Энергетические показатели теплоэлектроцентралей

Очевидно, что

 

т.е. КПД по производству электрической энергии выше КПД конденсационного потока, что обусловливается выработкой электроэнергии на тепловом потреблении, уменьшением потери теплоты в конденсаторе турбины.

Относительное повышение КПД теплофикационной турбоустановки по производству электроэнергии по сравнению с КПД конденсационной турбоустановки равно:

 

Очевидно, при любом отборе пара  . Например, если Nт = Nк и Aт = 1, а также  , то   При больших значениях Aт относительное повышение КПД еще больше.

 

Тепловая экономичность и расход топлива на ТЭЦ

 

Энергетическая эффективность и тепловая экономичность процессов производства (и отпуска) электрической энергии и теплоты в отдельности характеризуются КПД ТЭЦ:

 

Общую тепловую экономичность процесса совместного производства обоих видов энергии можно характеризовать полным КПД ТЭЦ:

 

 .

 

Для теплофикационной турбоустановки соответственно получим:

 

 .

 

Считая полезно произведенной на ТЭЦ только электроэнергию, получаем абсолютный электрический КПД для турбоустановки:

 

Приняв   и обозначив долю теплоты, затрачиваемой в турбоустановке на внешнего потребителя,

 

найдем соотношение между приведенными выше КПД теплофикационной турбины в виде

 .

 

Отсюда общее соотношение между этими тремя КПД имеет вид

 

Если известны т и один из КПД, остальные два можно определить по (3.25).

На рис. 3.4 показано изменение   и   в зависимости от доли отбора пара т = Dт/D0 турбины типа КО (принято м = г = т = 1). Турбина типа КО, являясь общим типом турбин, при т = 0 превращается в турбину типа К, а при т = 1 — в турбину с противодавлением Р.

 

Рис. 3.4. Зависимость внутренних КПД теплофикационной турбоустановки (по производству электроэнергии   и абсолютного  ) от доли отбора пара т: К — конденсационный режим работы; Р — режим работы с противодавлением

 

При конденсационном режиме оба КПД совпадают (точка К на рис. 3.4), при работе с противодавлением КПД  .

КПД   возрастает примерно линейно с увеличением т. КПД   возрастает сначала медленно, затем все быстрее, достигая значения КПД   при т = 1 (точка Р).

КПД   непрерывно снижается с увеличением т от значения КПД турбоустановки типа К до меньшего значения этого КПД для турбоустановки типа Р. Следовательно, абсолютный КПД турбоустановки не характеризует эффективность комбинированного производства электрической энергии и теплоты и не должен использоваться для этой цели.

Общий расход теплоты и топлива на ТЭЦ распределяется между электрической и тепловой энергией аналогично распределению расхода теплоты на турбоустановку, т.е. посредством коэффициента  . Получаем:

 

Аналогично

 

где Вт + Вэ = В — общий расход топлива на ТЭЦ.

Расходы топлива связаны с КПД следующими соотношениями:

 

 ;

 .

 

Общий расход топлива на ТЭЦ можно определить из уравнения теплового баланса парового котла:

(при отсутствии промежуточного перегрева). Из уравнения часового энергетического баланса можно определить удельный расход условного топлива с теплотой сгорания 29,308 кДж/г на единицу производимой электрической энергии, г/(кВтч):

Наименьшее значение КПД ТЭЦ по производству электроэнергии соответствует ее конденсационному режиму, для которого, например,  , и тогда   г/(кВтч). Наиболее высокое значение КПД имеет ТЭЦ при работе турбин с противодавлением без потерь теплоты в конденсаторе. При этом

 

 .

 

Например, при   получим   г/(кВтч).

Коэффициент полезного действия и удельный расход теплоты на производство электроэнергии на ТЭЦ  , кДж/(кВтч), связаны соотношением

 

если  , то   кДж/(кВтч). При использовании КПД нетто   определяются соответствующие показатели bэ.н и   ТЭЦ.

Удельный расход условного топлива на единицу теплоты, отпущенной для внешнего потребителя, кг/ГДж, определяют из уравнения

 

При     получим:   кг/ГДж.

При дополнительном отпуске теплоты пиковыми водогрейными котлами учитывают также расход топлива на них (см. § 8.8).

Вопросы распределения расходов электроэнергии на собственные нужды между вырабатываемой на ТЭЦ электроэнергией и теплотой рассмотрены в § 11.4 и 19.3.

 

Сравнение комбинированного и раздельного производства электрической и тепловой энергии

 

Комбинированное производство электрической и тепловой энергии обеспечивает уменьшение расхода топлива. Однако при малой годовой продолжительности теплового потребления и дешевом топливе экономичным может быть раздельное производство электрической энергии и теплоты. При этом электрическая энергия вырабатывается конденсационным путем, а теплота отпускается из котельной низкого давления (в виде исключения — с редуцированным паром из энергетических котлов). Энергетическая установка, состоящая в этом случае из КЭС и котельной низкого давления (КНД), называется раздельной (РУ) (рис. 3.5).

 

Рис. 3.5. Тепловая схема простейшей раздельной установки (РУ):

КНД — котельная низкого давления; КЭС — конденсационная электростанция; ТП — тепловой потребитель; Г — электрогенератор

 

Сравним тепловую экономичность ТЭЦ и РУ. Обязательным условием сравнения таких установок является их энергетическая сопоставимость, т.е. равный отпуск каждого вида энергии. Сравнение проводим в первом