Тепловое аккумулиров ание энергии

Пиковые установки и установки мгновенного резерва

а) Аккумулирование со скользящим давлением. Первое применение аккумуляторов со скользящим давлением (акку­мулирование пара) в энергоустановках было осуществлено па электростанции Мальмё, Швеция. Это была установка мгновенного резерва мощностью 3,75 МВт с давлением в ак­кумуляторе от 0,8 до 0,2 МПа, перекрывающая 50-минутную паузу между сбросом нагрузки гидравлической установки и набором мощности теплоэнергетической установки в процессе холодного запуска.

Впоследствии некоторые тяговые подстанции для электри­фицированных железных дорог с максимальными нагрузками в час пик были оборудованы аккумуляторами со скользящим давлением. Эти аккумуляторы имели мощность порядка не­скольких МВт, объем в несколько сотен м3 и верхнее давле­ние до 1,7 МПа.

Последней системой этого типа и в то же время самой большой из построенных является установка аккумулирова-

ния пара в Шарлоттенбурге (гл. 1, рис. 1.22 и 1.23). На рис. 7.9 показана схема этой установки, которая была по­строена в 1929 г. и до сих пор находится в эксплуатации. Пар - из турбин с противодавлением заряжает 16 вертикальных аккумулирующих сосудов емкостью 312,5 м3 каждый (общая; емкость 5000 м3). Верхнее давление в аккумуляторе 1,4 МПа,, нижнее — 0,15 МПа. В период пиковых нагрузок пар из акку­мулятора поступает в две турбины с электрической мощ­ностью 20 (25) МВт, работающие на аккумулируемом паре. Полная производимая работа (отнесенная к низшему давле­нию аккумулирования 0,45 МПа) за 1,08 ч составляет - 1,08-40 = 43 МВт-ч. Общая емкость при разрядке (до дав­ления 0,15 МПа) равна 67 МВт-ч, что определяет объемную - емкость аккумулирования 67 000/5000= 13,4 кВт-ч/м3.

На рис. 7.10 показана одна из турбин. Она имеет два бло­ка регуляторов на входе, которые необходимы в связи е большим изменением давления. Для снижения потерь на ре­жиме ожидания турбина имеет малое число ступеней и срав­нительно небольшую длину газового тракта.

Аккумулирование пара высокого давления, впервые при­мененное в локомотивах (гл. 8), было также осуществлено- на электростанциях. К достоинствам такого аккумулирования

ЙШ

I

Рис. 7.11. Аккумулирующая установка высокого давления в Вене [7.15].

1 — дроссельный клапан; 2 — зарядный бойлер; 3 — питательный насос; 4 — цирку - ляционный насос; 5 — зарядный теплообменник; 6 — пароперегреватель.

относятся отсутствие потребности в специальных аккумуля­торных турбинах благодаря постоянному давлению разрядки, высокая объемная емкость аккумулирования (если исполь­зуются сосуды с горячими стенками, то 25—35 % тепла акку­мулируются в его стенках), малая занимаемая площадь и низкие потери в изоляции.

Установка мгновенного резерва такого типа была введена в эксплуатацию в 1938 г. на электростанции «Зиммеринг» венского муниципалитета. У^ановка служила для перекры­тия 15-минутной паузы, в течение которой работающий на угле бойлер с вынужденной циркуляцией, обеспечивающий производительность 100 т пара в час, давление 4,0 МПа и температуру 425—450°С, запускается из холодного состоя­ния с помощью нефтяных горелок [7.16].

На рис. 7.11 показана схема этой установки. Ее верхнее давление равно 12,0 МПа, а нижнее давление соответствует нормальному давлению турбины 32 МПа. Установка имеет шесть барабанов высокого давления длиной 9,25 м и внутрен­ним диаметром 1,25 м с толщиной стенки цилиндрической части 72 мм и толщиной плоских днищ 300 мм. Общий объем •барабанов 63 м3. Четыре нижних барабана целиком запол­нены водой, а два верхних работают с паровой подушкой.

Установка имеет в своем составе также два аккумулирую­щих сосуда с перегревом на давление 12,0 МПа общим объемом 19 м3. Зарядка производится с помощью небольшого бойлера или теплообменника, которые частично снижают пе-

12

Рис. 7.12. Установка аккуму - 16 лирования питательной воды в Мангейме [7.17].

I — регулятор уровня; 2 — пита - тельный насос; 3 — циркуляционный насос; 4, 5 — подогреватели пита­тельной воды; 6 — регулятор; 7 — зарядное устройство со смесителем и подогревателем; 8 — сосуд-акку­мулятор; 9 — питательный насос; 10 — бойлер; // — перегреватель; 12—подогреватель; 13 — турбина с противодавлением; 14 — регенера­тивная турбина; 15 — конденсацион­ная турбина; 16 — конденсатор.

регрев острого пара в байпасной линии («паровой трансфор­матор»), Емкость аккумулирования установки 4 МВт-ч. удельная объемная емкость 49 кВт-ч/м3. Фотоснимок сосудов установки без теплоизоляции показан на рис. 1.25.

б) Аккумулирование с постоянным давлением (вытесни­тельное)|. На паровых электростанциях (включая теплофика­ционные) с регенеративным подогревом питательной воды паром из отбора уже давно нашли применение вытеснитель­ные (на постоянном давлении) аккумулирующие системы с вертикальными сосудами. Это в полном смысле слова без- насосная аккумулирующая система (гл. 3). Поэтому полная эффективность установки, как и объемная емкость аккуму­лирования, достаточно высока.

Широко известна аккумулирующая установка электростан­ции в Мангейме, работающей на угле [7.17]. Мощность этой станции составляет 21,15 МВт без аккумулирования и 25,4 МВт (+20%) во время разрядки вытеснительного акку­мулятора. Сосуд аккумулятора имеет диаметр 3 м, высоту 20 м, объем 135 м3, рабочее давление 2,0 МПа, рабочую тем­пературу 250/70—80°С, емкость 5 МВт-ч и удельную объем­ную емкость 37 кВт-ч/м3.

Зарядка аккумулятора допускает снижение электрической нагрузки до 12,25 МВт. Это означает, что отношение заряд­ной и разрядной мощностей аккумулятора равно 8,9/4,25 = = 2,1, т. е. значительно выше, чем для насосных систем. Схема установки показана на рис. 7.12 [7.21]. Регулирование работы аккумулирующей системы осуществляется вентилем

і — котел; 2 — подогреватель; 3 — турбины ВД, СД, НД; 4 — конденсатор; 5, 6 —< .конденсатные насосы; 7 — холодный аккумулятор; 8 — охладитель конденсата; 9— 11 — подогреватели питательной воды; 12 — аккумулирующий сосуд питательной воды со смесительным конденсатором и дегазатором; 13 — питательный насос; 14 — .пароохладитель; 15—17 — подогреватели питательной воды; 18 — аккумулятор горя - чей воды с дегазатором; 19 — обводная линия острого пара и пароохладитель; 20 —• обводная линия малой нагрузки; 21—23 — быстрые испарители; 24, 25 — обводная линия среднего давления и пароохладитель; 26, 27 — обводные линии; 28 — вы­пускной клапан аккумулятора; 29 — разрядный клапан; 90 — регулятор уровня воды; 81—33 — сигналы регулирования аккумулятора; 34 — основной регулятор турбины; 35 — быстродействующий регулятор турбины; 36 — быстродействующие регуляторы ртбора пара; 37 — обратные клапаны отбора; 38 — 42 — клапаны разрядки водой; 43 — питательный насос аккумулятора; 44, 45 — подогреватели питательной воды аккумуля* тора; I — VI — ступени отбора пара и водоподогревателей.

6. Когда вентиль открыт, избыток питательной воды аккуму­лируется (зарядка); когда он закрыт, вся питательная вода вытесняется из аккумулятора холодной водой (разрядка). Уровень воды регулируется краном холодной воды 11.

в) Буферное аккумулирование. Буферное аккумулирова­ние применяется на паровых электростанциях для увеличения интервала, и в особенности скорости изменений нагрузки [7.13]. На рис. 3.18 показан буферный аккумулирующий со­суд со скользящим давлением, который соединен с холодной линией подогрева (разд. 3.4.3). Такие буферные аккумуля­торы применялись на типовых электростанциях уже в 1940-х гг.

На рис. 7.13 показан буферный аккумулятор расшири­тельного типа в линии питательной воды [3.6]. Горячая вода отбирается из аккумулятора и впрыскивается в несколько быстрых испарителей (на рисунке их два); затем пар посту­пает в подогреватели питательной воды и, если требуется, даже в турбину. Линия питательной воды используется для зарядки аккумулятора. Система регулирования спроектиро­вана таким образом, что во время нормальной работы энер­гетической установки не происходит ни зарядки, ни разрядки, з в аккумуляторе поддерживается средний уровень воды. Аккумулирующая система используется только в случае быст­рых изменений нагрузки.

Аккумулирование для осуществления быстрого запуска может рассматриваться как специальный случай буферного аккумулирования. Избыток пара, выработанный с момента пуска котла до запуска турбины и генератора (и в случае сброса нагрузки), аккумулируется для экономии тепла и кон­денсата.