию тепла и электроэнергии.

В связи с этим необходимо определение подхода, направленного на снижение топливных затрат ТЭЦ путем повышения эффективности управления оборудованием и внесения постоянных изменений в энергетические характеристики с учетом фактического состояния агрегатов ТЭЦ.

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 ними. 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:

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

S разработка алгоритма оптимизации режимов работы оборудования ТЭЦ согласно разработанной методике;

S разработка структуры оптимального управления агрегатами ТЭЦ в условиях выполнения диспетчерских графиков отпуска тепловой и электрической энергии; ч апробация результатов теоретических исследований и расчетов, методики и предложений на действующем оборудовании ТЭЦ;

•S 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: номинальный, базовый и конденсационный для базовых условий; задачи оптимального распределения тепловой и электрической энергии между агрегатами ТЭЦ на основе предложенной методики определения энергетической эффективности работы ТЭЦ; задачи оперативного и перспективного (прогнозного) планирования режимами 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.

Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 84 наименований; содержит 144 страниц печатного текста, 18 рисунков и приложений.

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. Определен теоретический подход к достижению целей и задач работы.

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

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

S существующие методы оптимизации базируются на данных энергетических характеристик; проведение расчетов и анализа режимов являются сложными и трудоемкими;

•S 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: 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).

В третьей главе приведены результаты апробации разработанной методики на основе статистических режимных данных Волжской ТЭЦ ООО «ЛУКОЙЛ-Волгоградэнерго». Демонстрируется сравнительный анализ расчетных и фактически сложившихся значений потребления топлива на ТЭЦ. Апробация методики подтверждается хорошей сходимостью результатов.

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. Расчеты и сравнения результатов оптимизации показали достаточную эффективность решения поставленных задач. Достоверность и обоснованность полученных данных по оптимизации режимов выработки тепла и электроэнергии подтверждаются результатами эксперимента, проведенного на работающем оборудовании Волжской ТЭЦ.

Практическая значимость работы заключается в подтвержденной возможности использования предложенной методики определения энергетической эффективности и разработанных алгоритмов оптимизации для решения задач и выбора оптимального состава оборудования ТЭЦ в условиях выполнения суточных и перспективных графиков электрической и тепловой нагрузок, эффективного управления оборудованием ТЭЦ при оптимальном распределении нагрузок между ним.

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).

По материалам диссертации опубликовано семь работ, среди которых две статьи в рецензируемых изданиях.

Заключение диссертация на тему "Оптимизация режимов работы оборудования ТЭЦ по энергетической эффективности"

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

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 относительный топливный эффект 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 простыми условиями проведения энергетических испытаний для трех контрольных режимов замера данных с целью последующего внесения корректировок в программный комплекс и карту с учетом фактического состояния оборудования.

6. Методика определения энергетической эффективности и оптимизации режимов работы оборудования ТЭЦ внедрена на Волжской ТЭЦ ООО «ЛУКОЙЛ-Волгоградэнерго» (акт внедрения прилагается) 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.

Библиография Султанов, Махсуд Мансурович, диссертация по теме Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты

1. Андрющенко А.И, Аминов Р.З. Оптимизация режимов работы и параметров тепловых электростанций. — М.: Высшая школа, 1983.-255 с. ил.

2. Синьков В.М. Оптимизация режимов энергетических систем. -Киев: Вища школа, 1976. 308 с.

3. Гориштейн В.М. Методы оптимизации режимов энергосистем. -М: Энергия, 1981.-336 с. ил.

4. Некрасов А.С., Воронина С.А. Состояние и перспективы развития теплоснабжения в России // Электрические станции, 2004, №5. -С. 2-8.

5. Денисов В.И. Методические особенности обоснования вариантов обновления объектов электроэнергетики // Электрические станции, 2003, №5. С. 2-7.

6. Левенталь Г.Б., Попырин JI.C. Оптимизация теплоэнергетических установок. М.: Энергия, 1970.- 352 с. ил.

7. Андрющенко А.И. О разделении расхода топлива и формировании тарифов на ТЭЦ // Теплоэнергетика, 2004, №8. -С. 77-78.

8. Богданов А.Б. Котельнизация России беда национального масштаба // Новости теплоснабжения. - 2006. - №12. - С. 33-38.

9. Эфрос Е.И., Гуторов В.Ф., Симою JLJI., Калинин Б.Б., Баталова Н.В. Повышение эффективности теплофикационных турбоустановок // Электрические станции. 2003. - №12. - С. 3946.

10. Доброхотов В.И., Зейгарник Ю.А. Теплофикация: проблемы и возможности реализации в современных условиях // Теплоэнергетика. 2007. - №1. - С. 9-10.

11. Мадоян А. А., Моргунова В.А. Экономические показатели энергооборудования ТЭС, работающих в нестационарных и переменных режимах // Теплоэнергетика. 2003. - №8. - С. 1114.

12. Иванов С.А., Басс М.С. К вопросу о методах оптимального распределения нагрузок между агрегатами ТЭЦ // Промышленная энергетика. 2005. - №3. - С. 38-40.

13. Цыпулев Д.Ю., Аракелян Э.К. Оптимизация работы ТЭЦ со сложным составом оборудования в условиях переменных графиков энергопотребления // Вестник МЭИ. М.: Изд-во МЭИ. -2007. -№1. - С. 32-37.

14. Ексаев А.Р., Шумяцкий М.Г. Информатизация в тепловых сетях: советы непостороннего // Новости теплоснабжения. 2003. №9. -С. 60-66.

15. Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции. М.: Энергия, 1976. - 448 с.

16. Рихтер J1.A., Елизаров Д.П., Лавыгин В.М. Вспомогательное оборудование тепловых электростанций: Учебное пособие для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 216с., ил.

17. Макаров А.А., Волкова Е.А., Веселов Ф.В., Макарова А.С., Урванцева Л.В., Бобылева Н.В. Перспективы развития элекгрогенерирующих мощностей ТЭЦ // Теплоэнергетика. -2008.-№2.-С. 4-14.

18. Клименко А.В., Зорин В.М. Тепловые и атомные электростанции: Справочник. В 4-х т. Т.З М.: Издательство МЭИ, 2003.-648с.,ил.

19. Стерман JI.C., Лавыгин В.М., Тишин С.Г. Тепловые и атомные электрические станции: Учебник для вузов. М.: Энершатомиздат, 1995. -416с., ил.

20. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. М.: Издательство МЭИ, 2001. - 472 е., ил.

21. Семенов В.Г. Анализ возможности работы ЭЦ на рынке электрической энергии // Новости теплоснабжения.- 2007. -№6.

22. Михайленко Я.С. Распределение электрических и тепловых нагрузок между турбоагрегатами ТЭЦ // Труды КГТУ. 2006. -№2-3. - С.102-107.

23. Хрилев Л.С., Малафеев В.А., Хараим А.А., Лившиц И.М. Сравнительная оценка отечественных и зарубежных методов разделения расхода топлива и формирования тарифов на ТЭЦ // Теплоэнергетика. 2003. - №4. - С. 45-54.

24. Малафеев В.А., Смирнов И.А., Хараим А.А., Хрилёв Л.С., Лившиц И.М. Формирование тарифов на ТЭЦ в рыночных условиях // Теплоэнергетика. 2003. - №4. - С. 55-63.

25. РД 3408.552-95. Методические указания по составлению отчета электростанции и акционерного общества энергетики и электрификации о тепловой экономичности оборудования. М.: СПО ОРГРЭС, 1995. - 124с.

26. Концепция энергоснабжения потребителей г. Волжский на уровне нагрузок 2010г., ВНИПИЭнергопром. 2006. - 134с.

27. Строительные нормы и правила. СНиП-23-01-99. Строительная климатология и геофизика. М.: Стройиздат, 2000. - 79 с.

28. Безлепкин В.П.- Парогазовые и паротурбинные установки электростанций. С-Пб. Издательство: СПбГТУ, 1997. - 295с.

29. Цанев С.В., Буров В.Д., Ремезов А.Н. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций. - М.: Издательство МЭИ, 2002. - 574с.

30. Мелентьев JI.A. Научные основы теплофикации и энергосбережения городов и промышленных предприятий. = М.: Наука, 1993.-364с.

31. Киселев Г.П. Варианты расчета удельных показателей эффективности работы ТЭЦ. М.: Издательство МЭИ, 2003. -31с.

32. Денисов В.И. Метод расчета экономически обоснованных тарифов на электрическую и тепловую энергию, вырабатываемую ТЭЦ // Электрические станции. 2005. - 38. -С. 16-23.

33. Методические указания по расчету регулируемых тарифов и цен на электрическую(тепловую) энергию на розничном (потребительском) рынке.- Утв. приказом ФСТ РФ от 06.08.2004 №20-э/2.- 134 с.

34. Цыпулев Д.Ю., Аракелян Э.К. Методические положения оптимального управления режимами ТЭЦ со сложным составом оборудования // Теплоэнергетика: Ежемесячный теоретический и научно-практический журнал. М.: Наука. - 2008. - №3. - С. 6773.

35. Воловик Ю.И. Экономические аспекты оценки эффективности работы ТЭЦ // Теплоэнергетика. 2007. - №2.- С.39-44.

36. Жарков B.C. О разделении затрат на отпускаемые ТЭЦ электроэнергию и тепло // Энергия: экономика, техника, экология. 2008. - №6.- С.8-16.

37. Цоколаев И.Б. Экономия топлива на ТЭЦ или эффект совместимости // Новости теплоснабжения. 2008. - №6.- С.25-28.

38. Ильин Е.Т. Рынок электрической энергии и проблемы развития теплофикации // ЭнергоРынок. 2009. - №3.-С. 32-34.

39. Нормативно-техническая документация по топливоиспользованию филиала ОАО «ЮГК ТГК-8» «Волгоградская генерация» Волжской ТЭЦ. Энергетические характеристики оборудования. Турбинное оборудование. Утв. БЕ №1 ОАО РАО «ЕЭС России» от 01.08.2007г.-293с.

40. Нормативно-техническая документация по топливоиспользованию филиала ОАО «ЮГК ТГК-8» «Волгоградская генерация» Волжской ТЭЦ. Энергетические характеристики оборудования.

41. Кузнецов А.В. Об организационно-правовых аспектах управления режимами электропотребления // Электрические станции. 2003. -№12.-С. 52-56.

42. Трухний А. Д. Теплофикационные паровые турбины и турбоустановки. М: Издательский дом МЭИ. — 2006. - 540 с. ил.

43. Применение оптимизационных моделей функционирования систем теплоснабжения для снижения себестоимости тепловой энергии и увеличения располагаемой мощности ТЭЦ // Промышленная энергетика. 2010. - №3. - С. 7-8.

44. Гиршфельд В.Я., Князев A.M., Куликов В.Е. Режимы работы и эксплуатация ТЭС. М.: Энергия, 1980. - 228с.

45. Инструкция по формированию диспетчерского графика в ОДУ Юга. Утв. Филиалом ОАО «СО ЕЭС» «Объединенное диспетчерское управление энергосистемами Юга». - 2008г. - 56с.

46. Модель конкурентного отбора заявок для выбора оборудования. ОАО «СО ЕЭС». www.so-ups.ru.

47. Яковлев Б.В. Распределение топливных затрат на электрическую и тепловую энергию, производимую ТЭЦ // Новости теплоснабжения. 2006. - №3. - С. 29-33.

48. Богданов А.Б. Котельнизация России беда национального масштаба (Часть 11). Реперные точки теплофикации. -http ://ехе rgy. naro d. ru

49. Басс М.С. Методы оптимального распределения нагрузок между турбоагрегатами // Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности. Материалы четвертой научно-технической конференции. Ульяновск. -2003.-с. 40-43.

50. РД 153-34.1-09.321-2002. Методика экспресс-оценки экономической эффективности энергосберегающих мероприятий на ТЭС // РАО ЕЭС России. 2003. - 43 с.

51. Хлебалин Ю.М. Эксергетический метод основа анализа систем теплофикации с целью повышения их эффективности и конкурентоспособности // Промышленная энергетика. - 2005. -№3. - С. 2-4.

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

53. Ильин Е.Т. Россия-Запад: не выученные уроки реформы.-Энергетика и промышленность России, 10 ноября 2009г.

54. Султанов М.М., Кузеванов B.C. Разработка и апробация метода оптимизации режимов работы энергетического оборудования ТЭЦ// Энергосбережение и водоподготовка. 2009.- №12.- С. 2427.

55. РД 153-34.1-30.737-97 Типовая энергетическая характеристика турбоагрегата ПТ-65/75-130/13 ЛМЗ // ОАО «Фирма ОРГРЭС». 1997г.-38 с.

56. Ольховский Г.Г. Перспективы тепловых электростанций // Электрические станции. 2010. - №1. - С. 8-17.

57. Кудинов А.А., Авинов В.В., Зиганшина С.К. Исследование режимов работы внутристанционной тепловой сети Тольяттинской ТЭЦ // Электрические станции. 2006. № 4. С. 2732.

58. Качан А.Д. Оптимизация режимов и повышение эффективности работы паротурбинных установок ТЭС. Минск: Высш. шк. -1985.

59. Кудинов А.А., Зиганшина С.К. Основы централизованного теплоснабжения. Самара: СамГТУ, 2007. 148 с.

60. Кругликов П.А. Технико-экономические основы проектирования ТЭС и АЭС. СПб.: СЗТУ. - 2003. - 118 с.

61. Кузнецов A.M. Удельный расход топлива на выработку тепловой энергии на ТЭЦ // Новости теплоснабжения. 2010. - №4. - С. 2223.

62. Чубайс А.Б. Экономика и управление в современной электроэнергетике России: пособие для менеджеров электроэнергетических компаний. М.: НП «КОНЦ ЕЭС». — 2009.-616 е., ил.

63. Кудинов А.А., Зиганшина С.К. Энергосбережение в теплоэнергетике и в теплотехнологиях. М.: Машиностроение, 2010.345 с.

64. Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара: Справочник.- М.: Издательство МЭИ, 1999.- 168с., ил.

65. Федеральный закон РФ «О теплоснабжении» от 27.07.2010 г. №190-ФЗ.

66. Елизаров Д.П. Теплоэнергетические установки электростанций. -М: Энергоиздат.- 1982. 264 с. ил.

67. Урин В.Д., Кутлер П.П. Энергетические характеристики для оптимизации режимов электростанции и энергосистем. — М: Энергия. 1974.

68. Кудинов А. А. Тепловые электрические станции. Самара: СамГТУ, 2008. 348 с.

69. Жуков В.П., Барочкин Е.В., Уланов Д.А. Распределение нагрузки между турбоагрегатами теплоэлектроцентрали с использованием принципа оптимальности Беллмана // Вестник ИГЭУ. Вып.З. -2009.-с. 1-4.

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

Похожие работы

Энергетика
05.14.00