Характеристика рабочего процесса ТЭС

Осуществление непрерывного процесса превращения теплоты в работу с использованием ограниченного объема рабочего тела возможно лишь при осуществлении круговых процессов (циклов) изменения его состояния. Согласно второму закону термодинамики

или

Это значит, что сообщение (отъем) теплоты рабочему телу (±dQ) вызывает соответствующее по знаку изменение энтропии {±dS). Напомним, что энтропия как функция состояния рабочего те­ла отражает степень рассеивания энергии в окружающей среде. В круговых процессах изменение состояния рабочего тела ∫dS = O. Следовательно, для осуществления таких процессов необходимы как положительное, так и отрицательное изменение энтропии, т. е. для осуществления круговых процессов необходим как подвод, так и отвод теплоты для возвращения рабочего тела в исходное состояние.

а количество отведенной теплоты

Количество теплоты, подведенной к рабочему телу, может быть выражено как

 

где Т- средняя температура процесса подвода или отвода теплоты.

Сущность рабочего процесса на ТЭС составляет последова­тельность энергетических превращений. Для каждой стадии этого процесса справедлив закон сохранения вещества и энергии, т. е. со­ответствие между подведенной энергией, полезной составляющей и потерями энергии:

где Q_mil - количество теплоты, превращенной в работу в идеаль­ном цикле.

Используя понятие о средних температурах и тепловом экви­валенте работы, можно представить это уравнение в следующем виде:

 

или, выражая работу в кВт-ч,

Откуда термический коэффициент полезного действия

Таким образом, термический КПД идеального кругового про­цесса будет зависеть от относительной величины (Г_отв / Г_подв), тео­ретически неизбежных при данной форме и параметрах цикла по­терь теплоты в «холодный источник».

В рабочем процессе ТЭС в качестве подведенной энергии рас­сматривается химическая энергия сожженного топлива (Q_подв =В Q_Н^Р). Конечным продуктом этого процесса на КЭС является электроэнер­гия (Q_пол = 860 W), а на ТЭЦ - электроэнергия и теплота, отпущенная из регулируемых отборов турбин потребителям (Q_пол = 860 W + Q_т ). Исходя из этого, можно тепловой баланс электростанции предста­вить в следующем виде:

где В и Q_Н^Р - расход и теплота сгорания топлива;

W - выработка электроэнергии;

∑Q_пот - сумма потерь теплоты в рабочем процессе ТЭС;

Q_т - отпуск теплоты внешним потребителям.

Состав потерь в рабочем процессе ТЭС является вполне определенным:

 

• теоретически неизбежные потери в холодный источник, ве-­
личина которых определяется термическим КПД процесса, состав­
ляющим 40-60%;

• дополнительные потери в холодный источник вследствие от­-
клонения реальных процессов от идеальных, величина которых опре­
деляется внутренним относительным КПД турбин, равным 82-87%;

• потери теплоты в котлоагрегатах, величина которых опре-­
деляется КПД энергетических котлов, равным 87-92%;

• механические и электрические потери, которые играют
скромную роль в тепловом балансе, так как механический КПД
турбин и электрический КПД генераторов составляют 97-99%
каждый;

• потери рассеивания теплоты в окружающей среде характе­-
ризуются величиной КПД теплового потока, равной 97-99%;

• потери вследствие затрат электроэнергии и теплоты на
собственные нужды ГЭС составляют 5-10%.

Наличие затрат энергии на собственные нужды ТЭС вызывает необходимость рассматривать две категории показателей тепловой экономичности станций:

• брутто, исчисляемые по выработке энергии;

• нетто, определяемые по отпущенной энергии.

В качестве основных показателей тепловой экономичности процесса могут служить коэффициент полезного действия:

При известной общей энергетической эффективности процес­са энергопроизводства можно определить расход топлива на выра­ботку или отпуск энергоносителей:

При известных величинах отпуска или выработки электро­энергии и теплоты, а также расходов топлива на эти цели появляет­ся возможность определить удельные расходы топлива

на выработку электроэнергии, кг у. т./кВт-ч:

• на выработку теплоты, кг у. т./Гкал:

Из этих соотношений следует, что если бы процесс энергопро­изводства шел без потерь, т. е. г]_э = 100% и г|_т= 100%, тогда мини­мально возможный расход топлива на выработку теплоты составил бы 143 кг у. т./Гкал, а на выработку электроэнергии 123 кг у. т./кВт-ч.