CC BY
55
Электропривод и системы управления
УДК 621.311.6
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОТ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЕНСАЦИОННЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ ДЛЯ ПИТАНИЯ ЭЛЕКТРОЛИЗНЫХ УСТАНОВОК НА НОВОВОРОНЕЖСКОЙ АЭС (НВАЭС)
А.И. Зайцев, В.Н. Крысанов, А.Ю. Васильев
В статье рассмотрены экономические вопросы целесообразности применения на НВАЭС компенсационных выпрямителей для питания электролизной установки, служащей для снабжения водородом генераторов АЭС
Ключевые слова: компенсация реактивной мощности, электролизная установка
Электролиз воды с целью получения водорода и кислорода находит всё более широкое применение во многих отраслях промышленности. Это объясняется, прежде всего, тем, что электролитическим методом можно получить очень чистый водород, не содержащий трудноустранимых примесей. Кроме того, известны преимущества электрохимического способа получения водорода - простота и непрерывность технологического процесса, возможность сооружения установок, рассчитанных на любую производительность (в том числе и очень малую), отсутствие потребности в сырье (на электролиз расходуется только вода), возможность изменения производительности действующих установок в самых широких пределах, возможность утилизации побочных продуктов - кислорода и тяжелой воды (последнее только для крупных установок, состоящих из большого количества электролизёров).
Однако электролиз воды является энергоёмким производством. На каждый кубический метр воды, взятый при атмосферных условиях и температуре ноль градусов, расходуется 5-6 кВт-ч постоянного тока. Поэтому наиболее широкое применение электролизные установки находят на таких предприятиях, на которых получение водорода не имеет существенного значения в стоимости конечной продукции не велика.
Без электролитического водорода сейчас не обходится производство искусственных драгоценных камней, твёрдых сплавов, различных металлических порошков, витаминов, синтетических волокон и, главное, - производство электроэнергии.
Зайцев Александр Иванович - ВГТУ, д-р техн. наук, профессор, тел. 8-473-275-61-39, e-mail: ai_zaicev@mail.ru Крысанов Валерий Николаевич - ВГТУ, канд. техн. наук, доцент, тел. 8-920-228-56-06, e-mail: sovteh2000@mail.ru Васильев Андрей Юрьевич - ВГТУ, магистр, тел. 8-951-858-67-28, e-mail: andrik90@inbox.ru
Так, в качестве источников питания электролизных установок на Нововоронежской АЭС, используются преобразователь трехфазного переменного тока в постоянный - «двигатель-генератор». У данного преобразователя есть свои недостатки: сравнительно низкий кпд (0,6—0,8), большая установленная мощность машин, высокая стоимость оборудования, и повышенные расходы на обслуживание и ремонт.
В настоящее время, благодаря своим неоспоримым преимуществам, наиболее распространены полупроводниковые силовые выпрямители. Именно поэтому в данной статье будет рассмотрен вопрос целесообразности применения компенсационных выпрямителей для питания электролизной установки вместо системы «двигатель-генератор».
Компенсационные выпрямители являются принципиально новым техническим решением в области создания современных управляемых преобразователей переменного тока в постоянный.
При исследовании режимов работы выпрямителей с искусственной коммутацией получены новые дополнительные свойства - возможность генерации реактивной мощности емкостного характера компенсационными выпрямителями.
При искусственной коммутации силовых ключей в компенсационных выпрямителей, ток опережает по фазе напряжение. Это означает, что потребляется реактивная мощность емкостного характера. В результате питающая сеть разгружается от перетока реактивной мощности на всей протяженности линий и трансформаторов от источника питания до места потребления. При этом, кроме экономии электроэнергии, происходит разгрузка генерирующей мощности электростанций, дающая возможность генерировать в систему дополнительную активную энергию.
Положительными особенностями компенсационного выпрямителя являются:
- при всех углах управления происходит генерация реактивной мощности емкостного характера;
- величина генерируемой реактивной мощности плавно изменяется пропорционально sin угла управления, достигая максимума при а = П 2 ;
- возможно исключение 5, 7, 9 и других высших гармоник из тока, потребляемого из питающей сети;
- компенсирующая способность возрастает при отказе от согласующего трансформатора пропорционально коэффициенту трансформации при снижении стоимости выпрямителя;
- компенсирующий эффект по отношению питающей сети удвоен. [1]
Регулированию реактивной мощности (РМ) на предприятиях всегда уделялось особое внимание. Анализ многих опубликованных работ показал, что по правилам оплаты за электроэнергию (независимо от состояния экономики) доля за РМ составляет до 10% общих затрат. Причём такое положение наблюдается при множестве изменений, вносимых в правила и инструкции о порядке расчётов за электрическую энергию. Одиннадцать видов показателей качества электроэнергии, установленные ГОСТ 13109-97, характеризуют условия нормального функционирования энергосистемы. Все параметры этих показателей в значительной степени определяются балансом активной и реактивной мощности. [2]
Рассмотрим предполагаемый эффект модернизации оборудования в случае замены системы «двигатель-генератор». Исходя из цены комплектующих системы «двигатель-генератор» (Двигатель - А 104-6М, генератор - ГП 59/16-6) общая стоимость системы мощностью 150кВт составляет около 1500500 р. Другим направлением модернизации является обеспечение устройствами компенсации реактивной мощности в энергетической сети собственных нужд АЭС (для расчёта возьмём установки статических тиристорных компенсаторов реактивной мощности - ТКРМ, либо КБ с большим количеством ступеней автоматического регулирования (табл. 1)).
Таблица 1
Затраты на приобретение компенсаторов
Расчетная цена компенсационного выпрямителя, аналогичного системе «двигатель-генератор»» составляет не более 7000р на 1 кВА. [3] Учитывая режимы работы электролизной установки, для оптимальной компенсации реактивной мощности на величину расчётной максимальной мощности имеющейся системы (Д-Г) равной 150 кВт, желательно приме -нить компенсационный выпрямитель мощностью на 15% больше. Расчётные мощности и стоимость требуемых компенсационных выпрямителей представлена в табл. 2 и 3.
Таблица 2
Мощность требуемого компенсационного выпрямителя
№ Тип Актив- Реактив- Полная
вы- ная ная мощ-
прями- мощ- (макс.) ность,
теля ность, кВт (макс.) мощность, кВАр кВА
Ком-
1 пенса-цион-ный 150 От 0 до +200 200
Таблица 3
Затраты на приобретение компенсационного выпрямителя
№ Тип выпрямителя Цена 1кВА, р Мощность, кВА Цена, р
1 КВ (1700А-115В) 7000,00 200 1400000, 00
Рассматривая вышеизложенные варианты модернизации оборудования, делаем вывод о том, что при соблюдении всех технологических требований и равном эффекте компенсации реактивной мощности (170 кВАр), экономически выгоднее установить компенсационный выпрямитель по сравнению с системой «двигатель-генератор» и статического компенсатора реактивной мощности. При этом необходимо отметить, что обслуживание одного устройства (компенсационного выпрямителя) будет менее затратным, нежели обслуживание системы «Д-Г» вместе с КБ). Экономический эффект от установки компенсационных выпрямителей в сравнении с системой Д-Г в паре с КБ и ТКРМ представлен в табл. 4.
№ Тип КРМ Мощность, кВАр Цена, р
1 Установка КБ с контакторами 170 248100,00
2 ТКРМ (тири-сторные ключи) 170 275390,00
Таблица 4
Экономическая эффективность модернизации
№ Вариант модернизации Цена, р Общая стоимость, р Экономический эффект установки компенсационных выпрямителей, р.
1 Система «двигатель-генератор» 1 500 500,00 1 748 600,00 348 600,00
СКРМ (контакторы) 248 100,00
2 Система «двигатель-генератор» 1 500 500,00 1 775 890,00 375 890,00
ТКРМ (п/п ключи) 275 390,00
3 Компенсационные выпрямители 1 400 000,00 1 400 000,00
Если рассматривать вариант без применения КБ или ТКРМ, то применяя компенсационные выпрямители, то и в этом случае получаем возможность компенсации 170 кВАр мощности и возможность повысить значение коэффициента мощности, минимум, с 0,87 до 0,96. Компенсация реактивной мощности позволяет снизить потери активной мощности в распределительной сети, так как потери активной мощности обратно пропорциональны квадрату коэффициента мощности передаваемой нагрузки, при неизменных остальных параметрах.
Поэтому при максимальной компенсации, получаем снижение активных потерь на 23,6% [4]. При тарифе 3 р/кВт*ч экономия составляет порядка 23269,6 р. в месяц при среднем потреблении 34000 кВт*ч. За год экономия может составить около 270000р. Значит, только по одному фактору поддержания коэффициента мощности на уровне 0,96, мы видим целесообразность замены старых систем «двигатель-генератор» на современные компенсационные выпрямители, со сроком окупаемости около 4 лет.
Таким образом, являясь альтернативным источником реактивной мощности, компенсаци-
онные выпрямители (используемые для питания электролитических установках) будут способствовать решению проблемы повышения энергоэффективности производства электроэнергии на атомных и тепловых электростанциях России.
Литература
1. Зайцев, А. И. Технико-экономические показатели применения энергосберегающих компенсационных выпрямителей для питания регулируемых электроприводов [Текст] / А.И. Зайцев, А.С. Плехов // Электротехнические комплексы и системы управления. - 2010. - № 16, С. 19-25.
2. Кронгауз Д.Э. Генерирование реактивной мощности в системах электроснабжения с полупроводниковым электроприводом // «Энергетик» 2013, №7, с. 29-31.
3. Зайцев, А. И. Применение компенсационных выпрямителей для современного гальванического производства [Текст] / А.И. Зайцев, В.Н.. Крысанов // Электротехнические комплексы и системы управления. - 2012. - № 4. -С. 70-73.
4. Овсейчук В.В. Компенсация реактивной мощности // «Новости электротехники» 2008,№4, с. 52.
5. Зайцев А.И., Ладанов А.С. Особенности построения вентильных преобразователей переменного тока в постоянный на базе полностью управляемых приборов и устройств. // Н.Т. Вестник «Энергия - XXI век». 2006. №1(59). с.23-30.
Воронежский государственный технический университет
ECONOMIC EFFICIENCY COUNTERVAILING RECTIFIER FOR POWERING ELECTROLY SIS PLANTS AT NOVOVORONEZH NPP (NVNPP)
A.I. Zaicev, V.N. Krysanov, A.Y. Vasiliev
The article examines the economic feasibility of questions on NVNPP countervailing power rectifiers for electrolysis unit, which is used to supply hydrogen generators NPP
Key words: reactive power compensation, electrolysis plant
