Экстренное управление мощностью тЭц — эффективное средство повышения надежности электро­снабжения региональных центров

Рубрика:

Инфраструктура

 

Авторы

Катаев Борис, Филиал ОАО «НТЦ электроэнергетики» — СибНИИЭ

Катаев Игорь, Филиал ОАО «НТЦ электроэнергетики» — СибНИИЭ

 
    О проблеме
    У теплоэнергетики как основы жизнеустройства населения России есть две важнейшие задачи: обеспечение экологической безопасности и гарантия устойчивого энергоснабжения. Недостаток внимания к проблемам экологии и надежности — это прямая угроза жизнедеятельности человека и риск прекращения поставок электроэнергии с последующим коллапсом инфраструктуры крупных агломераций.
    Потеря интереса к вопросам надежности на этапе приватизации государственного имущества объяснялась спадом потребления и выводом из работы невольно созданных избыточных мощностей тепловой генерации. Облегченные режимы и обусловленная этим повышенная прочность энергосистем лишали собственников мотивации финансировать работы по поддержанию их надежности. К тому же на энергорынке появилось множество слабо­управляемых субъектов, часто имеющих несогласующиеся цели и полностью занятых контролем выполнения задач текущего бизнеса. В результате долгое время не проводилась модернизация противоаварийной автоматики и не осуществлялись более эффективные мероприятия по локализации аварийных ситуаций.
    Рост потребления электроэнергии в период экономического подъема быстро исчерпал резервы местной генерации во многих приемных энергосистемах, а вместе с этим вернулись и проблемы, связанные с их живучестью. Череда произошедших в эти годы системных аварий надолго парализовала жизнь в крупных городах и вызвала негативное отношение к веерным отключениям нагрузки средствами противоаварийной автоматики. Очевидно, что изменения в структуре отрасли и новые мотивации бизнеса потребуют от диспетчерской вертикали большей ответственности за потерю надежности и устойчивости электроснабжения.
    Можно выделить ряд факторов, усиливающих риски перерыва электропитания:
  • увеличение числа дефицитных энергорайонов из-за разгрузки местной тепловой генерации, при этом растущие небалансы устраняются за счет более дешевого импорта из других регионов, в результате отсутствуют резервы генерации в энергорайоне, и надежность электроснабжения поставлена в зависимость от аварийности на линиях питания;
  • применение независимых от уровня нагрузки противоаварийных балансирующих воздействий средствами САОН и АЧР в соответствии с графиками аварийного ограничения потребления;
  • снижение вращающегося резерва мощности на менее эффективных ТЭЦ, вызванное стремлением собственников сокращать затраты;
  • появление мегаполисов, функционирование жизнеобеспечивающих систем в которых полностью связано с надежностью систем внешнего электроснабжения. Аварии в таких агломерациях часто охватывают большие территории и наносят огромный ущерб потребителям.
    Указанные факторы требуют учета режимных технологов при организации управления энергосистемами.
    Пути решения проблемы
    Уровень живучести энергорайона характеризуется способностью противостоять развитию аварии и локализовать ее с минимальными потерями для потребителей. Активную реакцию энергетического оборудования ТЭЦ и пользователей на конкретные возмущения можно назвать адаптируемостью энергорайона, то есть умением компенсировать аварийные небалансы в месте их возникновения, не допуская лавины частоты и напряжения. В свою очередь, степень адаптируемости может быть оценена быстродействием применяемых средств регулирования мощ­ности.
    В России большая часть электроэнергии вырабатывается на ТЭЦ — объектах генерации, максимально приближенных к потребителям. Дефицит генерирующих мощностей в промышленных центрах, как правило, покрывается импортом электроэнергии из других регионов. Аварийное отключение питающих линий и поставок электроэнергии требует быстрой локализации аварии: балансирующего отключения нагрузки. Поэтому жизнедеятельность региональных центров во многом зависит от техногенных аварий на системах электропитания.
    Также на современных блочных ТЭЦ установлено маневренное силовое оборудование, которое можно привлекать к противоаварийному регулированию при ликвидации внезапных небалансов мощности. Для этого необходимо создать условия к формированию быстрореализуемых резервов местной генерации на теплоэлектроцентралях, расположенных в региональных центрах.
    В филиале ОАО «НТЦ электро­энергетики» — СибНИИЭ были проведены теоретические исследования и выполнена НИОКР, отлажена базовая технология экстренного регулирования и подготовлена опытная партия специальных регуляторов для энергоблоков ТЭС, ТЭЦ. Цель разработки — повысить устойчивость электроснабжения в региональных центрах. Ее использование гарантирует:
  • местной власти — наличие условий для надежного функционирования органов самоуправления, социальной сферы и безопасного проживания жителей регионального центра;
  • ТЭЦ — надежность работы паросилового и генерирующего оборудования в аварийных ситуациях, поставку быстрореализуемого резерва мощности на рынок системных услуг по выгодному тарифному плану;
  • МРСК — сохранение запаса передающей способности связей, обеспечивающих передачу электроэнергии в центр потребления, за счет сокращения импорта мощности аварийной взаимопомощи из других регионов;
    Системному оператору — получение эффективного средства противоаварийного управления при появлении аварийного дефицита мощности в энергосистеме.
    Новации подобного рода актуальны во многих промышленно развитых регионах Центра, Урала и Западной Сибири.
    Особенности экстренного регулирования мощности блочной ТЭЦ
    Для осуществления экстренного регулирования мощности на ТЭЦ обязательно должны быть энергоблоки с маневренными турбинами Т-180/210-130, К-215-130-1 и Т-250-240, управление которыми дает возможность быстро корректировать аварийные режимы. Это позволяет создать резерв быстрореализуемой мощности, достаточный для подхвата нагрузки при появлении аварийного небаланса в энергорайоне.
    На блочных ТЭЦ должна быть отработана специальная технология получения «быстрого» резерва мощности, когда моментально (в течение 1—2 с) увеличивается мощность турбины с последующим переводом на новую нагрузку котлоагрегата (через 2—4 мин.).
    На блочных ТЭЦ возможно также расширение регулировочного диапазона энергоблоков за счет свободных хвостовых мощностей паровых турбин. Учитывая, что данный резерв мощности составляет около 10% от установленной, весьма целесообразно использовать его в аварийных ситуациях. Естественно, параметры реализации этого резерва будут в пределах 5—10 с.
    Временное уменьшение подачи пара на теплофикацию не приведет к существенным нарушениям в теплоснабжении, так как тепловые сети обладают большой аккумулирующей способностью. Тепла, накопленного в теплосети, водяной объем которой достигает 40 тыс. куб. м, хватает на 3—4 ч нормальной работы системы.
    Одни теплофикационные машины не смогут, конечно, компенсировать образовавшийся дефицит мощности, но примерно ? от необходимой величины резерва в наиболее трудный период эксплуатации (осень, зима) дают блочные ТЭЦ.
    Особенности «быстрого» резерва мощности
    Большая потребность в «быстром» резерве, получаемом на энергоблоках ТЭЦ, объясняется высокой скоростью его мобилизации, обеспечивающей «подхват нагрузки». Резерв носит локальный характер и формируется за счет частичной недогрузки каждого турбоагрегата.
    При этом необходимо учитывать особенности «быстрого» резерва:
  • он присутствует на каждом энергоблоке, работающем в ждущем режиме, и может быть получен через 1—2 с после поступлении сигнала от ПА;
  • его объем не может превышать 15% базовой нагрузки, зависит от уровня исходной нагрузки и ограничен характеристиками паросилового оборудования;
  • резервная мощность вырабатывается в результате быстрого поступления огромной массы пара в турбину из запасенного количества в паропроводах и поддерживается парообразованием посредством аккумуляции тепла в котле;
  • длительность образования «быстрого» резерва составляет от 90 до 120 с, что бывает достаточно для перевода котла на новый уровень нагрузки;
  • в течение первых 10—20 с рост нагрузки турбины целиком определяется возможностями парового «аккумулятора» энергоблока и гидравлическими характеристиками парового тракта от границы разделения «вода — пар» в паровом котле до регулирующей ступени ЦВД турбины;
  • по мере снижения давления пара перед турбиной дополнительная масса пара формируется за счет теплоты, накопленной в воде и в металле поверхностей нагрева котла;
  • высокая скорость получения «быстрого» резерва позволяет использовать его в составе общесистемных противоаварийных мероприятий для минимизации объемов ступеней отключения нагрузки.
    Выводы
    1. В условиях рыночной экономики гарантия надежности электроснабжения потребителей должна стать постоянной и долгосрочной задачей для субъектов энергорынка, стремящихся сократить стоимость противоаварийных мероприятий. Сегодня же управляемость энергосистемы и, следовательно, устойчивость ее функционирования напрямую связаны с результатами коммерческой деятельности местных производителей и покупателей электроэнергии.
    2. Концентрация финансового и социального потенциала общества в крупных городах России приводит к тому, что подобные центры становятся особо уязвимыми при резких нарушениях режимов систем энергоснабжения, а это требует ограничения действия рыночных принципов на режимы блочных ТЭЦ и освоения технологии экстренного регулирования их мощности.
    3. Необходимость достижения нового управляющего качества энергосистем делает актуальным широкое внедрение технологии ЭРМ ПТ на энергоблоках ТЭЦ. Форсировка мощности является эффективным и малозатратным способом повышения живучести региональных центров, нивелируя отрицательные эффекты отключения потребителей.
    4. Для вывода на региональные рынки мощности и системных услуг быстрореализуемого резерва мощности нужно подготовить нормативно-правовые акты энергорынка, определяющие экономические стимулы для собственников энергетического оборудования. От этого в большей мере зависит успешность привлечения оборудования блочных ТЭЦ к противоаварийному управлению и усилению конкурентоспособности теплоэлектроцентралей на рынке энергии.