Тема 3. Показники теплової та загальної економічності електростанцій

3.1. Показники теплової економічності кес.

Теплова економічність КЕС характеризується:

- ККД;

- питомою витратою теплоти;

- питомою витратою умовного палива або ядерного палива на АЕС.

На звичайних ТЕС основний показник — це витрата умовного палива. Паротурбінна установка працює по циклу Ренкіна.

Рис.3.1. Схема паротурбінної установки та її цикл Ренкіна.

1-ПГ; 2-турбогенератор; 3-конденсатор; 4-насос.

По визначенню термічного ККД:

- кількість тепла, підведеного до 1кг пари в ПГ и відведеного в конденсаторі відповідно;

- ентальпія води на виході з конденсатору та після насоса;

- ентальпія пари перед турбіною та на вході в конденсатор при адіабатичному розширені в турбіні

- теплоперепад в турбіні Н_а, який ми маємо в розпорядженні

- витрата енергії в насосі при адіабатичному стисканні Н_а,Н.

Таким чином:

Термічний ККД оцінює ефективність ідеального циклу. У реальних умовах через втрати енергії в проточній частині, у вхідних і регулюючих пристроях і т.д. використовується лише частка перепаду H_i.

Відношення перепаду, що використовується, до того, що був у розпорядженні, характеризуючи досконалість проточної частини, вхідних і регулюючих пристроїв, називається внутрішнім відносним ККД η_oi. η_oi знаходиться в межах 0,8-0,9.

Використаний перепад ентальпій H_i називається також внутрішньою роботою 1кг пари в турбіні.

Частка тепла, перетвореного в роботу в реальній установці, характеризується величиною внутрішнього абсолютного ККД η_i. Без урахування енергії, що затрачується на привід насосів:

.

Нарівні з вказаними є також механічні втрати в турбіні (зумовлені тертям рухомих частин і витратою енергії на привід насоса і системи регулювання), а також електричні і механічні втрати в генераторі. Ці втрати оцінюються механічним ККД турбіни η_м і ККД генератора η_г. Таким чином в реальному циклі виробляється електроенергія в кількості:

;

Відношення носить назву абсолютного електричного ККД.

- відносний електричний ККД.

В абсолютному ККД у знаменнику розташована кількість теплоти, що підведена до циклу. У відносних ККД – теплоперепад у турбіні, якій ми маємо у розпорядженні. η_м=0,98; η_г=0,99 (при використанні водню для охолодження генератора).

- кількість теплоти, підведена до робочої середи у парогенераторі, однак мають місце втрати у реакторі, парогенераторі, теплообмінниках, ці втрати необхідно враховувати при визначенні загального ККД електростанції.

На електростанції, працюючій на органічному паливі, є також втрати в парогенераторі і трубопроводах:

Для одноконтурної АЕС:

для двохконтурної:

для триконтурної:

- втрати у реакторній установці;

- втрати у теплообміннику;

- втрати у трубопроводах 1-го и 2-го контура відповідно;

- враховує втрати в навколишнє середовище з продувочною водою, зв’язані з необхідністю охолоджувати біозахист, і так далі.

Значення:

(на органічному паливі) = 0,9-0,93

(для одноконтурної АЕС) =0,99

(для трубопроводів другого контуру АЕС) = 0,97-0,98

абсолютний електричний ККД КЕС може бути визначений як:

ККД станції:

де ;

- коефіцієнт, враховуючий всі втрати від реактора (для АЕС) чи від парогенератора (для ТЕС на органічному паливі) до турбіни.

Визначені вище значення h_э і h_ст не враховують витрати електроенергії на власні потреби і тому розглядаються як ККД брутто. Якщо потужність механізмів власних потреб складає DN_сн, то ККД нетто, що враховує ці втрати:

або

де b_сн - доля потужності, споживана на власні потреби,

або

де .

Аналогічно визначається абсолютний електричний ККД нетто в залежності від h_э.

Як вказувалося, оцінка теплової економічності установки проводиться також по питомій витраті тепла:

- питома витрата теплоти на турбогенераторну установку;

- питома витрата теплоти по всій електростанції

Тут виражаються в кДЖ/(кВт·г).

; ;

Питома витрата умовного палива, що є основним показником економічності електростанції на органічному паливі, визначається з теплового балансу електростанції:

кДж/г

В- загальна годинна витрата палива, кг/г,

- теплотворна властивість палива, кДж/кг

Питома витрата палива:

; кг/(кВт·г)

кДж/кг

для умовного палива .

На АЕС як показник ефективності використовується поняття глибини вигоряння:

а₁ = N∙τ/ m_загр (МВт доб/т); а₂ = m_{вигоріло}/m_{загруженого} (кг/т)

Виведемо вираз для визначення питомої витрати ядерного палива. При діленні всіх ядер в 1 кг урану виділяється 7,9 10¹⁰ кДж. 10-20 % ядерного палива внаслідок захоплення нейтронів без ділення перетворюються в ізотопи: U236 і Pu240, які не діляться. Таким чином, кількість тепла, що виділилося з розрахунку на 1кг ядерного палива, що вигоріло, меншає:

кДж/кг

або

кДж/кг

Питома витрата ядерного палива, що вигоріло:

кг/(кВт·г)