Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Виконання завдань лабораторної роботи

Тема: Електричні станції та їх основні типи; графіки навантаження електростанцій та систем.

2. Мета: вивчити основні типи електростанцій, умови їх використання та графіки навантаження.

Теоретичні відомості

Основні типи електростанцій

Технологічні системи, що призначені для виробітку електричної енергії шляхом перетворення хімічної енергії палива в теплову, а пізніше в електричну, називають тепловими електричними станціями (ТЕС). Схема перетворення енергії на ТЕС показана на рис. 1.1.

Електростанції, призначені лише для виробництва електроенергії, оснащуються турбінами з високим вакуумом на виході, який досягається конденсацією робочого тіла (пари) в конденсаторі турбін (КТ), називають конденсаційними електростанціями (КЕС). Залишкова теплота (біля 54% від енергії згоряння палива) розсіюється в оточенні, що супроводжується зростанням його ентропії та температури. Відношення частини теплової енергії, яку перетворили в електричну, Ee, до загальної кількості тепла Q, що брала участь у перетворенні, називається електричним коефіцієнтом корисної дії (ККД) станції

(1.1)

Електричний ККД менший від одиниці. На сучасних ТЕС він ≈ 0.34÷0.39.

Виконання завдань лабораторної роботи

Завдання №1. Уважно вивчіть рис. 1.1. На якому етапі перетворення енергії є найбільші втрати. Поясніть та обґрунтуйте вашу думку, використовуючи закони термодинаміки.

Виконання завдання:

Я вважаю, що саме на етапі перетворення теплової енергії в механічну,а потім в електричну наявні найбільші втрати(а саме перетворення теплової енергії пари в механічну енергію обертання ротора турбіни). Це можна пояснити з точки зору законів термодинаміки, адже кількість теплоти, що надається системі, витрачається на зміну внутрішньої енергії системи і на здійснення системою роботи проти зовнішніх сил. Тобто, щоб перетворити неупорядковану енергію в упорядковану необхідно виконати додаткову роботу.

ККД перетворення теплової енергії в механічну становить 40%, отже 60% становлять втрати, які є максимальними під час отримання електричної енергії, що іде до споживача.

Також слід зазначити, що будь які процеси перетворення енергії супроводжуються втратами – розсіюванням енергії у навколишньому середовищі, переходом її у теплоту середовища, форму недоступну для подальшого використання.

Завдання №2. На підставі аналізу рис. 1.2, 1.3 та 1.4 вкажіть різницю у структурі КЕС, ТЕЦ та систем з протитиском. Поясніть, чим зумовлена така різниця?

Виконання завдання:

Різниця між структурами КЕС, ТЕС та ТЕЦ полягає у тому, що перші оснащуються турбінами з високим вакуумом на виході, який забезпечується конденсацією пари (робочого тіла) в конденсаторі. Як видно зі схеми на рис. 1.2. в КЕС наявна градирня, для охолодження конденсату, яка відсутня на інших схемах. Це зумовлено тим, що КЕС призначені лише для виробництва електроенергії. Щодо ТЕС та ТЕЦ, то їх робота спрямована на спільне виробництво тепла та електроенергії. На рис.1.3 та 1.4. можна помітити, що принципові схеми ТЕЦ обладнані турбінами з проміжними відборами пари, енергія яких використовується для теплопостачання житла та підприємств.

На рис.1.3 та 1.4. можна помітити, що принципові схеми ТЕЦ обладнані турбінами з проміжними відборами пари, енергія яких використовується для теплопостачання житла та підприємств.

Завдання №3. Використовуючи термодинамічні цикли ГТУ та ПТУ, а також означення термічного ККД, доведіть, що ККД ПГУ вищий ніж окремо ГТУ чи ПТУ.

Виконання завдання:

Звичайно, ККД ПГУ вищий ніж окремо ГТУ чи ПТУ, тому, що це є комбінований, так званий бінарний цикл.

Для доведення запишемо, що =0,38 та =0,34, тоді ККД парогазової установки становитиме: = + (1- ); =0,59.

Завдання №4. Яка різниця і що спільного в ТЕС та АЕС? Чому АЕС переважно роблять двоконтурними? ТЕС потужністю 4х800 МВт працює на вугіллі. Прийнявши, що теплотворна здатність вугілля Q = 27 МДж/кг, розрахуйте денну потребу у вугіллі для ТЕС. Знайдіть цю ж потребу у ядерному паливі для АЕС такої ж потужності.

Виконання завдання:

Теплова частина ТЕС і АЕС майже однакова.

Різниця у структурах ТЕС і АЕС полягає у тому, що на перших тепло генерується у котлах внаслідок хімічної реакції згоряння палива. На АЕС тепло генерується у реакторах завдяки енергії розпаду ядер урану.

АЕС переважно роблять двоконтурними, для того, щоб турбіна і конденсатори не забруднювались радіоактивними речовинами, які потрапляють разом з парою. Схема двоконтурної АЕС складається з двох контурів, причому контур теплоносія називається першим, а контур робочого тіла – другим. Перший контур призначений для виділення теплоти з ядерного реактора, а другий – для перетворення її в механічну енергію, а потім в електроенергію. Теплообмінна поверхня парогенератора не дозволяє радіоактивним речовинам потрапляти з першого контура в другий.

Для розрахунку денної потреби вугілля ТЕС І АЕС, визначимо потужність, яку може дати первинне паливо. ККД перетворення первинної енергії в електричну за рис.1.1. становить 0,24.

Рпп=Ртес ; Рпп=4 800 3600 0,24 24=276480000 МДж/доб. Тоді для ТЕС Дп=276480000/27=10240000 кг палива. Для АЕС Дп=10240000/120000=85,33 кг.

Як видно з розрахунків, денна потреба у ядерному паливі для АЕС набагато менша, ніж у вугіллі для ТЕС. Це пов’язано з тим, що теплотворна здатність ядерного палива у 120 тис. разів більша, ніж вугілля. Також кількість тепла, що виділяється у ядерній реакції у 2.9 10⁶ раз більша ніж при згорянні звичайного палива.

Завдання №5. Як класифікують електростанції? Перерахуйте їх і поясніть, що є основою кожної класифікації. Яка різниця між КЕС та ТЕС, ТЕЦ? Що таке „когенерація”? Які з електростанцій, показаних на рис. 1.2,1.3 та 1.4, можна називати когенераційними? Поясніть структуру ККД когенераційної станції.

Виконання завдання:

Виробляють електроенергію на електростанціях (енергетичних заводах), використовуючи переважно як проміжний етап теплову енергію. Такі станції називають тепловими електричними станціями (ТЕС).

За призначенням електростанції діляться на:

- районні, для забезпечення життєдіяльності району;

- промислові, для забезпечення енергомістких виробництв, наприклад, металургійних, хімічних, нафтопереробних, машинобудівних;

- пікові, для покриття максимумів споживання електричної потужності;

- аварійні.

За типом теплового рушія електростанції ділять на:

- паротурбінні;

- газотурбінні;

- парогазові великої та малої одиничної потужності;

- дизельні.

Отже, на ТЕС відбувається перетворення теплової енергії в електричну.

Електростанції, що призначені лише для виробництва електроенергії, називають конденсаційними електростанціями (КЕС).

Сучасні ТЕС використовуються також для виробництва тепла і електроенергії (когенераційні станції). Саме схему ТЕЦ на рис.1.3. можна назвати когенераційною, тому, що, енергія пари з проміжних відборів турбіни використовується для тепло- і електропостачання житла і підприємств.

Теплота спалювання палива на ТЕЦ використовується ефективніше ніж на ТЕС, справді

, , (1.2)

- тепловий ККД, він показує, яка частина тепла Q, що надходить на ТЕЦ, перетворюється у корисне тепло,яке подають споживачам. Коефіцієнт використання тепла η_Qна сучасних ТЕЦ може сягати 87%.

Завдання №6. Поясніть зміст поняття „графік електричного навантаження системи”. Які види графіків ви знаєте? Які особливості залежності електричного навантаження від часу?

Виконання завдання:

Споживання електроенергії (навантаження у розподільній мережі) складається з виробничого, транспортного (електротяга поїздів, міський транспорт)та витрат на освітлення і побутові потреби. Навантаження нерівномірно розподілене протягом доби, тижня та року.

Залежність навантаження від часу відображається графіками електричного навантаження. Типові графіки добового навантаження показані на рис. 1.7– 1.9. Вони мають характерні максимуми та мінімуми. Максимуми навантаження припадають на період з 8 до 18 години. Біля 12- 13 годин існує невеликий мінімум, див. рис. 1.7 та 1.8, що зв’язаний з перервою на обід. Мінімум навантаження триває від 23 до 7-ми годин, тобто у нічний час.

Завдання №7. Що таке коефіцієнт використання максимуму (КВМ)? Як, маючи графік навантаження, розрахувати коефіцієнт використання максимуму? Запишіть це у вигляді розрахункової процедури. Встановіть аналітично зв’язок між коефіцієнтами використання максимуму та встановленої потужності станції. Розрахуйте КВМ для рис. 1.9.

Виконання завдання:

Кількісно нерівномірність використання електроенергії описується коефіцієнтом використання максимуму. Ця величина рівна відношенню загальної кількості виробленої станцією чи енергетичною системою енергії до максимально можливого її виробітку

, (1.3)

Е(τ) – загальна кількість електроенергії, що вироблена за час τ у кВт∙год; Ne_max – максимальна потужність навантаження, що осягнена протягом часу τ, кВт.

Для розрахунку КВМ рис.1.9. зобразимо добові графіки електичного навантаження.

Д о б о в и й г р а ф і к е л е к т р и ч н о г о н а в а н т а ж е н н я (з и м а):

Д о б о в и й г р а ф і к е л е к т р и ч н о г о н а в а н т а ж е н н я (л і т о):

З розрахунків бачимо, що коефіцієнт використання максимуму взимку дещо більший, ніж влітку. Це пов’язано з тим, що зимою більше споживання електричної енергії.

Чим більше μ_max, тим повніше (рівномірніше) використовується обладнання станції (системи), тим вища її економічна ефективність. Отже, зимою економічна ефективність електростанцій більша.

Завдання №8. Поясніть зміст понять „базова станція”, „пікова станція” та „напівпікова станція”. Задля чого існують такі станції і які станції використовуються таким чином? Які властивості характерні цим станціям?

Виконання завдання:

Раціональне регулювання виробленої потужності в енергетичній системі досягається використанням трьох типів електростанцій, див. рис. 1.10:

- базових, таких, що працюють максимальний час на номінальній потужності (не менше 5000 год. на рік) і забезпечують регіон сталою кількістю енергії; такі станції повинні мати мінімальні затрати палива на одиницю виробленої енергії; ними є найновіші блоки високих параметрів та одиничних потужностей: 500, 800 та 1500 МВт, а також АЕС;

- пікові, такі, що працюють короткі проміжки часу (менше 1500 год. на рік) і використовуються для покриття максимумів споживання електроенергії; такими можуть бути застарілі станції або блоки, що працюють на газі, чи рідкому паливі; часто для цього використовують ГЕС, спеціальні станції, наприклад ГАЕС, чи парогазові установки, або станції аварійного резерву;

- напівпікові станції, їх завдання покривати триваліші максимуми навантаження, зокрема такі, що виникають у кінці кварталу чи року; у ролі таких станцій використовують не найновіші ТЕС, ГЕС у повноводдя. Середній час роботи напівпікових станцій у межах 3000 – 4000 годин на рік.

Завдання №9. Що таке встановлена потужність станції, системи? Які дані потрібні для розрахунку цих величин? Зобразіть річні графіки тривалості електричних навантажень для базової, напівпікової та пікової станцій за умов: μ_вст для базової станції рівне 0.85, для напівпікової – 0.55, а для пікової 0.25.

Виконання завдання:

Однією з основних характеристик електростанції є її встановлена потужність. Ця величина рівна сумі номінальних потужностей агрегатів, якими споряджена станція.

Номінальна потужність – така, з якою турбогенератор може працювати тривалий час у режимах та за умов, що вказані у його паспорті.

Інтенсивність роботи станції характеризують коефіцієнтом використання встановленої потужності μ_уст.

Ця величина рівна відношенню кількості енергії, що вироблена за рік, до тієї кількості, що була б виробленою за цей же період, якщо б станція постійно працювала з встановленою потужністю

, (1.4)

Роботу станції також характеризують числом годин використання встановленої потужності

. (1.5)

Між виразами (1.4) та (1.5) існує очевидний зв’язок. Число годин використання встановленої потужності залежить від режиму роботи станції. Якщо станція базова, то τ_вст= 5000–7000 годин, а якщо пікова, то 1000 –1500 годин, див. рис. 1.10.

Завдання 10. Уважно вивчіть рис. 1.11. Використовуючи інформацію з нього, розрахуйте динамічні параметри (швидкість виходу на номінальну потужність) устаткування, яке необхідне для ТЦ, що обслуговує цей міський район.

Виконання завдання:

Для постачання теплом великих міських районів, або підприємств, використовують котлові установки – генератори тепла у вигляді пари середніх та низьких параметрів – їх називають теплоцентралями (ТЦ ). Структура типової ТЦ показана на рис. 1.12. Як і електростанції ТЦ можуть споживати тверде, у т.ч. тверді органічні відходи, наприклад, брикетовану солому, сміття та ін., рідке та газоподібне палива, у т.ч. біогаз. Основні теплотехнічні схеми ТЦ однакові для всіх видів палива, різниця лише у конструкції топкового та дуттє - тягового агрегатів. Основні проблеми ТЦ – втрати тепла при транспортуванні його споживачам. Тому останнім часом практикуються локальні системи теплопостачання, ТЦ для яких монтують на дахах житлових будинків чи офісів.

Номінальна потужність рівна 10 МВт; швидкість виходу – 9,2 МВт. З графіка тривалості загального теплового навантаження приймають, що навантаження гарячого водопостачання складає влітку 0,2 від максимального, а взимку 0,25. Тривалість опалювального сезону для України 3000 – 4000 год.

Висновок: виконавши дану лабораторну роботу, я вивчила основні типи електричних станцій та умови їх використання.

Визначила, що при перетворенні енергії на ТЕС, найбільші втрати наявні саме під час переходу теплової енергії в механічну. Це пов’язано з тим, що теплова енергія невпорядкована, а механічна – впорядкована. З одиниці теплової енергії можна отримати лише частину впорядкованої, наприклад електричної. Варто зазначити, що порівняно з ТЕС, де тепло генерується у котлах внаслідок хімічної енергії згоряння палива, на АЕС для генерування тепла потрібно затратити менше палива. Це пояснюється тим, що теплотворна здатність ядерного палива у 120 тис. раз більша ніж звичайного,відповідно виділяється більша кількість тепла.

Основою обладнання електричних станцій є парові турбіни. Маркування турбіни складається з букв та цифр. За способом використання спрацьованої пари парові турбіни поділяться на:

1. Конденсаційні, маркують буквою К.

2. Турбіни з протитиском, маркують буквою Р.

3. Турбіни конденсаційні з регульованими виробничими відборами пари (тиск у відборах 0.39÷1.4 МПа), маркують буквою П.

4. Турбіни конденсаційні з регульованими опалювальними відборами (тиск у відборах 0.069÷0.24 МПа), маркують буквою Т.

5. Турбіни з протитиском та з регульованими виробничими відборами пари маркують буквами ПР.

6. Турбіни конденсаційні з регульованими виробничими та опалювальними відборами маркують буквами ПТ.

Наприклад, марка турбіни Р 100-130/15 читається так: турбіна з протитиском 15 бар, електричної потужності 100 МВт та з тиском пари на вході у турбіну 130 бар.

Споживання електроенергії (навантаження у розподільній мережі) складається з виробничого, транспортного(електротяга поїздів, міський транспорт)тавитрат на освітлення і побутові потреби. Навантаженнянерівномірно розподілене протягом доби, тижня та року.

Залежність навантаження від часу відображається графіками електричного навантаження. Графіки навантаження будують для планування відпуску тепла споживачам теплоцентралями (ТЦ). Графіки електричного навантаження потрібні при плануванні часової динаміки електричного навантаження у системі, для розробки зонних тарифів оплати електроенергії та інших заходів щодо вирівнювання графіка добового навантаження, розподілі навантаження між станціями чи блоками, для розрахунків складу робочого та резервного обладнання, визначення необхідної встановленої потужності та її резерву, числа та одиничної потужності агрегатів, раціонального планування ремонтів і для розв'язання інших задач.

Список використаної літератури:

1. Методичні поради та завдання до лабораторних робіт з дисципліни "Теплові та атомні електростанції” для студентів за напрямом підготовки 6.050601 – "Теплоенергетика” денної та заочної форм навчання В.З. Кочмарський, - Рівне: НУВГП, 2010. – 45 с.

2. Рыжкин В. Я. Тепловые электрические станции.- М.: Энергоатомиздат. 1987.- 327 с.

3. http://library.uipa.edu.ua/library/BD/VidannaKaf/1/4/Raboch_progr_ukr.htm