автореферат диссертации по энергетике, 05.14.14, диссертация на тему:Выбор оптимального варианта ТЭС в энергосистемах с учетом аварийного резерва

ВВЕДЕНИЕ.б.

I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО МЕТОДАМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АВАРИЙНОГО РЕЗЕРВА В ЭНЕРГОСИСТЕМЕ.

1.1. Определение аварийного резерва.-и.

1.2. Характеристика удельного резерва.45.

1.3. Оптимизация аварийного резерва.2\

1.4. Учет аварийного резерва мощности при сравнении вариантов ТЭС.2Д

1.5. Принятая методика расчета аварийного резерва для системы однотипных энергоблоков.23.

1.6. Определение величины аварийного резерва мощности для энергосистемы с многотипными блоками . .32,

1.7. Технико-экономические основы выбора вариантов при расширении энергосистем с учетом величины аварийного резерва.35.

1.7.Х. Определение годового расхода топлива.35.

1.7.2. Расчет годовых приведенных затрат при расширении энергосистем.№

2 . ИССЛЕДОВАНИЕ ВЕЛИЧИНЫ АВАРИЙНОГО РЕЗЕРВА ДЛЯ ШДЕ-. ЛИ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ С ОДНОТИПНЫМИ ЭНЕРГОБЛОКАМИ. . 3?,

2.1. Методика расчета величины аварийного резерва энергосистем с однотипными блоками.47.

2.2. Блок-схема расчета аварийного резерва энергосистем

2.2.1. Исследование алгоритма расчета.

2.2.2. Исследование аварийного резерва энергосистемы с однотипными б доками 200 МВт.,5?.

2.2.3. Исследование аварийного резерва энергосистемы с однотшшыми^блоками 300 МВт.

2.2.4. Исследование аварийного резерва энергосистемы с однотипными блоками 500 МВт

2.2.5. Гранки, определенные величины аварийного резерва энергосистем с однотипными блоками . . . . ßK

2.3. Сопоставление вариантов и исследование влияния мощности и структуры энергосистемы на величину аварийного резерва.,77.

2.4. Выводы главы 2.79.

3 . ИССЛЕДОВАНИЕ АВАРИЙНОГО РЕЗЕРВА ДЛЯ МОДЕЛИ ЭНЕРГО-• СИСТЕМЫ С РАЗНОТИПНЫМИ БЛОКАМИ.80.

3.1. Методика расчета величины аварийного резерва энергосистем с разнотипными блоками.

3.1.1. Определение величины аварийности блоков . . . JB0.

3.1.2. Определение величины недовыработки электроэнергии

3.2. Блок-схема расчета величины аварийного резерва. . . энергосистемы на ЭВМ EC-I020.82.

3.2.1. Описание блок-схемы.82.

3.3. Исследование величины аварийного резерва энергосистемы с двумя типами энергоблоков . 05.

3.4. Исследование величины аварийного резерва энергосистем с тремя типами энергоблоков.39.

3.4.1. Влияние надежности энергоблока на величину аварийного резерва энергосистемы.39.

3.4.2. Исследование аварийного резерва в зависимости от величины мощности энергосистемы.92,

3.5. Влияние коэффициентов } ^ при изменении ПЯс и мощности энергосистемы на величину аварийного резерва .95.

3.5.1. Исследование влияния П на величину аварийного резерва при р =0,58; ^» 0,80 . .95.

3.5.2. Исследование влияния мощности энергосистемы на величину аварийного резерва при =0,58; ^¿^ =0,

П5!^ « 0,00006.да

3.5.3. Сопоставление вариантов.99.

3.6. Исследование величины аварийного резерва энергосистемы с четырьмя типами энергоблоков.

3.6.1. Влияние гМ* на величину аварийного резерва при изменении мощности энергосистемы.

3.6.2. Влияние мощности энергосистемы на величину аварийного резерва при постоянстве ГТ!^ cji >jQ

3.7. Исследование величины аварийного резерва для модели энергосистемы с пятью типами энергоблоков

3.7.1. Исследование влияния произведения аварийности энергоблока на величину аварийного резерва энергосистемы

3.7.2. Исследование величины аварийного резерва при изменении мощности энергосистемы.112.

3.8. Исследование аварийного резерва для модели энергосистемы с шестью типами энергоблоков . 11 i

3.8.1. Влияние аварийности энергоблока на величину аварийного резерва энергосистемы.ИЗ

3.8.2. Влияние мощности энергосистемы на величину аварийного резерва.

3.9. Влияние коэффициента аварийности электроснабжения на величину аварийного резерва энергосистемы . ИЗ

3.10. Исследование поведения интегральной кривой вероятной недовыработки электроэнергии.

3.11. Сравнение приведенного метода с методом удельного резерва (Энергосетьпроект).

3.12. Выводы главы. .ЗЗО

4. ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО ВАРИАНТА ТЭС С УЧЕТОМ ВЕЛИЧИНЫ АВАРИЙНОГО РЕЗЕРВА В ЭНЕРГОСИСТЕМАХ МАЛОЙ МОЩНОСТИ

4.1. Общая методика выбора оптимального варианта ТЭС с учетом аварийного резерва энергосистемы.

4.2« Выбор типа энергоблока с учетом аварийного резерва

4.3. Сопоставление вариантов 10 х 200 + 4 ^500-240 + 4* 500-166.

4.4. Сравнение двух вариантов 5 * 300 и Зх 500 при учете аварийного резерва

4.5. Сравнение двух вариантов 5* 300 и 3x 500 при изменении аварийности энергоблока.

4.6. Влияние 'сложности исходной системы на вемчину аварийного резерва.

4.7. Выбор оптимального варианта ТЭС с учетом величины аварийного резерва энергосистемы Вьетнама. . . . 16?

4.7.1. Определение годового расхода и годовых затрат вариантов.4?

4.8. Выводы главы.

ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИИ. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Фундаментом экономического могущества страны, дальнейшего роста благосостояния народа служит тяжелая индустрия.

Ведущей отраслью ее является энергетика. Быстрорастущая энерговооруженность общества - одна из основ научно-технического прогресса. Коммунистическая партия Советского Союза всегда уделяла ей огромное внимание. Достаточно вспомдить ленинский план ГОЭЛРО, строительство мощных тепловых и гидроэлектростанций.

Проблемы энергетики вызывают повышенный интерес в мире. И это не случайно. От решения их во многом зависят рост производительности труда во всех областях промышленности, сельского хозяйства и транспорта, появление качественно новых технологических процессов, увеличение энерговооруженности быта.

Темпы роста потребления энергии настолько велики, что в отдельных районах мира органическое топливо уже стало дефицитным, поэтому снижение расхода топлива играет большую роль для тепловых электрических станций.

В Советском Союзе удельный расход условного топлива на отпущенную электростанциями Минэнерго электроэнергию непрерывно снижается в 1975 г. до 344 г/КВт.ч.

В материалах ХХУ1 съезда КПСС было намечено довести выработку электроэнергии в 1985 году до 1550-1600 млрд.КВт.ч в том числе ускоренными темпами осуществлять строительство тепловых электростанций, использующих угли Экибастузского и Канско-Ачин-ского бассейнов, а также природный и попутный газ месторождений в Западной Сибири. О проблеме электроэнергетики Л.И.Брежнев сказал, что определяющую роль в развитии народного хозяйства и получении высоких конечных результатов играют базовые отрасли индустрии электроэне pre тика, металлургия, хишя, машиностроение.

Известно, что металлургия, химия, машиностроение, сельское хозяйство, транспорт зависят от электроэнергетики.

В Советском Союзе электроэнергетика развивается по пути создания крупных тепловых электростанций, гидроэлектростанций и атомных электростанций.

Аварийные и внезапные перерывы электроснабжения потребителей вызывают большой народнохозяйственный ущерб, поэтому проблема обоснования целесообразного уровня надежности систем электроснабжения на современном этапе развития имеет большое народнохозяйственное значение / I /•

Аварийные повреждения отдельных элементов энергетической системы (Котлов, турбин, генераторов, трансформаторов, линий передачи) или снижения располагаемой мощности (из-за заноса поверхностей нагрева котлов, проточной части турбин и т.д.) являются случайными событиями, возникающими в результате наложения большого числа неблагоприятных условий /23/. Аварийные повреждения оборудования могут вызывать при отсутствии достаточного . резерва мощности генерирующих источников необходимость перерывов в электроснабжении части потребительских установок.

Для повышения надежности и смягчения последствий,возникающих в ЕЭС аварийных ситуаций предусматриваются специальные мероприятия, существенной частью которых является резервирование.

Для обеспечения снабжения потребителей электрической энергией применяют резервы мощности/l/.

Применяются'следующие виды:

- народнохозяйственный резерв Rhx предусматривается при планировании развития и проектирования ЕЭС (электроэнергетическая система) для компенсации возможных значительных превышений потребности в электроэнергии и мощности над ранее предполагавшимися вследствие опережающего развития смежных отраслей народного хозяйства.

- технический резерв предназначается для обеспечения нормальной работы ЕЭС, его необходимость обусловливается в основном технологическими факторами, присущими ЕЭС.

Технический резерв подразделяется по целевому назначению на аварийный, нагрузочный, эксплуатационный и ремонтный.

Ко, - аварийный резерв используется для компенсации снижений располагаемой мощности системы, вызванных вынужденными аварийными простоями генерирующего оборудования.

Кн - нагрузочный резерв служит для покрытия случайных нерегулярных колебаний и непредвиденных превышений нагрузки над ее расчетной величиной, вызванных ошибками прогноза. э - эксплуатационный резерв предусматривается для компенсации временных неаварийных снижений располагаемой мощности.

Причины, вызывающие снижение мощности, могут быть как систематическими, так и несистематическими. Несистематический характер имеют, например, снижения мощности вследствие шлакования котлов, при работе на нерасчетных сортах, при повышении температуры охлаждающей воды КЭС, при засорении приемных решеток ГЭС.

Кр - ремонтный резерв предназначается для проведения планового (текущего и капитального) ремонта и реконструкции основного оборудования электростанций.

Аварийную, нагрузочную и частично эксплуатационную составляющие полного резерва мощности часто объединяют понятием оперативного резерва ^о , который обеспечивает покрытие нагрузок потребителей независимо от причины, вызвавшей снижение рабочей мощности, иии непредвиденное увеличение нагрузки системы.

Тема исследования аварийного резерва в энергосистемах связана с проблемой надежности.

Известно, что надежность энергоблоков определяется надежностью их основных элементов: котельной и турбинной установок, генератора и трансформатора.

Если считать, что аварийность электрических элементов мала, то аварийность блока будет определяться аварийностью котельной и турбинной установок.

Накопленные данные показывают, что около 40% времени простоя по западноевропейским блокам приходится на котлоагрегаты, 36% на турбоагрегаты, 11% на генераторы и 13% на вспомогательное оборудование / 22 /.

Очевидно, чем выше необходимая надежность электроснабжения, тем больше должен быть аварийный резерв в энергосистеме. Экономически обоснованная величина расчетной надежности электроснабжения определяется, с одной стороны, величиной народнохозяйственного ущерба от недоотпуска электроэнергии, с другой стороны -капиталовложениями в аварийный резерв / 22 /.

Обеспечение надежного электроснабжения определяется аварийным резервом.

При анализе методов определения аварийного резерва рассматривают две разновидности моделей энергосистем: первая система - простая система с однотипными блоками вторая система - сложная система с разнотипными блоками. При определений величины аварийного резерва используют вероятностные методы, кривые годовых длительностей электрических нагрузок. Требуемый аварийный резерв мощности в зависимости от особенностей структуры мощности ЕЭС ориентировочно оценивается в следующих размерах (от располагаемой мощности или максимума нагрузки ЕЭС): СССР - 4-8%, НРБ - 8-10%, СРР - 8,5-13,5% /9/.

-10В энергосистеме для компенсации аварийного недоотпуска можно использовать теории ¡2 / /16 / .

Цель работы состоит в разработке методики и программы для ЭВМ технико-экономического выбора единичной мощности энергоблоков с учетом их надежности. Методика предназначается для энергосистем ограниченной мощности, характерных для развивающихся стран.

Ставилась задача путем расчета ряда моделей энергосистем при различных исходных данных выявить влияние определяющих факторов на величину аварийного резерва.

I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО МЕТОДАМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АВАРИШОГО РЕЗЕРВА В ЭНЕРГОСИСТЕМЕ

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ:

1. В основу работы положена методика МЭИ по выбору единичной мощности энергоблоков с учетом надежности оборудования;.

2. Разработана математическая модель и программа для ЕС-1033 для расчета аварийного резерва в моделях энергосистем с любым числом типов энергоблоков.

3. По расчитанным значениям величин вероятного аварийного недоотпуска электроэнергии, строится интегральная кривая аварийного недоотпуска, с помощью которой при заданной надежности электроснабжения графически находится величина аварийного резерва. Предложенная экспоненциальная аппроксимация интегральной кривой позволяет находить величину аварийного резера аналитически.

4. Проделаны серии расчетов аварийного резерва на ЭВМ с варьированием исходных данных. Определено влияние на величину относительного резерва в энергосистеме аварийности энергоблоков, мощности энергосистемы, коэффициента загрузки, надежности электроснабжения.

Полученные результаты показали, что аварийный резерв прямок линейно зависит от П~1

5. Проделанный контрольный пример расчета аварийного резерва для модели энергосистемы с пятью типами энергоблоков (типа ЕЭС) показал хорошую сходимость результатов расчета по предлагаемой методике и методике Энергосетьпроекта. Для энергосистем небольшой мощности предпочтительней пользоваться предлагаемой методикой.

6. Точность полученных результатов определяется точностью исходных данных, которые характеризуются значительной неопределенностью. Это относится к величинам аварийности энергоблоков и к коэффициенту загрузки энергосистемы. Рекомендуется последующая корректировка исходных данных и результатов.

7. Проделанные технико-экономические расчеты для большого диапазона исходных данных показали экономическую эффективность энергоблоков 200 МВт.

8. Предложенные методика и программа могут быть использованы при решении ряда задач по развитию энергосистем, требующих учета надежности оборудования. огие OK ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ю.Н.Руденко, М.БЛельцов. Надежность и резервирование в электроэнергетических системах. Новосибирск, 1974 г.

2. Лялик Г.Н., Урванцев А.И. Определение аварийного резерва мощности на базе универсальных характеристик удельного резерва "Электрические станции", Л I, 1972 г.

3. Манов H.A. К вопросу определения народнохозяйственного ущерба из-за нарушения надежности электроснабжения при планировании развития электроэнергетических систем. "Энергетика и транспорт", ü I, 1970 г.

4. Кузнецов Ю.Л. Оценка надежности тепловых схем электростанции. "Электрические станции", Jfc I, 1976 г.

5. Стеман Л.С., Озеран Т.И. Определение резервной мощности в энергосистемах при выборе оптимальной единичной мощности конденсационных блоков. Изв. Вузов "Энергетика", & 6, 1971 г.

6. Картве липши ли H.A. К постановке проблемы надежности энергетических систем. Вып. 2. Алма-Ата "Нау#а", 1966 г.

7. Кукель - Краевский С.А. О величине резервной мощности проектируемой энергосистемы в связи с достижениями стахановского движения в энергохозяйстве. "Тр. МЭИ", 1937 г. (Вып.1).

8. Болотов В.В. Проблема резервов при проектировании и планировании развития энергетики "Эйектричество" $ 3 и А 12, 1959 г.

9. Крюков A.A., Лялик Г.Н. Упрощенная методика определения оптимальной величины аварийного резерва в энергосистемах.

В кн. "Вопросы оптимального развития энергосистем и новые технические средства их защиты". М., "Наука", 1970 г. с.31-42.

10. Волков Л.И., Толовкин П.П., Маркович И.М. К вопросу учета ущерба потребителей из-за перерывов электроснабжения в задачах планирования развития энергосистем. Известия АН СССР "Энергетика и транспорт", В 4, 1968 г.

11. Маркович И.М. Основные принципы определения оптимального резерва мощности в энергосистемах. Изв. АН СССР "Энергетика и транспорт", $ 3, 1963 г.

12. Маркович И.М. О вероятности аварийного снижения рабочей мощности. "Электричество" £ 3, 1959 г.

13. Маркович И.М., Болотов В.В. "Проблема резервирования в энергетических системах", "Электричество", № 12, 1959 г.

14. Сапрыкин Г.С., Эткин В.А., Лобкин Т.Д. Метод определения количества резервных агрегатов в энергосистемах. В кн. "Наука-техник, -конф." Саратовского политехнического института", 1970 г.

15. Розанов М.Н. Вероятностный метод определения народнохозяйственного ущерба от недоотпуска электроэнергии вследствие дефицита в аварийном простое (отказов первого вида с диф по глубине отказов). "Тр. ВНИИЭ", 1967 г.

16. Мостков М.А. Об аварийном резерве мощности и энергии в электроэнергетической системе. "Изв. АН Арм.ССР Техн-наук", № 6, л.7, 1954 г.

17. Аврамов Н.Н. Вероятность на загубената мощности при различной схеме на свъерзване между турбинитв и котлите в електроцентралите. София, 1960 г., с.59-67. "Годишник и" "маш-электротехн ин-т".

18. Саркисян С.Г. К вопросу об определении величины аварийного резерва в энергетической системе. "Изв. АН Арм.ССР сер. техн-наук", £ 6, 1954 г.

19. Саркисян С.Г., Мхитарян С.А. Энерго-экономическая оценка аварийного резерва в энергетической системе. Изв. АН Арм. ССР сер. техн-наук & 5, с.29-42, 1960 г.

20. Кацаров П.А. Методи за определяне на аварийния резерв "изв на центр лабор, по енерг А. кад на наук" София, 1967 г. Я 9, с.21-39.

21. Гиршфельд В.Я.,Скловская Е.Г. Определение аварийной недовыработки электроэнергии при технико-экономическом сопоставлении вариантов паротурбинных установок. "Теплоэнергетика", 1970 Ш 10, с.29-32.

22. Белинский'С.Я., Гиршфельд В.Я., Князев A.M. В кн. "Технико-экономические основы выбора параметров конденсационных электрических станций", Издательство "Высшая школа", Москва, 1970 г. '

23. Веников В.А. Электрические системы, 1981 г.

24. Лялик Г.Н. К вопросу о критерии оптимизации аварийного резерва мощности при проектировании энергосистем. " Киргизского наук - неелед." вып.4, 1973 г.

25. Яялик Г.Н. Определение оптимальной величины аварийного резерва мощности в энергосистемах с гидростанциями. "Наука", 1967 г.

26. Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции. "Энергия", 1976 г.

27. Веников В.А. Математические задачи электроэнергетики. "Высшая школа'.1, Москва, 1970 г.

28. Лялик Г.Н., Урванцев В.И. Универсальные характеристики удельного аварийного резерва с учетом аварийности резервных агрегатов. В кн. "Труды института энергосетипроект". Вып.16, Москва, "Энергия", 1979 г.

29. Соколов В.К. "Определение аварийного резерва мощности в электроэнергетических системах". В кн. "Методы расчета аварийного резерва в сложных энергосистемах" Фрунзе, 1970 г.

30. Гиршфельд В.Я. Расчет среднегодовых удельных расходов топдива на электроэнергию для блочных электростанций и отопительных ТЭЦ. Вып. МЭИ, 1978 г.

31. Гиршфельд В.Я., Князев A.M., Куликов В.Е. Режимы работы и эксплуатация ТЭС. Москва "Энергия, 1980 г.

32. Гиршфельд В.Я., Морозов Г.Н. Тепловые электрические станции. "Энергия", Москва, 1973 г.

33. Сандлер Д.Ж. Техника надежности системы "Наука", 1966 г.

34. Фейгин C.B. Определение ущерба от простоя энергетического оборудования. Тр. ЦКТИ, вып.49, 1964 г.

35. Андрюшенко А.И., Сапрыкин Г.С. Метод учета надежности работы теплоэнергетических установок при их технико-экономических расчетах. Изд-во Вузов СССР. Энергетика Ш II, 1969 г.

36. Дмитриев С.Н. Определение величины резерва мощности энергетической системы методом вероятностного анализа (автореф. M., 1953 г.)

37. Кудинов А.Г. Определение резерва мощности в энергетических системах. В кн. "Общая энергетика. Вып.5 АН СССР, 1961 г.

38. Моисеев Л.Н. Малышев Ю.Н. Определение необходимого аварийного резерва мощности в энергосистемах с помощью электронных вычислительных машин. "Тр. ЦКТИ", 1966 г. Вып. 74.

39. Алейников Б.И., Казак H.A., Логинов М.Б. Минимизация ущерба от аварийного недоотпуска мощности в объединенной энергосистеме при помощи интерационного метода локальных вариаций. "Тр. ВНИИЭ", 1967 г.

40. Ильин А.Н. Математическое моделирование на ЦВМ с целью определения надежности электроснабжения потребител в энергосистеме. В кн. Методы расчета аварийного резерва в сложных энергосистемах. Тезисы докл. Фрунзе, 1970 г.

41. Казак H.A., Мясников A.B., Логинов М.В. Применение градиентного метода минитизации народнохозяйственного ущерба для оценки величины резерва аварийной мощности в объединенной энергосистеме, Фрунзе, 1970 г.

42. Иткин В.А., Колосов И.О. Задача распределения резервов мощности в объединении энергосистем. "Тр. Фрунзенского политехи, ин-та", 1971 г.

43. Руденко Ю.Н., Федотова Г.А., Чельцов М.Б. К оценке длительности интервалов между авариями объектов электроэнергетических систем "Изв. АН СССР". Энергетика и транспорт, 1971 г.

44. Казак H.A., Благовещенский Ю.Н. Определение ущерба от аварийного недоотпуска электроэнергии в энергосистемах. "Тр. ВНИИЭ", 1972 г.

45. Мардер Д.И., Мызин АД. Методика учета аварийного резерва в энергосистеме при выборе главных схем электрических соединений электростанции. "Тр. Киргизского науч.- исслед. отдела энергетики", 1973 г. Вып. 4.