Xác định lưu lượng tối ưu làm mát của nhà máy nhiệt điện

ImageTrong điều kiện cải cách ngành điện và hình thành những mối quan hệ thị trường trong nền kinh tế nước Nga, khi đánh giá hiệu quả vận hành và tối ưu hóa các thông số thiết bị của nhà máy nhiệt điện (NMNĐ), cần hướng tới giảm giá thành điện năng sản xuất và thương phẩm.

Đương nhiên là các điều kiện vận hành bình ngưng trong tổ máy phát điện tuabin hơi cũng phải thỏa mãn các yêu cầu nêu trên.

Đối với thiết bị tuabin hơi, các thông số cuối cùng về dãn nở hơi được xác định bởi các điều kiện toả nhiệt ra môi trường xung quanh. Điều kiện đạt hiệu suất kỹ thuật tối đa của thiết bị (xem hình vẽ) là áp suất hơi thấp nhất (chân không) được xác lập trong không gian hơi của bình ngưng PK và tương ứng ở điểm xả hơi (vào bình ngưng) của tuabin hơi là áp suất P2. Những yếu tố chính ảnh hưởng đến trị số chân không là nhiệt độ tB1 và lưu lượng nước làm mát WOB cũng như tải hơi của bình ngưng DK.

     Sơ đồ thiết bị ngưng tụ của tổ máy tuabin hơi

1. Xilanh hạ áp; 2. Bình ngưng; 3. Bơm tuần hoàn (nước làm mát); 4. Bơm không khí; 5. Bơm nước ngưng.

Khi vận hành thiết bị ngưng tụ với các trị số DK và tB1 xác định, có thể giảm PK nhờ giảm độ tăng nhiệt của nước làm mát bằng cách tăng lưu lượng WOB. Giảm PK sẽ làm tăng công suất của tuabin NE một lượng DNE. Nhưng tăng lưu lượng nước làm mát đòi hỏi phải tăng chi phí cho truyền động các bơm tuần hoàn một lượng DNTH. Thêm vào đó, tăng lưu lượng nước làm mát sẽ dẫn đến tăng tiền trả cho việc sử dụng nước, kể cả phần liên quan, đều là thành phần của giá thành cho sản xuất mỗi kWh điện năng. Ngoài ra khi giảm áp suất trong bình ngưng, lượng lọt gió GB sẽ tăng, điều đó cũng lại làm tăng thêm chi phí vận hành bơm không khí.

Vì vậy khi nghiên cứu vấn đề tối ưu hóa lưu lượng nước làm mát và xác định độ chân không kinh tế, đảm bảo giá thành sản xuất điện năng thấp nhất, cần phải chuẩn xác các tiêu chuẩn tối ưu hóa.

Theo các hướng dẫn phương pháp luận hiện hành, việc định mức tiêu thụ nước làm mát thiết bị ngưng tụ của tuabin hơi được thực hiện theo đúng các lưu lượng tối ưu của nước làm mát đối với các điều kiện vận hành khác nhau (phụ tải của các tổ máy và thay đổi nhiệt độ nước làm mát theo mùa). Đồng thời, lưu lượng tối ưu của nước làm mát và độ chân không kinh tế cần phải tương ứng với các trị số, theo đó hiệu số giữa mức tăng công suất của tuabin và mức tăng chi phí công suất cho truyền động của các bơm tuần hoàn sẽ là tối đa tương ứng sản lượng điện năng tối đa cấp lên lưới điện.

 

Bảng 1. Ảnh hưởng của sự thay đổi lưu lượng nước làm mát lốc

Thông số

Kết quả tính toán  theo phương án

CÓ TÍNH ĐẾN TRẢ TIỀN SỬ DỤNG NƯỚC

Công suất định mức của tổ máy, MW

300

300

300

Tiền trả cho việc sử dụng 1 m3 nước, rúp

0,333

0,25

0.2

Lưu lượng tối thiểu nước làm mát (ứng với đặc tuyến của bơm OP2-110), m3/s

6,78

6,78

6,78

Lưu lượng định mức nước làm mát, m3/s

9,67

9,67

9,67

Tiền trả cho sử dụng nước trong 1 năm với lưu lượng định mức, triệu rúp

101,6

76,24

61,0

Tiền trả cho việc sử dụng nước trong 1 năm với lưu lượng tối thiểu, triệu rúp

71,2

53,44

42,8

Điện năng phát thiếu có tính đến giảm công suất của các bơm tuần hoàn, triệu kWh

17,9

14,8

12,0

Nhiệt độ bình quân năm của nước làm mát, oC

14

12,6

11

Chi phí để bù sự phát thiếu điện năng theo giá thị trường bán buôn điện năng 0,5 rup/kWh, triệu rúp

9

7,4

6,0

Phần thắng trong các chi phí sau 1 năm với tổ máy vận hành ở phụ tải định mức, triệu rúp

21,5

15,4

12,8

Giảm chi phí cho 1 kWh, côpếch (0,01 rúp)

– 0,082

-0,052

-0,049

THEO PHƯƠNG PHÁP LUẬN HIỆN HÀNH

Tăng suất tiêu hao nhiên liệu tiêu chuẩn trong năm cho 1 kWh sản xuất ra

2,25

1,86

1,51

Lượng nhiên liệu tiêu chuẩn tăng thêm sau 1 năm, t

5.910

4.880

3.960

Giá nhiên liệu tiêu chuẩn, rúp/t

 

1.000

 

Suất tiêu hao nhiên liệu, g/kWh

 

330

 

Tăng giá 1 kWh do tăng suất tiêu hao nhiên liệu, côpếch

+0,23

+0,19

+0,15

 

Trong khi đó, người ta lại giả định (ngầm) rằng các chi phí cho vận hành bơm không khí (ejector) và cho sử dụng nước là cố định. Tuy nhiên, bởi vì thay đổi áp suất trong bình ngưng sẽ dẫn đến thay đổi trị số lọt gió nên khó có thể chấp nhận rằng chi phí cho việc hút hỗn hợp hơi – không khí là không đổi. Việc giữ không đổi các chi phí cho sử dụng nước khi tăng lưu lượng nước làm mát chỉ có thể đúng khi không phải trả tiền nước, trong khi hiện nay tiền trả cho việc sử dụng 1 m3 nước cao hơn nhiều so với chi phí để bơm 1 m3 nước bằng bơm tuần hoàn. Cụ thể đối với NMNĐ với các tổ máy 300 MW ở miền nam nước Nga, hệ thống cung cấp nước kiểu trực lưu, thì lưu lượng thiết kế nước làm mát để sản xuất 1 kWh điện năng là 0,09 m3 về mùa đông và 0,12 – 0,14 m3 về mùa hè. Chi phí riêng cho truyền động bơm tuần hoàn là 0,055 kWh/m3. Tiền phải trả cho 1 m3 bằng 0,333 rúp và với mức giá điện trên thị trường bán buôn điện năng và công suất ở Liên bang Nga là 0,5 rúp/kWh, có thể ước tính đánh giá là phải trả cho 1 m3 bằng các chi phí 0,66 kWh điện năng. Chi phí để bơm nước và sử dụng 1 m3 nước trong đương lượng tiền tương ứng là 0,028 và 0,333 rúp. Với tiêu chuẩn tối ưu như vậy thông thường đạt được suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất cho 1 kWh.

Xuất phát từ đó cần phải cân nhắc thêm các yếu tố bên ngoài (chi phí cho việc sử dụng nước, điều kiện cung cấp nước, chi phí cho vận hành các thiết bị khử khí, v.v.) có thể ảnh hưởng đáng kể đến các chỉ tiêu hiệu suất nhiệt, đồng thời ảnh hưởng đến cả giá thành điện năng sản xuất ra.

Phương pháp luận hiện hành về tối ưu hóa theo lưu lượng nước làm mát đã được xây dựng từ vài chục năm trước đây. Mặc dầu mức tiền trả tương đối cho việc sử dụng nước vào những năm 70 – 80 của thế kỷ trước cũng cỡ khoảng như ngày nay và có quan hệ đến giá thành khi tiến hành quyết toán tài chính, nhưng hồi đó trong điều kiện nhà nước điều tiết giá điện năng sản xuất ra thì nó chỉ mang tính quy ước. Chi phí cho việc sử dụng nước đã không được tính đến và hiện nay cũng không được tính đến khi xác định lưu lượng nước làm mát tối ưu và độ chân không kinh tế.

Sự thiếu sót và không phù hợp của tiêu chuẩn tối ưu hóa hiện hành trong điều kiện phát triển hiện đại của nền kinh tế có thể minh họa bằng các thí dụ liên quan đến tối ưu hóa lưu lượng nước làm mát ở các tổ máy 300 MW với sơ đồ cung cấp nước trực lưu đối với các NMNĐ khác nhau. Những kết quả nghiên cứu đã thực hiện chỉ ra rằng trong toàn bộ dải thay đổi nhiệt độ nước làm mát trong năm (nhiệt độ bình quân tháng thay đổi từ 1 đến 25oC), lưu lượng nước làm mát kinh tế tối ưu nhỏ hơn so với lưu lượng nước trong dải công tác của đặc tuyến lưu lượng các bơm và theo đặc tuyến tiêu chuẩn của các thiết bị ngưng tụ của các tổ máy đó. Tiền phải trả cho việc sử dụng nước ảnh hưởng đáng kể đến lưu lượng nước làm mát tối ưu và khi tăng khoản tiền đó thì trị số tối ưu dịch chuyển về hướng lưu lượng nhỏ hơn. Trong trường hợp đó, lưu lượng kinh tế tối ưu được hiểu là lưu lượng trong đó đảm bảo được độ chân không có lợi nhất với các chi phí thấp nhất để sản xuất và cung cấp điện năng.

Chúng ta hãy xem xét sự thay đổi hiệu suất vận hành của thiết bị ngưng tụ của tổ máy 300 MW khi chuyển sang lưu lượng nước làm mát thấp hơn so với lưu lượng định mức. Trong trường hợp này không xem xét các vấn đề xác định dải điều chỉnh cần thiết của lưu lượng nước làm mát, cũng như các phương pháp thực hiện chúng bằng cách thay thế hoặc hiện đại hóa các bơm hiện có, áp dụng các phương pháp khác về điều chỉnh năng suất, v.v.

Các tính toán được tiến hành đối với phụ tải định mức của tổ máy và cho toàn bộ chu kỳ một năm thay đổi nhiệt độ nước làm mát. Hiệu quả chuyển sang vận hành với lưu lượng thấp hơn được đánh giá theo ảnh hưởng đối với giá thành điện năng. Kết quả thu được được trình bày trong  bảng 1.

Với việc xét đến tiền trả cho việc sử dụng nước đã xác định mức giảm các chi phí cho 1 kWh khi chuyển sang lưu lượng nước làm mát thấp hơn. Lưu lượng này được chấp nhận bằng lưu lượng tối thiểu trong giới hạn của đặc tuyến lưu lượng vận hành các bơm và theo đặc tuyến tiêu chuẩn của bình ngưng là 6,78 m3/s (lưu lượng định mức bằng 9,67 m3/s). Đã xem xét các khoản tiền khác nhau về sử dụng nước, cũng như nhiệt độ bình quân tháng của nước làm mát trong suốt một năm (theo các trị số bình quân tháng). Đối với các điều kiện như trên đã xác định sự thay đổi các chỉ tiêu theo phương pháp luận hiện hành.

Các số liệu tính toàn trình bày trong bảng cho thấy rằng các kết quả thu được khi tính đến tiền trả cho sử dụng nước và theo các khuyến nghị phương pháp luận hiện hành đối với các điều kiện đã xem xét về sự hoạt động của thiết bị ngưng tụ thuộc các tổ máy 300 MW dẫn đến các kết luận trái ngược nhau.

Với việc giảm lưu lượng nước làm mát tới mức thấp nhất (tương ứng với các đặc tuyến của bơm hướng trục kiểu OP2 – 110) khi tổ máy 300 MW vận hành ở phụ tải định mức:

– Giá thành 1 kWh giảm 0,49 – 0,82 côpếch đối với các tổ máy 300 MW (chủ yếu liên quan đến những thay đổi khoản tiền trả cho việc sử dụng nước).

– Suất tiêu hao nhiên liệu tăng và tương ứng tăng chi phí cho nhiên liệu thêm 0,16 – 0,2 côpếch cho 1 kWh (không phụ thuộc vào khoản tiền trả cho sử dụng nước).

Do đó, khi xem xét ảnh hưởng của sự giảm lưu lượng nước tới các chỉ tiêu của tổ máy theo phương pháp luận hiện hành, mà phương pháp luận này không tính đến tiền trả cho việc sử dụng nước thì chúng ta nhận được kết luận về tính không hiệu quả của biện pháp đó (theo chỉ tiêu suất tiêu hao nhiên liệu) còn khi tính đến trả tiền sử dụng nước – thì nhận được kết luận về tính hiệu quả của biện pháp đó về giảm phần góp vào giá thành.

Khi tối ưu hóa lưu lượng nước làm mát nhằm giảm thiểu giá thành sản xuất điện năng, cần tính đến tiền trả cho sử dụng nước khi xác định độ chân không kinh tế trong các bình ngưng của các thiết bị tuabin hơi và tối ưu hóa lượng tiêu hao nước làm mát. Cũng cần xét đến cả những đặc điểm khác và các điều kiện vận hành hệ thống cung cấp nước tuần hoàn.

Việc áp dụng lưu lượng tối ưu (hoặc gần tối ưu) tùy thuộc vào nhiệt độ nước làm mát, các phụ tải của tổ máy, nghĩa là sự thay đổi các lượng tiêu hao nước làm mát và điều chỉnh năng suất của các bơm tuần hoàn như các số liệu đã trình bày dẫn đến hiệu quả đáng kể. Việc cải tạo hoặc thay mới các bơm tuần hoàn trở nên hiệu quả về kinh tế nhằm đảm bảo chất lượng điều chỉnh năng suất bơm, và kể cả đặt các thiết bị đo đếm lưu lượng nước làm mát.

Kết luận

1. Khi tối ưu hóa các lưu lượng nước làm mát và xác định độ chân không kinh tế trong các bình ngưng của các thiết bị tuabin hơi nhằm giảm thiểu giá thành sản xuất điện năng, cần tính đến khoản tiền trả cho việc sử dụng nước cũng như những điều kiện khác ảnh hưởng đến các chỉ tiêu vận hành của thiết bị ngưng tụ.

2. Cần sửa đổi bổ sung các hướng dẫn phương pháp luận hiện hành về vận hành thiết bị ngưng và về các định mức sử dụng nước trong các doanh nghiệp ngành năng lượng.

Theo QLNĐ, Số 6 – 2007

Leave a Reply

Thư điện tử của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *