Влияние неравномерности потребления тепловой и электрической энергии на выбор генерирующего оборудования

Основными исходными данными для выбора типа источника энергоснабжения и основного его оборудования являются электрическая мощность на клеммах генератора и расчетная тепловая мощность источника .

Если источник энергоснабжения имеет надежную связь с энергосистемой и не ставится задача производства электрической энергии, то, как указывалось ранее, этот вариант предусматривает создание модульной котельной. По значению расчетной тепловой нагрузки выбирают мощность теплогенерирующего оборудования и определяют диаметры трубопроводов. В зависимости от изменения тепловой потребности в течение суток, месяца, сезона и года разрабатывают соответствующие режимы отпуска тепловой энергии. При этом учитывают взаимное расположение потребителей друг относительно друга, их удаленность от источника теплоты, геометрическую высоту зданий и рельеф местности.

Если на источнике энергоснабжения предусматривается выработка как тепловой, так и электрической энергии, а сам источник надежно связан с энергосистемой, то становится важным определить количество вырабатываемой электроэнергии и тепловые потоки, на которых будет осуществляться указанное производство электроэнергии, с учетом их сезонной неравномерности. В отопительный период выработка электрической энергии может значительно превышать потребности в электроэнергии как источника, так и самого предприятия, которому и принадлежит данный источник энергоснабжения.

В этом случае с избытком выработанной электроэнергии можно поступить следующим образом:

1. Использовать ее в электрокотлах для покрытия части тепловых нагрузок, что позволит перейти на пониженные теплогенерирующие мощности;

2. Передать ее в единую энергосистему, что затруднительно из-за отсутствия законодательной базы.

В летние месяцы с окончанием отопительного сезона тепловые нагрузки включают в себя только нагрузку ГВС. Отопительные и вентиляционные нагрузки отсутствуют. Выработка электроэнергии осуществляется на тепловом потоке ГВС, и ее количество будет значительно снижено. Это потребует останова части электрогенерирующих мощностей с ухудшением показателей работы всего источника энергоснабжения.

Как следует из сказанного, при существующих сезонных колебаниях тепловых нагрузок наиболее выгодной тепловой нагрузкой, на тепловом потоке которой можно осуществлять выработку электрической энергии, является нагрузка ГВС и постоянная технологическая нагрузка. В работе [2] указывается, что для коммунальных котельных при 40 % годовой выработки тепла на нужды ГВС выработка электрической энергии может составить 20 % от суммарной выработки тепловой энергии. При этом первоочередной задачей, решаемой энергетиками, является производство электрической энергии для покрытия электрических нагрузок собственных нужд.

Таким образом, при стабильных, маломеняющихся графиках электро - и теплопотребления создаваемый источник энергоснабжения целесообразно комплектовать на базе паровых турбин, работающих по традиционному паросиловому циклу или по комбинированному циклу парогазовых установок.

Если источник энергоснабжения не связан с энергосистемой и работает в автономном режиме, то, как правило, такой источник работает по независимому электрическому графику, с приоритетной выработкой электрической энергии . При этом выработка тепловой энергии полностью определяется выработкой электрической энергии. Графики производства элетроэнергии зависят от графиков электропотребления и могут иметь значительную суточную неравномерность. Это объясняется тем, что электропотребляющее оборудование предприятия в ночные часы останавливается и вводится в работу с началом рабочей смены.

Такой режим формирует основное требование к электрогенерирующему оборудованию автономного источника, заключающееся в его быстром пуске и останове. К оборудованию такого типа можно отнести электрогенерирующее оборудование на базе газопоршневых и газотурбинных двигателей. Указанные двигатели на 1 кВт электрической энергии производят 1,15 – 1,2 кВт тепловой энергии.

На рис.1.7 представлен примерный график суточных тепловых и электрических нагрузок в отопительный и неотопительный период работы автономного источника энергоснабжения.

Кривая 1 характеризует изменение электрических нагрузок в зависимости от времени суток. В ночные часы электрическая нагрузка минимальна. С началом рабочей смены электрическая нагрузка увеличивается, достигая в некоторые отрезки времени максимальных значений. Для покрытия таких нагрузок в источнике энергоснабжения желательно иметь как минимум две электрогенерирующих установки разных мощностей. Одна из них необходима для покрытия базовых нагрузок, другая - для покрытия пиковых нагрузок и для работы в ночное время. Выработка тепловой энергии, зависящая от вырабатываемой электрической энергии характеризуется кривой 2. Необходимая потребителю расчетная тепловая нагрузка изображается кривой 3. Ее неравномерность объясняется снижением нагрузки ГВС в ночные часы. Затемненная площадь, заключенная между кривой 2 и 3 характеризует недостаток тепловой энергии, производимой установкой, для покрытия расчетных нагрузок. Для выработки недостающей тепловой энергии в автономном источнике энергоснабжения должны быть установлены пиковые котлы.

Примерные суточные графики тепловых и электрических нагрузок в летний период представлены на рис.1.7 б.

На указанном рисунке мы имеем аналогичные кривые. Однако затемненная площадь характеризует избыток тепловой энергии, вырабатываемой при производстве электрической энергии в летний период. Указанная тепловая энергия должна отводиться в атмосферу или при наличии системы кондиционирования может быть использована в абсорбционных холодильных машинах для получения холода.

а б

Рис.1.7. Примерный график суточных тепловых и электрических нагрузок: а - отопительный период; б – неотопительный период;

1 – электрическая нагрузка; 2 – тепловая нагрузка; 3 – расчетная тепловая нагрузка