Экономика предприятия электроэнергетики. Учебное пособие

Энергоэкономические характеристики оборудования энергетических предприятий

В предыдущих главах  отмечалось, что экономика имеет своим предметом оценку ресурсов энергетического предприятия. В соответствии с этим подходом (измерение потребности в ресурсах) оборудование как основной элемент производственной базы энергетического предприятия можно оценивать с двух позиций:

1. Оценка расхода ресурсов на приобретение оборудования в целях создания (замены) производственных мощностей. Этот вопрос рассматривался в 4.3, где было показано, что расходы на приобретение оборудования составляют значительную часть затрат, связанных с созданием производственных мощностей.
2. Оценка расхода ресурсов при эксплуатации оборудования.  Оборудование в данном случае  рассматривается как преобразователь одного вида энергии в другой. В связи с этим очень полезно иметь характеристики, которые определяли бы зависимости между количеством полезно произведенной энергии (то, что энергопредприятие реализует своим покупателям) и количеством требуемой для этого энергии (например, сколько требуется топлива для выработки определенного количества электрической и тепловой энергии). Такая постановка задачи характерна для электрических станций и котельных. Аналогичным образом можно поставить вопрос и для объектов сетевого хозяйства- сколько энергии нужно подать на вход сети, чтобы обеспечить потребителя необходимым количеством энергии?

Для описания зависимости между подведенной и полезно используемой энергией применяются энергетические характеристики оборудования.

Энергетические характеристики оборудования

В самом общем виде энергетические характеристики представляют собой функциональные зависимости типа

,

(4.34)

причем и подведенная и полезная энергия измеряется энергетическими показателями (Гкал, ГДж, МВт и др). Например, для турбоагрегата энергетическая характеристика определяет расход подведенного тепла  в зависимости от меняющейся электрической нагрузки:

=.

(4.35)

Для решения некоторых задач используются модификации энергетических характеристик — весовые или расходные характеристики, в которых количество  подведенной  энергии измеряется  в весовых измерителях — тоннах, килограммах и граммах.
Например, для котельных установок:

=  (),	(4.36)
= .	(4.37)

где   -расход  топлива, т/ч;
— выработка  тепловой энергии котлоагрегатом,Гкал/ч;
Д — выработка  пара ,т/ч.
Аналогичная зависимость для турбоустановки выглядит следующим образом:

= .

(4.38)

В целях определения эффективности процесса преобразования подведенной энергии в полезную используются зависимости удельных расходов подведенной энергии от производительности агрегата:

= /  = ().

(4.39)

Эти зависимости используются также для определения потребности в топливе для электрических станций, что будет рассматриваться далее.
Для оценки потребности в ресурсах в связи с той или иной величиной спроса потребителя энергии  в большинстве случаев лучше всего подходят энергетические, а не весовые  характеристики.
Например, потребителю нужна мощность 10 МВт. Зная зависимость

= (),

(4.40)

можно легко определить потребность в топливе, и ,следовательно, есть основа для определения потребности в денежных средствах для приобретения топлива. Возможно решение этой же задачи с использованием величины удельного расхода топлива. Например, оценив  выработку тепловой энергии котельной, необходимой для отопления жилых домов, и зная величину удельного расхода топлива, также можно определить потребность в топливе.
Однако применение показателя удельного расхода топлива при некорректном его использовании может привести к ошибкам в оценке потребности  в топливе, которые будут тем больше, чем больше неравномерность работы оборудования.

Структура энергетических характеристик

Несмотря на кажущуюся простоту энергетических характеристик, оценка (построение) их в аналитической форме является очень сложной задачей.

Вернемся к примеру, когда потребителю нужна мощность в 10 МВт и нам необходимо оценить расход топлива для удовлетворения этой потребности.  В данном случае речь идет о возможности выражения в аналитической форме следующей зависимости:

=,

(4.41)

где   — потребность в топливе энергопредприятия для удовлетворения заданной величины спроса.
Для определения проблем, которые необходимо решить при построении этой характеристики, рассмотрим простейшую схему энергетической цепи, через которую осуществляется снабжение потребителя электроэнергией (рис.4.6).

Рис.4.6. Схема энергетической цепи

На этой схеме цифрами обозначено основное оборудование, которое участвует в преобразовании и передаче энергии (здесь же будем показывать энергетическую характеристику для этого оборудования):

1. Котлоагрегат (=).
2. Турбоагрегат (=).
3. Генератор (=).
4. Повышающий трансформатор (=).
5. Передающая линия (=).
6. Понижающий трансформатор (=()).
7. Потребитель (=).

Приведенный перечень оборудования и его энергетических характеристик для самой простейшей схемы дает представление о том, что должна учитывать обобщенная энергетическая характеристика , которая является производной достаточно боль­шого числа характеристик оборудования.

В действительности схема энергетической цепи  намного сложнее и объединяет большое количество параллельно работающего оборудования с учетом  того обстоятельства, что в состав энергопредприятия могут входить несколько единиц (или десятков единиц) электрических станций  и сетевых объектов.

Для анализа факторов, определяющих характер обобщенной энергетической характеристики, рассмотрим структуру энергетических характеристик основного оборудования электростанций. Остановимся на энергетических характеристиках  котлоагрегатов  (КА) и турбоагрегатов(ТА), так как именно в этих установках имеет место наибольшая часть потерь, связанных с преобразованием энергии топлива в электрическую  и тепловую энергию. Потери в передающих линиях и трансформаторах не так значительны и не слишком влияют на характер обобщенной характеристики.

Энергетические характеристики котлоагрегатов

Эти характеристики описывают зависимость расхода топлива от производительности КА. Потребность в топливе определяется в условных измерителях — условном топливе (1 т у.т. имеет теплотворную способность 7 Гкал или 29.3 ГДж). Реальная характеристика имеет нелинейный  характер (рис.4.7).

а) б)
Рис.4.7. Принципиальное представление энергетической характеристики КА (а) и характеристики относительных приростов (б)

Важнейшим параметром энергетической характеристики КА является величина относительного прироста расхода топлива

,

(4.42)

которая характеризует эффективность преобразования энергии топлива в тепловую энергию и отражает потери преобразования. Поэтому наряду с основной энергетической характеристикой используется зависимость (рис.4.7,б)

.

(4.43)

В практике эксплуатации более распространены другие производные энергетические характеристики, а именно:

1. зависимость КПД от производительности (рис.4.8,а) ;
2. зависимость удельного расхода топлива  от производительности (рис.4.8, б).

а) б)
Рис 4.8. Принципиальные зависимости КПД (а) и удельного расхода (б) от производительности КА

Для целей планирования потребности в топливе и оценки потребности в денежных средствах криволинейные зависимости (наиболее точные) не требуются и их можно заменить на упрощенные (линейные) зависимости. В этом случае  основная и производные энергетические характеристики КА будут выглядеть следующим образом (рис.4.9):

а) б)
Рис. 4.9. Линейное представление энергетической характеристики КА (а) и характеристики относительных приростов (б)

Представленную зависимость можно описать следующим выражением:

= +   +   + ,

(4.44)

где   — условный расход холостого хода, т у.т./ч;
 — относительный прирост  расхода топлива, т у.т./Гкал.

Как оценить величину относительного прироста? Если величина относительного прироста характеризует экономичность преобразования энергии топлива в тепловую энергию, то при  КПД, равном 100 % величина относительного прироста будет составлять 1/7 = 0.143 т у.т/Гкал (1 т у.т. эквивалентна 7 Гкал), или  0.0342 т у.т. /ГДж. Поскольку процесс преобразования связан с потерями, то величины относительных приростов будут несколько выше (на 10-15 % в зависимости от типа КА и вида топлива).

Для линейного выражения основной энергетической характеристики производные характеристики удельного расхода и КПД. представлены на рис. 4.10.

а) б)
Рис.4.10. Принципиальные зависимости КПД (а) и удельного расхода (б) при линейном выражении энергетической характеристики КА

Энергетические характеристики турбоустановок

Энергетические характеристики ТА зависят от их типа . Наиболее простыми являются энергетические характеристики конденсационных турбоагрегатов. Они представляют собой зависимость расхода тепловой энергии от вырабатываемой электрической мощности:

=.

(4.45)

Реальные энергетические характеристики криволинейны и выпуклы вверх.  Кроме того, их вид зависит от способа регулирования. Для случая дроссельного регулирования характеристика представлена на рис. 4.11,а.
Выпуклость вверх свидетельствует о том, что потери с ростом нагрузки относительно уменьшаются (в отличие от КА, где они увеличиваются и характеристика выпукла вниз).Этот факт находит свое отражение в зависимости относительного прироста расхода подведенной энергии от нагрузки (рис.4.11,б).

а) б)
Рис.4.11. Принципиальное представление энергетической характеристики ТА (а) и характеристики относительных приростов (б).
Величина относительного прироста расхода тепловой энергии так же, как и для КА, отражает эффективность процесса преобразования энергии и определяется по выражению

.

(4.46)

Вид зависимостей  удельного расхода тепловой энергии и КПД от нагрузки показан на рис.4.12.

а) б)
Рис.4.12. Принципиальные зависимости удельного расхода (а) и КПД (б) ТА
Более удобно пользоваться спрямленными энергетическими характеристиками, что, естественно, дает менее точные результаты, но для оценки потребности в ресурсах на перспективу это вполне допустимо (рис. 4.13).

а) б)
Рис.4.13. Линейное представление энергетической характеристики ТА (а) и характеристики относительных приростов (б)
В этом случае энергетическая характеристика описывается выражением

,

(4.47)

где  — условная величина расхода тепловой энергии на холостой ход.
Величина удельного  расхода

,

(4.48)

а величина КПД

.

(4.49)

В случае линейного представления энергетической характеристики производные характеристики будут выглядеть следующим образом (рис.4.14):

а) б)
Рис.4.14. Принципиальное представление зависимости КПД (а) и удельного расхода (б) от нагрузки
Очевидно, что нижним пределом величины удельного расхода является величина относительного прироста расхода тепловой энергии, а верхним пределом КПД  является величина, обратная значению относительного прироста.
Для ТА с обводным регулированием энергетическая характеристика представляет собой более сложную зависимость. Как и в предыдущем случае, удобнее пользоваться спрямленной характеристикой (рис.4.15).

а) б)
Рис.4.15. Линейное представление энергетической характеристики (а) и характеристики относительных приростов (б) ТА с обводным регулированием