Influence of environment temperature changes upon the efficiency and capacity of power plants

The article considers the possibility of adaptation of the power industry to the changes of climatic factors. In recent years it has become clear that current abnormal climate changes are likely to gain a regular character, forming a long-term trend of both rising the average earth surface temperatu...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2013
Автори:	Dubovskoy S.V., Babin M.E., Kadenskiy N.Y.
Формат:	Стаття
Мова:	Українська
Опубліковано:	General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2013
Теми:	climatic factors energy characteristics efficiency temperature steam turbine plants steam condensation.
Онлайн доступ:	https://systemre.org/index.php/journal/article/view/498
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	System Research in Energy
Завантажити файл:

Репозитарії

System Research in Energy

_version_	1871103924468973568
author	Dubovskoy S.V. Babin M.E. Kadenskiy N.Y.
author_facet	Dubovskoy S.V. Babin M.E. Kadenskiy N.Y.
author_institution_txt_mv	[ { "author": "Dubovskoy S.V.", "institution": null }, { "author": "Babin M.E.", "institution": null }, { "author": "Kadenskiy N.Y.", "institution": null } ]
author_sort	Dubovskoy S.V.
baseUrl_str	https://systemre.org/index.php/journal/oai
collection	OJS
datestamp_date	2026-07-18T12:57:40Z
description	The article considers the possibility of adaptation of the power industry to the changes of climatic factors. In recent years it has become clear that current abnormal climate changes are likely to gain a regular character, forming a long-term trend of both rising the average earth surface temperature and the increase in frequency and amplitude of abnormal climatic phenomena, paying more and more considerable physical impact upon the power infrastructure. The changes can fluctuate significantly during the lifetime of power objects, lasting for decades.That’s why studies aimed at determining the level of vulnerability of the fuel and power complex towards climate changes become highly relevant. The studies aim at elaboration of measures for adaptation of the whole power industry and of its individual enterprises to the probable climate changes.Most part of the work is devoted to evaluation of the climate vulnerability of the closed cycle thermal power plants’ efficiency, i.e. the power steam turbines of TPP, CHP and NPP, included into the generating capacities of the United Power Systems (UPS) of Ukraine with water cooling system: both the forward flow ones, using natural river water and large reservoirs, and the reversible ones, using artificial cooling circulating water in cooling ponds, spray ponds and wet cooling towers.Methodological aspects of influence, exerted upon efficiency and capacity of power plants by ambient temperature changes, have been elaborated. Сalculation of changes in power and efficiency of TPP, CHP and NPP steam turbines with accordance to the cooling water temperature by power characteristics has been carried out. Numerical evaluation of temperature dependence of capacity and efficiency of typical TPP and NPP turbines was carried out.It was concluded, that due to a significant non-linearity of temperature change processes, appropriate values of temperature coefficients of efficiency in particular temperature zones should be available for their correct representation, such particular zones are picked out.Air temperature makes the most significant impact upon fossil fueled heating plants. The effect of air temperature increasing is taken into account in energy characteristics of water-heating boilers in the form of an amendment to the gross efficiency, provided for the most common in Ukraine PTVM-100 district heating boilers.
first_indexed	2026-03-24T02:01:59Z
format	Article
fulltext	УДК 621,311,22+621,311,25:621.039 С.В.ДУБОВСЬКИЙ, д-р техн. наук, М.Є.БАБІН, М.Я. КАДЕНСЬКИЙ Інститут загальної енергетики НАН України, м. Київ ВПЛИВ ЗМІН ТЕМПЕРАТУРИ ОТОЧЕННЯ НА ЕФЕКТИВНІСТЬ ТА ПОТУЖНІСТЬ ЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВОК У статті розглянуто можливість адаптації енергетичної галузі до змін кліматичних факто- рів. Розроблено методологічні аспекти аналізу впливу змін температури оточення на ефективність та потужність енергетичних установок. Виконано розрахунки з визначен- ня змін потужності і ККД паротурбінних установок ТЕС, ТЕЦ та АЕС залежно від темпе- ратури охолоджувальної води за енергетичними характеристиками. Проведено чисель- ні оцінки температурної залежності потужності та ККД типових турбоустановок ТЕС та АЕС. К л ю ч о в і с л о в а: кліматичні фактори, енергетичні характеристики, ККД, температу- ра, паротурбінні установки, конденсація пари. Функціонування енергетичних підприємств знаходиться в очевидній залежності від кліма- тичних факторів [1]. Вона проявляє себе як у змінах попиту на електричну і теплову енергію залежно від періодичних коливань температури повітря та сонячного сяйва, так і у безпосеред- ніх впливах на технологічні показники і без- печність функціонування об’єктів енергетики [2, 3]. Кліматичні фактори неодмінно враховують- ся у практиці проектування, спорудження та експлуатації енергетичних підприємств на основі узагальнених даних багаторічних кліма- тичних спостережень, які враховують як уста- лені «середні» значення цих факторів (норми), так і імовірні їх зміни, що зумовлюють ризики порушення умов безпечної експлуатації. При цьому вважалося очевидним, що аномальні зрушення кліматичних факторів мають харак- тер випадкових флуктуацій на тлі незмінних у часі середніх значень, імовірність виникнення яких уточнюється по мірі накопичення баз даних метеорологічних спостережень. Згідно з цими уявленнями, за час служби основних об’єктів енергетики, що розраховуються зви- чайно на досить тривалі терміни існування – від десятків до сотень років, імовірні зміни клі- матичних факторів не могли істотно перевищу- вати значень ретроспективних норм. Останніми роками стає дедалі зрозумілим, що аномальні кліматичні зміни набувають закономірного характеру [3, 4], формуючи багаторічний тренд як щодо підвищення серед- ньої температури земної поверхні, так і щодо зростання частоти і амплітуди аномальних клі- матичних проявів – повеней і посух, катастро- фічних злив та буревіїв тощо, що здійснюють дедалі більші фізичні впливи на енергетичну© С.В.ДУБОВСЬКИЙ, М.Є.БАБІН, М.Я. КАДЕНСЬКИЙ, 2013 ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ОПТИМІЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ОБ’ЄКТІВ І СИСТЕМ ЕНЕРГЕТИКИ ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2013, вип. 3 (34) 35 С.В.ДУБОВСЬКИЙ, М.Є.БАБІН, М.Я. КАДЕНСЬКИЙ ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2013, вип. 1 (32)36 інфраструктуру. Вони можуть істотно змінюва- тися за час існування енергетичних об’єктів. Дослідження з визначення вразливості об’єктів паливно-енергетичного комплексу до змін клімату проводяться у багатьох країнах світу і їх аналіз дозволяє більш-менш повно уявити якісні аспекти впливу клімату на енер- гетику. Однак це ніяк не позбавляє від прове- дення кількісних оцінок факторів вразливості на рівні кожної країни. В Україні дослідження з цієї проблематики стосуються лише оцінок клі- матичних змін на визначення попиту на тепло- ву енергію, а заходи з адаптації енергетики до змін клімату практично не розглянуто. Серед багатьох природних і антропогенних факторів впливу найбільш важливим з точки зору ефективності і продуктивності є зростання або зниження температури повітря і води. Згідно з теоремою Карно для теплових машин, що складають сьогодні і будуть складати надалі основу сучасної стаціонарної і мобільної елек- троенергетики, граничний ККД перетворення теплоти в роботу будь-якої теплосилової уста- новки визначається температурою То підведен- ня теплоти в її робочому циклі і температурою T2 відведення теплоти з робочого циклу [5]: Температура підведення теплоти у робочий цикл визначається технологічними особливо- стями кожної силової установки і лімітується відомими проблемами довготривалої міцності її вузлів. Її залежність від температури оточення хоча і присутня, але є відносно невеликою порівняно із впливом на температуру відведен- ня теплоти. Крім того, відомо, що вплив темпе- ратури підведення на ефективність енергоуста- новки є нижчим, ніж температури відведення теплоти [5]. Так, безпосередньо з наведеної формули Карно випливає, що абсолютні зна- чення зміни теоретичного ККД, викликані змі- нами температур відведення і підведення теп- лоти на 1°С, відповідно, відносяться між собою таким чином: Фактичні значення теоретичного ККД сучасних енергетичних установок коливаються у межах 50–80%. Це означає, що абсолютний вплив змін температури відведення теплоти на ККД у 2–5 разів більший, ніж відповідний вплив змін температури підведення. З іншого боку, фактична температура Т2 відведення теп- лоти у енергетичних силових установках змі- нюється приблизно еквідистантно температурі природного охолоджуючого агента, відрізняю- чись від неї на 1–3 десятки градусів залежно від типу та технологічної досконалості системи охолодження. Виходячи з цього, основним каналом враз- ливості теплоенергетики від кліматичних змін є саме системи відведення теплоти, удоскона- лення яких і є головним чинником протидії кліматичним змінам. У зв’язку із цим в аналізі кліматичної враз- ливості і відповідних контрзаходів системи охолодження теплосилових установок необхід- но розглядати сукупно із їх перетворюючою частиною. У цій роботі проведено визначення коефіці- єнтів впливу температури охолоджуючого аген- та на потужність та ефективність виробництва корисних видів енергії. У ролі вихідної величи- ни розглядається температура охолоджуючої води t1, що надходить у теплообмінні апарати – конденсатори теплосилової установки. У рамках цього підходу електричний ККД виробітку електричної енергії теплосиловою установкою ТЕС може бути визначеним у виг- ляді ηe = ηo . ηc . ηoi . ηqe, (1) де ηo – граничний ККД циклу теплосилової установки, що визначається температурою під- ведення теплоти у робочий цикл та вхідною температурою охолоджуючого агента, ηc – ККД охолоджуючої установки, що враховує втрати температур у процесі відведення тепло- ти до охолоджуючого агента, ηoi – внутрішній відносний ККД установки перетворення; ηqe – технологічний ККД силової установки, що вра- ховує теплові втрати при одержанні теплоти від органічного або ядерного пального, техноло- гічні втрати транспортування теплоти до уста- новки перетворення, та втрати енергії електро- механічного перетворення, тобто всі втрати теплосилової установки, що можуть вважатися незалежними від змін температур оточення. Оцінка кліматичної вразливості енергетич- них установок відкритих циклів, що безпосе- редньо використовують повітря у ролі робочого тіла, а саме газотурбінних і поршневих двигунів внутрішнього згорання, паливних елементів і ін. не являє особливої проблеми, оскільки залежність їхнього ККД і потужності від пара- метрів атмосферного повітря безпосередньо позначається у технічній документації. У зв’язку з цим основна частина роботи спрямована на оцінку кліматичної вразливості ККД теплових електричних станцій замкнено- го циклу, а саме, потужних паротурбінних уста- новок ТЕС, ТЕЦ і АЕС, що входять до складу генеруючих потужностей Об’єднаної енерге- тичної системи (ОЕС) України. Всі подібні станції мають водяні системи охолодження. Вони поділяються на прямото- кові, що використовують природну воду рік і великих водоймищ і обернені, що здійснюють штучне охолодження циркуляційної води у ставках-охолоджувачах, бризкальних басейнах і мокрих градирнях. Наявність тієї чи іншої системи охолодження позначається на виборі розрахункової температури охолоджувальної води t1o, яка вказується у технічній документа- ції турбоустановок та відповідних довідниках і стандартах. Основним кількісним параметром вразли- вості теплосилової установки від змін темпера- тури охолоджувальної води будемо вважати від- соткову зміну ККД від вихідного значення ηe , що має місце за певної вихідної температури t1 до нового значення ηe, що має місце за тем- ператури t1* + θ, де θ – кліматична зміна охо- лоджувальної води: (2) Якщо вважати ККД охолодження і внутріш- ній відносний ККД теплосилової установки незмінними, то вираз (2) згідно з (1) визначати- меться тільки кліматичними змінами гранич- ного ККД теплосилової установки: (3) Як показано у [9], граничний ККД циклу турбоустановок ТЕС і АЕС може бути вираже- ним узагальненими емпіричними залежностя- ми вигляду ηo = a (po, to) – d (po, to) . t1, ( 4) де a (po, to) – d (po, to) – лінійні функції початко- вої температури і тиску пари, що визначаються окремо для турбоустановок з проміжним пере- грівом пари і без нього. Враховуючи це, з (3) одержимо δηe o = kp .θ, (5) – коефіцієнт температурної вразливості, що визначається початковими параметрами пари турбоустановки. Верхній індекс «о» у (5) фіксує наявність зробленого припущення щодо постійності інших технологічних ККД турбоустановки. Аналіз технологічних ККД турбоустановки показує, що їх зміни можуть відбуватися як у бік зниження температурної вразливості, так і у протилежний бік залежно від вихідного рівня температури охолодження. Пояснюється це тим, що зростання температури охолодження завжди приводить до відповідного зростання температури і тиску конденсації пари. Цей фактор приводить до зниження теплоперепаду частини низького тиску (ЧНТ) турбоустановки згідно із зміною граничного ККД. Разом з тим, зростання температури конденсату, що потрап- ляє з конденсатора турбоустановки у систему його регенеративного підігріву, сприяє знижен- ню витрати пари у регенеративні підігрівники ЧНТ турбоустановки і відповідно зростанню витрати пари через останні ступені ЧНТ з пев- ною компенсацією втрат потужності. Крім того, перерозподіл тисків у останніх ступенях турбіни сприяє зростанню внутрішнього від- носного ККД турбіни із певною компенсацією втрат внаслідок зниження термічного ККД циклу. Це явище детально описано у спеціалі- зованій літературі [6, 8, 9]. Означені ефекти послаблюються із зростанням вихідного зна- чення температури охолодження. Внаслідок цього, за певних температур охолоджуючої води фактичні зміни ККД турбіни через зро- стання температури охолоджувальної води стають наближеними до теоретичних значень, що визначаються за формулами (4), (5). Дію зазначеного механізму реакції турбо- установок на зміну температур охолоджуючої води ілюструє приклад зіставлення розрахунку змін ККД за енергетичними характеристиками серійної турбоустановки з теоретичним розра- хунком (див. рис.1). Вплив змін температури оточення на ефективність та потужність енергетичних установок ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2013, вип. 1 (32) 37 Рис. 1. Зміна фактичного та граничного ККД конденсаційного енергоблока з проміжним перегрівом пари залежно від температури охолоджувальної води, % (відн.) Рис. 2. Сітка кривих поправок на тиск у конденсаторі парової турбіни С.В.ДУБОВСЬКИЙ, М.Є.БАБІН, М.Я. КАДЕНСЬКИЙ ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2013, вип. 3 (34)38 Таблиця 1 – Вплив змін тиску конденсації пари на потужність та ефективність паротурбінних турбоустановок [10] Вплив змін температури оточення на ефективність та потужність енергетичних установок ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2013, вип. 3 (34) 39 Наведене зіставлення показує, що розраху- нок за теоретичними формулами (4), (5) забез- печує надійне визначення верхньої межі оцінок впливу кліматичних змін на ККД і потужність паротурбінних ТЕС і АЕС, при цьому для уточ- нення теоретичних оцінок необхідно врахову- вати температурні зміни ККД з використанням енергетичних характеристик турбоустановок. Визначення змін потужності та ККД паро- турбінних установок ТЕС здійснюється на прак- тиці з використанням комплекту енергетичних характеристик, що містять експериментально визначену залежність у вигляді графічної сітки поправок на зміну електричної потужності залежно від тиску конденсації та витрати пари у конденсатор (або ЧНТ) турбоустановки [7]: ΔN = f (Dk, p2). Приклад відповідної залежності наведено на рис. 2. Центральні частини сітки кривих змін потужності від тиску, які відповідають сталим значенням витрати пари у конденсатор, мають лінійних характер з постійною зміною потуж- ності на однаковий приріст тиску. Приріст потужності на 1 кПа зміни тиску конденсації практично не залежить від режиму наванта- ження турбіни і вважається її індивідуальною константою, значення якої надається в енерге- тичних характеристиках. Границі між лінійними і криволінійними ділянками сітки кривих позначаються на рис. 2 нижньою (II–II) та верхньою (I–I) лінійними межами. Фактичні режими навантаження турбіни відображуються на вказаній сітці кривих окре- мими крапками, що характеризуються певни- ми значеннями тиску конденсації Р2 і витрати пари в конденсатор Gк. Крапка номінального режиму навантажен- ня, що характеризується паспортними значен- нями тиску конденсації і витрати пари при номінальній електричній потужності турбо- установки розташовується звичайно у зоні кри- волінійних змін потужності лівіше нижньої межі лінійної ділянки (крапка 1 на рис. 2). Крапки режимів часткового навантаження тур- боустановки розташовуються звичайно побли- зу межі лінійних змін у той чи інший бік від неї. Так, крапка 2 середньої експлуатаційної потужності турбоустановки ТЕС, що бере участь у регулюванні графіків електричного наванта- ження енергетичної системи (75–80% від номі- нальної потужності) розташована впритул до лінійної межі, а крапка мінімальних навантажень 3 може її перетинати. Відповідно, вплив підви- щення тиску конденсації внаслідок зростання температури охолоджувальної води є залежним від режиму навантаження. Використовуючи енергетичну характеристику, наведену на рис. 1, цей фактор можна оцінити відповідним коефіці- єнтом kn= f (N, t1), що враховує ступінь зниження потужності турбоустановки порівняно з його лінійним зниженням при зміни тиску на 2 кПа залежно від ступеня навантаження і базової тем- ператури охолоджувальної води t1. Типові значення змін потужності на нормо- ваний приріст тиску конденсації (1 кПа) при- сутні у енергетичних характеристиках серійних турбоустановок і систематизовані у норматив- но-технічному документі [10]. Зазначені дані для основних типів турбо- установок ТЕС, ТЕЦ і АЕС ОЕС України, доповнені відомостями з інших джерел інфор- мації щодо не вказаних у [7, 8] характеристик турбоустановок АЕС, наведено у табл. 1. Ступінь відхилення робочого режиму турбо- установки від межі лінійних змін потужності за тиском, що характеризує значення зазначених коефіцієнтів змін потужності, можна оцінити на підставі порівняння термодинамічних пара- метрів конденсації пари у номінальному режи- мі і на межі ділянки лінійної зміни потужності. Дані з табл. 1 систематизовано на підставі аналізу типових енергетичних характеристик турбоустановок, що використовуються в об’єд- наній енергетичній системі (ОЕС) України і надано у табл. 2. Для визначення зв’язку між температурою охолоджувальної води і тиском конденсації згідно з існуючими стандартними методиками [10, 11] використовуються енергетичні характе- ристики конденсаторів турбоустановок, що розробляються заводами-виготовлювачами та періодично уточнюються у процесі експлуата- ції. Вони надаються у вигляді графічних залеж- ностей нагріву води в конденсаторі та кінцево- го температурного напору конденсатора залеж- но від температури охолоджувальної води та витрати пари в конденсатор. З використанням зазначених залежностей визначається температура конденсації та тиск у конденсаторі: де t1 – температура охолоджувальної води, Δt – нагрів охолоджувальної води у конденсаторі, δt – кінцевий температурний напір (різниця між температурою конденсації і температурою нагріву охолоджувальної води у конденсаторі), Крім того, в комплекті технічної документа- ції більшості серійних установок ТЕС і ТЕЦ зви- чайно присутні графічні залежності тиску кон- денсації від температури охолоджувальної води, витрати води і пари в конденсатор, які дозво- ляють встановити безпосередній зв’язок між цими величинами без використання проміжних викладок. Приклад підсумкової енергетичної характеристики конденсатора однієї з типових паротурбінних установок наведено на рис. 3. С.В.ДУБОВСЬКИЙ, М.Є.БАБІН, М.Я. КАДЕНСЬКИЙ ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2013, вип. 3 (34)40 Рис. 3. Підсумкова енергетична характеристика конденсатора турбоустановки. Типовий вигляд Вплив змін температури оточення на ефективність та потужність енергетичних установок ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2013, вип. 3 (34) 41 Перерахунок нормованої зміни тиску у від- повідну зміну температури охолоджувальної води за допомогою підсумкової характеристи- ки конденсатора здійснюється за формулою Δt1 = α (Gk, t1) . Δ p2, – кутовий коефіцієнт графічної залежності тиску конденсації від температури охолоджу- вальної води за сталим значенням витрати пари в конденсатор. Якщо підсумкова характеристика відсутня або непридатна для використання через високу крупність сітки кривих, зміну потужності тур- боустановки на 1°С за відомим значенням її зниження внаслідок зростанням тиску конден- сації на 1 Па можна обчислити, використовую- чи відому залежність між тиском та температу- рою на кривій насичення водяної пари та часткові характеристики конденсатора – нагрів охолоджувальної води у конденсаторі, Δt та кінцевий температурний напір δt за формулою – похідна від тиску по температурі на кривій насиченої водяної пари, що визначається з допоміжної табл. 3, – похідна температури конденсації по температурі охолоджувальної води, що визначається з часткових енергетич- них характеристик конденсатора за формулою Таблиця 2 – Порівняння термодинамічних параметрів конденсації пари у номінальному режимі роботи турбоустановок з відповідними даними межі лінійної зміни потужності від тиску Рис. 4. Розрахункові значення обмеження потужності енергоблока типу К-300-240 ХТГЗ за типовими енергетичними характеристиками і їх усереднені значення за теплий період року С.В.ДУБОВСЬКИЙ, М.Є.БАБІН, М.Я. КАДЕНСЬКИЙ ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2013, вип. 3 (34)42 Похідну від тиску конденсації по температурі припустимо також розраховувати за формулою В практично важливому діапазоні темпера- тур конденсації цієї залежності дорівнюють: а = 0,0697; b = 4 .10-4. Чисельні оцінки впливу температури охо- лоджувальної води на обмеження потужності та зниження ефективності роботи паротурбінних установок ТЕС і АЕС виконувались з викори- станням типових енергетичних характеристик турбоагрегатів і конденсаторів енергоблоків та неблочного устаткування ТЕЦ. Кількісний аналіз температурної залежності ККД проводився на основі чисельного моде- лювання роботи енергоблоків типу К-300-240 ХТГЗ та К-200-130 ЛМЗ, які виробляють основну частку електричної енергії теплових електричних станцій з використанням спеці- ально розроблених комп’ютерних програм, створених на базі заводських енергетичних характеристик зазначених енергоблоків. Вплив зростання температури на обмеження потужності енергоблоків типу К-300-240 про- ілюстровано на рис. 4, а енергоблока К-200-130 – на рис. 5. На цих же рисунках неперервною лінією позначені теоретичні зміни потужності на під- ставі аналізу граничного ККД енергоблоків. З рисунка можна бачити, що температурна залежність наявної потужності енергоблоків має загалом нелінійний характер, особливо за низьких температур. У діапазоні температур від технологічного мінімуму (він встановлюється для запобігання обледеніння системи охолодження) до розра- хункової температури +12°С енергоблок може нести надлишкову потужність (до 20% від номі- нальної). При цьому зростання температури до розрахункової призводить до вичерпання над- лишкової потужності. Темп температурних змін потужності у цій температурній зоні відбу- вається повільно. При цьому між кривими фак- тичної і теоретичної температурної залежності потужності має місце значне розходження, що пояснюється суттєвими змінами внутрішнього ККД конденсатора і парової турбіни внаслідок Рис. 5. Розрахункові значення відносної зміни ККД енергоблока типу К-200-130 ХТГЗ за типовими енергетичними характеристиками порівняно у режимах повного і пересічного добового навантаження (160 Мвт) Вплив змін температури оточення на ефективність та потужність енергетичних установок ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2013, вип. 3 (34) 43 розвитку в останніх ступенях ЧНТ надзвукових режимів течії у робочих лопатях [8]. За температур, вищих за розрахункову (t1=12°C), фактичні обмеження потужності якісно відповідають теоретичній лінії, але мають певні кількісні відмінності, зумовлені нелінійним характером зазначених обмежень. Зіставлення даних розрахунку за енергетич- ними характеристиками і за теоретичними формулами для енергоблоків типу К-200-130 (рис. 5) провадилося аналогічним чином від- носно температурного зниження ККД у двох режимах – номінального навантаження і середньодобового навантаження (250 МВт). Результати зіставлення загалом збігаються з аналогічними результати для енергоблоків 300 МВт, однак показують також, що для часткового навантаження енергоблока має місце кращий збіг з теоретичною кривою. Кількісний аналіз температурної залежності ККД енергоблоків ТЕС при різних рівнях навантаження провадився стосовно енергобло- ка типу К-300-240. Його результати, наведені на рис. 6, свідчать про наявність помітних кіль- кісних відмінностей між кривими температур- ної залежності ККД. Проведений аналіз показує, що внаслідок суттєвої нелінійності процесів температурних змін, для їх коректного відображення необхід- но надавати відповідні значення температур- них коефіцієнтів ККД у окремих характерних Таблиця 3 – Температурна залежність тиску конденсації та похідної від тиску конденсації по температурі (розрахунок за даними [8]) Рис. 6. Розрахункові значення відносної зміни ККД енергоблока типу К-300-240 ХТГЗ за типовими енергетичними характеристиками порівняно у режимах повного і часткового навантаження Таблиця 4 – Зниження ККД турбоустановок, поширених в Україні, із зростанням температури охолоджувальної води, (%/ °С) *– конденсаційний режим. С.В.ДУБОВСЬКИЙ, М.Є.БАБІН, М.Я. КАДЕНСЬКИЙ ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2013, вип. 3 (34)44 Таблиця 5 – Поправки на температуру холодного повітря для котла ПТВМ-100. Основний режим [14] Вплив змін температури оточення на ефективність та потужність енергетичних установок ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2013, вип. 3 (34) 45 температурних зонах. Саме такий принцип було вибрано при кінцевому представленні результатів проведеної роботи стосовно основ- них типів енергоблоків ТЕС, ТЕЦ і АЕС України, наведених у табл. 4. Найбільший вплив на ефективність роботи опалювальних котелень на органічному паливі здійснює температура атмосферного повітря. Фізичний механізм означеного впливу пояснюється тим, що зростання температури повітря збільшує адіабатну температуру горін- ня факела у топці, а отже, і тепловий потік, що сприймається поверхнями нагріву. Ефект впливу збільшення температури повітря враховується в енергетичних характе- ристиках водогрійних котельних агрегатів у вигляді поправки на ККД брутто. Відповідну поправку для найбільш поширених в Україні котлів систем централізованого тепло- постачання типу ПТВМ-100 наведено у табл. 5. У статті викладено результати, що отримано при виконанні наукової роботи «Дослідження процесів розвитку енергетики в умовах неви- значеності інформації та зростаючих екологіч- них вимог щодо викидів шкідливих речовин і парникових газів» за темою прикладних науко- вих досліджень Комітету з системного аналізу при Президії НАН України «Комплексне моде- лювання управління безпечним використан- ням продовольчих, водних і енергетичних ресурсів з метою сталого соціального, еконо- мічного і екологічного розвитку». ВИСНОВКИ 1. Основним чинником впливу температури оточення на ефективність та потужність енер- гетичних установок для паротурбінних енерго- блоків є температура охолоджувальної води, яка надходить до конденсаторів енергоблока, для водогрійних котельних агрегатів, газотур- бінних і поршневих двигунів внутрішнього зго- рання, паливних елементів і ін. Їхній ККД і потужність залежать від параметрів атмосфер- ного повітря. 2. Температурна залежність наявної потуж- ності енергоблоків має загалом нелінійний характер, особливо за низьких температур. У діапазоні температур від технологічного міні- муму до розрахункової температури +12°С енергоблок може нести надлишкову потуж- ність (до 20% від номінальної). При цьому зро- стання температури до розрахункової призво- дить до вичерпання надлишкової потужності. За температур, вищих за розрахункову, фактич- ні обмеження потужності зростають. 3. Для турбоустановок, які встановлено на українських ТЕС, вибрано окремі характерні температурні зони для коректного відображен- ня суттєвої нелінійності процесів температур- них змін ККД, і надано відповідні значення температурних коефіцієнтів ККД у вибраних зонах. 1. Maссей Eрік E. Досвід Європейського Союзу в адаптації до зміни клімату та засто- сування його в Україні. Бюро Координатора з економічної та довкільної діяльності ОБСЄ/2012. – 40 с. 2. Изменение климата в Восточной Европе. Беларусь, Молдова, Украина. © Zoп environment network 2011. – 60 с. 3. Абдусаматов Х.И. Солнце диктует кли- мат Земли. – Санкт-Петербург: Изд. «Логос», 2009. – 200 с. 4. Зміна клімату 2007: фізична наукова база. Внесок Першої робочої групи до Четвертої доповіді з оцінками Міжурядової групи експертів зі зміни клімату. Стислий виклад для вищих управлінців. Наукове редагування: В.М. Ліпінський. – 2007. – 28 c. – Видання здійснене на замовлення та за кошти Британської Ради в Україні. 5. Теплотехника / Под редакцией И.Н. Сушкина. – М.: Металлургия, 1973. – 475 с. 6. Маргулова Т.Х. Атомные электрические станции. – М.: Издательство по атомной технике (ИздАТ), 1994. – 289 с. 7. Паротурбинные установки атомных электростанций / Под редакцией Ю.Ф. Косяка. – М.: Энергия, 1978. – 322 с. 8. Щегляев А.В. Паровые турбины. – М.: Энергия, 1976. – С.368. 9. Трояновский Б.М. Паровые и газовые турбины атомных электростанций. Учеб. пособие для вузов / Б.М. Трояновский, Г.А. Филлипов. А.Е. Булкин. – М.: Энергоиздат, 1985. – 256 с. 10. РД 34.30.727. Нормативные характери- стики конденсаторов турбин Т-50-130 ТМЗ, ПТ-60-130/13 и ПТ-80/100-130/13 ЛМЗ. Руководящий документ. Дата введения 01.07.86 г. – М.: Союзтехэнерго. – 56 с. 11. РД 34.30.501. Методические указания по эксплуатации конденсационных устано- вок паровых турбин электростанций. Керівний документ. Дата введення 1981. – М.: Союзтехэнерго. – 40 с. 12. Кравченко В.П. Можливість підвищен- ня потужності турбіни К-1000-60/3000 при роботі взимку / В.П. Кравченко, М.П. Галацан // Праці Одеського політех- нічного університету. – 2011. – Вип. 1 (35). – С. 54–58. 13. Авдеев А.А. Повышение эффективно- сти теплообменных аппаратов ІІ контура АЭС: 7 международная научно-техническая конференция «Безопасность, эффектив- ность и экономика атомной энергетики». – Москва, 26–27 мая 2010 г. Концерн Росэнергоатом. 14. ТХ 34-70-014–85. Типовая энергетиче- ская характеристика водогрейного котла ПТВМ-100 при сжигании природного газа. Руководящий документ. Дата введения 17.07.1985. – М.: СПО Союзтехэнерго, 1986. – 40 с. Надійшла до редколегії 29.07.2013 Рецензент Зав.відділу прогнозування розвитку атомної та відновлюваної енергетики ІЗЕ НАН України, канд. техн. наук С.В. Шульженко 46 С.В.ДУБОВСЬКИЙ, М.Є.БАБІН, М.Я. КАДЕНСЬКИЙ ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2013, вип. 3 (34)
id	systemreorg-article-498
institution	System Research in Energy
keywords_txt_mv	keywords
language	Ukrainian
last_indexed	2026-07-19T01:15:56Z
publishDate	2013
publisher	General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
record_format	ojs
resource_txt_mv	systemreorg/3f/7d2decb360f527d5e3cacff3f4edf23f.pdf
spelling	systemreorg-article-4982026-07-18T12:57:40Z Influence of environment temperature changes upon the efficiency and capacity of power plants Вплив змін температури оточення на ефективність та потужність енергетичних установок Dubovskoy S.V. Babin M.E. Kadenskiy N.Y. climatic factors, energy characteristics, efficiency, temperature, steam turbine plants, steam condensation. кліматичні фактори, енергетичні характеристики, ККД, температура, паротурбінні установки, конденсація пари. The article considers the possibility of adaptation of the power industry to the changes of climatic factors. In recent years it has become clear that current abnormal climate changes are likely to gain a regular character, forming a long-term trend of both rising the average earth surface temperature and the increase in frequency and amplitude of abnormal climatic phenomena, paying more and more considerable physical impact upon the power infrastructure. The changes can fluctuate significantly during the lifetime of power objects, lasting for decades.That’s why studies aimed at determining the level of vulnerability of the fuel and power complex towards climate changes become highly relevant. The studies aim at elaboration of measures for adaptation of the whole power industry and of its individual enterprises to the probable climate changes.Most part of the work is devoted to evaluation of the climate vulnerability of the closed cycle thermal power plants’ efficiency, i.e. the power steam turbines of TPP, CHP and NPP, included into the generating capacities of the United Power Systems (UPS) of Ukraine with water cooling system: both the forward flow ones, using natural river water and large reservoirs, and the reversible ones, using artificial cooling circulating water in cooling ponds, spray ponds and wet cooling towers.Methodological aspects of influence, exerted upon efficiency and capacity of power plants by ambient temperature changes, have been elaborated. Сalculation of changes in power and efficiency of TPP, CHP and NPP steam turbines with accordance to the cooling water temperature by power characteristics has been carried out. Numerical evaluation of temperature dependence of capacity and efficiency of typical TPP and NPP turbines was carried out.It was concluded, that due to a significant non-linearity of temperature change processes, appropriate values of temperature coefficients of efficiency in particular temperature zones should be available for their correct representation, such particular zones are picked out.Air temperature makes the most significant impact upon fossil fueled heating plants. The effect of air temperature increasing is taken into account in energy characteristics of water-heating boilers in the form of an amendment to the gross efficiency, provided for the most common in Ukraine PTVM-100 district heating boilers. У статті розглянуто можливість адаптації енергетичної галузі до змін кліматичних факторів.Останніми роками стає дедалі зрозумілим, що аномальні кліматичні зміни набувають закономірного характеру, формуючи багаторічний тренд як щодо підвищення середньої температури земної поверхні, так і щодо зростання частоти і амплітуди аномальних кліматичних проявів, що здійснюють дедалі більші фізичні впливи на енергетичну інфраструктуру. Вони можуть істотно змінюватися за час існування енергетичних об’єктів, що триває десятки років.Це зумовлює високу актуальність досліджень з визначення вразливості об’єктів паливно-енергетичного комплексу до змін клімату, спрямованих на розробки заходів з адаптації енергетичної галузі в цілому, а також її окремих підприємств до імовірних кліматичних змін.Основна частина роботи спрямована на оцінку кліматичної вразливості ККД теплових електричних станцій замкненого циклу, а саме, потужних паротурбінних установок ТЕС, ТЕЦ і АЕС, що входять до складу генеруючих потужностей Об’єднаної енергетичної системи (ОЕС) України, які мають водяні системи охолодження: прямотокові, що використовують природну воду рік і великих водоймищ і обернені, що здійснюють штучне охолодження циркуляційної води у ставках-охолоджувачах, бризкальних басейнах і мокрих градирнях.Розроблено методологічні аспекти впливу змін температури оточення на ефективність та потужність енергетичних установок. Виконано розрахунки з визначення змін потужності і ККД паротурбінних установок ТЕС, ТЕЦ та АЕС залежно від температури охолоджувальної води за енергетичними характеристиками. Проведено чисельні оцінки температурної залежності потужності та ККД типових турбоустановок ТЕС та АЕС.Зроблено висновки про те, що внаслідок суттєвої нелінійності процесів температурних змін, для їх коректного відображення необхідно надавати відповідні значення температурних коефіцієнтів ККД у окремих характерних температурних зонах і вибрано таки характерні зони.Найбільший вплив на ефективність роботи опалювальних котелень на органічному паливі здійснює температура атмосферного повітря. Ефект впливу збільшення температури повітря враховується в енергетичних характеристиках водогрійних котельних агрегатів у вигляді поправки на ККД брутто, яка надана для найбільш поширених в Україні котлів систем централізованого теплопостачання типу ПТВМ-100. General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2013-11-12 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/498 System Research in Energy; No. 3 (34) (2013): The Problems of General Energy; 35-46 Системні дослідження в енергетиці; № 3 (34) (2013): Проблеми загальної енергетики; 35-46 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/498/432 Copyright (c) 2013 Dubovskoy S.V., Babin M.E., Kadenskiy N.Y. https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0
spellingShingle	climatic factors energy characteristics efficiency temperature steam turbine plants steam condensation. Dubovskoy S.V. Babin M.E. Kadenskiy N.Y. Influence of environment temperature changes upon the efficiency and capacity of power plants
title	Influence of environment temperature changes upon the efficiency and capacity of power plants
title_alt	Вплив змін температури оточення на ефективність та потужність енергетичних установок
title_full	Influence of environment temperature changes upon the efficiency and capacity of power plants
title_fullStr	Influence of environment temperature changes upon the efficiency and capacity of power plants
title_full_unstemmed	Influence of environment temperature changes upon the efficiency and capacity of power plants
title_short	Influence of environment temperature changes upon the efficiency and capacity of power plants
title_sort	influence of environment temperature changes upon the efficiency and capacity of power plants
topic	climatic factors energy characteristics efficiency temperature steam turbine plants steam condensation.
topic_facet	climatic factors energy characteristics efficiency temperature steam turbine plants steam condensation. кліматичні фактори енергетичні характеристики ККД температура паротурбінні установки конденсація пари.
url	https://systemre.org/index.php/journal/article/view/498
work_keys_str_mv	AT dubovskoysv influenceofenvironmenttemperaturechangesupontheefficiencyandcapacityofpowerplants AT babinme influenceofenvironmenttemperaturechangesupontheefficiencyandcapacityofpowerplants AT kadenskiyny influenceofenvironmenttemperaturechangesupontheefficiencyandcapacityofpowerplants AT dubovskoysv vplivzmíntemperaturiotočennânaefektivnístʹtapotužnístʹenergetičnihustanovok AT babinme vplivzmíntemperaturiotočennânaefektivnístʹtapotužnístʹenergetičnihustanovok AT kadenskiyny vplivzmíntemperaturiotočennânaefektivnístʹtapotužnístʹenergetičnihustanovok

Influence of environment temperature changes upon the efficiency and capacity of power plants

Репозитарії

Схожі ресурси