Тепловое аккумулиров ание энергии

Одноконтурная солнечная паровая установка с прямым тепловым аккумулированием

Одноконтурная солнечная паровая установка с прямым тепловым аккумулированием показана на рис. 7.24. Линия острого пара и коллекторная линия солнечной энергосистемы соединены с аккумулятором, работающим при скользящем давлении. На схеме показаны смесительный конденсатор и устройство сухого охлаждения. Дополнительная гибкость функционирования достигается соединением линии питатель­ной воды аккумулятора с основной магистралью питательной воды [7.26].

Три типичных режима работы такой установки, показан­ные на рис. 7.25, а, б и в, демонстрируют принцип выбора рас­положения и оптимизации размеров парогенератора, аккуму­лятора и турбины. Нужно отметить, что только парогенератор (но не турбины высокого и низкого давления и конденса­тор/охладитель) должен быть рассчитан на пиковое солнечное излучение. Важным расчетным параметром служит коэффи­циент располагаемой мощности турбины ф, определяемый как отношение выбранной максимальной мощности турбины к ее пиковой мощности, которую она могла бы развить при полной мощности парогенератора (пиковое солнечное излучение).

На рис. 7.25,о (ф = 0,28) показан случай базисной на­грузки. Соответствующая постоянная выходная мощность мо­жет обеспечиваться непрерывно. В ночное время турбина низ-

Рис. 7.24. Солнечная энергетиче­ская установка с ПЧСД-аккумуля - тором скользящего давления для немедленного резерва, действую­щим (попеременно или одновре­менно) и как расширительный ак­кумулятор питательной воды [7.26].

1 — солнечный парогенератор; 2 — тур­бина ВД; 3 — турбина НД; 4— акку­мулятор (ПЧСД); 5 — смесительный конденсатор; 6 — сухой охладитель; 7 — подогреватель питательной воды.

кого давления (НД) несет нагрузку, а весь пар поступает из установки аккумулирования пара. С восходом солнца всту­пает в работу турбина ВД, работающая на паре высокого давления от солнечного парогенератора; пар используется и для зарядки аккумулятора. Входной клапан НД постепенно прикрывается, снижая тем самым выходную мощность тур­бины НД. Вечером операции осуществляются в обратном по­рядке. Заштрихованные площади характеризуют необходимую емкость аккумулирования. Выходная мощность НД несколько меньше аккумулированной энергии, так как КПД аккумули­рования меньше единицы (примерно 0,7-—0,75).

На рис. 7.25, б (тр = 0,44) показана несколько другая си­туация. Форма кривой подачи энергии аналогична графику суточного потребления (большая нагрузка в дневные часы и более низкая ночью). В отличие от рис. 7.25, а турбина НД в течение суток работает без перерыва, хотя ее мощность не­много снижается в середине дня в соответствии с повышен­ным давлением в конденсаторе. Турбина ВД работает ана­логично случаю рис. 7.25, а, за исключением того, что теперь только часть пара используется для зарядки парового акку­мулятора, остальная же часть служит рабочим паром для турбины НД. Входной клапан низкого давления и входной клапан на линии аккумулятора при этом используются для регулирования как выходных параметров НД, так и процесса зарядки.

На рис. 7.25, в (ф = 0,6) мощность турбины еще выше, а объем аккумулятора соответственно меньше. Среднее зна­чение мощности турбины НД в ночное время поэтому значи­тельно ниже ее максимальной мощности (которая, как и

Рис. 7.25. Режимы работы и гра­фики загрузки блоков установки.

а) = 0,28; б) ip — 0,44; е) тр = 0.6;

і — инсоляция; 2 — аккумулированная энергия; 3 — генерируемая мощность.

раньше, в некоторой степени зависит от температуры окру­жающей среды). Тем не менее пики потребляемой МОЩНОСТИ относительно небольшой длительности могут укладываться в пределы максимальной мощности турбины НД, как показано на рис. 7.25, в штриховой линией для вечернего времени около 20 ч (пик работы телевизоров). Предельный случай ф~1,0 (отсутствие аккумулирования) не показан на рис. 7.25, но ха­рактер соответствующих графиков ясен.

На рис. 7.26 схематично показана зависимость начальных капиталовложений от коэффициента располагаемой мощности

9

Рис. 7.26. Стоимость турбины (1) и аккумулятора (2) в зависимости от коэффициента располагаемой мощности турбины ф [7.26].

турбины ф. Стоимость турбины, снабженной устройством су­хого охлаждения, имеет явный минимум для случая II (рис. 7.25,6), что вполне понятно, так как это единственный случай, в котором дорогостоящая турбина НД и сухой охла­дитель используются все 24 ч в сутки. Стоимость системы ак­кумулирования при ф = 1,0, естественно, равна нулю и возра­стает почти линейно, пропорционально 1 — ф. Необходимая емкость аккумулятора (например, для случая рис. 7.25,6) равна 260 МВт-ч при максимальной выходной мощности тур­бины 44 МВт. Стоимость турбины и аккумулятора также по­казана на графике. Наименьшее значение этой суммарной стоимости соответствует ф = 1,0; она увеличивается с умень­шением ф вначале медленно, а затем, при низких значениях ф, более быстро. Для приведенного выше отношения стоимости аккумулятора к стоимости турбины начальные капиталовло­жения, как и следовало ожидать, оказываются минимальными для системы без аккумулятора энергии.

Результаты получаются другими, если выбирать более вы­сокие значения аккумулированной пиковой энергии. Опта-

мальное значение коэффициента располагаемой мощности сильно зависит от тарифных ставок, и в особенности от от­ношения тарифов на аккумулированную и на непосредственно подаваемую электрическую энергию.

На рис. 7.27 показана схема одноконтурной солнечной па­ровой энергетической установки с аккумулятором насыщен­ного пара расширительного типа и прямым генерированием пара в ресивере. Зарядка производится острым паром и пи­тательной водой, а нормальная разрядка — с помощью серии быстрых испарителей [7.27]. Кроме того, в периоды очень вы­сокого потребления энергии система может работать как ак­кумулятор со скользящим давлением при низком или нулевом солнечном излучении или как аккумулятор питательной воды при среднем или низком солнечном излучении.

Схема с внутренней генерацией пара рассматривается при­менительно к первой в СССР солнечной электростанции в Крыму электрической мощностью от 3 до 5 МВт [7.28].