CC BY
14
УДК 621.438
ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ ПИКОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ, ИСПОЛЬЗУЕМОЙ В СИСТЕМЕ ПРОМЫШЛЕННОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
С.И. КОНДРАТЬЕВ
Рассмотрен вопрос выбора основных элементов пиковой электростанции, используемой в системах промышленного электроснабжения для уменьшения потребления электроэнергии предприятием в период максимума нагрузок энергосистемы.
Переменный график нагрузок в часы максимума энергосистемы и повышенная стоимость выработки электроэнергии обусловил введение двухставочного тарифа. Плата предприятия за заявленную мощность в часы максимума нагрузок энергосистемы может составлять значительную долю общей платы за электроэнергию. Для предприятий с резкопеременным графиком нагрузок и выраженными пиками потребления электроэнергии в часы ограничения электропотребления рациональным может быть использование в системе электроснабжения собственной пиковой электрической станции (ПЭС) [1].
Привод генератора ПЭС может быть выполнен на основе агрегатов различного типа: карбюраторного двигателя внутреннего сгорания, дизельной установки, паро - и газотурбинных установок и т.д. Анализ общих требований, предъявляемых как к ПЭС в целом, а именно: мобильность, мощность, экономичность, простота конструкции и удобство эксплуатации, надежность , так и к самому первичному двигателю (сюда относятся требования к ресурсу и межремонтным срокам, максимальной тепловой экономичности и оптимальным частотам вращения силового вала двигателя , к выбору топлива и т.д.), позволяет сделать вывод о возможности использования в качестве привода генератора газотурбинной или дизельной установки.
По разным причинам из дальнейшего рассмотрения уже на этом этапе исследований могут быть исключены остальные двигатели внутреннего сгорания из-за своей низкой экономичности, а также малой единичной мощности, не превышающей сотен киловатт. Паротурбинные и смешанные установки, главным образом, не удовлетворяют условию мобильности (время запуска около 2 часов), а также необходимости наличия системы химводоочистки.
Для определения экономической целесообразности использования той или иной комплектации ПЭС приводным двигателем необходимо в каждом случае определять расчетную стоимость электроэнергии. Технико-экономическое сравнение вариантов показало, что удельные капиталовложения в газотурбинную электростанцию (ГТЭ) меньше, чем в дизельную, и при ограниченном годовом числе часов работы (до 2000 час/год) электростанции с газотурбинным приводом экономичнее дизельных.
Требования к генератору ГТЭ будут определяться как общими требованиями к установке в целом, так и к самому генератору. Наиболее важными из них являются: требования к качеству вырабатываемой энергии, т.е. к допустимым отклонениям и колебаниям частоты и напряжения, несимметрии
© С.И. Кондратьев
Проблемы энергетики, 2003, № 5-6
напряжения и коэффициенту искажения формы кривой напряжения, к длительности работы без технического обслуживания, к времени запуска и количеству возможных запусков и т.д. Основные требования к синхронному генератору регламентируют выбор номинальной и максимальной мощности, род тока, линейного напряжения, скорости вращения, схемы соединения обмоток, системы возбуждения, регулирования и т. п.
В [2] была приведена классификация систем генерирования переменного тока стабильной частоты и произведено технико-экономическое сравнение этих систем. Анализ достоинств и недостатков рассмотренных систем позволил уменьшить круг поиска оптимального решения. Бесконтактные машины двойного питания, электромеханические устройства с дифференциальным редуктором, высокоскоростные асинхронные машины, не обладая какими-либо решающими преимуществами, сложнее, массивнее и дороже обычных синхронных генераторов (СГ) и асинхронных машин (АМ). Потребление реактивной мощности, наличие малонадежных полупроводниковых преобразователей, высокий уровень высших гармоник, ограниченность (по величине) вырабатываемой мощности и т.д. позволяет отдать предпочтение СГ или АМ в составе ПЭС.
Проведённое технико-экономическое сравнение вариантов показало, что СГ в качестве генератора ПЭС (по сравнению с АМ) имеет некоторые важные преимущества, обусловленные особенностями работы СГ параллельно с СПЭ:
- СГ ГТЭ в режиме холостого хода возможно переводить в режим синхронного компенсатора с выдачей реактивной мощности в заводскую сеть, что дополнительно увеличивает экономическую эффективность установки и оправдывает наличие системы возбуждения, отсутствующей у АМ;
- возможность непрерывной параллельной работы СГ с заводской СПЭ позволяет отказаться от регулярных отключений ГТЭ и повторных синхронизаций;
- -учитывая, что мощность выпускаемых в настоящее время АМ на напряжение 6 и 10 кВ ограничивается величиной 6.3 МВт, а потребная мощность генератора может достигать нескольких десятков МВт, можно сделать вывод о более широком диапазоне возможного применения в ПЭС синхронных генераторов.
Недостатками СГ перед АМ при использовании в ГТЭ являются большая сложность, стоимость, наличие скользящих контактов, а также необходимость обеспечения устойчивой работы СГ при параллельной работе с СПЭ.
Однако указанные выше преимущества СГ перед АМ для данных условий работы позволяют сделать вывод о предпочтительности использования СГ в ПЭС.
Выводы
1. Одним из возможных способов решения проблемы уменьшения потребления электроэнергии промышленным предприятием в период максимума нагрузок энергосистемы является использование в системах промышленного электроснабжения собственных пиковых электростанций.
2. Технико-экономическое сравнение и анализ вариантов исполнения ПЭС показал, что в качестве основных элементов таких электростанций рационально использование газотурбинных установок и СГ.
© Проблемы энергетики, 2003, № 5-6
Summary
Examine the question of choice the base elements of pic electric station, wich is used in systems of industrial power supply for less of consumption the electric power by industrial enterprise at the period of the maximum load in power system.
Литература
1. Кондратьев С.И., Роженцова Н.В., Елхин В.О. Исследование режимов работы газотурбинных электростанций в системах промышленного электроснабжения. Сообщение 1. К вопросу об актуальности использования пиковых газотурбинных электростанций в системах промышленного электроснабжения// Известия вузов. Проблемы энергетики.- 2000.-№9-10.
2. Кондратьев С.И. Исследование режимов работы утилизационных газотурбинных установок в системах электроснабжения предприятий авиационного моторостроения: Дисс. ... канд. наук. - М., 1998.
© Проблемы энергетики, 2003, № 5-6
