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 Qmil - 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 (Готв / Гподв), 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 (Qподв =В QНР). Конечным продуктом этого процесса на КЭС является электроэнергия (Qпол = 860 W), а на ТЭЦ - электроэнергия и теплота, отпущенная из регулируемых отборов турбин потребителям (Qпол = 860 W + Qт ). Исходя из этого, можно тепловой баланс электростанции представить в следующем виде:
где В и QНР - расход и теплота сгорания топлива;
W - выработка электроэнергии;
∑Qпот - сумма потерь теплоты в рабочем процессе ТЭС;
Qт - 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.