Теплоакумулююча система газотурбінної електростанції та спосіб розподілу генерованої енергії

Винахід відноситься до централізованого теплопостачання від ТЕС з комбінованим 'циклом виробництва тепла і електроенергії, на базі газотурбінних установок, при маневрених режимах у системах з акумулюванням теплоти при закритих системах ГВП. Відомі газотурбінні електростанції, які працюють по комбінованому циклу і включають, в загальному випадку, основне і пікові джерела тепла, пряму і зворотну тепломережі, споживачів тепла і мережний насос, (див., наприклад, В. Я. Рижкін «Теплові електростанції», Москва Енергоатоміздат. 1987 р., стор. 293). Найбільш близьким технічним рішенням до винаходу є система виробництва електроенергії і тепла на базі паротурбінних ТЕС, що включають основний і пікові джерела тепла, пряму і зворотну тепломережі, мережний насос, споживачів тепла і акумулятор теплоносія (мережної води), який розташований паралельно прямій і зворотній мережам, а також спосіб роботи електростанції, що включає виробництво електроенергії і тепла, подачу їх до споживача, при цьому в період провалу графіка теплоспоживання, виробництво електроенергії зберігають за рахунок акумулювання мережної води в кількості, що відповідає обсягу надлишкового тепла (див., наприклад, АС № 1108297 F24D3/10 1984 p.) Основними недоліками цього способу є: труднощі в стабільному забезпеченні постійного виробництва електроенергії по комбінованому циклу в наслідок коливань навантажень на турбоагрегат через змінні кількість і температуру води, яка подається до мережі, або відбирається з неї, що особливо актуально для газотурбінних ТЕС через особливо різке падіння ККД газотурбінного приводу при зниженнях навантаження; коливання гідравлічного режиму мережі через зміну її конфігурації в періоди зарядки і розрядження акумулятора, збільшення потужності установки підживлення тепломережі в зв'язку зі збільшенням об'єму мережі, ускладненість схеми і необхідність досить складних переключень при перехідних режимах. Зазначені недоліки знижують економічність виробництва електроенергії і тепла. Задачею винаходу е підвищення економічності і надійності виробництва електроенергії і тепла за рахунок збереження величини електричної потужності турбіни, близької до номіналу, незалежно від графіка теплоспоживання. Поставлена задача вирішена тим, що система акумулювання тепла виконана незалежною від системи теплопостачання споживача і має свій, окремий, теплоносій, при цьому система акумулювання тепла може бути виконана, наприклад, у виді баків холодної і гарячої води, які включені послідовно з мережними підігрівниками системи теплопостачання. Крім того в систему теплопостачання послідовно з основним джерелом тепла включений електричний підігрівник. Така схема виробництва електроенергії і тепла дозволяє в період провалу графіка теплоспоживання, зберегти незмінним виробництво електроенергії за рахунок акумулювання надлишкового тепла в постійному об"ємі теплоносія системи акумуляції, а при провалах графіка электроспоживання до величин нижче того об"єму електроенергії, що відповідає тепловому споживанню, використовувати надлишок електроенергії для підігріву води тепломережі. Схема газотурбінної електростанції показана на фіг.1. Для спрощення, на схемі не показані пікові джерела тепла, що входять до складу систем теплопостачання, але не мають відношення до винаходу. Схема включає: генеруючий агрегат 1, (газова турбіна), основне джерело тепла 2, мережний насос 3, циркуляційний насос системи акумулювання тепла 4, мережний підігрівник зарядки 5, мережний підігрівник розрядки 6, злектропідігрівник 7, бак - акумулятор гарячої води 8, бак - акумулятор холодної води 9, споживач тепла 10. Як відомо, добовий графік споживання тепла на потреби ГВП характеризується значною нерівномірністю. Так, у період максимуму навантаження ГВП зростає в 2,4 рази проти середнього значення, у той час як у період мінімуму навантаження ГВП падає практично до нуля. У той же час, графік електропостачання може бути зовсім іншим, особливо для сучасних газотурбінних ТЕС, що внаслідок більшої економічності працюють у базовій частині графіка, тобто несуть практично постійне навантаження. Таким чином, у практичній експлуатації виникає задача по забезпеченню максимально можливого обсягу комбінованого виробництза електроенергії і тепла, як найбільш економічного способу, при розбіжностях між графіками теплоспоживання і электропостачання. Ця проблема виникає тільки влітку, у нічні години, тобто коли існує тільки навантаження ГВП. У зимовий час проблема відсутня через наявність досить стабільного протягом доби навантаження опалення. У загальному виді, принципово можливі два випадки: випадок 1: доцільність виробництва електроенергії по комбінованому циклу в період провалу графіка споживання тепла на потреби ГВП; випадок 2: для ТЕС, що працюють за електричним графіком, доцільність виробництва електроенергії по комбінованому циклу при провалі графіка электропостачання і наявності досить великого навантаження по теплу. Випадок 1. Задача може бути вирішена за допомогою акумулювання тепла в період провалу добового графіка навантаження ГВП із поверненням акумульованого тепла в період зростання цього навантаження. Задача реалізується в такий спосіб: У період нічного провалу в теплопостачанні турбіна (1) продовжує працювати на основне джерело тепла (2). Вироблене надлишкове тепло від прямої мережної води передається у мережному підігрівачу зарядження (5) теплоносію системи акумулювання - холодній воді, що забирається насосами (4) з бака холодної води (9). Вода, що нагрівається, скидається в бак-акумулятор гарячої води (8). У період росту навантаження споживача (10) по теплу до максимуму, гаряча вода з бака - акумулятора гарячої води (8) насосами (4) прокачується через мережний підігрівач розрядження (6), де віддає накопичене за період провалу тепло зворотній мережній воді. Місткість баків акумуляторів розраховується, виходячи з необхідної кількості тепла, що підлягає накопиченню, з урахуванням акумулюючої здатності тепломережі і її температурного графіка. Випадок 2. У цьому випадку при виробництві електроенергії на тепловому споживанні її кількість перевищує необхідну величину электроспоживання. Задача може бути вирішена за допомогою установки злектропідігрівача (7), що використовує «зайву» кількість виробленої по комбінованому циклу електроенергії для підігріву мережної води. Пропонований спосіб і схема можуть бути використані і для паротурбінних ТЕС при наявності турбін з відборами і (чи) протитиском. Φіг.1