Повышение эффективности участия ТЭС в первичном регулировании частоты на основе обводного регулирования паровых турбин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Москаленко Александр Борисович

• Москаленко Александр Борисович
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Москаленко Александр Борисович

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ИЗУЧАЕМОЙ ПРОБЛЕМЫ

1.1 Системные требования, предъявляемые к электростанциям ЕЭС России при эксплуатации в современных условиях

1.2 Способы регулирования нагрузки на энергоблоках с учетом требований участия в первичном регулировании частоты тока

1.2.1 Регулирование нагрузки на ПГУ

1.2.2 Регулирование нагрузки на паротурбинных энергоблоках

1.3 Обзор исследований российских и зарубежных ученых в области эксплуатации энергоустановок в маневренных режимах

2 ПРИМЕНЕНИЕ ОБВОДНОГО ПАРОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ НА ТЕПЛОВЫХ ЭНЕРГОБЛОКАХ

2.1 Разработка технического решения применения обводного парораспределения на паротурбинных установках

2.2 Методика определения технико-экономических показателей энергоблока при применении обводного парораспределения

2.2.1 Методика оценки термодинамических показателей использования обводного парораспределения

2.2.2 Методика оценки экономических показателей использования обводного парораспределения

2.3 Выводы по главе

3 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ УЧАСТИЯ КОНДЕНСАЦИОННЫХ ЭНЕРГОУСТАНОВОК В ПЕРВИЧНОМ РЕГУЛИРОВАНИИ ЧАСТОТЫ ТОКА

3.1 Краткое описание объектов исследования

3.2 Влияние участия конденсационных энергоблоков в первичном регулировании частоты тока в энергосистеме на их экономические показатели

3.2.1 Оценка снижения экономических показателей парогазовых установок

3.2.2 Оценка снижения экономических показателей паротурбинных энергоблоков

3.3 Выводы по главе

4 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБВОДНОГО ПАРОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ

4.1 Влияние размещения перегрузочной камеры в проточной части турбины на её характеристики

4.2 Оценка эффективности обводного парораспределения на конденсационных ПГУ

4.3 Оценка эффективности обводного парораспределения на паротурбинных энергоблоках

4.4 Допустимые экономические затраты на модернизацию паровых турбин тепловых энергоблоков для участия в первичном регулировании частоты тока в энергосистеме

4.5 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности участия ТЭС в первичном регулировании частоты на основе обводного регулирования паровых турбин»

Актуальность темы исследования

Электроэнергетика и теплоснабжение является одной из важнейших отраслей топливно-энергетического комплекса Российской Федерации и экономики страны в целом. В свою очередь важнейшей задачей генерирующих мощностей и энергетической системы РФ является обеспечение потребителей качественной электроэнергией в необходимом объеме с максимально возможной эффективностью.

Разнообразие потребителей электрической энергии вызывает серьезную неравномерность суточного и недельного графиков электрических нагрузок. Данная неравномерность обусловлена спецификой работы односменных и двухсменных промышленных предприятий, электрифицированного транспорта, а также особенностями коммунально-бытовой нагрузки. На рисунке 1 представлен суточный график генерации и потребления ОЭС Средней Волги на 15.06.2022.

Рисунок 1. Мощность генерации и потребления в ОЭС Средней Волги в течение суток [1]: 1 - мощность генерации; 2 - мощность потребления

Из рисунка 1 видно, что суточная неравномерность потребления и генерации, например в ОЭС Средней Волги, достигает достаточно больших значений. В связи с этим на графике нагрузки различают базовую, полупиковую и пиковую зоны.

В базовой части графика обычно эксплуатируют атомные электростанции в связи с низкой себестоимостью электроэнергии. Также в период паводков в базовой части графика работают гидроэлектростанции, теплоэлектроцентрали при работе на тепловом потреблении и высокоэффективные конденсационные энергоблоки, которыми в том числе являются и парогазовые установки. В связи со сложностью прогнозирования и непостоянностью генерации электроэнергии ветровыми и солнечными электростанциями невозможно их считать станциями, созданными для покрытия базовой части графика электрических нагрузок, однако при возможности на них выработки электроэнергии они вытесняют из базовой части конденсационные энергоблоки. В полупиковой части графика электрических нагрузок обычно эксплуатируют ТЭЦ и КЭС, а в пиковой части обычно используют ГАЭС, ГЭС и газотурбинные установки.

Кроме того, наблюдается большое изменение потребления электроэнергии в течение недели. На рисунке 2 представлен типичный недельный график потребления электроэнергии.

Рисунок 2. Суммарное суточное потребление электроэнергии ОЭС Средней Волги

в течение недели [1]

На номинальном режиме КПД парогазовых электростанций может достигать 63% и более [2]. При этом ПГУ обладают очень хорошими маневренными свойствами. Однако в связи с большой долей установленной мощности и выработки электроэнергии на АЭС (рисунок 3) в РФ, а также снижением потребления электроэнергии в выходные дни, что отражено на рисунке 2, высокоэффективные энергоблоки ПГУ и паротурбинные конденсационные ТЭС вынуждены эксплуатироваться в полупиковой, а иногда и в пиковой частях графика электрической нагрузки.

■ ГЭС

^ 20.35'

■ ГЭС

^ 19.81

АЭС

11,97%

АЭС

20.60°/

■ тэс

66,564

■ вэс

0,42^

■ ТЭС

■ вэс

Ь 0.13°/:

■ сэс

0,19%

■ сэс

0.70*,

а

б

Рисунок 3. а - Структура установленной мощности электростанций ЕЭС России; б - Структура выработки электроэнергии в ЕЭС России (на 01.01.2021 года) [1]

Кроме того, необходимость участия в общем первичном регулировании частоты тока в энергосистеме приводит к работе энергоблоков на сниженной на требуемый резерв первичного регулирования нагрузке.

Эксплуатация ПГУ на пониженной мощности приводит к снижению эффективности газовой турбины, котла-утилизатора и паровой турбины и к снижению экономичности энергоблока в целом. Использование паротурбинных конденсационных ТЭС в таких условиях также приводит к снижению их эффективности в связи с дросселированием всего потока пара (в случае применения дроссельного парораспределения) или его части (при применении соплового парораспределения). При этом в связи с инерционностью котельных агрегатов эксплуатация паротурбинных конденсационных ТЭС на скользящем давлении с удовлетворением требований системного оператора к первичному регулированию частоты тока в энергосистеме невозможна.

Таким образом в связи с необходимостью эксплуатации ПГУ и высокоэффективных паровых энергоблоков на пониженной мощности в условиях первичного регулирования частоты тока в энергосистеме, разработка и исследование способов повышения эффективности эксплуатации паросиловых турбоустановок в таких условиях является актуальной задачей.

Актуальность темы диссертации также подтверждается ее соответствием направлению Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации Н2 «Переход к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике, повышение эффективности добычи и глубокой переработки углеводородного сырья, формирование новых источников, способов транспортировки и хранения энергии», приоритетному направлению развития науки, технологии и техники в Российской Федерации «Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика» (утв. Указом Президента РФ от 07.07.2011 №2899), критической технологии «Технологии энергоэффективного производства и преобразования энергии на органическом топливе».

Цель диссертационной работы - повышение эффективности функционирования энергоблоков ТЭС в первичном регулировании частоты на основе обводного парораспределения.

Основные задачи диссертации:

В соответствии с целью определены основные задачи исследования:

1. Разработка способа повышения эффективности эксплуатации паросиловых турбоустановок в условиях первичного регулирования частоты тока в энергосистеме.

2. Разработка математической модели исследования эффективности использования обводного парораспределения на энергоблоках ТЭС и определения условий целесообразности такой модернизации на действующих электростанциях.

3. Оценка технико-экономических показателей разработанного способа повышения эффективности энергоблоков ТЭС.

4. Определение условий достижения эффективности модернизации действующих энергоблоков путем использования обводного парораспределения.

Научная новизна:

1. Разработан и запатентован способ повышения эффективности эксплуатации паросиловых турбоустановок в условиях участия в первичном регулировании частоты тока в энергосистеме.

2. Разработана математическая модель определения эффективности использования обводного парораспределения на энергоблоках ТЭС и определения условий целесообразности такой модернизации на действующих электростанциях.

3. Получены результаты технико-экономического анализа разработанного способа повышения эффективности для проектируемых тепловых энергоблоков на основе обводного парораспределения.

4. Получены результаты оценки экономической эффективности модернизации действующих энергоблоков путем использования обводного парораспределения.

Теоретическая и практическая значимость работы

Разработанный способ повышения эффективности эксплуатации паросиловых турбоустановок тепловых энергоблоков в условиях первичного регулирования частоты тока в энергосистеме позволит эксплуатировать такие энергоблоки с более высоким абсолютным электрическим КПД. На основе проведенного исследования технико-экономических показателей получены зависимости накопленного чистого дисконтированного дохода и дисконтированного срока окупаемости от капиталовложений в модернизацию, суточной экономии условного топлива и его стоимости благодаря разработанному способу. Данные зависимости позволят потенциальному инвестору определить экономическую эффективность установки обводного парораспределения для конкретного теплового энергоблока при известных вложениях.

Методология и методы исследования

В диссертации использованы методика термодинамического анализа тепловых энергоблоков, детального расчета проточной части турбин, теория прочности, методика оценки и обоснования технико-экономических показателей в энергетике.

Для определения температурного состояния лопаток расчета напряжений, возникающих в процессе перегрузки при применении обводного парораспределения, использовался программный комплекс для численного моделирования нестационарных процессов методом конечных элементов. Проведен гидродинамический расчет лопатки с определением ее температурного состояния в процессе перегрузки, а далее определены возникающие термические напряжения в соответствии с полученной динамикой изменения температурного состояния.

Положения, выносимые на защиту:

1. Новый разработанный и запатентованный способ повышения эффективности участия энергоблоков с паросиловыми турбоустановками в первичном регулировании частоты тока в энергосистеме на основе применения турбин с обводным парораспределением.

2. Математическая модель определения эффективности использования обводного парораспределения на энергоблоках ТЭС и определения условий целесообразности такой модернизации на действующих электростанциях.

3. Технико-экономические показатели разработанного способа повышения эффективности тепловых энергоблоков.

4. Результаты оценки экономической эффективности модернизации действующих энергоблоков путем использования обводного парораспределения.

Достоверность результатов и выводов диссертационной работы обоснована применением методологии системных исследований в энергетике и методики оценки и обоснования технико-экономических показателей тепловых электрических станций.

В работе использованы методы расчета себестоимости производства электроэнергии. Проведено сопоставление полученных результатов и выводов диссертации с имеющимися данными других исследований.

Личный вклад автора заключается в следующем:

1. Разработан способ повышения эффективности производства электрической энергии на паросиловых турбоустановках при участии в первичном регулировании частоты тока в энергосистеме.

2. Разработана математическая модель определения эффективности использования обводного парораспределения на паросиловых турбоустановках и определения условий целесообразности такой модернизации на действующих электростанциях

3. Проведена оценка эффективности разработанного способы с определением основных технико-экономических показателей на примере энергоблока ПГУ-325 и парового энергоблока мощностью 500 МВт.

4. Получены результаты оценки экономической целесообразности модернизации действующих энергоблоков путем использования обводного парораспределения.

Связь диссертационной работы с планами научных исследований.

Результаты исследований, представленных в диссертации, были использованы в научных отчетах Отдела энергетических проблем Саратовского научного центра РАН по бюджетным тематикам фундаментальных научных исследований Отделения энергетики, механики, машиностроения и процессов управления РАН в рамках бюджетных тем «Разработка приоритетных направлений и исследование перспективных типов энергогенерирующих мощностей с учетом неравномерных графиков энергопотребления, обеспечения безопасности, ресурсных показателей и долгосрочных интересов страны» и «Разработка эффективных путей развития энергогенерирующих мощностей с учетом надежности и безопасности их функционирования в условиях неравномерных графиков электропотребления».

Также результаты исследований были использованы в отчетах по научно-исследовательской работе в рамках грантов Российского фонда фундаментальных исследований:

1. Грант РФФИ № 20-38-90181 «Аспиранты». Тема проекта: Исследование путей повышения эффективности ПГУ в условиях первичного регулирования частоты. Срок реализации проекта 2020 - 2022 гг.

2. Грант РФФИ № 16-38-00015 «мол_а». Тема проекта: Разработка методологии оптимального управления режимами работы парогазовых электростанций с учетом износа основного оборудования. Срок реализации проекта 2015 - 2017 гг.

Соответствие паспорту специальности.

Диссертация является научно-квалификационной работой, соответствует паспорту специальности 2.4.5 - Энергетические системы и комплексы: в части направления исследования - пункту 2: «Математическое моделирование, численные и натурные исследования физико-химических и рабочих процессов, протекающих в энергетических системах и установках на органическом и альтернативных топливах и возобновляемых видах энергии, их основном и вспомогательном оборудовании и общем технологическом цикле производства электрической и тепловой энергии»; пункту 3: «Разработка, исследование, совершенствование действующих и освоение новых технологий и оборудования для производства электрической и тепловой энергии, использования органического и альтернативных топлив, и возобновляемых видов энергии, водоподготовки и водно-химических режимов, способов снижения негативного воздействия на окружающую среду, повышения надежности и ресурса элементов энергетических систем, комплексов и входящих в них энергетических установок»; пункту 5 - «Разработки и исследования в области энергосбережения и ресурсосбережения при производстве тепловой и электрической энергии, при транспортировке тепловой, электрической энергии и энергоносителей в энергетических системах и комплексах»; пункту 7 - «Исследование влияния тех-

нических решений, принимаемых при создании и эксплуатации энергетических систем, комплексов и установок на их финансово-экономические и инвестиционные показатели, региональную экономику и экономику природопользования».

Апробация результатов диссертационной работы

Конференции (очное выступление с докладом):

1. XIV Международная научно-техническая конференция «Совершенствование энергетических систем и теплоэнергетических комплексов» 30 октября - 1 ноября 2020 г. Выступление с докладом «Использование паровых турбин с обводом пара на ПГУ для участия в нормированном первичном регулировании частоты», СГТУ им. Гагарина Ю.А., г. Саратов.

2. XIV Международная научно-техническая конференция «Совершенствование энергетических систем и теплоэнергетических комплексов» 30 октября - 1 ноября 2020 г. Выступление с докладом «Выбор уровня начальной температуры газотурбинных установок при эксплуатации в маневренных режимах», СГТУ им. Гагарина Ю.А., г. Саратов.

3. II Научно-техническая конференция студентов и аспирантов с международным участием «Энергоэффективные технологии в строительстве, энергетике и жилищно-коммунальном хозяйстве» 1 июня 2022 г. Выступление с докладом «Определение оптимальных экономических затрат на модернизацию паровых турбин парогазовых установок для участия в первичном регулировании частоты тока в энергосистеме», УлГТУ, г. Ульяновск.

Публикации.

Основное содержание диссертации опубликовано в 7 печатных работах, в том числе в 3 статьях в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК

РФ. Общее число статей в изданиях, индексируемых в международной базе Scopus, составляет 3. Кроме того имеется 1 патент РФ на изобретение.

Публикации в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Аминов Р. З., Москаленко А. Б. Оценка эффективности использования паровых турбин с обводным парораспределением при участии в первичном регулировании частоты тока в энергосистеме. Энергобезопасность и энергосбережение.

2021. № 5. С. 9-17. DOI: 10.18635/2071-2219-2021-5-9-17.

2. Москаленко А. Б. Исследование экономической эффективности энергоблока ПГУ при использовании обводного парораспределения на паровой турбине / А. Б. Москаленко // Международный научно-исследовательский журнал. -

2022. - № 10(124). - DOI 10.23670/IRJ.2022.124.10.

3. Аминов Р. З. Оценка эффективности обводного парораспределения на паротурбинных энергоблоках, участвующих в первичном регулировании частоты / Р. З. Аминов, А. Б. Москаленко // Энергетик. - 2023. - № 2. - С. 4-7.

Публикации в научных изданиях, индексируемых в Scopus

1. Aminov R.Z., Moskalenko A.B. and Kozhevnikov A.I. Optimal gas turbine inlet temperature for cyclic operation. Journal of Physics: Conference Series. 2018.Vol-ume 1111, DOI: 10.1088/1742-6596/1111/1/012046

2. Aminov R.Z., Moskalenko A.B. and Garievskii M.V. Using the steam turbines with bypass steam distribution at CCGT for primary frequency control. Journal of Physics: Conference Series. 2018. Volume 1111, DOI: 10.1088/17426596/1111/1/012047

3. Aminov R.Z., Bairamov A.N. and Moskalenko A.B. Estimation of resource capabilities of the NPP turbine unit under the primary frequency control of the current in the power system. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020.Vol-ume 791, DOI: 10.1088/1757-899X/791/1/012004

Публикации в других изданиях

1. Москаленко А. Б. Определение оптимальных экономических затрат на модернизацию паровых турбин парогазовых установок для участия в первичном регулировании частоты тока в энергосистеме / А. Б. Москаленко // Энергоэффективные технологии в строительстве, энергетике и жилищно-коммунальном хозяйстве : Сборник научных трудов II научно-технической конференции студентов и аспирантов с международным участием, Ульяновск, 30 сентября 2022 года. - Ульяновск: Ульяновский государственный технический университет, 2022. - С. 149-154.

Патенты и свидетельства:

Патент № 2757317 С1 Российская Федерация, МПК F01K 13/02. Способ эксплуатации парогазовой установки с участием в первичном регулировании частоты : № 2020141234 : заявл. 14.12.2020 : опубл. 13.10.2021 / Р. З. Аминов, А. Б. Москаленко.

Объем и структура диссертации

Диссертация включает в себя: введение, четыре главы, выводы по главам, общие выводы по работе, список использованных источников из 85 наименований. Работа изложена на 102 страницах и содержит 28 рисунков и 19 таблиц.

Первая глава посвящена анализу требований к энергоблокам при их эксплуатации в ЕЭС РФ. Рассмотрены возможные способы регулирования электрической нагрузки конденсационных парогазовых установок и паровых энергоблоков. Проведен анализ существующих исследований в области повышения эффективности эксплуатации генерирующих установок в маневренных режимах.

Во второй главе представлена схема и описание разработанного и запатентованного способа повышения эффективности энергоблоков ПГУ при участии в первичном регулировании частоты тока в энергосистеме за счет применения обвод-

ного парораспределения. Представлена методика определения технико-экономической эффективности применения обводного парораспределения на паровых турбо-установках.

В третьей главе представлены краткое описание объектов исследования в диссертационной работе, а также оценка снижения экономических показателей от недовыработки электроэнергии при работе энергоблоков в условиях регулирования частоты тока в энергосистеме на примере ПГУ-325 и парового энергоблока мощностью 500 МВт.

Четвертая глава посвящена оценке эффективности применения обводного парораспределения на паровых турбинах условиях участия в первичном регулировании частоты тока в энергосистеме. Проведена оценка влияния размещения перегрузочной камеры в проточной части паровой турбины на её экономичность при применении обводного парораспределения. Получены результаты сравнительного анализа применения обводного парораспределения и сделана попытка определения допустимых капитальных вложений в модернизацию паровых турбин.

Автор благодарит своего научного руководителя, лауреата премии Правительства РФ, Заслуженного деятеля науки и техники РФ, д.т.н., проф. кафедры ТАЭ Аминова Р.З., а так же сотрудников Отдела энергетических проблем Федерального исследовательского центра "Саратовский научный центр Российской академии наук": ведущего научного сотрудника, д.т.н. Юрина В.Е., старшего научного сотрудника, д.т.н. Байрамова А.Н., старшего научного сотрудника, к.т.н. Егорова А.Н., старшего научного сотрудника Бурденкову Е.Ю., научного сотрудника, к.т.н. Гариевского М.В., а также сотрудников кафедры Тепловой и атомной энергетики имени А.И. Андрющенко СГТУ имени Гагарина Ю.А. за оказанные консультации в процессе подготовки диссертации.

1 СОСТОЯНИЕ ИЗУЧАЕМОЙ ПРОБЛЕМЫ

1.1 Системные требования, предъявляемые к электростанциям ЕЭС России при эксплуатации в современных условиях

Надежное качественное снабжение потребителей электроэнергией является важнейшей задачей развития и функционирования генерирующих мощностей [35].

Ранее были представлены условия работы энергоблоков в переменной части графика электрических нагрузок (см. рисунки 1-3).

При этом одним из важнейших показателей качества электроэнергии для электростанций является частота тока в энергосистеме. Частоты в энергосистеме определяется балансом вырабатываемой и потребляемой мощности. При снижении частоты в энергосистеме электростанциям необходимо повысить вырабатываемую мощность, а при повышении частоты соответственно её снизить. Согласно [6] не менее 95 % времени суток частота электрического тока должна находится в пределах 50,0 ± 0,2 Гц, не выходя за пределы 50,0 ± 0,4 Гц. В 2007 году Электроэнергетическим советом СНГ утверждены «Правила и рекомендации по регулированию частоты и перетоков» более жесткие нормы к качеству регулирования частоты и мощности энергосистемами. Согласно данному документу, должно обеспечиваться удержание нормального уровня частоты в пределах 50,0 ± 0,05 Гц с допустимым уровнем частоты тока в пределах 50,0 ± 0,2 Гц с восстановлением нормального уровня за время не более 15 минут [7, 8].

Различают три вида регулирования частоты тока в энергосистеме: первичное, вторичное и третичное.

Первичное регулирование частоты осуществляется автоматическими регуляторами частоты вращения (АРЧВ) турбин. Назначение первичного регулирования заключается в удержании частоты в допустимых пределах при нарушении баланса мощности [9].

Вторичное регулирование частоты — процесс восстановления планового баланса мощности путём использования вторичной регулирующей мощности для

компенсации возникшего небаланса, ликвидации перегрузки транзитных связей, восстановления частоты и использованных при первичном регулировании резервов первичной регулирующей мощности.

Третичное регулирование используется для восстановления резервов первичного и вторичного регулирования и для оказания взаимопомощи энергосистемам при неспособности отдельных энергосистем в составе ОЭС самостоятельно обеспечить вторичное регулирование.

В свою очередь первичное регулирование подразделяется на общее и нормированное.

Под общим первичным регулированием частоты (ОПРЧ) понимается первичное регулирование, осуществляемое в меру имеющихся возможностей всеми электростанциями (за исключением энергоблоков АЭС с реакторами типа РБМК и БН), в зависимости от характеристик регуляторов скорости турбин, заданных техническими правилами, при поддержке системами регулирования производительности котлов и реакторов и в соответствии с действующими нормативами. ОПРЧ имеет целью сохранение энергоснабжения потребителей и функционирования электростанций при аварийных отклонениях частоты [10].

Под нормированным первичным регулированием частоты (НПРЧ) понимается часть первичного регулирования, осуществляемая в целях обеспечения гарантированного качества первичного регулирования и повышения надёжности энергообъединения выделенными электростанциями (энергоблоками) нормированного первичного регулирования, на которых запланированы и постоянно поддерживаются резервы первичного регулирования, обеспечено их эффективное использование в соответствии с заданными для НПРЧ характеристиками (параметрами) первичного регулирования [10].

Требования к общему первичному регулированию частоты и мощности (ОПРЧ) для энергоблоков различных типов, включая парогазовые установки, определяются нормативным документом Системного оператора ЕЭС «Регулирование частоты и перетоков активной мощности в ЕЭС России» [8]. В части оказания си-

стемных услуг по нормированному первичному (НПРЧ) и автоматическому вторичному регулированию частоты и активной мощности (АВРЧМ) в энергосистеме для ПГУ принят стандарт Системного оператора «Нормы участия парогазовых и газотурбинных установок...» [11].

Согласно [10, 11], при скачкообразном отклонении частоты за пределы «мертвой полосы» первичного регулирования, вызывающем необходимость реализации первичной мощности (на загрузку или разгрузку) величиной 5% Nн0м и менее в пределах регулировочного диапазона, совокупность основного и вспомогательного оборудования ПГУ (ГТУ), режимы его работы, технологическая автоматика должны гарантированно обеспечивать динамику изменения первичной мощности не хуже следующей: 2,5% Рном - за 15 с и 5% Рном - за 30 с (т.е. 10% Рном/мин).

При скачкообразном отклонении частоты за пределы «мертвой полосы» первичного регулирования, вызывающем необходимость реализации первичной мощности более 5% Рном, ПГУ (ГТУ) должна гарантированно в пределах регулировочного диапазона выдать за 30 с часть требуемой первичной мощности в объеме 5% Рном, а оставшуюся часть требуемой первичной мощности - с характеристиками, удовлетворяющими требованиям к ОПРЧ для ПГУ (ГТУ) [11]. Т.е., согласно [8] реализацию первичной мощности в объеме 10% номинальной мощности генерирующего оборудования за время не более 2 мин (т.е. со скоростью 5% Рном/мин).

На рисунке 4 на основании требований Системного оператора к ПГУ и ГТУ приведены допустимые области изменения первичной мощности при снижении и повышении частоты в энергосистеме.

Рисунок 4. Допустимая область изменения первичной мощности ПГУ (ГТУ) при снижении (а) и повышении (б) частоты [11]

Требования к паротурбинным энергоблокам достаточно близки к ПГУ. Паротурбинные энергоблоки также должны принимать участие в первичном регулировании частоты тока. При скачкообразном отклонении частоты за пределы "мертвой полосы" первичного регулирования, вызывающем необходимость реализации первичной мощности энергоблоков тепловых электростанций (на загрузку или разгрузку) величиной 10% в пределах регулировочного диапазона, необходимо обеспечить динамику изменения первичной мощности с характеристиками, удовлетворяющими требованиям к ОПРЧ. Для тепловых электростанций, требуется реализация не менее половины требуемой величины изменения мощности за время не более 15 с., и всей требуемой первичной мощности не более 5 мин. для газомазутных энергоблоков и не более 6 мин. для пылеугольных энергоблоков (рисунок 5) [8, 12].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Москаленко Александр Борисович, 2023 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Системный оператор Единой энергетической системы // URL: www.so-ups.ru.

2. Gas Turbine World Handbook. - Pequot Publishing Inc, 2012. - Vol. 29. - 148 p.

3. Эффективные способы обеспечения базовой нагрузкой АЭС в энергосистемах / Р.З. Аминов, А.Ф. Шкрет, Е.Ю. Бурденкова, М.В. Гариевский // Теплоэнергетика. 2011. №5. С.10-15.

4. Сравнительная эффективность покрытия пиковых нагрузок в вариантах обеспечения базовой нагрузкой АЭС / Батенин В.М., Аминов Р.З., Шкрет А.Ф., Гариевский М.В. // Теплоэнергетика. 2012. №7. С. 70-78.

5. Аминов Р.З., Шкрет А.Ф., Гариевский М.В. К вопросу обеспечения режимных требований в условиях развивающейся атомной энергетики // Труды Академэнерго. 2013. №4. С.61-69.

6. ГОСТ 32144-2013. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. 2013.

7. Байрамов А.Н. Разработка научных основ повышения эффективности АЭС при комбинировании с водородным комплексом: дис.. докт. техн. наук: 05.14.01 / Байрамов Артем Николаевич; СГТУ - М., 2022. 397 с.

8. СТО 59012820.27.100.003-2012. Регулирование частоты и перетоков активной мощности в ЕЭС России. Нормы и требования (в редакции изменения, введенного в действие приказом ОАО СО ЕЭС от 29.07.2014 № 201). Утв. 05.12.2012.

9. Молчанов А.Ю. Технологические процессы и производства: Учебное пособие. М.: Изд-во Технологического института ЮФУ, 2008. 360 с.

10. Гариевский М.В. Повышение эффективности ПГУ в переменных режимах на основе учета ресурсных показателей: дисс.. канд. техн. наук: 05.14.01 / Гариевский Михаил Васильевич; СГТУ. - М., 2021. 139 с.

11. СТО 59012820.27.100.004-2016. Нормы участия парогазовых и газотурбинных установок в нормированном первичном регулировании частоты и автоматическом вторичном регулировании частоты и перетоков активной мощности. Утв. 13.09.2016.

12. СТО 59012820.27.100.002-2013 Нормы участия энергоблоков тепловых электростанций в номированном первичном регулировании частоты и автоматическом вторичном регулировании частоты и перетоков активной мощности. Утв. 25.04.2013.

13. Биленко В. А., Маневская О. А., Меламед А. Д. Результаты испытаний системы автоматического регулирования частоты и мощности энергоблока ПГУ-450 Калининградской ТЭЦ-2 // Теплоэнергетика. 2008. №. 10. С. 52-60.

14. Технологические процессы выработки электроэнергии на ТЭС и ГЭС: учебное пособие / Н.Н. Галашов; Томский политехнический университет. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2012. -200 с.

15. Костюк А.Г., Фролов В.В. и др. Турбины тепловых и атомных электрических станций: Учебник для вузов / под ред. Костюка А.Г., Фролова В.В. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Издательство МЭИ, 2001. - 488 с.

16. Иевлев А. В. Эксплуатация паротурбинных установок небольшой мощности [Текст]. - 3-е изд. - Москва : Энергия, 1971. - 352 с.

17. Иванов В.А. Стационарные и переходные режимы мощных паротурбинных установок [Текст] / Под ред. И. И. Кириллова. - Ленинград : Энергия. Ленингр. отд-ние, 1971. - 280 с.

18. Патент № 2583178 С2 Российская Федерация, МПК F01D 17/18, F01K 13/02. Паротурбинная установка (варианты) и корпус паровой турбины : № 2011128793/06 : заявл. 13.07.2011 : опубл. 10.05.2016 / К. Мундра, Н. Эрнан-дес Санчес ; заявитель Дженерал Электрик Компани.

19. Методические положения учета особенностей ПГУ при оптимальном распределении тепловой и электрической нагрузки на ТЭЦ со сложным

составом оборудования / Э.К. Аракелян, А.В. Андрюшин, С.Ю. Бурцев и др. // Теплоэнергетика. 2015. № 5. С. 27-32.

20. Ольховский Г.Г. Парогазовые установки: вчера, сегодня, завтра (обзор) // Теплоэнергетика. 2016. № 7. С. 38-45.

21. Создание и освоение отечественной теплофикационной парогазовой установки / Березинец П.А., Гриненко В.М., Долинин И.В., Кондратьев В.Н., Копсов А.Я., Костюк Р.И., Ольховский Г.Г., Петров Ю.В., Радин Ю.А. // Теплоэнергетика. 2011. № 6. С. 4-11.

22. Ольховский Г.Г., Трушечкин В.П. Перспективы повышения экономичности ГТУ и ПГУ // Электрические станции. 2013. № 1 (978). С. 2-7.

23. Расширение регулировочного диапазона парогазовых установок ПГУ-450 / Г.Г. Ольховский, Ю.А. Радин, О.Н. Макаров, А.С. Осыка, В.П. Трушечкин // Электрические станции. 2015. № 3 (1004). С. 2-9.

24. Трухний А.Д. Исследование работы ПГУ утилизационного типа при частичных нагрузках ч. 1. Объект и методика проведения исследований // Теплоэнергетика. 1999. № 1. С. 27-31.

25. Трухний А.Д. Исследование работы ПГУ утилизационного типа при частичных нагрузках. Ч. 2 // Теплоэнергетика. 1999. № 7. С. 54-59.

26. Березинец П.А. Разработка и исследование циклов, схем и режимов работы парогазовых установок: дисс. ... докт. техн. наук: 05.14.14 / Березинец Павел Андреевич; ВТИ. - М., 2012. 238 с.

27. Березинец П.А., Крашенинников В.Г., Костюк Р.И. Динамические характеристики парогазовой установки Северо-Западной ТЭЦ Санкт-Петербурга // Электрические станции. 2001. № 7. С. 5-11.

28. Березинец П.А., Васильев М.К., Костин Ю.А. Анализ схем бинарных ПГУ на базе перспективной ГТУ // Теплоэнергетика. 2001. № 5. С. 18-30.

29. Аракелян Э.К., Болонов В.О., Сахаров К.В. Выбор оптимальных режимов работы бинарных ПГУ на пониженных нагрузках // Новое в российской электроэнергетике. 2011. № 11. С. 5-13.

30. Аракелян Э.К., Болонов В.О. Выбор оптимальных режимов электростанций с ПГУ // Новое в российской электроэнергетике. 2009. № 1. С. 516.

31. Болонов В.О., Аракелян Э.К. Оптимальное управление режимами работы оборудования ТЭЦ с ПГУ // Теплоэнергетика. 2007. № 11. С. 69-77.

32. Сахаров К.В. Выбор оптимальных режимов эксплуатации энергоблоков ПГУ при участии их в регулировании мощности энергосистемы: дисс. ... канд. техн. наук: 05.13.06 / Константин Валерьевич Сахаров; МЭИ (техн. унив.). Москва, 2013. 106 с.

33. Болонов В.О. Выбор оптимальных режимов электростанций с ПГУ: дисс. канд. техн. наук: 05.13.06 / Болонов Владислав Олегович; МЭИ. -М., 2008. 220 с.

34. Андрюшин К.А. Выбор оптимальных эксплуатационных режимов теплофикационных ПГУ в условиях переменных графиков энергопотребления (на примере ПГУ-450Т): дисс.. канд. техн. наук: 05.14.01 / К.А. Андрюшин; МЭИ (техн. унив.). - М., 2022. - 168 С.

35. Исследование технической и экономической целесообразности работы ПГУ-450 в режимах ГТУ-ТЭЦ / Э.К. Аракелян, А.В. Андрюшин, С.Ю. Бурцев, К.А. Андрюшин // Теплоэнергетика. 2018. № 12. С. 53-64.

36. Газотурбинные и парогазовые установки тепловых электростанций: учебное пособие для вузов / С.В. Цанев, В.Д. Буров, А.Н. Ремезов; под ред. С.В. Цанева. 3-е изд., М.: Издательский дом МЭИ, 2009. 584 с.

37. Кудинов, А. А. Повышение экономичности ПГУ-450 за счёт промежуточного перегрева водяного пара в двухконтурном котле-утилизаторе / А. А. Кудинов, С. К. Зиганшина, К. Р. Хусаинов // Энергетик. - 2023. - № 2. -С. 13-15.

38. Кудинов, А. А. Повышение энергоэффективности двухконтурной парогазовой установки за счет промежуточного перегрева водяного пара / А. А. Кудинов, С. К. Зиганшина, К. Р. Хусаинов // Развитие методов прикладной

математики для решения междисциплинарных, проблем энергетики : Материалы I Всероссийской научно-технической конференции с международным участием, Ульяновск, 06-07 октября 2021 года. - Ульяновск: Ульяновский государственный технический университет, 2021. - С. 156-161.

39. Кудинов, А. А. Повышение эффективности парогазовой установки за счет промежуточного охлаждения циклового воздуха турбинным конденсатом / А. А. Кудинов, С. К. Зиганшина, К. Р. Хусаинов // Градостроительство и архитектура. - 2023. - Т. 13, № 2(51). - С., 64-72.

40. Паровые и газовые турбины для электростанций: учебник для вузов / А.Г. Костюк, В.В. Фролов, А.Е. Булкин, А.Д. Трухний; под ред. А.Г. Ко-стюка. - М.: Издательский дом МЭИ, 2016. - 557 с.

41. Радин Ю.А. Исследование и улучшение маневренности парогазовых установок: дисс. ... докт. техн. наук: 05.14.14 / Радин Юрий Анатольевич; ВТИ - М., 2013. 209 с.

42. Теплов Б.Д., Радин Ю.А. Повышение маневренности и экономической эффективности эксплуатации ПГУ в условиях оптового рынка электроэнергии и мощности // Теплоэнергетика. 2019. № 5. С. 39-47.

43. Радин Ю.А., Конторович Т.С., Молчанов К.А. Эффективность моделирования пусков парогазовых установок из горячего состояния // Теплоэнергетика. 2015. № 9. С. 18-23.

44. Радин Ю.А., Конторович Т.С., Смышляев В.Б. Методические основы построения графиков-заданий пусков парогазовых установок с учетом накопления поврежденности // Теплоэнергетика. 2018. № 10. С. 34-40.

45. Эффективность глубоких разгрузок парогазовых полиблоков с "горячим" резервированием части остановленного оборудования / Ю.А. Радин, В.И. Гомболевский, В.Б. Смышляев, Д.В. Руденко // Электрические станции. 2017. № 11 (1036). С. 17-22.

46. Радин Ю.А., Ленев С.Н., Истомов А.И. Оптимизация графиков-заданий пусков ПГУ-450 по термонапряженному состоянию критических элементов парового тракта // Газотурбинные технологии. 2020. № 7 (174). С. 3031.

47. Мошкарин А.В., Шелыгин Б.Л., Жамлиханов Т.А. Режимные характеристики ГТЭ-110 для энергоблока ПГУ-325 // Вестник ИГЭУ. 2010. №2. С. 1-5.

48. Шелыгин Б.Л., Мошкарин А.В., Жамлиханов Т.А. Анализ характеристик котла-утилизатора П-88 в переменных режимах работы ПГУ-325 // Энергосбережение и водоподготовка. 2010. № 6. С. 27-29.

49. Усов С.В., Казаров С.А. Режимы тепловых электростанций. Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1985. 240 с.

50. Надежность электроэнергетических систем. Справочник. Том 2 / Под ред. М.Н. Розанова. М.: Энергоатомиздат, 2000. 568 с.

51. Бабурин, Б.Л., Файн И.Л. Экономическое обоснование гидроэнер-гостроительства. М.: Энергия, 1975. 120 с.

52. Папян С.К. Корельщтейн Б.Ю., Козлов Б.К. Оценка влияния переменных режимов работы блока КЭС на технико-экономические показатели // Электрические станции. 1977. №3. С.47-51.

53. Синьков В.М., Заика А.А., Синьков М.В. О Критерии выбора наивыгоднейшего состава работающего оборудования ТЭС // Электрические станции. 1971. №10.

54. Zhang Tongjun Methods of Improving the Efficiency of Thermal Power Plants. Journal of Physics: Conference Series. 2020. Vol. 1449. 012001. DOI:10.1088/1742-6596/1449/1/012001.

55. Somchart Chantasiriwan Investigation of the use of steam coil preheater to increase the net efficiency of thermal power plant // Case Studies in Thermal Engineering. 2022. Volume 38. 102344. DOI: 10.1016/j.csite.2022.102344.

56. Zdravko N. Milovanovic, Dejan Lj. Brankovic, Valentina Z. Janicic Milovanovic 10 - Efficiency of condensing thermal power plant as a complex sys-

tem—An algorithm for assessing and improving energy efficiency and reliability during operation and, maintenance // Reliability Modeling in Industry 4.0. 2023. P. 233-325. DOI: 10.1016/B978-0-323-99204-6.00005-4.

57. C.P. Mammadova, A.P. Abdullayev and I.V. Musazade Improving the efficiency of thermal power plants research methods // UNEC Journal of Engineering and Applied Sciences. 2023. Vol. 3. pp. 21-27.

58. Weibing Wang, Xudong Wang, Dongju Liu IP Start-up Control for 300MW Turbine Unit with Bypass // Procedia Engineering. 2011. Vol. 16. pp. 493498.

59. W Sun and Y Wang Selection of steam turbine bypass system // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2019. Vol. 354. 012066. DOI: 10.1088/1755-1315/354/1/012066.

60. Радин. Ю.А. Влияние типа парораспределения паровых турбин ПГУ на эффективность их эксплуатации // Теплоэнергетика. 2012. № 9. С. 5862.

61. Хуршудян С.Р. Оптимизация режимов ПГУ при участии ее в регулировании мощности и частоты в энергосистеме (на примере ПГУ450): дисс. ... канд. техн. наук: 05.13.06 / С.Р. Хуршудян; МЭИ (техн. унив.). - М., 2014. -147 с.

62. Трухний А. Д. Стационарные паровые турбины. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 640 с.

63. Радин Ю.А. Освоение первых отечественных бинарных парогазовых установок // Теплоэнергетика. 2006. № 7. С. 4-13.

64. Зарянкин А.Е, Рогалев А.Н., Носкова М.А. Сравнительный анализ соплового и дроссельного парораспределения в энергетических паровых турбинах // Естественные и технические науки. 2013. № 5 (67). С. 220 — 228.

65. Щегляев А.В. Паровые турбины. Теория теплового процесса и конструкции турбин, 1993. 384с.

66. Патент № 2757317 С1 Российская Федерация, МПК F01K 13/02. Способ эксплуатации парогазовой установки с участием в первичном регулировании частоты : № 2020141234 : заявл. 14.12.2020 : опубл. 13.10.2021 / Р.З. Аминов, А.Б. Москаленко.

67. Щукин А.А., Сушкин И.Н. и др. Теплотехника / под ред. Сушкина И.Н. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Издательство Металлургия, 1973. - 479 с.

68. Самойлович Г.С., Трояновский Б.М. Переменные и переходные режимы в паровых турбинах. - М.: Энергоатомиздат, 1982. - 496 с..

69. Экономика энергетики : учебное пособие для вузов / Н.Д. Рогалёв, А.Г. Зубкова, И.В. Мастерова и др. ; под ред. Н.Д. Рогалёва. - М. : Издательство МЭИ, 2005. - 288 с.

70. Карачев, А. И. Надежность эксплуатации современных парогазовых установок / А. И. Карачев, И. В. Будаков, В. С. Рабенко // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. - 2008. - № 2. - С. 1622.

71. Паровая турбина К-500-240 ХТГЗ / Под ред. В.Н. Саввина. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 264 с.

72. Опыт сжигания экибастузских углей в котлах энергоблоков 500 МВт Экибастузских ГРЭС / В. В. Гордеев, И. А. Сотников, А. А. Смышляев и др. // Теплоэнергетика. - 1999. - № 9. - С. 13-22.

73. Мошкарин, А. В. Влияние определяющих факторов на изменение мощности ПГУ-325 / А. В. Мошкарин, Б. Л. Шелыгин, Т. А. Жамлиханов // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. -2010. - № 4. - С. 13-15.

74. Мошкарин, А. В. Влияние направляющего аппарата компрессора ГТЭ-110 на показатели работы блока ПГУ-325 / А. В. Мошкарин, Б. Л. Шелы-гин, Т. А. Жамлиханов // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. - 2010. - № 3. - С. 6-11.

75. Муравьев И.К., Коровкин А.В., Шитов Р.А. Исследование режимов работы газовой турбины ГТЭ-110 по условиям ограничения выбросов оксида азота на парогазовых энергоблоках // Вестник ИГЭУ. 2020. № 1. С. 11-21.

76. Аминов Р.З., Гариевский М.В. Эффективность работы парогазовых ТЭЦ при переменных электрических нагрузках с учетом износа оборудования // Проблемы энергетики. 2018. № 20. С. 10-22.

77. Исследование цены на условное топливо на примере анализа стоимости энергоресурсов / Р. Р. Хамзин, Н. С. Кринжини др. // Энерго- и ресурсосбережение. Энергообеспечение. — Екатеринбург : УрФУ, 2015. — С. 255258.

78. Aminov, R. Z. Optimal gas turbine inlet temperature for cyclic operation [Text] / R. Z. Aminov, A. B. Moskalenko, A. I. Kozhevnikov // Journal of Physics: Conference Series, Saratov, 30 October - 01 November 2018. Vol. 1111, . - Saratov: Institute of Physics Publishing, 2018. - P. 012046. - DOI 10.1088/17426596/1111/1/012046.

79. Aminov, R. Z. Estimation of resource capabilities of the NPP turbine unit under the primary frequency control of the current in the power system [Text] / R. Z. Aminov, A. N. Bairamov, A. B. Moskalenko // IOP Conference Series: Materials Science and, Engineering : 4th International Scientific and Technical Conference on Energy Systems, ICES 2019, Belgorod, 31 October - 01 November 2019. Vol. 791. - Belgorod: Institute of Physics Publishing, 2020. - P. 012004. - DOI 10.1088/1757-899X/791/1/012004.

80. Аминов Р. З., Москаленко А. Б. Оценка эффективности использования паровых турбин с обводным парораспределением при участии в первичном регулировании частоты тока в энергосистеме. Энергобезопасность и энергосбережение. 2021. № 5. С. 9-17., DOI: 10.18635/2071-2219-2021-5-9-17.

81. Паровые турбины и паротурбинные установки / И.И. Кириллов, В.А. Иванов, А.И. Кириллов. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1978. - 276 с.

82. РД 34.30.701. Типовая энергетическая характеристика турбоагрегата К-500-240-2 ХТГЗ. Утв. 02.07.1985.

83. Аминов Р. З. Оценка эффективности обводного парораспределения на паротурбинных энергоблоках, участвующих в первичном регулировании частоты / Р. З. Аминов, А. Б. Москаленко // Энергетик. - 2023. - № 2. - С. 4-7.

84. Котельные установки и парогенераторы (конструкционные характеристики энергетических котельных агрегатов): Справочное пособие для курсового и дипломного проектирования / Сост. Е.А. Бойко, Т.И. Охорзина; КГТУ. Красноярск, 2003. 223 с.

85. Москаленко А. Б. Определение оптимальных экономических затрат на модернизацию паровых турбин парогазовых установок для участия в первичном регулировании частоты тока в энергосистеме / А. Б. Москаленко // Энергоэффективные технологии в строительстве, -022. - С.149-154, энергетике и жилищно-коммунальном хозяйстве : Сборник научных трудов II научно-технической конференции студентов и аспирантов с международным участием, Ульяновск, 30 сентября 2022 года. - Ульяновск: Ульяновский государственный технический университет, 2022. - С. 149-154.