Математическое моделирование и оптимизация низкопотенциального комплекса ТЭС и АЭС Май Владимир Александрович

Содержание к диссертации

Введение

2. Харакшжеика нпк тэс как объекта йсследования,обзор состояния йсследований и постановка задачи . 15

2.1. Особенности работы НПК ТЭС 15

2.2. Состояние исследований в области оптимизации параметров низкопотенциальной части паротурбинных электростанций 17

2.3. Постановка задачи 25

3. Методика оптимизации НПК ТЭС 32

3.1. Выделение объекта исследования 32

3.2. Оптжмизируемые параметры и используемые методы оптимизации 40

3.3. Методика динамики метеоусловий, нагрузок и состава работающего оборудования 45

3.4. Особенности оптимизации параметров ШЖ ТЭС в условиях неполной определенности исходной информации 57

4. Методика построения системы оігошальн0г0 проекти рования НЖ ТЭС 60

4.1. Математическое моделирование НПК 60

4.1.1. Паровая турбина 66

4.1.2. Конденсационное устройство 70

4.1.3. Водохранилище-охладитель 74

4.1.4. Градирни 80

4.1.5. Брызгальные устройства 87

4.1.6. "Сухие" охладители 90

4.1.7. Система циркуляционных водоводов 93

4.1.8. Насосная установка 95

4.1.9. Потребность ТЭС в добавочной воде 98

4.1.10. Учет ограничений на параметры НПК 100

4.2. Алгоритм расчета ШЖ и структура системы опти мального проектирования НИК ТЭС 102

4.2.1. Алгоритм расчета НПК 102

4.2.2. Структура системы оптимального проектирования ШІЖ ТЭС 106

5. Результаты оптимизационных исследований ШЖ АЭС 110

5.1. Оптимизация НПК АЭС с прямоточным и оборотным водоснабжением 110

5.1.1. Исходная информация 111

5.1.2. Оптимальное регулирование расхода охлаадающей воды 116

5.1.3. Исследование влияния внешних условий на оптимальные параметры НПК АЭС 126

5.2. Оптимизация НПК АЭС с системой комбинированного водоснабжения 155

5.2.1. Исследование влияния размеров охлади телей на параметры и показатели ШЖ

АЭС 157

5.2.2. Выбор оптимального профиля турбины , 166

5.2.3. Сопоставление вариантов расширения системы технического водоснабжения (при расширении АЭС) 168

5.2.4. О комплексном использовании водохра нилищ-охладителей АЭС 171

5.3. Другие применения работы 173

Заключение 177

Литература 183

Приложения 196

• Состояние исследований в области оптимизации параметров низкопотенциальной части паротурбинных электростанций
• Методика динамики метеоусловий, нагрузок и состава работающего оборудования
• Оптимизация НПК АЭС с системой комбинированного водоснабжения
• Другие применения работы

Введение к работе

В настоящее время в СССР более 80 всей электроэнергии вырабатывается на тепловых электростанциях , использующих органическое и ядерное топливо. Годовая выработка электроэнергии на ТЭС к 1985 году достигнет 1320...1360 млрд.кВт.ч, в том числе на АЭС -220...225 млрд.кВт.ч [l, 2]. Доля АЭС в общем производстве электроэнергии в стране составит U% и в дальнейшем будет расти. Значительные масштабы ввода мощностей на тепловых электростанциях обусловливают высокие требования, предъявляемые к качеству проектирования теплоэнергетических установок и ТЭС, к их экономической эффективности [з].

Одним из важных путей повышения эффективности мощных тепловых электростанций является экономически обоснованный выбор параметров низкопотенциального комплекса (ШЖ) паротурбинных установок, включающего части низкого давления турбоагрегатов, конденсационные устройства, водоохладители и систему водоводов и насосных станций. Растущий дефицит водных ресурсов во многих районах СССР является серьезным препятствием для сооружения крупных электростанций. Неуклонно увеличивается доля электростанций с оборотным водоснабжением цри почти полном исключении прямоточных систем водоснабжения. Следствием этого является увеличение сложности и капиталоемкости НИК ТЭС, что в свою очередь требует выполнения тщательного технико-экономического обоснования параметров и профиля ШЖ.

Ввод новых энергетических мощностей производится, как правило, не только на вновь сооружаемых электростанциях, но и на действующих ТЭС при их расширении. Это приводит к созданию ТЭС с несколькими типами турбоагрегатов и водоохлаждащих устройств, смешанных систем водоснабжения. В таких случаях задача оптимизации параметров НПК значительно усложняется.

В общем случае задача выбора оптимальных параметров НПК должна решаться цри выполнении технико-экономических исследований систем водоснабжения перспективных ТЭС, на различных стадиях проектирования, новых и расширяемых ТЭС и при выборе профиля нового турбинного оборудования,

В практике разработки и проектирования ТЭС в зависимости от того, параметры каких элементов оборудования и сооружений ШК электростанций задаются в качестве исходной информации, оптимизация параметров НІЖ соответствует решению по крайней мере пяти задач:

1. Определение оптимальных значений конечных параметров турбоустановок и характеристик системы водоснабжения для заданных типа турбоагрегата, размеров конденсационного устройства и местных условий. Такая задача решается при разработке проектов реальных ТЭС в случаях установки на электростанциях паротурбинных установок, не имеющих модификаций выполнения конденсационного устройства.

2. Определение оптимальных значений конечных параметров турбоустановки, характеристик конденсационной установки и системы водоснабжения для рассматриваемого типа турбоагрегата и заданных местных условий. Задачи этого типа решаются при разработке проектов реальных электростанций в случае использования на них паротурбинных установок, имеющих модификации выполнения конденсационного устройства. 3. Определение оптимальных значений конечных параметров турбоустановки, характеристик конденсационной установки и системы водоснабжвния для рассматриваемого типа турбоагрегата и заданных местных условий ряда характерных районов размещения электростанций с такими турбоагрегатами. Такая задача решается на стадии технико-экономического обоснования типа и параметров конденсационного устройства для заданного типа турбины.

4. Комплексное определение параметров всех элементов оборудования и сооружений НПК для заданных местных условий ряда характерных районов размещения электростанций с турбоагрегатами рассматриваемых типов. Эта наиболее общая задача решается на стадии разработки и проектирования турбоустановки.

5. Определение максимальной мощности электростанции, размещаемой на заданном водоохладителе, и оптимального развития системы технического водоснабжения при расширении электростанции.

Кроме этого, в проектной практике часто решаются задачи, связанные с технико-экономическим сравнением нескольких вариантов НІЖ, отличающихся параметрами оборудования или сооружений либо типом используемых водоохладителей, и выбором лучшего из них.

Сформулированные задачи решаются как для конденсационных ТЭС, работающих в базисной или лолупиковой частях графика нагрузки электроэнергетических систем, так и для ТЭЦ и АТЭЦ с турбоагрегатами различных типов, имеющих более сложный режим работы НПК.

На выбор оптимальных решений по НПК оказывают влияние местные условия площадок электростанций - климатические, топографические, гидрогеологические и др. Причем это влияние настолько велико, что задача определения оптимальных параметров и показателей НПК -даже при использовании типового проекта главного корпуса электростанции - для каждой ТЭС решается отдельно. Большая практическая значимость, сложность и необходимость многократного решения задачи оптимизации НПК ТЭС предопределяют целесообразность ее постановки на ЭВМ. Однако для действительно широкого использования ЭВМ при решении указанной задачи необходимо создание достаточно универсальной методики оптимальной разработки и цроектирования НПК ТЭС и соответствующего программно-вычислительного комплекса (ПВК), простого в обращении и цригодного для решения широкого круга задач, связанных с выбором оптимальных характеристик оборудования и сооружений НИК ТЭС.

Разработка такой методики требует решения ряда достаточно сложных методических и практических вопросов. Это обусловлено следующими особенностями задачи выбора оптимальных решений по НПК при проектировании ТЭС:

- необходимостью сопоставления большого числа возможных решений (по типу, количеству, параметрам и схеме соединения водоохла-дителей; характеристикам конденсационных устройств и циркуляционного тракта);

- необходимостью учета большого числа внешних условий (графика нагрузок энергоблоков, графика ремонтов основного оборудования НПК, климатических условий, стоимостных характеристик сооружения и эксплуатации оборудования НПК, замыкающих затрат на электроэнергию и топливо и др.);

- необходимостью рассмотрения большого числа режимов работы НПК в течение расчетного периода;

- неполной определенностью части исходной информации;

- большим объемом исходной информации;

- большим объемом вычислений;

- необходимостью учета ряда технических и экологических ограничений; - необходимостью увязки параметров и показателей НПК и паротурбинных установок ТЭС.

Следует отметить, что задача выбора оптимальных параметров и технологической схемы ШПК решается не только при цроектировании конкретных ТЭС, но и на стадии разработки серийных теплоэнергетических установок, что также должно приниматься во внимание при создании методики математического моделирования и оптимизации НПК ТЭС.

Задачей диссертационной работы является:

1) разработка единой методики проведения технико-экономических оптимизационных исследований НПК ТЭС с различными типами турбо агрегатов, различными типами систем технического водоснабжения с корректным учетом особенностей оборудования и сооружений НПК -как серийно выпускаемых, так и перспективных - и режимно-климати-ческих условий работы ТЭС;

2) создание специализированной системы оптимальной разработки и проектирования НПК ТЭС, позволяющей в соответствии с вышеупомянутой методикой решать широкий круг задач, связанных с выбором оптимальных параметров НПК ТЭС при относительно небольших затратах времени исследователями, не являщимися программистами;

3) проведение цикла оптимизационных исследований НПК ТЭС, подтвервдающих эффективность предлагаемой методики, непосредственно связанных с потребностями научно-исследовательских и проектных организаций и позволяющих им принимать более обоснованные решения по низкопотенциальной части проектируемых электростанций.

диссертация состоит из введения (первый раздел), основной части (четыре раздела) и заключения (шестой раздел). В первом разделе показана роль тепловых электростанций в энергетике страны, роль низкопотенциального комплекса электростанции, актуальность оптимального проектирования НПК ТЭС; приведена краткая характеристика задачи, структура диссертации. Во втором разделе рассмотрены особенности задачи оптимизации параметров ШЖ ТЭС, приведен обзор используемых методов ее решения; обосновывается постановка задачи и требования к методам ее решения. Третий раздел посвящен разработке методики оптимизации НПК ТЭС с различными водоохлаадаю-щими устройствами и различными схемами их соединения при совместной работе нескольких разнотипных групп охладителей. Показаны связи объекта исследования с паротурбинной установкой электростанции и более общими системами топливно-энергетического хозяйства и народного хозяйства в целом. Обоснован выбор оптимизируемых параметров НПК. В этом же разделе приведена методика у ета динамики метеоусловий, нагрузок и состава работающего оборудования, показаны особенности решения задачи оптимизации параметров НПК ТЭС в условиях неполной определенности исходной информации.

Четвертый раздел посвящен методике построения математической модели ШЖ ТЭС. Показаны особенности и алгоритм расчета НПК, дано описание моделей элементов оборудования и сооружений НЖ. Предложена структура системы оптимальной разработки и проектирования ШЖ ТЭС.

Пятый раздел посвящен результатам оптимизационных исследований НПК, выполненных с использованием разработанной единой методики оптимизационных исследований НПК, системы оптимальной разработки и проектирования ШЖ и ранее созданных программ для оптимизации НПК ТЭС на примере атомной электростанции. В первой части цредставлены результаты исследования необходимой подробности моделирования режимно-климатических условий работы НПК и влияния учета в математической модели регулирования расхода охлаждающей воды во время эксплуатации ТЭС. Кроме этого, представлены резуль II

таты исследования зависимости оптимальных значений основных параметров НПК от ряда внешних факторов и результаты оптимизации параметров НІЖ с учетом неоднозначности исходной информации. Во второй части этого раздела представлены результаты оптимизации параметров ШЖ АЭС с совместной работой двух водоохладителей -водохранилища ограниченных размеров и градирен. Рассмотрены вопросы выбора оптимального профиля турбины, сопоставления вариантов НІЖ с совместной и раздельной работой разнотипных охладителей, сопоставления различных вариантов увеличения производительности системы технического водоснабжения при расширении АЭС, а также некоторые вопросы комплексного использования водохранилищ-охладителей электростанций. 

В заключении приведены основные выводы диссертационной работы.

В методическом плане новым в диссертационной работе является следующее:

- Разработана единая методика моделирования и математическая модель НПК ТЭС, позволяющая проводить оптимизационные исследования НПК ТЭС с различными типами систем технического водоснабжения и корректным учетом режимно-климатических условий работы ТЭС. При этом выбор оптимальных параметров НПК впервые производится при оптимальном регулировании в течение года подачи охлаждающей воды на конденсаторы турбин и оптимальном распределении нагретой воды между совместно работающими охладителями.

- Разработанная методика предполагает рассмотрение всех паровых турбин (ПТ) и ШЖ всей электростанции как единого паротурбинного комплекса (НТК) ТЭС, в котором изменение параметров одного элемента приводит к изменению условий работы всех других элементов.

- Использован подход к решению задачи комплексной оптимизации НПК ТЭС, позволяющий на основе методов декомпозиции и эквивален-тирования корректно согласовывать решения по НПК и паротурбинным установкам. При этом каадая из частных моделей может быть разработана с достаточной точностью и подробностью описания охватываемого оборудования и сооружений.

- На базе указанной методики впервые создана система оптимальной разработки и проектирования НПК ТЭС, предназначенная для использования как при выполнении технико-экономических исследований НПК перспективных ТЭС, так и при проектировании новых и расширяемых ТЭС. Использование этой системы позволяет проектировщикам для заданного режима использования ТЭС и местных условий района сооружения ТЭС с минимальными затратами времени комплексно определять оптимальные значения основных параметров НІЖ, а также проводить оптимизационные исследования НПК ТЭС в широком диапазоне параметров, технологических схем и внешних условий с учетом неполной определенности части исходной информации.

- Разработанная методика и реализующая ее система оптимальной разработки и проектирования НПК позволили впервые провести оптимизационные исследования НПК ТЭС, отличающиеся широким диапазоном параметров и технологических схем, учетом фактора неопределенности при анализе исходных данных, выполнении исследований и интерпретации полученных результатов. Выполненные исследования позволили выявить взаимозависимость параметров ШЖ, влияние характеристик внешних связей на оптимальные параметры НПК ТЭС.

В дальнейшем разработанная система для удобства изложения называется короче - системой оптимального проектирования НПК ТЭС, На защиту выносятся:

- метод решения задачи комплексной оптимизации НПК ТЭС с различными типами систем технического водоснабжения с помощью математических моделей БЖ и ПТ;

- метод моделирования НІЖ ТЭС, позволяющий построить единую модель для исследования и оптимального проектирования ШИК ТЭС с различными типами систем технического водоснабжения и различными схемами соединения совместно работающих охладителей;

- система оптимальной разработки и проектирования НІЖ ТЭС, позволяющая проводить технико-экономические исследования и определять оптимальные параметры оборудования и сооружений НПК ТЭС

с различными типами систем водоснабжения в широком диапазоне изменения внешних условий;

- результаты технико-экономических оптимизационных исследований НПК (на примере АЭС с турбинами насыщенного пара), выполненных с помощью системы оптимальной разработки и проектирования ШЖ ТЭС.

Разработанные методы, математические модели, система оптимальной разработки и проектирования ШЖ ТЭС, реализованная на ЭВМ БЭСМ-6 и ЕС ЭВМ, а также результаты оптимизационных исследований многократно использовались для оценки эффективности принимаемых при проектировании решений по параметрам и характеристикам части низкого давления турбин, конденсаторов, водохранилища-охладителя, градирен и в целом ШЖ ТЭС и АЭС в проектных организациях (ВГНИПИИ АТЭП, его Киевское, Ростовское и Томское отделения) и при проведении оптимизационных исследований АЭС с водоводяными, канальными, жидкометаллическими и газоохлаждаемыми реакторами в СЭЙ СО АН СССР. Система оптимальной разработки и проектирования НПК ТЭС передана в ВГНИПИИ АТЭП и используется им при проектировании ШЖ тепловых и атомных электростанций.

Основные методические положения и результаты оптимизационных исследований докладывались и обсуждались на заседаниях: Научно-технического совета ВГНЙШЙ АТЭП (Москва - 1975), Всесоюзного научного семинара "Методы комплексной оптимизации установок по цреобразованию тепловой и атомной энергии в электрическую" (Москва - 1979 г., Иркутск - I98I г.).

По теме диссертации опубликовано 7 работ - статьи в дурналах и сборниках, разделы монографии.  

Состояние исследований в области оптимизации параметров низкопотенциальной части паротурбинных электростанций

В многочисленных исследованиях, выполненных в последнее время в СССР и за рубежом, большое внимание уделяется выбору оптимальных параметров и профиля оборудования и сооружений низкопотенциального комплекса паротурбинных установок. Это связано как с быстрым увеличением числа крупных электростанций и ростом мощностей энергоблоков, так и с непрерывно растущим дефицитом охлаадающей воды. При высокой стоимости современных крупных электростанций оптимизация параметров НПК тепловых электростанций может дать существенный экономический эффект.

Трудность решения этой задачи заключается в том, что оптимальные конструктивные, термодинамические, расходные параметры и профиль оборудования НПК определяются целым комплексом взаимосвязанных величин, относящихся к части низкого давления турбины, конденсационному устройству и системе водоснабжения. Кроме того, на оптимальные параметры большое влияние оказывают стоимость оборудования и топлива, местные климатические факторы и режимные условия работы блока. Правильное решение этой задачи может быть получено только в результате проведения технико-экономических расчетов, достаточно подробно учитывающих изменение капитальных и эксплуатационных затрат.

Ряд работ по выбору параметров НИК ТЭС основан на аналитических методах моделирования и оптимизации.

Разработанная в ЦЕПИ аналитическая методика расчета оптимальных конечных параметров крупных конденсационных турбоагрегатов [4-8] по сравнению с вариантным счетом значительно ускоряет и упрощает расчеты. Эта методика позволяет определить оптимальные значения таких характеристик БПК, как удельная нагрузка выхлопного сечения турбины, плотность орошения градирен (или удельная нагрузка активной зоны водохранилища-охладителя), кратность охлаждения и удельная паровая нагрузка конденсатора. Выбор оптимальных параметров производится приравниванием нулю частных производных функции цели (расчетных затрат) по каждой из рассматриваемых характеристик. Эту методику можно успешно применять цри анализе влияющих факторов для ограниченного диапазона изменения исходных данных. В случае, если область изменения исходных данных широка, то использование такой методики затруднено. Кроме того, указанная методика весьма упрощенно учитывает такие важные факторы, как режимные условия работы блоков и климатические условия.

В работах Саратовского политехнического института [9-2о] определяются аналитические зависимости для расчета оптимальных конечных параметров - конечного давления и кратности охлаждения конденсатора с учетом теплоперепада в последних ступенях турбины, выходных потерь, влажности отработанного пара и др. Приведен ные обобщенные зависимости позволяют получить аналитическое решение по определению наивыгоднейших параметров НІЖ. Этому методу в основном присущи те же недостатки, как и вышеупомянутой методике ЦКШ.

Фирма Броун-Бовери при конструировании конденсационного оборудования использовала методику [21-22], по которой определяется аналитическая функция трех независимых переменных величин: удельной паровой нагрузки, кратности охлаждения и разности температур между конденсирующимся паром и охлаждающей водой на выходе. По методике [23] задача оптимизации БІШ решается в два этапа - задаваясь различными температурами отработавшего пара для каждой температуры находится оптимальное выполнение ЧЩ турбины и кон-денсационно-охладительной установки, полученные результаты позволяют найти оптимальное решение для НПК в целом. Эти методы по сути являются частными случаями, не охватывают всей совокупности параметров НПК, климатических и режимных факторов.

Аналитические методы оптимизации параметров НПК ТЭС не нашли широкого применения в проектной практике по нескольким причинам:а) основные параметры НПК тесно взаимосвязаны, многие зависи мости между параметрами, а также между параметрами и технико-эко номическими показателями сложны и существенно нелинейны, поэтому применение аналитических методов возможно только в узком диапа зоне изменения параметров; б) ряд параметров НПК - количество выхлопов ЧБД турбины, гра дирен, насосов, ниток трубопроводов и др. - дискретны, оптимиза ция таких параметров посредством аналитических методов затрудни тельна; в) аналитические методы моделирования и оптимизации не позво ляют корректно учесть ограничения в форме неравенств по парамет

Методика динамики метеоусловий, нагрузок и состава работающего оборудования

В реальных условиях при работе электростанции реализуется мно , электрическая нагрузка и, особенно, метеоусловия в течение срока работы ТЭС и даже в течение года существенно изменяются. Вместе с тем они в большой мере определяют условия работы основного оборудования и, соответственно, технико-экономические показатели ТЭС. Однако цри выполнении расчетов возможен учет только конечного числа режимов, и чем меньше количество учитываемых режимов, тем меньше времени занимают расчеты. С другой стороны, учет ограниченного числа расчетных режимов означает загрубление моделирования условий работы ШЖ электростанции и, в связи с этим, снижение точности определения оптимальных параметров и показателей работы НІЖ.

Для оборотной системы с градирнями температура охлаждающей воды зависит от параметров воздуха и нагрузки электростанции и, в связи с малой теплоемкостью системы, значительно изменяется как сезонно, так и в течение суток. Для оборотной системы с водохранилищем - охладителем, теплоемкость которого обычно весьма велика, наблюдается значительно меньшее влияние на температуру охлаждающей воды суточных изменений нагрузки и метеоусловий. При прямотоке суточное изменение температуры охлаждающей воды (ввиду независимости ее от нагрузки) еще меньше, чем для систем с ВО. По этой причине для систем с градирнями требуется гораздо более подробное моделирование условий работы БПК и, соответственно, рассмотрение большего числа расчетных режимов, чем для систем с ВО и прямотоком.

В общем случае корректный учет режимных и климатических условий работы НПК требует рассмотрения совмещенных графиков ремонтов оборудования, вероятных нагрузок и метеофакторов. Для правильного выбора параметров НПК требуется знать все условия работы энерго блоков наиболее подробным образом. В реальных условиях можно использовать данные по климатическим условиям в районе сооружения ТЭС, полученные в результате прошлых длительных наблвдений, а для оценки вероятных нагрузок - прогнозы развития энергопотребления с учетом роли исследуемых блоков в электроэнергетической системе. Снижение погрешности определения оптимальных параметров и показателей НІЖ, связанной с неточным моделированием режимно-климатических условий, до допустимого уровня может быть достигнуто соответствующим выбором подробности моделирования этих условий.

В предлагаемой методике сделана попытка подробно учитывать условия работы ТЭС в энергосистеме и климатические условия в течение расчетного периода - всего срока службы электростанции или его части (если в течение срока службы ТЭС ее режим использования предполагается неизменным, то за расчетный период может быть принят один год ее эксплуатации). Степень подробности моделирования изменения нагрузки блоков и метеоусловий определяется выбранными значениями числа уровней нагрузки и числа уровней определяющего климатического параметра (ОМ), в качестве которого обычно принимается температура воздуха, т.к. именно она в наибольшей мере определяет охлаждающую способность водоохладителей ТЭС.

При выборе расчетных параметров наружного воздуха надо принимать во внимание продолжительность стояния наружных температур и влажности воздуха. Рассчитывать охладители на наиболее высокие температуры воздуха, наблвдавшиеся в данной местности, нецелесообразно ввиду кратковременности их стояния. Не следует выбирать расчетную температуру и влажность воздуха, исходя из среднемесячных их значений наиболее жаркого месяца или трех летних меся цев, так как они могут очень сильно изменяться в пределах как месяца, так и суток. Кривые длительности стояния среднесуточных температур приводят к сглаживанию годового графика температур (крайних температур - положительных и отрицательных) и сильному преуменьшению того периода, в течение которого действительные температуры воздуха оказываются выше расчетных. Настоящая методика предусматривает использование кривых изменения суточных значений температуры воздуха, влажности и скорости ветра, получаемых для каждого месяца обработкой данных наблюдения метеостанций с использованием ЭВМ. При обработке наблюдений дни месяца группируются по максимальной суточной температуре в 5-7 интервалов. Внутри этих интервалов производится усреднение метеопараметров (температур, влажностей, скоростей ветра), в результате чего вместо 30-31 суточных кривых месяца получаются 5-7 кривых соответственно выбранным интервалам. Усреднение суточных кривых метеопараметров можно было бы провести и по среднемесячным суточным кривым, однако такое усреднение привело бы к значительному сглаживанию суточных кривых и явилось бы грубым приближением. Усреднение же по интервалам приводит к значительно меньшему сглаживанию и, соответственно, к меньшему искажению действительных условий.

Оптимизация НПК АЭС с системой комбинированного водоснабжения

В основных промышленно развитых районах страны при выборе плс щадок для новых крупных электростанций обычно бывает невозможно обеспечить наиболее дешевое прямоточное водоснабжение по приниш острого дефицита водных ресурсов. Кроме того, далеко не всегда есть возможность использования или сооружения достаточно крупны: водохранилищ-охладителей. В связи с этим становится актуальной задача определения максимальной экономически эффективной нагрузки водохранилищ-охладителей и области эффективного использовант комбинированных систем врдоснабжения, состоящих из водохранилища-охдадителя ограниченных размеров и испарительных градирен [l04,I05]. Решение подобной задачи необходимо так же при проектировании расширения электростанции, имеющей недостаточное для полной мощности водохранилище,

Вышеуказанная задача решалась применительно к АЭС мощностью 4000 ШВт с комбинированным оборотным водоснабжением. Исходная информация использовалась в основном та же, что и в исследовании, описанном в разделе 5.1. Рассматривалась АЭС с турбинами мощностью 1000 ШВт с двумя и тремя двухпоточными ЦНД (K-I000/2 и K-I000/3), районы расположения АЗС - Центр и Юг Европейской части СССР. Зависимости мощности на клеммах генератора от конечного давления для этих турбин представлены на рис,5.1. В качестве охлаждающих устройств рассматривались водохранилище-охладитель и испарительные градирни с площадью орошения 10000 иг, включенные параллельно. Размеры ВО и число градирен варьировались. Предполагалось, что с середины марта по середину октября один из блоков находится в ремонте. Предполагалось также, что ремонт градирен производится в наиболее холодные части того периода, когда один из блоков находится в ремонте. Принятые режимы работы НПК представлены в табл.П.2.4, П,2.5. Стоимость прироста производительности циркуляционного тракта принималась: для водоводов, относящихся к градирням - 2 руб/м3/ч), для остальной части циркуля ционного тракта - 12 руб./См /ч), а стоимость приросTa активной площади ВО - 2 руб /м2. Стоимость градирни (цри площади орошения 10000 м2) принята равной 5,8 млн.руб. Другие данные приняты те же, что и в разделе 5.1.

С целью исследования влияния площади ВО и числа градирен на основные параметры ШШ и цриведенные затраты по нему выполнены расчеты с различными соотношениями размеров охладителей. Расчеты были выполнены в такой последовательности: сначала - ряд расчетов при различных значениях площади ВО, но без градирен, затем -то же с одной градирней, с двумя градирнями и т.д. Все расчеты выполнены с оптимизацией расчетной производительности водопрово-дящего тракта и поверхности конденсаторов турбин, кроме этого в каадом режиме оптимизировались расход охлаждающей воды и расцределение нагрузки меаду ВО и градирнями. Все варианты приведены к равному энергетическому эффекту. Таким образом получены сопоставимые значения приведенных затрат по ШЖ АЭС при различных размерах водоохладителей.

Зависимость приведенных затрат по ШЖ от размеров водоохладителей, построенная для АЭС с турбинами K-ЮОО/3, работающей в условиях Центра, приведена на рис.5.17. Как видно из рисунка, при активной площади ВО (fa ), большей 12,6 км2, или при удельной пло щади ВО, большей 3,15 м укВт, установка градирен экономически не оправдывается. При удельной площади ВО, равной 3,15 м2/кВт, варианты без градирен и с одной градирней равноэкономичны. При 2,6 {а 3,15 м кВт целесообразна одна градирня, при 1,98 -/й 2,6 м кВт - две градирни, при 1,32 {а 1,98 м кВт - три градирни, цри 0,68 /а 1,32 м /кВт - четыре, а при o 0,68 м2/кВт необходима установка пяти градирен.

С помощью этого же графика можно определить перерасход приведенных затрат, вызванный неоптимальностью водоохладителей. Так,

Другие применения работы

В процессе работы над методикой оптимизации параметров НПК и математической моделью ВПК ТЭС выполнялись оптимизационные исследования ШЖ электростанций с различными системами водоснабжения. По договорам с ВГНШИИ "Атомтепдоэлектропроект" было выполнено несколько работ по выбору оптимальных характеристик ШЖ ТЭС на органическом и ядерном топливе. В основном работы были посвящены исследованию влияния условий района сооружения ТЭС на оптимальные параметры оборудования и сооружений ВЗЖ, выбору оптимальных значений параметров НПК применительно к условиям площадок конкретных ТЭС. Ниже дана краткая характеристика этих работ.

В работе "Оптимизация низкопотенциальной части атомных электр( станций с водоохлаждаемыми реакоорами", выполненной в 1974 г. по договору с отделом атомной энергетики ВГНШИИ АТЭП, приведены результаты оптимизационных исследований ВПК АЭС для турбин мощностью 1000 ШВт с различными размерами выхлопных сечений (с 2,3 и 4 двухпоточными ЩЕО, при прямоточном и оборотном (с водохранилищем-охладителем и градирнями) для двух районов размещения АЭС-Центра и Юга европейской части СССР. Проведенные исследования позволили определить области рационального использования турбоагрегатов с различными выхлопными сечениями, а также оптимальные характеристики оборудования и сооружений БЖ АЭС для различных систем водоснабжения в различных районах сооружения.

В соответствии с решением научно-технического совета Министерства энергетики и электрификации СССР по договору с ВГВИПИИ АТЭП в 1975 г. выполнена работа "Оптимизация параметров низкопо-тешщального комплекса мощных конденсационных электростанций с градирнями". В работе определены оптимальные значения основных параметров низкопотенциального комплекса тепловой электростанции мощностью 4800 ШВт с блоками 800 МВт применительно к условиям Центра и Юга Европейской части СССР. Исследованы различные схемы включения конденсатора по охлавдающей воде и влияние местных условий района сооружения ТЭС на оптимальные значения параметров БІЖ. Выбран оптимальный вариант конструктивного исполнения конденсационного устройства.

В работе "Комплексная оптимизация параметров, технологической схемы и профиля оборудования мощных паротурбинных блоков для электростанций Сибири", выполненной в 1975 г. в соответствии с решением Государственного Комитета Совета Министров СССР по Науке и Технике jg 29 от 28 января 1974 г., приведены результаты комплексной оптимизации низкбпотенциальной части электростанции с блоками мощностью 800 МВт для различных площадок ГРЭС КАТЭКа, отличающихся активной площадью водохранилищ-охладителей и стоимостью сооружения системы технического водоснабжения. Работа вошла в ТЭД по КАТЭКу отдельным томом.

В соответствии с решением научно-технического совета Министерства энергетики и электрификации СССР в 1976 г, выполнена работа "Определение оптимальной нагрузки водохранилищ-охладителей и границ области рационального использования комбинированных систем водоснабжения". В работе определены оптимальные значения основных параметров БПК АЭС мощностью 4000 МВт применительно к условиям Центра и йга Европейской части СССР для различ ных размеров ограниченных по площади водохранилищ-охладителей, Определены максимальная тепловая нагрузка водохранилища, при превышении которой рационально сооружение градирен, т;.е. переход к системе комбинированного водоснабжения, а также оптимальное число градирен в зависимости от размеров водохранилища.

Пл договору с Киевским отделением ВГНШШ АТЭП в 1976 г. выполнена работа "Комплексная оптимизация системы технического водоснабжения Хмельницкой АЭС". Определены оптимальные значения расхода охлаадающей воды, кратности охлаждения, температуры охлаждающей воды, давления в конденсаторе по месяцам в течение двухлетнего цикла "наполнение-сработка" водохранилища.

Работа "Сопоставление вариантов турбины 800 ШВт с 3 и 2 1Щ для условий ГРЭС КАТЭКа" выполнялась в 1978 г. по договору с Томским отделением ВГШШШ АТЭП. Выявлена зависимость области рационального использования турбин К-800-240-3 (с 3 ОДД) и К-800-240-5 (с 2 ЦНД) от величины удельных замыкающих затрат на топливо, размеров и стоимости прироста активной площади водохранилища-охладителя. Оценена разность продолжительности вынужденных простоев указанных турбин, при которой варианты НІЖ с этими турбинами равноэкономичны,

До договору с ВГНШШ АТЭП выполнена работа "Оптимизация низкопотенциального комплекса атомных электростанций с водоохлаж-даемыми реакторами" (1979 г.). Необходимость выполнения этой работы была обусловлена тем, что за время, истекшее с момента выполнения работы 1974 года (см.выше), произошли существенные изменения в условиях сооружения и функционирования АЭС в электроэнергетических системах, уточнилась информация по возможным конструктивно-компоновочным решениям по ШЖ АЭС с блоками 1000 МВт; соответственно появилась необходимость проверки и уточнения ре