Giải thích hiệu suất tuabin khí: Suất tiêu hao nhiệt, công suất đầu ra và điều kiện tại địa điểm lắp đặt

Công suất định mức của tua-bin khí chỉ là điểm khởi đầu để đánh giá một dự án. Phép so sánh hữu ích hơn là xem nhà máy có thể cung cấp bao nhiêu điện năng thuần trong các điều kiện tại địa điểm yêu cầu, cần tiêu thụ bao nhiêu nhiên liệu để đạt được mức đó và liệu nhà máy có thể duy trì hiệu suất này trong toàn bộ dải vận hành dự kiến hay không. Một thiết bị có công suất định mức trên nhãn cao hơn có thể cung cấp ít công suất hữu ích hơn dự kiến vào ngày nóng hoặc tiêu thụ nhiều nhiên liệu hơn khi vận hành dưới tải tối đa.

Do đó, cần đánh giá đồng thời suất tiêu hao nhiệt, công suất điện và điều kiện tại địa điểm. Mỗi thông số phụ thuộc vào một tập hợp ranh giới và giả định xác định; các giả định đó phải đồng nhất thì mới có thể so sánh các đề xuất cạnh tranh.

Suất tiêu hao nhiệt cho biết điều gì về mức tiêu thụ nhiên liệu

Suất tiêu hao nhiệt biểu thị năng lượng nhiên liệu cấp cho nhà máy trên mỗi đơn vị điện năng được sản xuất. Thông số này thường được biểu thị bằng kJ/kWh hoặc Btu/kWh. Suất tiêu hao nhiệt thấp hơn có nghĩa là cần ít năng lượng nhiên liệu hơn để tạo ra cùng một công suất điện trong các điều kiện đã nêu.

Mối quan hệ giữa suất tiêu hao nhiệt và hiệu suất là trực tiếp khi cả hai sử dụng cùng cơ sở năng lượng và cùng ranh giới nhà máy. Trên cơ sở kJ/kWh, hiệu suất điện bằng 3.600 chia cho suất tiêu hao nhiệt. Phép tính này chỉ hữu ích nếu các số liệu mô tả cùng lượng nhiên liệu đầu vào và cùng điểm đo công suất điện đầu ra.

Hai điểm phân biệt thường làm thay đổi kết quả so sánh:

• Công suất tổng so với công suất thuần: Công suất tổng được đo tại các đầu cực máy phát. Công suất thuần là công suất tổng trừ đi điện năng tiêu thụ của các thiết bị phụ trợ trong ranh giới nhà máy đã thống nhất. Suất tiêu hao nhiệt thuần thường cao hơn suất tiêu hao nhiệt tổng vì mẫu số là công suất thuần nhỏ hơn.
• Nhiệt trị thấp so với nhiệt trị cao: Nhiệt trị thấp (LHV) không tính phần nhiệt có thể thu hồi khi nước trong sản phẩm cháy ngưng tụ; nhiệt trị cao (HHV) có tính phần nhiệt này. Với cùng lưu lượng nhiên liệu và công suất điện đầu ra, suất tiêu hao nhiệt tính theo HHV sẽ cao hơn. So sánh số liệu theo LHV với số liệu theo HHV mà không quy đổi có thể khiến một đề xuất có vẻ hiệu quả hơn thực tế.

Đồng thời, hãy kiểm tra xem số liệu được công bố áp dụng cho riêng tua-bin khí hay cho toàn bộ nhà máy. Nhà máy chu trình hỗn hợp sử dụng nhiệt từ khí xả của tua-bin để tạo thêm điện, vì vậy suất tiêu hao nhiệt của nhà máy không thể so sánh trực tiếp với suất tiêu hao nhiệt của tổ máy chu trình đơn.

Công suất định mức không nhất thiết bằng công suất tại địa điểm lắp đặt

Các nhà sản xuất thường công bố hiệu suất tại những điều kiện tham chiếu cụ thể. Các số liệu này hữu ích cho bước sàng lọc ban đầu, nhưng không thay thế được phép tính hiệu suất theo điều kiện riêng của địa điểm. Điều kiện không khí đầu vào, tổn thất áp suất, đặc tính nhiên liệu và giới hạn vận hành đều ảnh hưởng đến công suất có thể cung cấp tại vị trí dự án.

Đối với nghĩa vụ cung cấp điện, hãy xác định công suất yêu cầu tại điểm giao điện, không chỉ tại các đầu cực máy phát. Chênh lệch có thể bao gồm điện năng tiêu thụ của thiết bị phụ trợ trong nhà máy, tổn thất máy biến áp và các phụ tải khác nằm trong ranh giới đã thống nhất. Đề xuất cần nêu rõ những hạng mục nào được tính vào và những hạng mục nào nằm ngoài phép tính.

Điểm vận hành liên quan cũng rất quan trọng. Nhà máy được thiết kế dựa trên nhiệt độ trung bình năm có thể không đáp ứng đủ công suất khi nhu cầu đạt đỉnh trong thời tiết nóng hơn. Ngược lại, nếu chỉ chọn công suất theo điều kiện khắc nghiệt nhất, thiết bị có thể phải vận hành phần lớn thời gian ở mức tải không hiệu quả. Quyết định phụ thuộc vào công suất yêu cầu, hậu quả của việc thiếu hụt và số giờ dự kiến vận hành ở mỗi mức tải.

Điều kiện tại địa điểm ảnh hưởng đến hiệu suất tua-bin khí như thế nào

Nhiệt độ môi trường và độ cao

Khi nhiệt độ không khí đầu vào tăng, mật độ không khí nhìn chung giảm. Khi đó, với cùng lưu lượng thể tích, máy nén hút vào ít khối lượng không khí hơn, thường làm giảm công suất sẵn có của tua-bin. Suất tiêu hao nhiệt cũng có thể tăng, dù mức độ thay đổi phụ thuộc vào thiết bị và hệ thống điều khiển. Độ cao lớn có ảnh hưởng tương tự do áp suất khí quyển thấp hơn: không khí đầu vào loãng hơn thường đồng nghĩa với lưu lượng khối lượng thấp hơn và công suất sẵn có giảm.

Hãy đánh giá công suất theo biểu đồ nhiệt độ tại địa điểm thay vì chỉ dựa vào một giá trị nhiệt độ môi trường danh định. Các trường hợp quan trọng thường là điều kiện cần đáp ứng công suất theo hợp đồng và điều kiện mà nhà máy sẽ tiêu thụ phần lớn nhiên liệu. Hai điều kiện này có thể khác nhau.

Tổn thất áp suất ở đầu vào và đầu xả

Bộ lọc khí, bộ giảm thanh, hệ thống ống dẫn và thiết bị làm mát khí đầu vào gây tổn thất áp suất trước khi không khí đến máy nén. Ở phía xả, bộ giảm thanh, hệ thống ống dẫn và thiết bị thu hồi nhiệt tạo thêm áp suất ngược. Cả hai đều có thể làm giảm công suất và ảnh hưởng đến suất tiêu hao nhiệt.

Cần đánh giá tổn thất trong điều kiện vận hành thực tế, bao gồm ảnh hưởng của tình trạng bộ lọc bị bám bẩn và phương án bố trí hệ thống xả được đề xuất. Phép tính hiệu suất dựa trên cửa hút sạch, tổn thất thấp có thể không phản ánh đúng tình trạng vận hành khi bộ lọc gần đến giới hạn cần thay thế. Tương tự, không thể giả định tua-bin được đánh giá với ống xả đơn giản sẽ giữ nguyên công suất khi kết nối với thiết bị thu hồi nhiệt.

Độ ẩm, nhiên liệu và nước làm mát

Độ ẩm có thể ảnh hưởng đến đặc tính của không khí đầu vào và hiệu suất của hệ thống làm mát bay hơi. Thành phần và nhiệt trị của nhiên liệu ảnh hưởng đến lưu lượng nhiên liệu, quá trình cháy và hệ thống kiểm soát khí thải; các thay đổi cũng có thể tác động đến giới hạn vận hành. Đặc tính nhiên liệu sử dụng trong phép tính hiệu suất cần đại diện cho nguồn cung dự kiến, bao gồm cả dải cho phép chứ không chỉ thành phần danh định.

Đối với các dự án chu trình hỗn hợp, nhiệt độ và khả năng cung cấp nước làm mát có thể ảnh hưởng đến chu trình hơi nước, từ đó ảnh hưởng đến tổng công suất của nhà máy. Chỉ đánh giá riêng tua-bin khí sẽ không tính đến tác động này.

Hiệu suất ở tải tối đa chỉ là một phần của chi phí vận hành

Suất tiêu hao nhiệt ở tải tối đa rất hữu ích khi tổ máy vận hành gần công suất định mức trong thời gian dài. Tuy nhiên, với các nhà máy điều chỉnh công suất theo nhu cầu, hiệu suất ở chế độ tải một phần có thể có ảnh hưởng lớn hơn. Khi công suất thay đổi, các thiết lập điều khiển và năng lượng cần thiết cho thiết bị phụ trợ có thể làm thay đổi suất tiêu hao nhiệt thuần. Tổ máy có thông số tốt hơn ở tải tối đa chưa chắc tiêu thụ ít nhiên liệu hơn trong cả năm.

Hãy yêu cầu đường cong hiệu suất trên toàn dải tải dự kiến và kết hợp với số giờ vận hành dự kiến ở từng mức. Tính cả các lần khởi động, dừng máy và thời gian vận hành ở tải tối thiểu nếu những yếu tố này ảnh hưởng đáng kể đến mức tiêu thụ nhiên liệu và khả năng sẵn sàng. Cách này cho ước tính nhiên liệu hữu ích hơn so với việc nhân một giá trị suất tiêu hao nhiệt duy nhất với sản lượng điện hằng năm.

Làm mát khí đầu vào cũng có sự đánh đổi tương tự. Biện pháp này có thể phục hồi một phần công suất trong điều kiện nóng bằng cách hạ nhiệt độ khí đầu vào máy nén, nhưng cần tính đến chi phí thiết bị, điện năng tiêu thụ phụ trợ, tổn thất áp suất và, với một số hệ thống, lượng nước sử dụng. Hiệu quả của giải pháp phụ thuộc vào tần suất cần công suất trong điều kiện nhiệt độ cao và việc công suất thuần bổ sung có xứng đáng với các chi phí đó hay không.

Xác định ranh giới hiệu suất và thử nghiệm trước khi so sánh hồ sơ dự thầu

Một đánh giá kỹ thuật chặt chẽ bắt đầu bằng việc thống nhất một bộ điều kiện chung cho tất cả nhà thầu. Yêu cầu công suất và suất tiêu hao nhiệt được bảo đảm tại các điều kiện xác định của địa điểm, đồng thời kèm theo các đường cong thể hiện hiệu suất thay đổi theo nhiệt độ và tải. Hồ sơ cần nêu rõ các điểm sau:

• Điểm đo điện, các phụ tải phụ trợ được tính đến và cơ sở công suất tổng hay thuần.
• Thành phần nhiên liệu, cơ sở nhiệt trị và điều kiện nguồn cung nhiên liệu dự kiến.
• Nhiệt độ môi trường, áp suất, độ ẩm và tổn thất giả định ở cửa hút và cửa xả.
• Cấu hình nhà máy, bao gồm thiết bị thu hồi nhiệt, làm mát khí đầu vào hoặc kiểm soát khí thải, nếu có.
• Điều kiện vận hành áp dụng cho từng số liệu, chẳng hạn như tải, cấu hình thiết bị và các điều kiện làm mát liên quan.
• Phương pháp thử nghiệm hiệu suất, thiết bị đo, quy trình hiệu chỉnh, độ không đảm bảo đo và cách xử lý sai lệch so với điều kiện thử nghiệm.

Các tiêu chuẩn thử nghiệm áp dụng và yêu cầu hợp đồng cần được quy định thống nhất trong hồ sơ yêu cầu chào giá và thỏa thuận trước khi hoàn thiện các cam kết bảo đảm. Đường cong hiệu chỉnh đặc biệt quan trọng khi không thể tiến hành thử nghiệm đúng tại các điều kiện bảo đảm: đường cong này xác định cách quy đổi kết quả đo sang cơ sở đã thống nhất.

Đối với nhà máy điện hoàn chỉnh, các ranh giới này cũng ảnh hưởng đến giao diện giữa các nhà cung cấp thiết bị và các bên chịu trách nhiệm thiết kế, xây dựng và chạy thử. SINO-QNP cung cấp dịch vụEPC cho các dự án nhà máy điện, bao gồm kỹ thuật, hệ thống phụ trợ và chạy thử. Với phạm vi công việc như vậy, bước tiếp theo hữu ích là thống nhất các giả định về hiệu suất tua-bin với bố trí thực tế của nhà máy và xác định bên chịu trách nhiệm cho từng khoản tổn thất và phụ tải phụ trợ.

Đề xuất tốt nhất không đơn thuần là đề xuất có suất tiêu hao nhiệt công bố thấp nhất hoặc công suất định mức lớn nhất. Đó là đề xuất đáp ứng công suất thuần yêu cầu trong các điều kiện liên quan tại địa điểm, đưa ra hồ sơ tiêu thụ nhiên liệu đáng tin cậy trong toàn bộ chế độ vận hành dự kiến và xác định hiệu suất theo cách có thể kiểm chứng bằng thử nghiệm.