Тепловое аккумулиров ание энергии

Аккумулирование сжатого воздуха для газовых турбин открытого цикла с быстрым запуском

Еще одним применением аккумулирования сжатого воз­духа в энергетических установках является использование г его для быстрого запуска турбин резерва [7.12]. По сравне­нию с другими теплоэнергетическими установками газовые турбины могут быть включены в работу довольно быстро (ми­нимальное время запуска около 1 мин) даже без аккумуля­тора сжатого воздуха. Однако долговечность (моторесурс) турбины при таких быстрых запусках резко снижается. По­этому на практике стараются избегать таких быстрых запу­сков, а если это возможно, то исключить их вообще. Газовая турбина вследствие этого теряет свои качества энергетической установки быстрого резерва, и резервную мощность прихо­дится обеспечивать иным способм. В этом случае может ока­заться полезным аккумулятор сжатого воздуха. Газовая тур­бина открытого цикла с аккумулятором сжатого воздуха, как показано ниже, запускается очень быстро и выдает электро­энергию в сеть почти немедленно. В отличие от системы акку­мулирования сжатого воздуха, описанной выше, здесь тре­буется относительно небольшой объем аккумулятора, так что может быть использован наземный аккумулятор сжатого воз­духа (например, типа ПЧСД).

Основное требование к запуску газовой турбины состоит в том, чтобы повышать температуру при/йуске как можно медленнее, для того чтобы избежать сколько-нибудь замет­ного уменьшения долговечности. В то же время можно не­медленно достигать состояния, при котором будет выдаваться полная мощность (это значит, что скорость возрастания выда­ваемой мощности у турбины должна быть не ниже, чем у ге­нератора). Следует отметить, что в отсутствие аккумулирую­щей системы энергию для работы пускового двигателя при­дется брать из сети в наиболее критический для нее период.

На рис. 7.7 показана схема такой установки. Для обес­печения быстрого запуска одновальная газовая турбина от­крытого цикла имеет следующее оборудование:

— пусковой вентиль 1 перед компрессором:

— обратный клапан 2 после компрессора;

— дренажный клапан 3 между компрессором и обратным

клапаном;

— сосуд-аккумулятор сжатого воздуха высокого давле­ния 4

— дросселирующий клапан 5 для регулирования расхода

воздуха из сосуда-аккумулятора;

Рис. 7.7. Газотурбинная установка быстрого запуска с ПЧСД-аккуму - лятором сжатого воздуха [7.12].

/ — пусковой вентиль; 2 — обратный клапан; 3 — дренажный клапан; 4 — аккумулятор ПЧСД; 5 — дросселирую­щий клапан; 6 — компрессор для за­рядки.

— зарядный блок 6 для системы аккумулирования сжа­того воздуха, состоящий из относительно небольшого заряд­ного компрессора (или нескольких последовательно соеди­ненных компрессоров, вступающих в работу один за другим по мере повышения давления в аккумуляторе) и обратного кла­пана. Процедура запуска газотурбинной установки мощ­ностью 100 МВт представлена на рис. 7.8. Перед пуском дросселирующий клапан 5 и пусковой вентиль 1 закрыты, а дренажный клапан 3 открыт.

Пуск осуществляется в следующей последовательности:

1. Открывается дросселирующий клапан 5; установка на­бирает обороты; открывается топливопровод; температура на входе в турбину определяется массовым расходом топлива.

2. Синхронизируется генератор.

3. Дросселирующий клапан 5 продолжает открываться вплоть до того, пока не будет достигнута заданная или мак­симальная мощность; давление перед турбиной в это время ниже заданного, поскольку компрессор работает вхолостую.

4. Дренажный клапан 3 закрывается.

5. Пусковой вентиль 1 медленно открывается до тех пор, пока давление перед турбиной не достигнет заданного уровня, а дросселирующий клапан 5 медленно закрывается таким образом, чтобы выдаваемая мощность сохранялась по­стоянной.

Требуемая температура на входе в турбину обычно до­стигается примерно через 10 мин; пусковой вентиль при этом

полностью открыт, а дросселирующий клапан 5 полностью закрыт. Камера сгорания обеспечивает полйую мощность, и процедура пуска на этом завершается.

В приведенном примере давление подаваемого воздуха в конце разрядки составляет ~ 0,8 МПа. Давление в аккуму­ляторе, таким образом, должно быть значительно выше. По­скольку повышение давления в аккумулятора позволяет запа­сать соответственно больше воздуха (разд. 2.6), следует ис­пользовать как можно более высокие давления. Большая

масса воздуха в сосуде необходима также для того, чтобы ограничить понижение температуры воздуха при разрядке. Оба этих условия определяют целесообразность использова­ния ПЧСД.

В примере (мощность на валу 10 МВт, время запуска 10 мин) необходимая масса воздуха составляет 150 т. Если принять давление в аккумуляторе равным 15 МПа, то в соот­ветствии с графиком рис. 2.14 необходимый полезный объем сосуда давления должен составлять 150 000/164 = 920 м3. Оценка капитальных затрат показывает, что ПЧСД, который не требует теплоизоляции, может стоить (включая клапаны, трубопроводы, зарядный компрессор и контрольно-измери­тельные приборы) примерно в 5 раз дешевле газотурбинной установки и соответственно дешевле комбинированной паро­газовой установки. С учетом возможности быстрого запуска без снижения долговечности газовой турбины этот вариант должен быть признан заслуживающим внимания.