Дмитрий Сергеевич Крупенёв, канд. техн. наук, доцент, заведующий лабораторией
лаборатория «Надёжности топливо- и энергоснабжения»
Иркутск
Dmitry S. Krupenev
Irkutsk
Виктория Михайловна Пискунова, аспирант, ассистент
институт энергетики
кафедра теплоэнергетики
Иркутск
Victoria M. Piskunova
Irkutsk
Артур Густавович Гальфингер, аспирант
институт энергетики
Иркутск
Artur G. Galfinger
Irkutsk
АКТУАЛЬНОСТЬ. Поддержание требуемого уровня энергетической безопасности (ЭБ) и надёжности топливо- и энергоснабжения является одной из приоритетных задач при управлении топливно-энергетическим комплексом (ТЭК). При функционировании ТЭК возможна реализация различных угроз, которые могут приводить к нарушению надёжности топливоснабжения и энергоснабжения и появлению дефицита различных видов энергоресурсов. Для оценки уровня энергетической безопасности рассматриваются подходы формированию математической модели ТЭК, объединяющей все отрасли энергетики. Несмотря на сопряжённые с энергетической трансформацией тенденции перехода на низкоуглеродные источники энергии, тепловые электростанции остаются одним из основных источников тепло - и электроэнергии. Из-за способности вырабатывать большие объемы тепловой энергии только ТЭС способны быть источником централизованного энергоснабжения крупных территорий. В связи с этим при моделировании ТЭК необходимо разработать математические модели ТЭС, которые будут корректно отражать технологические процессы, влияющие на надёжность энергоснабжения.
ЦЕЛЬ. Разработка математических моделей тепловых электростанций с учётом взаимодействия электроэнергетической, теплоснабжающей и топливной систем в рамках работы топливно-энергетического комплекса для исследования энергетической безопасности и надёжности топливоснабжения и энергоснабжения.
МЕТОДЫ. В качестве методов используется математическое моделирование зависимостей расхода топлива от электрической и тепловой нагрузки на тепловых электростанциях. Для получения аналитических зависимостей была проведена аппроксимация расходных характеристик тепловых электростанций методом наименьших квадратов.
РЕЗУЛЬТАТЫ. В рамках работы были получены аналитические зависимости потребления топлива от тепловой и электрической нагрузки для различных видов тепловых агрегатов. Для всех рассмотренных паровых турбин были получены линейные зависимости количества теплоты, подводимого к турбине, от ее нагрузки (электрической и / или теплофикационной в зависимости от типа турбины). Для котлоагрегатов была проведена аппроксимация зависимости КПД от тепловой нагрузки. По результатам аппроксимации принята линейная зависимость. Для газотурбинных установок проведена аппроксимация зависимости КПД от нагрузки, по результатам которой получен полином второго порядка.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. В работе исследовалась задача математического моделирования взаимосвязанной работы топливной, теплоэнергетической и электроэнергетической систем в рамках функционирования ТЭК. Получены аналитические зависимости для разных типов генерирующего оборудования, включающего в себя котлоагрегаты, паровые турбины и газотурбинные установки. Полученные зависимости необходимы для анализа энергетической безопасности и надежности топливоснабжения и энергоснабжения. Модели тепловых электростанций, представленные в работе, являются наиболее пригодными для анализа энергетической безопасности и надежности топливоснабжения и энергоснабжения, так как они дают необходимую точность расчетов и учитывают специфику различного генерирующего оборудования, не опускаясь при этом на уровень микропараметров.
RELEVANCE. Maintaining the required level of energy security (ES) and reliability of fuel and energy supply is one of the priority tasks in the management of the energy sector. In the functioning of the fuel and energy complex various threats are possible, which can lead to the violation of the reliability of fuel and energy supply and the emergence of shortages ofvarious types of energy resources. To assess the level of energy security, approaches are considered to form a mathematical model of the FEC, which combines all sectors of the energy sector. Despite the trends of transition to low-carbon energy sources associated with energy transformation, thermal power plants remain one of the main sources of heat and electricity.Due to the ability to generate large amounts of heat only thermal power plants can be a source of centralized energy supply of large territories. In this regard, when modeling the fuel and energy complex, it is necessary to develop mathematical models of TPPs, which will correctly reflect the technological processes that affect the reliability of energy supply.
OBJECT. Development of mathematical models of interaction of electric power, heat supply and fuel systems within the framework of thermal power plants designed to study energy security and reliability of fuel and energy supply.
METHODS. Mathematical modeling of fuel consumption dependences on electrical and thermal load at thermal power plants is used as methods. To obtain analytical dependencies, the least squares approximation of the consumption characteristics of thermal power plants was carried out.
RESULTS. As part of the work, analytical dependences of fuel consumption on thermal and electrical load for various types of thermal units were obtained. For all considered steam turbines, linear dependences of theamount of heat supplied to the turbine on its load (electrical and / or heating depending on the type of turbine) were obtained. For boilers, an approximation of the dependence of efficiency on thermal load was carried out. According to the results of the approximation, a linear dependence is assumed. For gas turbine installations, an approximation of the dependence of the efficiency on the load was carried out, according to the results of which a second-order polynomial was obtained.
CONCLUSION. The paper investigates the problem of mathematical modeling of the interconnected operation of fuel, heat and power and electric power systems within the framework of the functioning of the energy sector. Analytical dependences are obtained for different types of generating equipment, including boilers, steam turbines and gas turbine installations. The obtained dependences are necessary for the analysis of energy security and reliability offuel and energy supply. The models of thermal power plants presented in the paper are the most suitable for the analysis of energy security and reliability of fuel and power supply, as they provide the necessary accuracy of calculations and take into account the specifics of various generating equipment, without dropping to the level of microparameters.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.