1. Introducere
Funcţionarea utilajelor folosite în centralele termoelectrice depinde de o multitudine de parametri (constructivi, funcţionali, de reglaj). Eficienţa producerii energiei electrice este strâns legată de valorile parametrilor funcţionali (presiuni, temperaturi, debite, proprietăţile combustibilului etc.). Problema care se pune este dacă distribuţia valorilor parametrilor de reglaj ai CET-ului (sau ai grupului energetic) este optimă, sau există alte reglaje care permit obţinerea unor perfomanţe identice, dar cu randamente mai mari şi consumuri specifice mai mici.
Analiza şi soluţia acestei probleme impune trei etape: un model matematic care să descrie cât mai fidel fenomenele din CET, accesul rapid la valorile parametrilor de reglaj (lucru posibil numai utilizând un sistem de achiziţie de date) şi programe de optimizare momentană a reglajelor.
O altă problemă importantă în exploatare o constituie punerea la dispoziţia inginerului a unui instrument util, sub forma unui program, care să descrie fidel funcţionarea instalaţiilor, pentru a permite analiza anticipată a diferitelor regimuri de exploatare.
Lucrarea de faţă încearcă să raspundă la o parte din cerinţele enumerate anterior, fără ca prin aceasta să se epuizeze toate posibilităţile existente.
2. Analiza influenţei diferitelor reglaje asupra performanţelor grupurilor termoenergetice
În acest paragraf vor fi prezentate câteva dintre rezultatele obţinute în studierea diferitelor reglaje pe un grup compus dintr-un cazan de tip Tlmace de 525 t/h şi o turbină Skoda de 125 MW. Grupul are reîncălzirea intermediară a aburului între CIP şi CMP, iar turbina dispune de 6 prize din care se extrage abur (pentru preîncălzirea apei de alimentare, pentru producerea apei calde, abur de uz industrial şi abur pentru utilităţi proprii).
Pentru analiza funcţionării grupului s-a realizat modificarea uneia dintre versiunile programului APAB_S la care s-au adăugat biblioteci pentru analiza termodinamică în timp finit.
În continuare sunt prezentate câteva rezultate obţinute pentru funcţionarea la regim nominal. Condiţiile impuse au fost: puterea furnizată să fie 125 MW şi să se menţină constantă, iar debitele de abur furnizat pentru alte utilităţi decât pentru producerea energiei electrice să rămână neschimbate. În aceste condiţii s-a analizat dacă există şi alte reglaje, astfel încât randamentul grupului să fie mai mare decât cel calculat cu valorile existente ale parametrilor, pentru acest regim de exploatare.
Prima analiză se referă la influenţa debitelor de abur extrase pe prize, debite utilizate la încălzirea apei de alimentare în PIP-uri şi PJP-uri. Pentru aceasta s-au analizat mai multe posibilităţi de distribuţie a debitelor de abur la prizele turbinei. În fapt, a fost modelată curba de temperatură a apei de alimentare din circuitul regenerativ. Rezultatele concrete ale acestor determinări sunt prezentate în figura 1.
După cum se poate constata, există distribuţii ale debitelor de abur la prize pentru care randamentul grupului este maxim, moment în care consumurile realizate sunt minime. Este de remarcat faptul că primul punct al fiecărui grafic reprezintă valorile parametrilor pentru explotarea curentă a grupului.
În figura 2 este prezentată influenţa temperaturii aburului la ieşirea din supraîncălzitorul intermediar, în condiţiile menţinerii neschimbate a tuturor celorlaltor reglaje.
Se observă că acest parametru influenţează puternic performanţele instalaţiei. Randamentul creşte aproape liniar cu temperatura determinând o scădere liniară a consumului specific realiza
Ultimele rezultate prezentate se referă la influenţa presiunii aburului din supraîncălzitorul intermediar. Se face precizarea că modelul folosit în program ţine seama de pierderea de presiune a aburului de-a lungul supraîncălzitorului, pierdere care este cuprinsă (pentru grupul analizat) în intervalul 5 ÷ 7 bar. Din această cauză, rezultatele reprezentate grafic în figura 3 sunt în funcţie de presiunea medie a aburului de-a lungul supraîncălzitorului considerat.
Analizând rezultatele obţinute se constată că există o presiune medie optimă a aburului în supraîncălzitorul intermediar, pentru fiecare regim, moment în care se obţine şi consumul cel mai scăzut.
Până aici a fost prezentată influenţa separată a câtorva parametri asupra performanţelor grupului considerat. Pentru a se putea realiza o optimizare a funcţionării în raport cu ansamblul parametrilor instalaţiei, se impune folosirea unui modul de optimizare momentană, automată, a funcţionării grupului.
3. Programe expert pentru analiza termoenergetică
Programul expert de analiză termoenergetică trebuie să pună la dispoziţia personalului de explotare informaţii utile pentru conducerea proceselor din CET-uri. El poare fi realizat în două versiuni:
– o versiune automată, folosită în timp real în exploatare. Ea trebuie utilizată în paralel cu un sistem de monitorizare (RTMS) pentru a putea dispune de datele necesare culese din proces. Programul expert analizează fiecare set de date achiziţionate din instalaţie, determină valorile regimului optim momentan şi furnizează noi parametri de reglaj, dacă este cazul;
– o versiune statică ce se poate utiliza separat de grupul care se exploatează. Datele de intrare se introduc manual sau prin intermediul unor fişiere, programul determinând reglajele optime. Cu această versiune se pot analiza anticipat şi alte regimuri de funcţionare ale instalaţiei, precum şi comportarea acesteia la sarcini parţiale. De asemenea, există posibilitatea realizării analizelor postavarie pentru situaţiile care au condus la exploatarea defectuoasă a echipamentelor tehnologice.
Aceste programe sunt strict specializate şi se pot realiza la cerere, în funcţie de configuraţia instalaţiei beneficiarului. ROMCONVERT – în colaborare cu Universitatea Petrol-Gaze Ploieşti – a pus la punct modulele de bază pentru realizarea de programe expert de optimizare termodinamică a funcţionării grupurilor termoenergetice.
4. Concluzii
Grupurile de producere a energiei electrice sunt instalaţii complexe a căror funcţionare depinde de foarte mulţi parametri. Pentru a realiza o exploatare economică este necesară conducerea permanentă a proceselor spre valorile optime. Datorită numărului mare de variabile implicate în proces cât şi a dependenţelor funcţionale complicate, optimizarea se poate realiza numai cu ajutorul unor programe dedicate, cum sunt programele expert. Acestea necesită calculatoare puternice şi un sistem performant de achiziţie de date în timp real (RTMS).
Singura cale viabilă de a realiza o exploatare eficientă a centralelor termoelectrice existente, cu costuri minime de producţie, o constituie utilizarea sistemelor de monitorizare în timp real şi a programelor expert de optimizare momentană.
Bibliografie:
Neacşu, S.; Chiper, L.; Florea, T.: Monitorizarea în timp real a grupurilor termoenergetice cazan-turbină, Conferinţa Naţională de Termotehnică Piteşti, vol. I, pag. 271-277, Editura Universităţii Piteşti, mai 1998.
Goliciu, D.; Simionescu, C.; Săndulescu, I.; Popescu, C.; Predescu, N.; Topolscki, S.: Metodologie pentru analiza consumului total de combustibil în centralele termoelectrice RENEL.
Popa, G.; Leca, A.: Tabele, nomograme şi formule termotehnice, vol. I, Editura Tehnică, Bucureşti, 1987.
Dobrinescu, D.: Procese de transfer termic şi utilaje specifice, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1983.
Ştefănescu, D.: Bazele termotehnicii, Editura Didactică şi Pedagogică, Bucureşti, 1970.
Van Wylen, G.; Sonntag, R.; Borgnakke, C.: Fundamentals of Classical Thermodynamics, John Wiley & Sons Inc., New York, 1994.
Feidt, M.: Thermodynamique et Optimisation Energétique de Systèmes et Procedés, Technique et Documentation (Lavoisier), Paris, 1987.
Incropera, F.; DeWitt, D.: Fundamentals of Heat and Mass Transfer, John Wiley & Sons Inc., New York, 1990.
