Энергетические показатели конденсационной электростанции

Глава вторая

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ КОНДЕНСАЦИОННОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

2.1. Основной энергетический показатель электростанции

Основным показателем энергетической эффективности электростанции является коэффициент полезного действия (КПД) по отпуску электрической энергии, называемый абсолютным электрическим коэффициентом полезного действия электростанции, Он определяется отношением отпущенной (производственной, выработанной) электроэнергии к затраченной энергии (теплоте сожженного топлива).

КПД электростанции по отпуску электроэнергии называется КПД нетто:

,

(2.1)

где Э — выработка электроэнергии; Э_с.н — расход электроэнергии на собственные нужды ТЭС;  — доля расхода электроэнергии на собственные нужды, равная в зависимости от параметров пара и вида топлива 4–6%; Q_c — теплота, затраченная в топливе. Значения Э, Э_с.н, Q_c относятся к любому промежутку времени и выражены в одинаковых электрических или тепловых единицах.

Важным расчетным показателем является КПД, определяемый для часового промежутка времени:

,

(2.2)

где N_э — электрическая мощность, кВт; Q_c — теплота сожженного топлива, кДж/ч.

При решении реальных задач энергетического хозяйства, при его планировании и в отчетности используют КПД нетто, в общем анализе энергетической эффективности электростанции — КПД брутто, которым определяют энергетическую эффективность электростанции в первом приближении:

.

(2.3)

Для часового промежутка времени КПД брутто

,

(2.4)

где Q_c — в кДж/ч.

КПД брутто определяет эффективность процесса выработки электроэнергии на электростанции.

КПД брутто и нетто электростанции связаны между собой отношением

.

Энергетический процесс современной паротурбинной электростанции основан на термодинамическом цикле Ренкина с подводом и отводом теплоты рабочему телу (воде и водяному пару) при постоянном давлении. Термический КПД этого цикла для 1 кг рабочего тела

,

(2.5)

где Q₀ и Q_к — подвод и отвод теплоты в этом цикле; h₀ и h_к.а — энтальпия пара перед турбиной и после нее при адиабатном расширении; h¢_к и h_п.н — энтальпии конденсата пара после турбины и питательной воды после питательного насоса; принято h_п.н = h_п.в, т. е. что питательная вода после насоса поступает в паровой котел.

Равенство (2.5) можно записать в виде

.

(2.6)

Здесь Н_а — располагаемый теплоперепад в адиабатном процессе работы пара в турбине; H_н.а — работа повышения давления воды в питательном насосе, эквивалентная подогреву воды в адиабатном процессе t_н.а = H_н.а; Q¢₀ = h₀ –h¢_к — расход теплоты на турбину без учета подогрева воды в питательном насосе, кДж/кг.

Формулы (2.5) и (2.6) определяют КПД нетто с учетом работы питательного насоса

,

(2.7)

где u— усредненный удельный объем воды на входе и выходе, м³/т; p_н и p_в — давление воды на выходе из насоса и входе в насос, МПа.

КПД брутто цикла Ренкина без учета подогрева воды в питательном насосе

.

(2.8)

Теплоперепад H_а расходуется на производство электроэнергии и приводные двигатели собственных нужд. Расход энергии на питательный насос — основная составляющая общего собственного расхода энергии на электростанции. Мощность, потребляемая питательным насосом, зависит непосредственно от начального давления пара p₀ и должна обязательно учитываться при выборе начальных параметров пара на электростанции. Так, при u = 1,1 м³/т и p_н – p_в = 30 МПа t_н.а = H_н.а = 33 кДж/кг.

2.2. Основные составляющие абсолютного КПД электростанции

Коэффициент полезного действия электростанции по производству электроэнергии зависит от КПД основных элементов — турбоустановки и парового котла, а также соединяющих их трубопроводов пара и воды (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Тепловая схема простейшей конденсационной электростанции: ПК— паровой котел; ПЕ — пароперегреватель;
Т — турбина; Г — электрический генератор; К— конденсатор;
КН — конденсатный насос; ПН — питательный насос

Абсолютный электрический КПД турбоустановки

,

(2.9)

где Q_ту — расход теплоты на турбоустановку, кДж/ч.

КПД парового котла

,

где Q_п.к — тепловая нагрузка парового котла, кДж/ч.

КПД транспорта теплоты (трубопроводов) определяется выражением

.

Используя последние соотношения, получаем следующее выражение для теплоты сожженного топлива:

.

Подставляя выражение для Q_c в (2.4), получаем

,

или

.

(2.10)

Общий баланс теплоты конденсационной электростанции (энергоблока) выражается следующим образом.