Выработки механической

За десять лет (1970—1980 гг.) годовой прирост выработки гидроэнергии составит 67 млрд. кВт-ч. Если предположить, что за десятилетие (1980—-1990 гг.) производство гидроэнергии удвоится, т. е. возрастет со 180 (1980 г.) до 360 млрд. кВт-ч в 1990 г., то использование гидроресурсов страны достигнет примерно 36%.

Критерий максимума выработки энергии на шинах ГЭС является приближенным критерием и дает правильные результаты только в тех случаях, когда каждый киловатт-час гидроэнергии на любой ГЭС и в любой момент цикла регулирования экономит одинаковое количество топлива в стоимостном выражении. Расчеты по последнему критерию являются наиболее простыми в вычислительном отношении. Поэтому в тех случаях, когда расчеты по критериям максимума выработки гидроэнергии и минимума расходования топлива дают близкие результаты (а таких случаев немало), предпочтение отдается расчетам по приближенному критерию. Но даже если оба указанных критерия дают отличающиеся режимы ГЭС, расчеты по приближенному критерию также целесообразно производить—-получаемый по приближенному критерию режим ГЭС .может быть хорошим начальным приближением для расчетов по более строгому критерию.

Расчеты по критерию максимума выработки гидроэнергии могут проводиться для гарантированных и дефицитных по энергии условий и энергосистем: в таких случаях тепловые станции работают 'полной мощностью и для снижения дефицитов энергоснабжения нужно получать максимальную выработку гидроэнергии. При этом на основе отдельного расчета вначале требуется установить, в каком соотношении в разные интервалы расчетного периода времени должны находиться суммарные выработки энергии всех ГЭС. В последующем расчете по критерию максимума выработки гидроэнергии ищется оптимум при условии, что суммарная выработка гидроэнергии распределяется между разными расчетными интервалами времени в соответствии с ранее установленными соотношениями.

Заметим, что оптимизация режимов ГЭС в дефицитных по водности условиях может дать даже больший по размеру экономический эффект, нежели оптимизация режимов ГЭС в условиях избыточной проточности. Действительно, если повышение выработки гидроэнергии на каждый киловатт-час дает в условиях избыточной приточности экономию топливной составляющей издержек, то в маловодных условиях каждый дополнительный киловатт-час снижает ущерб, который может быть в десятки раз больше топливной составляющей.

Известно, что за счет привлечения оптимизационных методов удается улучшить режимы ГЭС по сравнению с режимами, рассчитанными без привлечения указанных методов, что дает экономию топлива в энергосистеме на величину Л2Я= 1— 2%', и увеличение выработки гидроэнергии на Д23ГЭС = 1—5%!. Получаемый топливно-энергетический эффект является достоверным, даже с учетом того, что погрешность получения и задания дифференциальных характеристик ГЭС в лучшем случае равна 5%'. Специально проведенные исследования [Л. 34, 81] показали, что погрешность 5% в дифференциальных характеристиках ГЭС обусловливает примерно такую же погрешность в величинах А2В или Д23ГЭС (а не в величинах 2В и 2ЭГЭС), и поэтому, очевидно, указанные цифры экономии ДЕ5 и А23ГЭС1 равные 1—5%, могут иметь отклонения порядка 0,05—0,25%.

В первой главе были рассмотрены различные критерии оптимальности. При использовании критерия максимума суммарной выработки гидроэнергии вместо Иг в (2-1) следует подставлять взятую со знаком минус суммарную выработку гидроэнергии 23ГЭС (. в интервале

Таким образом, отличие расчетов на максимум выработки гидроэнергии и на минимум расхода топлива формально заключается в разном подсчете значений Я,-. Однако если в первом случае подсчет 5ГЭС.

Таким образом, оптимизация сезонных режимов ГЭС по критериям максимума выработки гидроэнергии и минимума расхода топлива по затратам машинного времени примерно одинакова. Однако при расчетах по критерию минимума расхода топлива требуется трудоемкая подготовительная работа по построению характеристик вида (2-3). Большая трудоемкость этой подготовительной работы обусловлена тем, что при построении зависимостей (2-3) учитывается краткосрочная (суточная и недельная) оптимизация режимов электростанций внутри каждого расчетного интервала. Вопросы, связанные с построением среднеинтервальных характеристик (2-3), достаточно сложны и поэтому они вынесены в отдельную, 3-ю главу.

Продолжим рассмотрение вопросов оптимизации долгосрочных режимов ГЭС, предполагая, что среднеинтервальные характеристики (2-3) уже построены и представлены в виде специальных полиномов. Коль скоро эти зависимости построены, то оптимизация по критериям максимума выработки гидроэнергии или минимума расхода топлива лроизводится одинаково, поэтому ниже эти случаи не разделяются.

На рис. 2-10 и в табл. 2-1 показаны результаты таких экспериментальных расчетов для Камского каскада ГЭС (расчеты производились ! по критерию максимума выработки гидроэнергии, при учете двусторонних ограничений по ^ и (Зн.б)- Всего в данном примере было рассчитано шесть оптимальных режимов, от шести существенно разных начальных приближений, причем первые два режима считались по алгоритму, основанному на сочетании методов динамического программирования и покоординатного спуска, а остальные четыре режима — по алгоритму изложенного в данном параграфе градиентного метода.

После проведения подобных вычислений по всем расчетным интервалам определяются суммарные величины ^,Ш, ^Эгэс, ЯВ и Х// = 25-(-^^ (либо ^// = — 23гэс--)-2Я/ — при расчете по критерию максимума выработки гидроэнергии).

В теплосиловых установках энергия топлива сначала превращается в тепловую путем его сжигания, а полученная теплота используется для выработки механической энергии. Поскольку горение — неравновесный процесс, он связан с потерей работоспособности тем большей, чем ниже температура Т\ получаемых продуктов сгорания. Действительно, из формулы (5,31) видно, что эксергия рабочего тела в потоке е возрастает с увеличением Н\=срТ\, все более приближаясь по мере увеличения Т\ к теплоте реакции. В современных паровых кот-

Паровыми котлами называются устройства, предназначенные для получения необходимого количества пара определённого качества, который используется затем либо для выработки механической или электрической энергии, либо в качестве теплоносителя для отопительных и производственных установок.

Производство механической энергии до XIX в. было ничтожно мало. Только в течение последних полутора столетий с изобретением тепловых двигателей начинается быстрый рост выработки механической, а с конца XIX в. электрической энергии. Овладение производством механической, а затем и электрической энергии неотделимо от развития производительных сил человеческого общества, требующих все возрастающих количеств энергии, главным образом электрической. В недалеком будущем быстрое развитие благосостояния и прогресса человечества потребуют, как для удовлетворения простейших потребностей быта, так и для капитальных работ по изменению природы, таких расходов энергии, которые значительно превышают современный уровень ее потребления. Основой производства электрической знер- . гии современными способами, а также способами ближайшего будущего является превращение тепла топлива сначала в механическую, а затем в электрическую энергию. Пока трудно представить возможность глубоких изменений в способах превращения тепла, заключенного в топливе, в механическую работу. Нельзя предполагать, что человечество в течение неопределенно длительного времени будет пользоваться энергией, содержащейся в топливе, и энергией воды.

номичность выработки механической энергии, например в крупных турбоагрегатах тепловых электростанций. Усложнение агрегата обычно приходится допускать только в тех случаях, когда нужно осуществить какие-либо другие его функции, например маневренность, или взять от него не только механическую энергию, но и тепловую — в виде отборов пара и т. п.

Кроме того, огромные количества топлива расходуются для выработки механической энергии в двигателях, служащих для транспортных целей (автомобильных, авиационных, судовых двигателях, паровозах и телловозах).

При низкой температуре перед газовой турбиной Лб < Лп. В этих условиях целесообразно развивать паровую часть. В ПГУ на нее приходится 80—90% общей выработки механической энергии при относительном расходе пара d = 0,5-7-0,7 от расхода воздуха.

тавшего пара не является потерей, а полезно используется. Поэтому для оценки экономичности рассматриваемого процесса комбинированной выработки механической и тепловой энергии применяется понятие о степени использования тепла, под которой понимается отношение всего полезно использованного (в виде механической и тепловой энергии) тепла к количеству тепла, затраченного на образование пара. В термодинамическом цикле без использования тепла отработавшего пара степень использования тепла представляет собой не что иное как термодинамический к. п. д. цикла. Следовательно, в этом случае степень 'использования может достигать лишь 35—40%. В теоретическом цикле комбинированной выработки энергии, когда тепло отработавшего пара полностью используется на удовлетворение тепловых потребностей, степень использования тепла, очевидно, составляет 100%.

Из сравнения этих показателей видно, что процесс комбинированной выработки механической и тепловой энергии имеет огромное преимущества

Вырабатываемый в котельных установках пар имеет давление выше атмосферного и чаще всего находится в перегретом состоянии. Пар используется для выработки механической энергии паровыми турбинами или поршневыми паровыми машинами, а также для отопительных целей и различных производственных процессов, связанных с затратой тепла (варка, выпаривание, сушка, ректификация и др.).

Особенно существенно повлияло и влияет на изменение уровня использования топлива и энергии постепенное повышение доли их расхода для выработки механической энергии. Как показывает анализ топливно-энергетических балансов ряда основных капиталистических стран, развитие индустриализации их хозяйства, железнодорожного и водного транспорта, а за последние три-четыре десятилетия — автомобильного и авиационного транспорта, привело к росту удельного веса энергии, приходящейся на стационарные и нестационарные силовые процессы, с величины около 5% в 1900 г. до примерно 21—23% в 1960 г. с тенденцией повышения в последующие 20—25 лет до 30—35%.

Принципиальная схема паротурбинной установки с промежуточным перегревом пара представлена на рис. 1-2. Свежий пар по выходе из основного пароперегревателя 2 поступает в ЦВД, где отдает свою тепловую энергию для выработки механической энергии. Из ЦВД пар поступает к промежуточному пароперегревателю 3. После вторичного перегрева пар поступает в ЦНД 5, в которых расширяет-