Циркуляционный электронасос (ЦЭН) 3 предназначен для подачи охлаждающей воды в конденсатор 2 ЭБ, рис. 1. В этой схеме электропривод насоса осуществляется непосредственно от сети. При этом согласно технологическим требованиям регулирование его расхода должно осуществляться поворотом лопастей. Такое регулирование необходимо для обеспечения экономически оправданного давления pк в конденсаторе, которое оказывает существенное влияние на технико-экономические показатели ЭБ и в первую очередь на КПД ЭБ и его энергоотдачу. Давление пара в конденсаторе pк всегда следует снижать до минимально возможного значения, которое определяется температурой воды, охлаждающей конденсатор, которая, в свою очередь, зависит от условий окружающей среды и источника водоснабжения. С учетом этих обстоятельств давление пара в конденсаторе принимается 2,5–5 кПа, что соответствует температуре конденсации пара 21–33 °С [1]. Другим экономическим показателем являются затраты на оплату за водопользование и электроэнергию, потребляемую ЦЭН. В [2] приводятся результаты расчета оптимального расхода охлаждающей воды с учетом затрат на водопользование и электроэнергию, потребляемую ЦЭН типа ОПВ-110 с номинальным расходом 10 м3/с. Расчеты выполнены из условия обеспечения оптимального давления pк и максимальной энергоотдачи ЭБ мощностью 300 МВт для различных значений температуры охлаждающей воды. Расчеты представлены графически на рис. 2. График дает наглядное представление о зависимости расхода охлаждающей воды от нагрузки ЭБ при условии оптимального давления pк, обеспечивающего наибольший термический КПД. В этой же работе представлены расчеты потерь мощности ЭБ, имеющие место в том случае, если расход воды не регулировать в функции минимума давления в конденсаторе или максимума энергоотдачи ЭБ, а пропускать через конденсатор охлаждающую воду с постоянным расходом 10 м3/с. На рис. 3 представлены результаты этих расчетов в виде графика. На нем, для температуры воды 20 °С, очевидна тенденция снижения потерь до нуля по мере приближения нагрузки к 300 МВт. При этом оптимальный расход для данной температуры (рис. 2) как раз приближается к значению 10 м3/с. Максимальная величина потерь, как видно из рисунка, при температуре воды 5 °С может достигать 2,4 МВт, что составляет 0,8 % от полной мощности ЭБ, перерасход воды 25 % и электроэнергии свыше 1 МВт⋅ч в год. Таким образом, имея эти приближенные оценки, можно утверждать, что применение регулирования расхода охлаждающей воды в функции давления в конденсаторе, с учетом ее температуры может в процессе эксплуатации ЭБ сократить потери от: ❏ снижения энергоотдачи по причине низкого КПД; ❏ перерасхода охлаждающей воды; ❏ перерасхода электроэнергии на работу электропривода ЦЭН. В альтернативной схеме электропривод ЦЭН осуществляется от преобразователя частоты ВПЧА, который обеспечивает изменение частоты вращения, а, следовательно, и расход ЦЭН согласно алгоритму или определенной зависимости оптимальной работы ЭБ. Критерием оптимальной работы может служить максимум термического КПД цикла ЭБ или минимум давления pк для данной температуры охлаждающей воды. Перейдем к уточненным оценкам. Исходные данные, допущения и ограничения В целях ограничений неопределенностей при экономических оценках примем следующие условия: 1. Временной период для оценки экономии ресурсов примем 1 год. 2. Основным переменным показателем, фигурирующим в двух последних факторах экономии ресурсов является расход q ЦЭН. 3. График расходов (табл. 1) для базового варианта, согласно техническому решению, принятому на ТЭЦ, имеет трехступенчатый характер в зависимости от внешних температур воздуха (при условии равенства температуры воды и воздуха при их положительных значениях) и обеспечивается дросселированием путем контроля токовых нагрузок ЦЭН. 4. График расходов по альтернативному варианту определим из условия работы автоматизированного частотного электропривода ЦЭН по алгоритму обеспечения оптимального давления pк и максимальной энергоотдачи ЭБ мощностью 300 МВт. Температуру охлаждающей воды для расчетов определим как среднее значение, выбранное по распределению частот появления температур в одном из трех интервалов табл. 1, исходя из максимальной частоты, то есть < 12 °С. Чтобы определить численные значения графика расходов, воспользуемся зависимостью расхода охлаждающей воды через конденсатор от нагрузки ЭБ 300 МВт qNЭБ, рис. 3, которая определена из условий оптимального регулирования расхода. Из трех зависимостей выбираем кривую наиболее близкую по величине температуры к принятому интервалу < 12 °С, то есть 15 °С. Зависимость между этими двумя величинами для интервала NЭБ ≥ 260 МВт с достаточной точностью (достоверность аппроксимации R2 = 0,99) может быть выражена (рис. 2) аналитическим выражением, учитывающим температуру воды < 12 °С: q = 0,01NЭБ + 5,8. Нагрузка ЭБ NЭБtимеет случайный характер, тогда и расход должен быть обеспечен насосом в таком же случайном режиме: q = 0,01NЭБt+ 5,8. Поэтому, если принять график нагрузок случайной стационарной функцией с нормальным законом распределения электрических нагрузок в течение года, а максимальную и минимальную нагрузки соответственно 300 и 200 МВт, то матожидание и среднеквадратическое отклонение будут соответственно равны 250 и 16,7 МВт. При этом аналогичные характеристики расхода составят 8,3 и 0,17 м3/с. Таким образом, получен график расходов для альтернативной схемы — табл. 2. Математические выражения и результаты расчета Экономию ресурсов определим как разность расхода охлаждающей воды и расхода электроэнергии на работу электропривода ЦЭН для двух вариантов — базового и альтернативного. В рассматриваемой технологической схеме (рис. 1) в базовом ее варианте электронасос работает в постоянном режиме в течение каждого из трех периодов времени (табл. 1), поэтому его затраты электроэнергии определятся в виде суммы: формула (1) где ti — длительность i-го периода; i — номер периода времени; i — КПД ЦЭН для данного расхода qi; Нi — давление для данного расхода qi. В альтернативном варианте, с учетом случайного характера расхода qtи закона регулирования давления Hq= Hст = 15 м водн. ст., энергопотребление регулируемого электронасоса определяется согласно известному выражению [3]: формула (2) где — интервал времени равный году, за который определяется энергопотребление; j — индекс итерации под знаком суммы; — интегральная функция нормального распределения (значения приводятся в таблицах для нормированной случайной величины, выраженной в кратностях среднеквадратического отклонения); qj+1 – qj = q — шаг итерации; n — число шагов в интервале [0; Qmax]; Hст — давление стабилизации на входе конденсатора; jqjHст — зависимость КПД электронасоса от значений случайной величины qj при законе регулирования Нст. Объем воды для базового варианта определяется по формуле: формула (3) Объем воды для альтернативного варианта определяется по формуле: формула (4) Получим выражения экономии ресурсов в виде разностей (6) и (7) с учетом (1), (2), (3) и (4), введя обозначение «v» для произведения расхода на вероятность его появления: формула (6) формула (7) где vj — вероятный расход: Расчеты согласно (6) и (7) сведем в табл. 3, в которой размерности для Н [м водн. ст.] и q [м3/ч] и 367,2 — коэффициент, учитывающий физические свойства воды. Основные данные для расчета представлены в табл. 1 и 2. Значения КПД в выражении (1) для данных расходов находим в справочнике [4], а в выражении (2) — по вышеприведенной методике. С учетом сэ — тарифа стоимости электроэнергии 0,38 руб/ (кВт⋅ч) и св — тарифа платы за водопользование 0,09 руб/м3 можно рассчитать денежные выражения полученной экономии ресурсов: электроэнергии 1,02 млн руб. и за водопользование 6,12 млн руб. В результате получена экономия ресурсов за счет применения частотно-регулируемого электропривода ЦЭН, составившая в денежном выражении сумму более 7 млн руб. При этом не был произведен расчет снижения потерь в самом ЭБ, что равносильно выработке дополнительной электроэнергии и получению прибыли. При грубой оценке этих потерь в размере 0,3 МВт, дополнительная выработка электроэнергии в год составит более 2600 МВт⋅ч, или 988 тыс. руб. ❏

1. Александров А.А. Термодинамические основы циклов теплоэнергетических установок. — М.: Издательский дом МЭИ, 2006. 2. Лукьянов В.Г., Балтян В.Н., Борисов Г.М., Скубиенко С.В. О необходимости и эффективности регулирования производительности циркуляционных насосов энергоблоков. 3. Методические рекомендации по выбору оборудования для частотно-регулируемой насосной станции второго подъема с комбинированной компоновочной схемой. — М.: ГНУ ВИЭСХ, 2006. 4. Типовые энергетические характеристики циркуляционных насосов энергоблоков мощностью 150–1200 МВт. — М.: Союзтехэнерго. 1989.