Оптимизация параметров теплофикационных гту и пгу с учетом переменного режима работы

Теплофикационные теплоэнергетические установки (ТЭУ) предназначены для комбинированного производства электрической и тепловой энергии. Наиболее типичной является ситуация, когда ТЭЦ, на которой располагаются эти установки, имеет электрическую связь с электроэнергетической системой и в то же время снабжает теплом потребителей, которые не могут получать энергию от «глобальной» системы теплоснабжения. Альтернативой получению тепла от ТЭЦ для таких потребителей является получение энергии от котельной.

В этих условиях энергоснабжение от ТЭЦ будет экономически более эффективным (по сравнению с производством электроэнергии в электроэнергетической системе, а тепла в котельной), если при приемлемом уровне экономической эффективности ТЭЦ может поставлять электрическую энергию по цене не выше цены установленной в электроэнергетической системе, а тепло потребителям по цене более низкой, чем цена тепла от котельной, имеющей тот же уровень экономической эффективности, что и ТЭЦ.

Следует отметить, что большинство перспективных теплофикационных установок основано на газотурбинных технологиях. Это газотурбинные установки (ГТУ) с газовыми экономайзерами, предназначенными для нагрева горячей воды для систем отопления и горячего водоснабжения, а так же теплофикационные парогазовые установки (ПГУ) различных типов (со смешением рабочих тел (STIG), с котлом-утилизатором и отпуском тепла из отборов паровой турбины и др.). Поскольку теплофикационные ТЭУ имеют, как правило, переменный характер тепловой нагрузки, обусловленный изменением нагрузки отопления с изменением температуры наружного воздуха, то в их состав включаются пиковые источники тепла, предназначенные для покрытия пиковой части тепловой нагрузки.

Задача схемно-параметрической оптимизации теплофикационных ТЭУ состоит в том, чтобы построить наиболее эффективную комбинированную энергоустановку на основе принятой ГТУ. В качестве критерия экономической эффективности ТЭУ целесообразно принять цену отпускаемой тепловой энергии при заданной цене электрической энергии и заданном значении внутренней нормы возврата капиталовложений (IRR).

Таким образом, задача оптимизации теплофикационной ТЭУ может быть сформулирована следующим образом. Требуется минимизировать цену тепла, отпускаемого от ТЭУ при заданных значениях внутренней нормы возврата капиталовложений (IRR,) заданной цене электроэнергии в электроэнергетической системе, и заданной цене топлива. При этом для расчета элементов установки в номинальном режиме должна использоваться математическая модель, ориентированная на конструкторский расчет, а в остальных режимах (при частичных тепловых нагрузках) модель, ориентированная на поверочный расчет элементов.

Решая такую задачу при различных значениях цены электроэнергии можно построить зависимость (при заданных значениях внутренней нормы возврата капиталовложений и цены топлива, минимальной цены тепла ТЭУ от цены электроэнергии. Кроме того, при тех же значениях внутренней нормы возврата капиталовложений и цены топлива можно определить цену тепла котельной Lmen.

Очевидно, что для всех значений цены электроэнергии, комбинированное производство является более эффективным, чем производство тепла в котельной и производство электроэнергии в энергосистеме. Назовем цену электроэнергии, удовлетво, граничнои ценой. Если цена электроэнергии в системе больше граничной, то комбинированное производство электроэнергии и тепла оправдано. Если сравнивать эффективность различных теплофикационных ТЭУ, то наиболее эффективной будет та установка, которая обеспечит более низкую цену тепла при заданной цене электроэнергии.

Решение указанной задачи оптимизации параметров представляет значительные вычислительные трудности, связанные с необходимостью согласованного использования двух видов математических моделей, ориентированных на конструкторский и поверочные расчеты установок и большой размерностью решаемых задач нелинейного математического программирования. В Институте систем энергетики им. Л.А. Мелентьева (ИЭСМ СО РАН) в течение достаточно длительного времени велись работы в направлении создания методов решения таких задач и к настоящему времени создан достаточно эффективный метод, алгоритм и программные средства для решения задач оптимизации ТЭУ с учетом переменного графика их работы.

В представленной работе проведены технико-экономические исследования теплофикационной ПГУ, работающей по схеме STIG, ГТУ с пиковым водогрейным котлом и теплофикационной ПТУ. Были сформированы единые расчетные программы, позволяющие провести согласованный оптимизационный расчет конструктивных и режимных параметров рассмотренных установок. Для каждой установки сначала проводился конструкторский расчет в режиме с максимальными нагрузками. На их основании формировался массив конструктивных характеристик установки, который передавался в поверочные расчеты. Далее проводились поверочные расчеты в остальных характерных режимах. На основании данных, полученных в результате этих расчетов, определялись технико-экономические характеристики установки и целевая функция оптимизационной задачи.

Дата публикации: 11.12.2011

Похожие записи:

• Исследование влияния различных параметров рабочего тела и незначительных конструктивных изменений тепловой схемы на кпд энергоблока
• Малозатратные методы повышения экономичности тэц
• Природоохранная технология складирования золошлаковых отходов тэс в накопителях овражно-балочного типа
• Повышение эффективности котлов путем интенсификации теплоотдачи в конвективной части котлов
• Энергетическая эффективность термохимическом конверсии топлив в парогазовых установках
• Энергоэффективное использование угля на основе концепции «термококс»