Патент на изобретение №2354024

(54) ОБЪЕДИНЕННАЯ ЭНЕРГОСИСТЕМА И СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБЪЕДИНЕННОЙ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для корректировки соотношения генерируемых и потребляемых мощностей в различных режимах эксплуатации энергосистем. Технический результат заключается в обеспечении стабильного режима работы электрогенерирующих агрегатов вне зависимости от соотношения генерируемых и потребляемых мощностей в энергосистеме. Объединенная энергосистема включает множество генераторов электрической энергии, соединенных общей энергетической сетью, множество потребителей электрической энергии, подключенных к общей энергетической сети, при этом потребители электрической энергии содержат выделенную группу преобразователей электрической энергии в тепловую энергию, объединенную системой централизованного управления с возможностью отключения, или включения, или изменения мощности указанных преобразователей. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области энергетики, в частности к объединенным энергосистемам с множеством генераторов и потребителей электрической энергии, объединенных в единую энергетическую сеть. Может быть использовано в энергосистемах для корректировки соотношения генерируемых и потребляемых мощностей в различных режимах эксплуатации энергосистем.

В крупных энергосистемах существует задача поддержания так называемой “резервной мощности”. Это связано с необходимостью постоянной поддержки в готовности активируемой электрической мощности на тот случай, если возникают непредвиденные дефициты мощности на стороне производителя энергии, например, в результате выхода из строя электростанции.

В Европейской объединенной энергосети (UCPTE) каждое предприятие должно удерживать 2,5% мгновенной нагрузки сети в качестве “резервной мощности”. В Германии эта “резервная мощность” должна быть активируемой наполовину в течение 5 секунд и остаток в последующие 25 секунд, чтобы иметь возможность компенсировать дефицит мощности в общей сети.

Проблема поддержания “резервной мощности” тесно связана со стабильностью частоты электрического тока в энергосистеме – одним из основных показателей качества электрической энергии. В настоящее время основным средством поддержания частоты электрического тока в энергосистеме является изменение мощности генерации, осуществляемое системами первичного регулирования энергоблоков. Работа систем первичного регулирования крупных энергоблоков связана с потерями их эффективности. Кроме того, технические характеристики систем регулирования существующего оборудования не всегда способны обеспечить поддержку частоты в границах действующих норм (50 Гц±0,2 Гц), не говоря о норме 50 Гц ± 0,02 Гц согласно требованиям энергосистемы Европы (UCTE).

Широко известно удержание “резервной мощности” путем накопления энергии в обычном режиме работы энергосистемы с последующей передачей накопленной энергии в объединенную энергосеть в случаях непредвиденного дефицита мощности на стороне производителя энергии. В качестве накопителей энергии используют инерционные накопители (маховики), накопители энергии в виде сжатого газа, накопители тепловой энергии, сверхпроводящие магнитные накопители электрической энергии и др.

Примером удержания “резервной мощности” путем накопления энергии является выравниватель нагрузки, известный по патенту Российской Федерации 2119708, МПК⁶ H02J 3/30, H02J 15/00, Н02К 31/00, Н02К 13/00, Н02К 25/00, дата подачи заявки 1997.02.25. Выравниватель нагрузки для приведения режимов электропотребления в соответствие со структурой генерирующих мощностей содержит маховиковый накопитель энергии, зарядно-разрядный электромашинный орган и систему управления. Особенностью накопителя энергии является то, что в герметичном корпусе, в котором создан глубокий вакуум, на радиально-осевой самоцентрирующейся магнитной опоре, служащей одновременно ступицей ободкового супермаховика, навитого из высокопрочных нитей, установлен вертикально единый явнополюсный якорь двух совмещенных дисковых униполярных машин электромагнитного возбуждения с общим центральным термоэмиссионным или скользящим токосъемом и раздельными периферийными термоэмиссионными токосъемами с сеточным управлением по частоте.

Еще одним примером удержания “резервной мощности” путем накопления энергии является энергетическая установка на возобновляемом источнике энергии в энергетической системе и способ ее работы, известные по патенту Российской Федерации 2035821, МПК⁶ H02J 15/00, дата подачи заявки 1991.07.01.

Энергетическая установка содержит электрогенерирующее устройство в виде возобновляемого источника энергии, аккумулятор электроэнергии, электрические переключатели, а также линии электропередачи, связывающие элементы энергетической установки между собой и с энергетической системой.

Установка работает следующим образом.

В период высоких электрических нагрузок аккумулятор выдает электроэнергию в энергетическую систему. Вход аккумулятора в это время подключен к установке возобновляемого источника энергии, пополняющей запасы энергии в аккумуляторе. В период низких электрических нагрузок вход аккумулятора отключается от установки возобновляемого источника энергии и подсоединяется к энергетической системе на несколько часов для дозарядки с таким расчетом, чтобы к моменту утреннего подъема электрической нагрузки аккумулятор был заряжен полностью.

Продолжительность дозарядки определяется степенью заряженности аккумулятора энергии. Например, если аккумулятор к моменту провала графика электрических нагрузок заряжен полностью, то он в эту ночь не подключается к энергосистеме совсем, и все полупиковые станции разгружаются как обычно на весь период низких электрических нагрузок.

Можно привести еще множество примеров использования различных аккумуляторов энергии для компенсации дефицитов мощности в энергосистемах. Общим их недостатком является ограниченная емкость накопителей энергии, что ограничивает длительность компенсации нагрузочных пиков десятками секунд или несколькими секундами, что недостаточно для запуска других резервных носителей энергии, таких как гидроаккумулирующие электростанции или газотурбинные электростанции.

Также широко известно удержание “резервной мощности” путем дросселирования регулировочных вентилей турбин в паротурбинных электростанциях, которые питают объединенную энергосеть. Такие паротурбинные электростанции в обычном режиме эксплуатируются с указанным дросселированием. При нагрузочном пике на стороне сети или, иначе выражаясь, при дефиците общей введенной мощности электростанций дросселирование снимают и мощность паротурбинных электростанций соответственно повышается.

Эксплуатация паротурбинных электростанций в режиме дросселирования регулировочных вентилей турбин приводит к уменьшению коэффициента полезного действия, увеличивает эксплуатационные затраты на отдельной электростанции. Этот вид компенсации дефицита мощности требует строительства более мощных паротурбинных электростанций, чем это требуется для энергообеспечения потребителей в нормальном режиме работы энергосистемы, вызывает увеличение инвестиционных затрат.

Для компенсации дефицитов мощности в диапазоне длительности от 30 секунд до 5 минут и более известно кратковременное прерывание пароснабжения устройств, нагреваемых паром промежуточного отбора. При этом в распоряжение паровой турбины поступает увеличенное количество тепловой энергии, мощность турбины увеличивается. Выигранное таким образом время в большинстве случаев является достаточным, чтобы вывести мощность нагрева в парогенераторе до допустимой граничной мощности, если рассчитывать на длительные нагрузочные пики, или для того, чтобы активировать аккумулирующие электростанции.

Так, известна паротурбинная электростанция (патент США 3523421 с паровой турбиной, приводящей в действие генератор, и с подключенным к паровой турбине трубопроводом пара промежуточного отбора с вентилем, управляемым контрольным блоком. Способ эксплуатации такой паротурбинной электростанции предусматривает, в зависимости от нагрузки, увеличение предложения пара паровой турбине посредством регулирования отбора промежуточного пара от турбины. Регулирование выполняют при помощи контрольного блока, управляющего вентилем, установленным на трубопроводе пара промежуточного отбора.

Особенность этого вида регулирования выражается в том, что система срабатывает со значительным временем задержки. Поэтому такое регулирование не является пригодным для компенсации пиковых нагрузок настолько быстро, чтобы не наступал провал мощности или частотный спад в энергосети. Кроме того, энергетическая установка при таком регулировании большую часть времени работает в режиме недогруза, что приводит к уменьшению коэффициента полезного действия, увеличивает эксплуатационные затраты, требует строительства более мощных паротурбинных электростанций, чем это необходимо для энергообеспечения потребителей в нормальном режиме работы энергосети.

В качестве прототипа заявляемой объединенной энергосистемы выбрана объединенная энергосистема, известная по патенту Российской Федерации 2121746, МПК⁶ H02J 15/00, H02J 3/06, F01K 7/34, дата подачи заявки 1992.11.20.

Объединенная энергосистема включает множество генераторов электрической энергии, соединенных общей энергетической сетью, а также потребителей электрической энергии, подключенных к общей энергетической сети. Генераторы электрической энергии выполнены в виде паротурбинных электростанций. Часть паротурбинных электростанций снабжена устройствами регулирования предложения пара паровым турбинам путем управления расходом пара промежуточного отбора. Часть паротурбинных электростанций снабжена сверхпроводящими магнитными накопителями электрической энергии.

Каждая паротурбинная электростанция содержит резервуар питательной воды, парогенератор с экономайзером, испарителем и перегревателем, турбины, генератор электрической энергии. Вход парогенератора (вход экономайзера) соединен с резервуаром питательной воды. К выходу парогенератора (выход перегревателя) через трубопровод пара высокого давления подключена паровая турбина высокого давления. Выход паровой турбины высокого давления соединен с двухпоточной паровой турбиной низкого давления, которая соединена последовательно с паровой турбиной высокого давления. Турбины соединены с валом генератора электрической энергии. Обе ступени низкого давления паровой турбины низкого давления подключены через трубопровод отработавшего пара к конденсатору. Выход конденсатора через конденсатный насос и подогреватель конденсата соединен с резервуаром питательной воды. Резервуар питательной воды через насос питательной воды и подогреватель питательной воды соединен с входом парогенератора (вход экономайзера).

Паротурбинная электростанция работает следующим образом. Питательная вода подается в парогенератор, где превращается в перегретый пар высокого давления. Пар высокого давления поступает на вход паровой турбины высокого давления, далее на двухпоточную паровую турбину низкого давления. В турбинах тепловая энергия пара превращается в механическую энергию, которая приводит в действие связанный с турбинами генератор электрической энергии. Отработанный пар после турбин поступает в конденсатор, где превращается в конденсат, который направляют в резервуар питательной воды.

Часть паротурбинных электростанций, которые снабжены устройствами регулирования предложения пара паровым турбинам, имеют следующие конструктивные особенности.

К выходу паровой турбины высокого давления подключен первый трубопровод пара промежуточного отбора, который через первый регулировочный вентиль и подогреватель питательной воды соединен с резервуаром питательной воды. К одной из ступеней паровой турбины низкого давления подключен второй трубопровод пара промежуточного отбора, который через второй регулировочный вентиль и подогреватель конденсата соединен с входом конденсатора. Паротурбинная электростанция содержит также контрольный блок-регулятор с измерительными линиями, которые измеряют электрический ток и/или зависящие от него параметры, как например: частоту, напряжение, мощность в общей энергетической сети, определяя соотношения генерируемых и потребляемых мощностей в общей энергосистеме. Контрольный блок-регулятор соединен управляющими линиями с первым и вторым регулировочными вентилями в трубопроводах пара промежуточного отбора.

В нормальном режиме эксплуатации, когда резервная мощность не требуется, пар промежуточного отбора от турбины низкого давления через второй регулировочный вентиль направляется в подогреватель конденсата и оттуда в конденсатор. За счет этого подогревают конденсат, поступающий в резервуар питательной воды. Дальнейший подогрев питательной воды выполняют паром промежуточного отбора от турбины высокого давления, который через первый регулировочный вентиль направляют в подогреватель питательной воды и оттуда в парогенератор.

При дефиците генерируемой мощности, например, при выходе из строя одной из паротурбинных электростанций контрольный блок-регулятор управляет одновременно обоими регулировочными вентилями в трубопроводах пара промежуточного отбора в направлении их закрытия. Следствием этого является то, что в распоряжение паровой турбины низкого давления поступает больше пара, мощность турбины увеличивается, генератор электрической энергии вырабатывает и передает в общую электрическую сеть дополнительную энергию, компенсируя дефицит генерируемой мощности. При уменьшении спроса на мощность в общей электрической сети оба регулировочных вентиля в обоих трубопроводах пара промежуточного отбора управляются в направлении открывания, переводя установку в обычный режим работы.

Часть паротурбинных электростанций может быть укомплектована сверхпроводящими магнитными накопителями электрической энергии.

Сверхпроводящий магнитный накопитель электрической энергии содержит сверхпроводящую магнитную катушку, охлаждающую магнитную катушку, холодильную установку, систему управления, обеспечивающую режим накопления электрической энергии или режим передачи накопленной энергии в общую электрическую сеть. Сверхпроводящий магнитный накопитель управляется контрольным блоком-регулятором, измеряющим параметры общей энергетической сети и определяющим соотношения генерируемых и потребляемых мощностей в общей энергосистеме. При дефиците генерируемой мощности сверхпроводящий магнитный накопитель передает накопленную энергию в общую электрическую сеть. В обычном режиме работы энергосистемы происходит накопление энергии сверхпроводящим магнитным накопителем.

Общими признаками прототипа и заявляемой объединенной энергосистемы являются: объединенная энергосистема, включающая множество генераторов электрической энергии, соединенных общей энергетической сетью, множество потребителей электрической энергии, подключенных к общей энергетической сети.

В качестве прототипа заявляемого способа эксплуатации объединенной энергосистемы выбран способ эксплуатации объединенной энергосети, известный по патенту Российской Федерации 2121746, МПК6 H02J 15/00, H02J 3/06, F01K 7/34, дата подачи заявки 1992.11.20.

Способ эксплуатации объединенной энергосети, к которой подключено множество генераторов электрической энергии (паротурбинных электростанций) и множество потребителей, включает непрерывный контроль электрических параметров общей энергетической сети и корректировку соотношения генерируемых и потребляемых мощностей по результатам контроля электрических параметров общей энергетической сети. Корректировку соотношения генерируемых и потребляемых мощностей выполняют следующим образом. При появлении дефицита мощности, например, вследствие выхода из строя одного из генераторов электрической энергии (паротурбинных электростанций) в одной или в нескольких паротурбинных электростанциях увеличивают предложения пара паровым турбинам путем отключения систем промежуточного отбора пара от турбин. При этом увеличивается мощность турбинной установки, генератор электрической энергии вырабатывает и передает в общую электрическую сеть дополнительную энергию, компенсируя дефицит генерируемой мощности. Кроме того, сверхпроводящие магнитные накопители электрической энергии, присутствующие в объединенной энергосети, переводят в режим передачи накопленной энергии в объединенную энергосеть.

Комбинация прерывания отбора промежуточного отбора пара с использованием сверхпроводящих магнитных накопителей электрической энергии позволяет компенсировать нагрузочные пики с длительностью в диапазоне от 0,1 секунды до 5 минут. Этот временной интервал является достаточным для запуска других резервных носителей энергии, таких как гидроаккумулирующие электростанции или газотурбинные электростанции.

Общими признаками прототипа и заявляемого способа эксплуатации объединенной энергосистемы являются: способ эксплуатации объединенной энергосистемы, включающий непрерывный контроль электрических параметров общей энергетической сети, корректировку соотношения генерируемых и потребляемых мощностей по результатам контроля электрических параметров общей энергетической сети.

Генерирующие агрегаты объединенной энергосистемы при таком регулировании большую часть времени работают в режиме недогруза, что приводит к уменьшению коэффициента полезного действия, увеличивает эксплуатационные затраты, требует строительства более мощных паротурбинных электростанций, чем это необходимо для энергообеспечения потребителей в нормальном режиме работы энергосети. Кроме того, при регулировании промежуточного отбора пара от турбин система срабатывает со значительным временем задержки, что при внезапных пиковых нагрузках может привести к провалу мощности или частотному спаду в энергосети.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования объединенной энергосистемы и способа ее эксплуатации, в которых за счет особенностей построения энергосистемы и выбора параметров управления обеспечивается стабильный режим работы электрогенерирующих агрегатов вне зависимости от соотношения генерируемых и потребляемых мощностей в энергосистеме.

Поставленная задача решается тем, что в объединенной энергосистеме, включающей множество генераторов электрической энергии, соединенных общей энергетической сетью, множество потребителей электрической энергии, подключенных к общей энергетической сети, согласно изобретению потребители электрической энергии содержат выделенную группу потребителей-регуляторов, выполненных в виде преобразователей электрической энергии в тепловую энергию и объединенных системой централизованного управления с возможностью отключения, или включения, или изменения мощности указанных потребителей-регуляторов.

Перечисленные признаки составляют сущность заявляемой объединенной энергосистемы.

Целесообразно каждый из выделенных потребителей-регуляторов выполнить в виде гидродинамического теплогенератора с электрическим приводом. Такие агрегаты позволяют практически мгновенно производить их включение, или выключение, или изменение их мощности, что при внезапных пиковых нагрузках предупреждает провал мощности или частотный спад в энергосети.

Для поддержания заданной реактивной составляющей электрической мощности в сети целесообразно часть потребителей-регуляторов выполнить с асинхронным электрическим приводом, а другую часть – с синхронным электрическим приводом.

Поставленная задача решается также тем, что в способе эксплуатации объединенной энергосистемы, включающем непрерывный контроль электрических параметров объединенной энергосистемы, корректировку соотношения генерируемых и потребляемых мощностей по результатам контроля электрических параметров объединенной энергосистемы, согласно изобретению корректировку соотношения генерируемых и потребляемых мощностей выполняют путем отключения или включения, или изменения мощности выделенной группы потребителей-регуляторов, выполненных в виде преобразователей электрической энергии в тепловую энергию и объединенных системой централизованного управления указанными потребителями-регуляторами.

Перечисленные признаки составляют сущность заявляемого способа эксплуатации объединенной энергосистемы.

Целесообразно контроль электрических параметров объединенной энергосистемы выполнять диспетчерским центром объединенной энергосистемы, а отключение или включение, или изменение мощности выделенной группы потребителей-регуляторов выполнять через систему централизованного управления указанными потребителями-регуляторами по командам диспетчерского центра.

Указанные изобретения соответствуют требованиям единства изобретения, так как представляют собой группу изобретений, которые связаны единым изобретательским замыслом и одно из которых предназначено для использования в другом.

Существенные признаки изобретения находятся в причинно-следственной связи с достигаемым техническим результатом.

Так, если в объединенной энергосистеме, которая включает множество генераторов электрической энергии, соединенных общей энергетической сетью, и множество потребителей электрической энергии, подключенных к общей энергетической сети, выделить среди потребителей электрической энергии группу потребителей-регуляторов, выполненных в виде преобразователей электрической энергии в тепловую энергию, объединить эту группу системой централизованного управления с возможностью отключения, или включения, или изменения мощности указанных потребителей-регуляторов, а управление объединенной энергосистемой выполнять путем непрерывного контроля электрических параметров объединенной энергосистемы и корректировки соотношения генерируемых и потребляемых мощностей по результатам контроля электрических параметров объединенной энергосистемы путем отключения, или включения, или изменения мощности выделенной группы потребителей-регуляторов, выполненных в виде преобразователей электрической энергии в тепловую энергию и объединенных системой централизованного управления указанными потребителями-регуляторами, то становится возможным стабильный режим работы электрогенерирующих агрегатов вне зависимости от соотношения генерируемых и потребляемых мощностей в энергосистеме.

Объясняется это тем, что при таком подходе объектами управления для целей корректировки соотношения генерируемых и потребляемых мощностей становятся потребители электрической энергии (выделенная группа потребителей-регуляторов, выполненных в виде преобразователей электрической энергии в тепловую энергию). Генераторы электрической энергии при этом переводятся в стационарный, наиболее эффективный режим работы с максимальной нагрузкой. Так, в обычном режиме эксплуатации все генераторы электрической энергии работают в наиболее эффективном режиме работы с максимальной нагрузкой. При нагрузочном пике, иначе выражаясь, при дефиците общей введенной мощности электростанций, часть выделенных потребителей-регуляторов автоматически отключают или переводят в режим уменьшения потребляемой электрической мощности. При нормализации генерируемых и потребляемых мощностей указанные потребители-регуляторы включают или переводят в обычный режим потребления электрической мощности. Таким образом корректируют соотношения генерируемых и потребляемых мощностей в объединенной энергосистеме. При этом режим работы генераторов электрической энергии не изменяется.

При выполнении преобразователей электрической энергии в тепловую энергию в виде гидродинамических теплогенераторов с электрическим приводом отключение, или включение, или изменение мощности преобразователей электрической энергии в тепловую энергию происходит практически мгновенно, что решает проблемы удержания “секундной резервной мощности”.

Ниже приводится подробное описание объединенной энергосистемы и способа эксплуатации объединенной энергосистемы со ссылками на чертежи.

Фиг.1 – объединенная энергосистема и способ эксплуатации объединенной энергосистемы, блочная схема объединенной энергосистемы.

Фиг.2 – объединенная энергосистема и способ эксплуатации объединенной энергосистемы, пример выполнения потребителя-регулятора.

Объединенная энергосистема включает множество генераторов электрической энергии 1, соединенных общей энергетической сетью 2, множество потребителей электрической энергии 3, подключенных к общей энергетической сети 2.

Потребители электрической энергии 3 содержат выделенную группу потребителей-регуляторов 4, 4а, выполненных в виде преобразователей электрической энергии в тепловую энергию, объединенную системой централизованного управления 5 с возможностью отключения, или включения, или изменения мощности указанных потребителей-регуляторов 4, 4а.

Каждый из потребителей-регуляторов 4, 4а может быть выполнен в виде гидродинамического теплогенератора с электрическим приводом. В таких потребителях-регуляторах 4, 4а отключение, или включение, или изменение мощности происходит практически мгновенно, что решает проблемы удержания “секундной резервной мощности”. Потребители-регуляторы 4 выполнены с асинхронным электрическим приводом. Потребители-регуляторы 4а выполнены с синхронным электрическим приводом. Такая комбинация электрических приводов позволяет поддерживать заданную реактивную составляющую электрической мощности в сети.

Каждый из потребителей-регуляторов 4, 4а может быть снабжен аккумулятором тепловой энергии (не показаны).

Объединенная энергосистема содержит диспетчерский центр 6, который соединен линиями 7 с генераторами электрической энергии 1, линиями 8 с потребителями электрической энергии 3, линией 9 с энергетической сетью 2, управляющей линией 10 с системой централизованного управления 5 потребителями-регуляторами 4, 4а. Система централизованного управления 5 соединена управляющими линиями 11 с потребителями-регуляторами 4, 4а.

Эксплуатируют объединенную энергосистему следующим образом.

Непрерывно контролируют электрические параметры объединенной энергосистемы (напряжение, частоту, генерируемую и потребляемую мощность). Количество контролируемых параметров должно быть достаточным для оценки соотношения генерируемых и потребляемых мощностей. Корректируют соотношения генерируемых и потребляемых мощностей по результатам контроля электрических параметров объединенной энергосистемы. Корректировку выполняют путем отключения, или включения, или изменения мощности выделенной группы потребителей-регуляторов 4, 4а, выполненных в виде преобразователей электрической энергии в тепловую энергию и объединенных системой централизованного управления 5 указанными потребителями-регуляторами 4, 4а. Контроль электрических параметров общей энергетической сети выполняют диспетчерским центром 6 объединенной энергосистемы, а отключение, или включение, или изменение мощности выделенной группы потребителей-регуляторов 4, 4а выполняют через систему централизованного управления 5 указанными потребителями-регуляторами 4, 4а по командам диспетчерского центра 6.

В обычном режиме эксплуатации объединенной энергосистемы потребители-регуляторы 4, 4а генерируют тепловую энергию, обеспечивая потребителей тепловой энергии. При избытке генерируемых мощностей может происходить накопление энергии в аккумуляторах тепловой энергии.

При нагрузочном пике (при дефиците введенной мощности генераторов электрической энергии 1) часть потребителей-регуляторов 4, 4а автоматически отключают или переводят в режим уменьшения потребляемой электрической мощности. При нормализации генерируемых и потребляемых мощностей указанные потребители-регуляторы 4, 4а включают или переводят в обычный режим потребления электрической мощности. Таким образом корректируют соотношения генерируемых и потребляемых мощностей в объединенной энергосистеме.

При этом режим работы генераторов электрической энергии не изменяется. Генераторы электрической энергии постоянно работают в стационарном, наиболее экономически выгодном режиме работы с минимальным расходом топлива и с максимальной нагрузкой.

На фиг.2 показан практический пример потребителя-регулятора, выполненного в виде преобразователей электрической энергии в тепловую и используемого для целей теплоснабжения (г. Моспино, Донецкая область, Украина). Основными агрегатами потребителя-регулятора являются гидродинамические теплогенераторы 12 с электрическим приводом, гидравлические аккумуляторы тепла 13, объединенные трубопроводами с управляемыми вентилями в единую систему. Входы гидродинамических теплогенераторов 12 соединены с магистралью холодной воды 14, выходы – с магистралью горячей воды 15. Магистраль холодной воды 14 и магистраль горячей воды 15 соединены трубопроводами 16, 17 с гидравлическими аккумуляторами тепла 13. Гидравлические аккумуляторы тепла 13 соединены с насосной группой 20, которая, в свою очередь, соединена с трубопроводами 21, 22 тепловой сети. Магистраль холодной воды 14 и магистраль горячей воды 15 также соединены с насосной группой 20 через управляемые вентили 23. В качестве гидродинамических теплогенераторов 12 использованы гидротермеры УГД-400 (16 шт.), серийно выпускаемые ООО НПК «Гидротрансмаш» (г. Донецк, Украина). Гидравлические аккумуляторы тепла 13 (2 шт.) выполнены в виде теплоизолированных емкостей объемом 360 м³ каждая. Суммарная отапливаемая площадь 47450 м². Установленная мощность гидротермеров 4,8 МВт. КПД тепловых агрегатов 94%. Обслуживающий персонал 10 человек.

Описанный потребитель-регулятор может работать в следующих режимах.

– все гидродинамические теплогенераторы 12 включены, вся тепловая энергия передается в тепловую сеть;

– все гидродинамические теплогенераторы 12 включены, вся тепловая энергия аккумулируется в гидравлических аккумуляторах тепла 13, тепловая сеть отключена;

– все гидродинамические теплогенераторы 12 включены, часть тепловой энергии передается в тепловую сеть, другая часть аккумулируется в гидравлических аккумуляторах тепла 13;

– любой из указанных выше режимов, при этом часть гидродинамических теплогенераторов 12 отключена;

– все гидродинамические теплогенераторы 12 отключены, в тепловую сеть передается тепловая энергия, накопленная в гидравлических аккумуляторах тепла 13.

Перечисленные режимы устанавливают управляемыми вентилями 23.

Объединенная энергосистема и способ ее эксплуатации, которые заявляются, обеспечивают:

1. Качественное удовлетворение спроса на тепловую энергию.

В действующих объединенных энергосистемах работает значительное количество отопительных и промышленных котельных разнообразных типов и назначений. Большинство из них находится в состоянии физического износа. Кроме этого действует большое количество ТЭЦ, сооруженных в 50-70-е годы минувшего столетия. Большинство из них имеют морально устаревшее, неэкономичное оборудование.

Учитывая высокий моральный и физический износ основных теплогенерирующих мощностей, а также повышение цен на основные виды топлива, в особенности на естественный газ, качественное удовлетворение спроса на тепловую энергию существующими системами централизованного теплоснабжения на базе ТЭЦ и котельных на естественном газе проблематично вследствие неэкономичности и ненадежности их работы. Положение усложняется также неудовлетворительным состоянием изношенных тепловых сетей, большая часть из которых характеризуется высокой аварийностью, значительными потерями тепловой энергии в процессах транспорта и распределения тепла.

Опыт использования потребителей-регуляторов, выполненных в виде преобразователей электрической энергии в тепловую энергию, указывает на возможность двукратного сокращения годовых затрат энергии на отопление. Исходя из этого, внедрение указанных потребителей-регуляторов в полном объеме разрешит, на примере Украины, обеспечить теплом до 20% площади жилого фонда. Экономия естественного газа составит при этом 2-8 млрд м³ на год.

2. Повышение надежности и энергетической безопасности объединенной энергосистемы.

Одной из проблем обеспечения надежности работы энергетической системы является предотвращение системных аварий, которые могут возникнуть вследствие внезапного резкого роста электрической нагрузки или аварийного отключения крупных энергоблоков АЭС и ТЭЦ. В данное время такая задача решается путем отключения электрических потребителей, что приводит к экономическим убыткам потребителей электроэнергии.

Внедрение потребителей-регуляторов, выполненных в виде преобразователей электрической энергии в тепловую энергию, разрешит эффективнее выполнять задачи выравнивания дисбаланса мощности без существенных убытков для потребителей электрической и тепловой энергии и обеспечит:

– автоматическое регулирование потребляемой электрической мощности без регулирования энергоблоков за счет высокого быстродействия нагрузки-разгрузки потребителей-регуляторов;

– повышение уровня потребления электрической энергии в часы ночных провалов электрической нагрузки, что обеспечит работу энергоблоков в условиях равномерной наиболее эффективной мощности;

– повышение коэффициента использования установленной мощности энергоблоков тепловых электростанций в 1,5-1,7 раза за счет эффективного выравнивания суточных графиков электрических нагрузок энергосистемы;

– использование потребителей-регуляторов в качестве синхронных компенсаторов сетей 0,4-10,0 кВ, где существует на сегодня значительный дефицит таких компенсаторов.

Мировые тенденции роста цен на газ, зависимость цен и условий снабжения от колебаний мировой конъюнктуры, а также от дестабилизирующих неэкономических факторов обуславливают необходимость сокращения абсолютных и относительных уровней использования естественного газа в тепловой энергетике. Внедрение потребителей-регуляторов как высокоэффективных теплогенерирующих мощностей приведет к экономному и эффективному использованию естественного газа.

3. Снижение загрязнения окружающей среды.

Использование потребителей-регуляторов, выполненных в виде преобразователей электрической энергии в тепловую энергию, разрешит получать тепловую энергию на мощностях, абсолютно не загрязняющих окружающую среду, сократить выбросы оксидов азота в атмосферу, на примере Украины, на 1,6-6,4 тыс. т в год.

4. Возможность интеграции с другими объединенными энергосистемами, например с Европейской Энергосистемой.

Например, Украина имеет значительные возможности наращивать экспорт электрической энергии, в том числе в страны Европы, в случае перехода на параллельную работу с энергосистемой Европы (UCTE). Тем не менее, для полноценной интеграции необходимо решить проблему повышения качества электроэнергии, которая экспортируется, в частности проблему повышения точности поддержки частоты в 10 раз. Внедрение потребителей-регуляторов, выполненных в виде преобразователей электрической энергии в тепловую энергию и владеющих свойствами быстродействующего регулятора частоты, в значительной мере решает и эту проблему.

Формула изобретения

1. Объединенная энергосистема, включающая множество генераторов электрической энергии, соединенных общей энергетической сетью, множество потребителей электрической энергии, подключенных к общей энергетической сети, отличающаяся тем, что потребители электрической энергии содержат выделенную группу потребителей-регуляторов, выполненных в виде преобразователей электрической энергии в тепловую энергию и объединенных системой централизованного управления с возможностью отключения или включения, или изменения мощности указанных потребителей-регуляторов.

2. Объединенная энергосистема по п.1, отличающаяся тем, что каждый из потребителей-регуляторов выполнен в виде гидродинамического теплогенератора с электрическим приводом.

3. Объединенная энергосистема по п.2, отличающаяся тем, что часть потребителей-регуляторов выполнена с асинхронным электрическим приводом, а другая часть – с синхронным электрическим приводом.

4. Способ эксплуатации объединенной энергосистемы, включающий непрерывный контроль электрических параметров объединенной энергосистемы, корректировку соотношения генерируемых и потребляемых мощностей по результатам контроля электрических параметров объединенной энергосистемы, отличающийся тем, что корректировку соотношения генерируемых и потребляемых мощностей выполняют путем отключения или включения, или изменения мощности выделенной группы потребителей-регуляторов, выполненных в виде преобразователей электрической энергии в тепловую энергию и объединенных системой централизованного управления указанными потребителями-регуляторами.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что контроль электрических параметров объединенной энергосистемы выполняют диспетчерским центром объединенной энергосистемы, а отключение или включение, или изменение мощности выделенной группы потребителей-регуляторов выполняют через систему централизованного управления указанными потребителями-регуляторами по командам диспетчерского центра.

РИСУНКИ