Электростанции
Навигация
- Меню сайта
Определение потерь мощности и энергии. Стоимость потерь
|
Несмотря на усилия, направленные на повышение уровня полезного использования энергетических ресурсов, этот уровень все еще остается низким и не превосходит 29—30%. Потери в различных областях энергетического хозяйства составляют примерно 70% всего потенциального тепла используемых энергоресурсов. Основные потери тепла, топлива и электроэнергии приходятся на: двигатели и механизмы (в основном транспортного назначения), непосредственно использующие топливо,—35—40% всех потерь; электростанции — 25%; промышленные огневые печи— 17%.
Коэффициент полезного действия современных тепловых электростанций не превышает 40%. При передаче энергии от вала генератора на вал двигателя суммарные потери энергии в генераторах, сетях, трансформаторах и двигателях составляют около 30% всей выработанной на станции энергии. Из них примерно до 18% приходится на электрические сети.
Приведенные данные показывают, что значительная часть установленной мощности электрических станций предназначена для покрытия потерь мощности и энергии в электрических системах. В системе на электростанциях приходится устанавливать дополнительные турбогенераторы, котлы и т. д. Этим объясняется наличие в выражении капиталовложений (3.1) членов, учитывающих затраты на покрытие потерь мощности и энергии. Важное значение имеют методы определения этих потерь. Рассмотрим выражения для определения потерь мощности в основных элементах электрических сетей.
В связи с созданием объединенных энергетических систем, увеличением мощностей, протяженностей и напряжений электропередач возросли потери, вызванные протеканием- емкостных токов линий. Поэтому приведем формулы потерь мощности линии передачи с учетом равномерности распределения ее параметров, полученные на основе уравнений линий в гиперболических функциях: или, принимая во внимание соотношение (3.12), получим
АР = (АЛСЛ + АЛСЛ) U\ + (B'nD'„ + BnD'n) l\ + + 2
B'£'a) P2+2 (AnDji—ВЛСЛ) Q2. (3.15)
Первое и второе слагаемые выражения (3.15) представляют потери активной мощности в режимах соответственно холостого хода при напряжении в конце U2 и короткого замыкания при токе. Действительно, потери активной мощности в этих режимах составят
Сравнение полученных выражений потерь активной мощности с аналогичными выражениями для однородной линии электропередачи показывает, что они имеют одинаковую структуру.
Потери мощности в двух-обмоточных трансформаторах определяются по формуле, где АР — потери мощности холостого хода в трансформаторе, кВт; ДРн — нагрузочные потери мощности в обмотках высшего и низшего напряжений трансформатора при номинальной нагрузке, кВт; S—расчетная нагрузка трансформатора, МВ-А; 5Н — номинальная мощность, MB/А.
Потери мощности в трех-обмоточных трансформаторах определяются по формуле, где А Рх.х — потери мощности холостого хода в трансформаторе, кВт; АРВ, АРС, АРН — нагрузочные потери мощности в обмотках высшего, среднего и низшего напряжений при номинальной мощности трансформатора, кВт; 5Р.В, 5Р.С, 5Р.Н — расчетные нагрузки обмоток высшего, среднего и низшего напряжений трансформатора, МВ-А; S„ — номинальная мощность трансформатора, MB/А.
При заданных потерях мощности АР, АРС-Н, ЩЩ соответствующих передаче номинальной мощности из одной обмотки трансформатора в другую («в», «с», «н» — индексы обмоток), потери в отдельных обмотках определяются из выражений:
По этим формулам с достаточной для расчетов точностью могут быть определены также потери мощности в автотрансформаторах.
Потери мощности в статических конденсаторах, включенных параллельно (шунтовые батареи), могут быть найдены из соотношения, где kK — коэффициент потерь, равный для отечественных конденсаторов 0,003 кВт/кВ'А; QH—номинальная мощность батареи, кВ/А.
Потери мощности в установках последовательной конденсаторной компенсации
Потери мощности в синхронных компенсаторах могут быть определены аналогично потерям в двухобмоточных трансформаторах по формуле.
Для шунтирующих реакторов потери мощности, где — коэффициент потерь; для отечественных реакторов 35 и 40 кВ = 0,005 кВт/кВ-А, для реакторов 500 кВ kp= = 0,006 кВт/кВ'А; QH—номинальная мощность реактора,кВ/А.
На основе потерь мощности могут быть определены потери энергии.
Для определения потерь электроэнергии на нагревание в проводах иногда используется понятие среднеквадратичного тока — условного тока, неизменного по величине, который, протекая по линии в течение данного времени t, создает те же потери энергии, что и рабочий ток линии при работе ее по действительному графику. Обозначив среднеквадратичный ток через /ск, можно написать.
Время потерь т часто определяют по кривым, если известно время использования максимума Ттах. Время использования максимума Гтах показывает число часов, в течение которых линия, работая с максимальной нагрузкой, выдает потребителю энергий, доставляемую линией за год при работе по действительному графику. Следовательно,
Каждая группа потребителей имеет характерный для нее график нагрузки и соответствующее значение Гтах- Так, например, ориентировочно можно указать следующие значения Ттлх: для внутреннего освещения— 1500—2000; наружного освещения — 2000—3000; промпредприятия: односменного — 2000—2500; двухсменного — 3000—4500; трехсменного — 3000—7000 ч. Зная Тщах, можно по кривым т=ф(Гтах) найти время потерь. Для типичного суточного графика, имеющего снижение нагрузки ночью и утренний или вечерний максимум, т можно определить по табл. 3.1.
При одноступенчатом графике нагрузки, когда часть времени нагрузки постоянна, а часть равна нулю, время потерь равно числу часов использования максимума нагрузки (т = j1^). В случае равномерной нагрузки с кратковременным резко выраженным максимумом время потерь. При характерном графике определение х должно производиться на основе этого графика.
В линиях электропередачи напряжением не выше 110—220 кВ потери электроэнергии обычно определяются нагреванием проводов. Для линий напряжением 330 кВ и выше необходимо также учитывать потери на корону, которые подсчитываются по удельным среднегодовым потерям мощности, взятым в соответствии с климатическими условиями района для расчетного электростатического градиента на основе опытных данных. Для ориентировочных расчетов потери на корону могут быть определены по данным табл. 3.2, где пг — число трансформаторов, включенных в течение tx часов в году; пг — число трансформаторов, включенных U часов; АРхх— потери в стали одного трансформатора; АРМ — потери в меди одного трансформатора при номинальной его нагрузке; 5СК — среднеквадратичная мощность за время tx работы пг трансформаторов; ЩЯ— среднеквадратичная мощность за время t2 работы п2 трансформаторов; SH — номинальная мощность одного трансформатора.
Аналогично подсчитываются потери энергии в синхронных компенсаторах: где АРМ и А Рх.х — потери мощности в меди и стали синхронного компенсатора; t — продолжительность работы синхронного компенсатора.
Аналогично определяются потери электроэнергии в трехоб-моточных трансформаторах, автотрансформаторах и других элементах электрической сети.
В оценке потерь энергии можно было встретить различные мнения; они подробно рассмотрены в ряде работ. В настоящее время эта оценка производится по «Основным методическим положениям технико-экономических расчетов в энергетике», согласно которым затраты на энергию, обеспечивающую покрытие потерь, следует учитывать так же, как и затраты на полезно используемую энергию. При этом указывается, что исчисление затрат на электроэнергию при определении себестоимости продукции следует производить с учетом расходов на передачу ее по сетям и дифференцированно с учетом неравномерности графика нагрузки потребителя (Гтах) и степени участия его в максимуме нагрузки системы. Если тариф не удовлетворяет этим требованиям, то затраты на 1 кВт/ч определяются по формуле, где £е — средняя в энергосистеме себестоимость энергии, отпущенной с шин новых конденсационных электростанций, руб/кВт • ч.
Выражение (3.17) учитывает полные затраты на производство 1 кВт/ч электроэнергии, что достигается путем учета всех текущих затрат на производство энергии, складывающихся из топливной составляющей и расходов на амортизацию, заработную плату, текущие ремонты, а также учета процентных отчислений от стоимости электростанции k7a, топливодобычи и транспорта топлива.