Учитывая высокий уровень эффективности ТЭЭК технологий, они должны быть приняты в проект реконструкции ЦЭС Приморья, как инновационные решения.
Тогда, за счет применения инновационных решений отрицательные стороны ДЭС при работе автономной электроэнергетической системы должны быть устранены или сведены к минимуму.
Отрицательные стороны применения ДЭС, которые должны быть устранены за счет применения инновационных решений при реконструкции ЦЭС:
1. Высокая стоимость электрической энергии относительно применяемого в ЦЭС электроэнергетического тарифа
2. Относительно невысокое качество электрического тока на нагрузке потребителя.
3. Ограничения по минимальной нагрузке потребителя..
IX Организация автономного электроснабжения по стадиям прохождения реконструкции ЦЭС.
В настоящем проекте рассматриваются общие принципы построения автономного электроснабжения потребителей. На базе этих принципов должна быть осуществлена
(исполнение Этапа 2 реконструкции ЦЭС) глубокая проектная проработка технических и схемных решений в соответствие техническим регламентам, стандартам, нормам и правилам и с выпуском всей необходимой рабочей исполнительной документации. Организация автономного электроснабжения на всех этапах реконструкции ЦЭС осуществляется в соответствие с подготовленными проектными документами.
Перевод потребителей в режим автономного электроснабжения на Этапе 1 реконструкции ЦЭС.
Основная цель Этапа 1 определяет специфику схемных решений при переводе потребителей в режим автономного электроснабжения. Эта специфика определяется исполнением технической задачи по разгрузке существующего ЦЭС в срочном режиме. Режим срочного выполнения технической задачи определяется уровенем критической эксплуатации существующей ЦЭС. Поэтому снятие угрозы введения режима ограничения потребления энергии на Этапе 1 реконструкции ЦЭС должно быть осуществлено решениями, которые обеспечат быстрое достижение цели.
Учитывая вышеизложенное, можно определить две базовые схемы, по которым будет реализована техническая задача по разгрузке ЦЭС
Традиционная схема подключения ДЭС к потребителю. Рис.4
|
к потребителю
|
Рис.5
 |
Обе схемы позволяют осуществить быстрый перевод электроснабжения потребителей в автономный режим и обеспечить плановую разгрузку ЦЭС на Этапе 1 реконструкции.
Как видно, схемы используют два вида ДЭУ: основной и вспомогательный. Основная ДЭУ применяется для покрытия пиковых нагрузок потребителя, а вспомогательная ДЭУ должна включаться в момент, когда нагрузки потребителя падают до 30% и ниже.
Выбор площадок для применения этих схемных решений должен осуществляться из условия наибольшей приближенности электростанций к потребителю. Это условие определяется тем, что необходимо избегать установки дополнительного оборудования по преобразованию электрической энергии и напрямую работать с напряжениями электрического тока по установленным у потребителя токоприемникам. Это значит, что при проектировании этих схемных решений проектировщик должен уделить особое внимание звукоизоляции и шумоподавлению.
Очевидно, что обе схемы перевода потребителя в режим автономного электроснабжения могут быть хорошо восприняты на действующих промышленных предприятиях, что позволит с наилучшей эффективностью обеспечить разгрузку существующей системы ЦЭС, оставив теплоснабжение таких предприятий в режиме централизованной подачи. Это положительно скажется на общем энергетическом балансе ЦЭС.
Проектные работы на Этапе 2 реконструкции ЦЭС
Проектные работы имеют две составляющие:
- предпроектные работы
- непосредственное проектирование с выпуском комплекта рабочей документации, по которой осуществляется реконструкция ЦЭС на всех ее этапах
Стоимость проведения всего объема проектных работ можно оценить как » 0,2% от стоимости реконструкции по традиционному плану централизации
Предпроектные работы.
Очень важный элемент проектирования. Исполнение этих работ определяет темп и качество проведения реконструкции ЦЭС.
Предпроектные работы обеспечивают сбор необходимого объема информации для успешного осуществления всех проектных работ и выпуска исполнительной документации проведения реконструкции ЦЭС. Среди общего объема предпроектных работ должно быть исполнено:
- составление перечня объектов энергопотребления для их перевода в режим автономного электроснабжения
- обследование объектов энергопотребления по составленному перечню и предварительный выбор площадок строительства автономных электростанций
- определение суточных графиков потребления электрической энергии на объектах согласно перечня
- определение суточных графиков нагрузки потребителя на объектах согласно перечня
- определение энергетического потенциала ВИЭ на объектах согласно перечня
- подготовка ТЗ на осуществление проектных работ
- предварительный отбор поставщиков оборудования и согласование тех. условий на поставляемое оборудование
- подготовка ТЗ на поставку оборудования согласно требованиям проектных решений
Проектирование
Проектирование осуществляется с учетом внедрения в план реконструкции ЦЭС инновационных элементов с соответствующими схемными решениями. В основе проектирования находится проектная проработка на условия Приморья ряда технических решений для создания автономных электроэнергетических систем по схеме бинарного состояния системы. Бинарное состояние электроэнергетической системы было запатентовано в 2000 году, как способ бесперебойного электроснабжение потребителей. Такое состояние электроэнергетической системы способно эффективно воспринимать генерацию электрической энергии в автономные электроэнергетические системы как от традиционных источников, так и от ВИЭ, и управлять любым количеством разнородных генерирующих источников, создавая высокие параметры качества электрического тока под нагрузкой потребителя
Общая задача проектирования – создание типовых проектных решений для автономных электроэнергетических систем бинарного состояния на условия их применения для реконструкции ЦЭС в Приморье. Такая постановка задачи создает условия для быстрого осуществления реконструкции и значительного снижения расходов на приобретаемое оборудование.
Типовые решения должны быть заложены в разработку типовых модульных электростанций, которые были бы способны согласованно работать с типовым инновационным оборудованием. Также типовые решения должны быть заложены в систему управления для организации автоматического управления любым количеством элементов типового генерирующего оборудования., которое будет в автоматическом режиме суммарно создавать мощность, соответствующую запросу по нагрузке потребителя.
Проектирование с применением традиционных ДЭУ.
Типовые блоки генерации ДЭУ.
До тех пор, пока не будут собраны и обработаны данные по реальным объектам электроснабжения, выводимым из системы ЦЭС, можно руководствоваться тем обстоятельством, что для успешной реконструкции ЦЭС будет достаточно три типа блоков генерации ДЭУ. При этом, как видится, мощности блоков ДЭУ в 1 кВт, 30 кВт и 100 кВт, объединенные в типовые модули, покроют все потребности энергоснабжения объектов, выводимых из ЦЭС.
Типовые модули генерации из блоков ДЭУ.
Типовые модули генерации создаются на базе типовых блоков генерации ДЭУ и являются основой для проектирования типовых электростанций.
До тех пор, пока не будут собраны и обработаны данные по реальным объектам электроснабжения, выводимым из системы ЦЭМ, можно предположить, что типовой модуль генерации может объединить 30-100 типовых блоков генерации ДЭУ.
|
 |
Проектирование типовых электростанций ДЭС.
Типовые электростанции ДЭС проектируются на базе типовых модулей генерации, собранных из типовых блоков ДЭУ. Проектированием типовых электростанций ДЭС создается вся необходимая инфраструктура, обеспечивающая работоспособность электростанции. Проектная проработка типовой электростанции проводится в соответствие действующим техническим регламентам, стандартам, нормам и правилам для проектирования электростанций на базе ДЭС. Проектная проработка типовой электростанции должна проводиться с учетом объединения работы нескольких типовых электростанций в единый комплекс для создания необходимой мощности по запросу потребителя на соответствующую нагрузку.
При проектировании типовых электростанций должна быть введена инновационная составляющая по схемным решениям, определяемая бинарным состоянием электроэнергетической системы. Такие схемные решения позволят осуществить эффективную работу электростанции по двум направлениям:
- обеспечить эффективную самостоятельную работу с запуском традиционных блоков ДЭУ в совместную работу без осуществления режима синхронизации
-
- обеспечить эффективную совместную работу с инновационными решениями по генерации электрической энергии от ВИЭ
|
Рис.7
| |
 | |
 | |||
 | |||
 | |||
 | |||
|
| ||
Проектирование инновационных решений по технологиям электро-энергетических комплексов (ТЭЭК технологиям).
ТЭЭК технологии, как инновационное решение, были разработаны по поручению Правительства Республики Карелия в 1995-96 г. г. и в 1997 году легли в основу принятой в Республике программы по развитию малой энергетики в районах без централизованного энергоснабжения. В 1998 году технологии были приняты базовыми проектными решениями по федеральной программе «Беломорье» . В 2004 году технологии были номинированы на Национальную Экологическую Премию. В 2007 году технологии в составе проекта «Экополис» стали финалистом конкурса «Российский дом будущего».
Основная задача проектирования – решение сложных проблем работы любых объектов АСЭВИЭ посредством применения специальных технических и конструктивных решений, которыми уникальная работа каждого из объектов АСЭВИЭ, расположенных в границах рассматриваемой территории выводится на уровень типовых решений. Отсюда, в постановке задачи на создание ряда типовых решений при проектировании – минимизация типового ряда энергетического оборудования, которым энергетический потенциал ВИЭ территории должен быть эффективно преобразован в полезную энергию, подаваемую под нагрузку потребителя.
Общие проблемы, с которыми сталкиваются разработчики при примении традиционных технических решений для целей создания АСЭВИЭ.
Ограничения применения первичных ВИЭ при организации электроэнергетических систем связаны с проблемой нестабильности этих энергетических источников и с проблемой управляемости энергией в энергосистеме. Происхождение проблемы «нестабильности» первичных ВИЭ вызвано природными физическими явлениями, связанными с солнечной активностью. Происхождение проблемы «управляемости энергией» в энергосистеме вызвано рассогласованием между неалгоритмизируемой вариативностью электрической мощности, подаваемой в энергосистему от нестабильных ВИЭ, и неалгоритмизируемой вариативностью нагрузки потребителя, подключенного к энергосистеме.
Обе эти проблемы создают непреодолимые барьеры для получения конкурентоспособной цены электрической энергии в АСЭВИЭ с традиционными схемами построения и резко ограничивают применение ВИЭ, как доступного, недорого и экологически безопасного энергоресурса.
Инновационные технических решений для целей создания АСЭВИЭ.
Для преодоления существующих барьеров при создании АСЭВИЭ в начале-середине 90-х был проведен комплекс научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ по созданию электроэнергетических комплексов (ЭЭК), как основного технического решения при организации АСЭВИЭ, использующего энергию ветра и водного потока в качестве главного энергоресурса в электроэнергетической системе.
ЭЭК – это способный к реализации АСЭВИЭ комплекс оборудования различного вида, функционирование которого обеспечивает возможность преобразовывать энергию ВИЭ в стабильную электрическую энергию, с выдачей этой энергии под нагрузку потребителя в необходимой ему форме и структуре потребления. ЭЭК стало основой для реализации способа бесперебойного электроснабжения потребителей от АСЭВИЭ, а комплекс технических решений, которыми поддерживается работоспособность этого способа стал называться ТЭЭК технологиями.
Требования, обеспечивающие работоспособность АСЭВИЭ и снимающие ограничения в рамках общих проблем применения ВИЭ.
Переход к ЭЭК позволил реализовать две фундаментальные задачи, которые ранее в условиях традиционных подходов к построению энергосистем не удавалось решить при разработке АСЭВИЭ. Во-первых, это стабилизация энергии ВИЭ на уровне минимально достаточном для удовлетворения всех энергетических нужд потребителя. Во-вторых, это осуществление автоматического управления всеми процессами в энергосистеме через энергобаланс, который является достаточным интегрировано-комплексным инструментом управления.
Реализация указанных фундаментальных задач опирается на жесткие требования, обеспечивающие всю совокупность физических и технологических процессов происходящих в АСЭВИЭ:
1. Выбор расчетной скорости и стабилизация ВИЭ.
2. Дезинтеграция генерирующих мощностей
3. Операционные изменения состояния электрического тока
4. Объем буферного накопления энергии
5. Последовательность технологических процессов
Выбор возобновляемого источника энергии (ВИЭ) для решения прооектных задач.
Для целей реконструкции ЦЭС Приморья в качестве основного энергоресурса, применяемого для решения задачи по электроснабжению потребителей от АСЭВИЭ, доложен быть выбран энергоресурс ВИЭ, получаемый от энергии движения воздушных масс.
Выбор энергии движения воздушных масс, как ВИЭ в качестве основного энергетического ресурса имеет ряд предпочтений, среди которых:
· Его повсеместность и доступность.
· Высокая степень экологической безопасности.
· Низкая стоимость оборудования для выработки электрической энергии. Стоимость в производстве типовых блоков генерации электрической энергии будет находится в рамках € 300-400 за 1 установленный киловатт мощности по генерации ( при сравнении со стоимостью блоков генерации солнечных батарей - € за 1 установленный киловатт мощности по генерации).
· Возможность установки типовых энергоблоков (ЭБ) вертикально в высоту, что радикально снизит (например, по сравнению с солнечными батареями) площадь занимаемой поверхности под установку генерирующего оборудования для обеспечения работы АСЭВИЭ.
Разработка АСЭВИЭ в рамках определенных требований.
Требование 1 - Выбор расчетной скорости и стабилизация ВИЭ.
Данное требование жестко накладывает ограничение на выбор расчетного параметра скоростного потока ВИЭ по наиболее часто воспроизводимому природой в месте установки АСЭВИЭ.
Реальная средневзвешенная скорость ветра, воспроизводимая природой около земной поверхности, в основном, находится в диапазоне 3-7 м/сек. Поэтому, в зависимости от места установки, выбор расчетной скорости ветра для расчета АСЭВИЭ должн находиться в диапазоне 3-7 м/сек.
В традиционных ветродизельных комплексах расчетная скорость ветра, при которой ВЭУ выходит на номинальный режим генерации находится в диапазоне 10-15 м/сек, что создает необходимость устанавливать традиционные ВЭУ на высоту 30-70 м от поверхности
|
N (мощность) Рис.8
 | |
| |
Мощность
(по номинальной
генерации)
 |
Vрасч.= 10-15 м/сек V (скорость ветра)
(диапазон выхода на номинальную генерацию)
Характер рабочей характеристики традиционной ВЭУ ветродизельного комплекса, находящейся в параллельной работе с ДЭС, таков, что не позволяет даже оценить ту реальную мощность, которая будет выдана ВЭУ в АСЭВИЭ под нагрузку потребителя, т. к. в любой реальный момент времени точка выдаваемой мощности может находиться в любой из точек на кривой рабочей характеристики.
Реализация требования 1 при проектировании АСЭВИЭ должна осуществляться за счет специальных конструктивных решений энергоблоков (ЭБ), которыми создается иная рабочая характеристика ВЭУ, обеспечивающая стабилизацию энергии ВИЭ так, что на одном ЭБ, снимаемая энергия ВИЭ, всегда будет Еэб = const, при любых изменениях скорости потока ВИЭ в диапазоне V ≥ Vрасч. То есть, рабочая характеристика должна иметь следующий вид:
Рис.9
N (мощность)
Мощность
(по номинальной
генерации)
 |
V (скорость ветра)
Vрасч..= 3-7 м/сек
(диапазон выхода на номинальную генерацию)
Принципиальные конструктивные решения, обеспечивающие создание специальной рабочей характеристики ЭБ
В ТЭЭК технологиях применяется три конструктивных вида ЭБ, работающих с движением воздушных масс, которые имеют различные энергетические показатели, но способны к реализации требования 1 с созданием специальной рабочей характеристики.
ЭБ второго поколения ТЭЭК технологий Рис.10
 |
В ЭБ второго поколения ТЭЭК технологий применяется специальный вид турбопривода, заключенного в статорную часть. Турбопривод представляет собой симбиоз двух известных типов турбин. Такое исполнение турбопривода позволяет произвести расчет проточной части турбопривода так, что в совместной работе со статором обеспечивается «запирание» воздушного потока и его стабилизация по скорости при прохождении через ЭБ. Эти конструктивные особенности позволяют поддерживать постоянную рабочую скорость потока V = Vрасч = const на рабочем органе ЭБ при скоростях наружного движения воздушной массы V ≥ Vрасч. и создают условия для работы ЭБ по рабочей характеристике, обеспечивающей исполнение требования 1.
Также, для дополнительной стабилизации воздушного потока может быть использован статор ЭБ. Конструкция статора позволяет устанавливать специальные заслонки, которые могут в автоматическом режиме, используя энергию движения окружающего воздуха, изменять площадь проходного сечения для движения потока на рабочий орган ЭБ.
ЭБ четвертого поколения ТЭЭК технологий Рис.11
 |
 |
|
В качестве ЭБ четвертого поколения ТЭЭК технологий применяется вихревая ветроэнергетическая установка (ВВЭУ)
Стабилизация скорости воздушного потока, проходящего через ЭБ и создающего вихрь со стабильными энергетическими параметрами обеспечивается специальными конструкциями сопловой и дефлекторной частей ВВЭУ. Поддержание стабилизированного состояния вихря производится системой автоматики за счет автоматического изменения проходного сечения сопла и дефлектора в соответствие изменению скорости воздушного потока перед ЭБ. Эти конструктивные особенности позволяют поддерживать постоянную рабочую мощность N = Nрасч = const на рабочем органе ЭБ при скоростях наружного движения воздушной массы V ≥ Vрасч. и создают условия для работы ЭБ по рабочей характеристике, обеспечивающей исполнение требования 1.
Вихревая ветроэнергетическая установка "ВВЭУ" - принципиально новая разработка безлопастной ветроэнергетической установки, основным элементом которой является генератор вихря. Генератор вихря - устройство, преобразующее равномерный поток ветра в вихреобразные струи и являющееся концентратором мощности, организующим и аккумулирующим энергию ветра и низкопотенциальных тепловых потоков воздуха (аналогично тому, как в природных условиях кинетическая энергия ветра, распределенная в значительном объеме потока, концентрируется до огромных величин в компактном ядре природного смерча). Принцип работы ВВЭУ поясняет рис. 12
Рис.12 Рис.12
| |
| |
 | |
 | |
 | |
 | |
 | |
 | |
| |
 | |
 |
|
|
 |
 |
 |
|
,
 |
На рис.14 представлена рабочая характеристика модели, пересчитанная на мощность 0,5 кВт без учета масштабного эффекта. Для обеспечения наглядной сравнимости с аналогами традиционных ВЭУ на график нанесены их рабочие характеристики.
Рис.14
 |
Рабочая характеристики наглядно показывает, что мощность N, стабилизированная ВВЭУ на скорости ветра V= 5 м/сек, практически, в 10 раз или 10:1 превышает мощность традиционных ВЭУ, вырабатываемую ими на этой скорости ветра. При учете масштабного эффекта это соотношение достигнет 20:1 при аналогичных массовых и габаритных характеристиках в сравнении с традиционными ВЭУ.
ЭБ пятого поколения ТЭЭК технологий
В качестве ЭБ пятого поколения ТЭЭК технологий применяется вихревая ветроэнергетическая установка с усиленными параметрами вихреобразования (ВВЭУ-У).
ВВЭУ-У имеет более мощные энергетические показатели по сравнению с ВВЭУ, что позволит сузить диапазон расчетной скорости ветра с 3-7 м/сек до 3-4 м/сек и типизировать ВЭУ по меньшему ряду типоразмеров при проектировании АСЭАИЭ. ВВЭУ-У имеет ряд новых конструктивных решений и в настоящее время является элементом "KNOW-HOW", поэтому будет патентоваться при запуске проекта реконструкции ЦЭС.
Проектирование ЭБ для целей АСЭВИЭ
В зависимости от рода решаемых задач при реконструкции ЦЭС, в разрабатываемых АСЭВИЭ могут быть применены и спроектированы типоразмеры ЭБ по всем трем конструктивным видам, указанным в настоящем разделе. Все три вида ЭБ, в отличие от традиционных «ветряных мельниц», не создают инфразвука, опасного для здоровья человека
Особенностью проектирования ЭБ является предпроектная проработка вида и типоразмера ЭБ, основанная на тщательном исследовании энергетического потенциала ВИЭ и характера нагрузок потребителя на территории установки АСЭВИЭ.
Требование 2 - Дезинтеграция генерирующих мощностей
Данное требование необходимо для создания важного условия по обеспечению энергетического баланса в АСЭВИЭ
Энергетический баланс является важнейшей функцией любой энергетической системы, так как нарушение энергобаланса в системе способно вывести ее из строя с отключением потребителей от электроснабжения и с аварийным выводом из эксплуатации источников, генерирующих электрическую энергию. В АСЭВИЭ поддержание энергобаланса – это сложное и дорогостоящее мероприятие. При работе АСЭВИЭ с таким энергоносителем, как движение воздушной массы, энергобаланс, вследствие высокой нестабильности ВИЭ, не может быть обеспечен простой формулой балансировки энергии:
Енп = Еэб =var или dЕнп/ dt - dЕэб/ dt = 0, (1) где
Енп – энергия на нагрузке потребителя
Еэб – энергия, производимая энергоблоком
Неспособность формулы (1) к поддержанию энергобаланса в АСЭВИЭ говорит о том, что энергобаланс не может быть обеспечен за счет мощности, которая способна поддержать пиковые нагрузки потребителя, но интегрирована в единичном агрегате ЭБ и, тем более, при стабилизированном ВИЭ на ЭБ.
Однако, ЭБ со стабилизированным ВИЭ будет способен выполнит функцию поддержания энергобаланса, если формула энергобаланса будет описывать иную ситуацию:
i i
Енп =∑Еэб =var или dЕнп/ dt - d∑Еэб/ dt = 0 при i £ n (2)
0 0
n - количество энергоблоков в системе
Это значит, что условие по обеспечению энергетического баланса в АСЭВИЭ при вариативно изменяемой энергии потребления, может осуществляться определенным множеством ЭБ, которое способно суммарно обеспечить пиковую нагрузку потребителя.
Таким образом, формула (2) однозначно определяет состояние АСЭВИЭ, при котором условие поддержания энергетического баланса в системе должно осуществляться через требование дезинтеграции генерирующей мощности в определенном множестве ЭБ с суммарной мощностью, определяемой пиковой нагрузкой потребителя.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 |
