ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС Российский патент 2009 года по МПК H02B7/00 H02J3/04 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к снабжающим потребителя электрической и сопутствующей тепловой энергией энергетическим комплексам.

Известен электротехнический комплекс, вырабатывающий поставляемые потребителю электрическую и сопутствующую тепловую энергию, получивший название теплоэлектроцентрали ТЭЦ (см. Политехнический словарь, издательство «Советская энциклопедия, 1980, стр.521).

Известны аналогичные по назначению энергетические комплексы, а именно атомные электростанции с реакторами на быстрых и медленных нейтронах (см. Г.Ф.Быстрицкий. Основы энергетики. М.: Инфра-М, 2007, стр.113).

Известны источники снабжения потребителя в виде сетевых трансформаторных подстанций, поставляющих потребителю электрическую энергию от объединенных сетей (RU №2240639, Н02В 5/00, 2003).

Известен энергетический комплекс в виде гидроэнергостанции, вырабатывающей электрическую и тепловую энергию раздельно работающими турбинными агрегатами (патент RU №2290531, F03B 13/00, 2004.11.15).

Известен энергетический комплекс, содержащий, по меньшей мере, один когенератор, вырабатывающий электрическую энергию и имеющий трубопроводы с горячей и холодной водой, которая при подаче потребителю смешивается посредством клапана (ЕР №1045127, F02G 5/04, 2000.10.18).

Однако указанным энергетическим комплексам присущи неустранимые недостатки, заключающиеся в недостаточной надежности работы электрических сетей, о чем свидетельствуют прокатившиеся по многим странам крупные отключения целых регионов от снабжения электроэнергией, что привело к большому ущербу в экономике указанных регионов, связанному с остановкой электрических видов городского и междугородного транспорта, лифтовых систем, городского тепло- и водоснабжения, остановкам производств с технологиями непрерывного действия, например металлоплавильные печи на предприятиях черной и цветной металлургии, перебоям в энергоснабжении учебных и медицинских центров, нарушению работы средств связи.

Представления о надежности и безопасности промышленной выработки энергии на атомных станциях коренным образом изменились после трагических событий на Чернобыльской АЭС. Энергетические предприятия типа ТЭЦ или атомных станций, комплексно вырабатывающие электрическую и сопутствующую тепловую энергию, имеют органический недостаток, заключающийся в том, что необходимая для общего повышения реализуемого в экономике КПД этих предприятий утилизация сопутствующей тепловой энергии практически ограничена радиусом прокладки теплотрасс и исчисляется несколькими километрами от вырабатывающего энергию предприятия, а при выработке энергии предприятием большой мощности невозможно обеспечить адекватной, востребованной мощности потребления указанной сопутствующей тепловой энергии на ограниченной территории потребления, что в итоге приводит к понижению реализуемого КПД, снижению общей рентабельности таких энерговырабатывающих объектов, повышению себестоимости киловатта вырабатываемой энергии и, что особенно неудовлетворительно, к ухудшению экологии окружающей среды вследствие теплового загрязнения водоемов сбросовыми водами ТЭЦ и других, более опасных загрязнений окружающей среды, а также отъема значительных территорий для создания резервных и технологических водоемов при АЭС. При этом в плане снабжения энергией потребителей, удаленных от ТЭЦ и АЭС на расстояния, превышающие десятки и первые сотни километров, последние могут получать от указанных источников только электрическую энергию через сетевые подстанции, а для выработки и снабжения их другими видами энергии необходимы значительные капитальные и текущие затраты на строительство и эксплуатацию местных котельных и других низкорентабельных, но капиталоемких источников.

Задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности энергоснабжения при повышении КПД вырабатывающих и поставляющих электрическую энергию систем, а также в снижении причиняемой авариями и отключениями сетевых источников убыточности снабжаемых электроэнергией предприятий и других локальных потребителей за счет создания источников резервной мощности, обеспечивающих бесперебойное снабжение электроэнергией, в том числе в экстремальных аварийных ситуациях, на линиях сетевого электроснабжения и более полную утилизацию сопутствующей тепловой энергии объектами потребителей во все периоды годового цикла, в первую очередь, удаленных от крупных теплоэлектроцентралей АЭС и ГЭС на расстояния, делающие нерентабельным или технически недоступным снабжение их сопутствующей тепловой энергией, дополнительно вырабатываемой указанными источниками.

Поставленная задача решается за счет того, что энергетический комплекс согласно изобретению включает образующие систему энергоснабжения, сообщенную с потребителем, имеющим не менее чем один комплексно снабжаемый электрической и тепловой энергией объект, когенерационную станцию, сетевую подстанцию и внешний источник теплоснабжения в виде котельной, при этом упомянутая станция включает когенератор или когенераторы, укомплектованные в соответствии с требованием обеспечения в условиях переменной мощности потребления долевой загрузки и минимума вырабатываемой мощности N_min каждым когенератором не ниже минимальной допустимой долевой загрузки D по выработке электроэнергии, предусмотренной для когенератора, при этом каждый когенератор содержит мотор-генератор и систему утилизации сопутствующей тепловой энергии, кроме того, когенерационная станция автономно подключена к сетевой подстанции и через нее к потребителю, снабжена системой контроля и управления выключателями когенераторов и имеет максимальную мощность не менее максимальной мощности, необходимой потребителю при заменяющем дублировании энергоснабжения от указанной сетевой подстанции, а также закоммутирована с потребителем на условии приоритетной перед упомянутым внешним источником теплоснабжения подачи отводимой от когенераторов сопутствующей тепловой энергии, получаемой при фактическом уровне генерации электрической энергии когенерационной станцией.

Сетевая подстанция может быть выполнена понижающей, запитана с высокой стороны от высоковольтной линии, например, напряжением 35 кВ и оснащена не менее чем одним сетевым понижающим трансформатором, преимущественно масляным или сухим, обеспечивающим понижение напряжения предпочтительно не менее чем до 10 или 6 кВ, и распределительной шиной для подключения к ней через выключатели пообъектных понижающих трансформаторов и через последние объектов потребителя, а также для прямого подключения когенераторов станции предпочтительно через выключатели.

Потребитель энергии может состоять из отдельных объектов, в том числе жилых зданий с электрическими или газовыми плитами, не менее чем одной поликлиники, торгового центра, учебного заведения, городской или районной котельной, водопроводной станции, причем упомянутые объекты или их группы снабжены трансформаторами, понижающими напряжение не менее чем до 0,4 кВ.

Потребитель может содержать, по меньшей мере, один объект в виде производственного предприятия типа хлебозавода, кондитерской фабрики, молокозавода, ресторанного комплекса, бытового сервисного комбината.

Потребитель может включать один нефтегазоперерабатывающий объект типа нефтеперерабатывающего газоконденсатного завода, предприятия предварительной или комплексной подготовки газа, газового, нефтегазового, газоконденсатного промысла.

Потребитель может содержать один машиностроительный объект типа авиационного, машиностроительного завода, судостроительной верфи, предприятия стройиндустрии, автомобильного комбината, автотранспортного, троллейбусного или железнодорожного сервисного комплекса.

Снабжаемые электрической энергией объекты потребителя могут быть подключены через пообъектные понижающие трансформаторы, например, с параметрами преобразования напряжения 6,0/0,4 кВ или 10,0/0,4 кВ, а также через отдельные и/или групповые выключатели к распределительной шине сетевой, преимущественно понижающей подстанции, например, с параметрами понижения напряжения 35/6 кВ и мощностью 10000÷50000 кВА и снабженной не менее чем одним масляным или сухим трансформатором.

Когенерационная станция может быть укомплектована когенераторами, номинальная мощность которых зависит от отношения минимальной мощности потребления в электрической сети потребителя N_min к общей мощности N_оэ когенераторов станции, покрывающей максимальную нагрузку в сети за расчетный период, например годовой цикл, при этом электрическая загрузка каждого когенератора от момента его включения до остановки должна быть принята не ниже допустимой минимальной долевой загрузки D, составляющей предпочтительно не менее 70% номинальной мощности соответствующего когенератора станции.

Когенерационная станция может быть укомплектована когенераторами, номинальная мощность которых зависит от отношения минимальной мощности потребления в электрической сети потребителя N_min к общей мощности N_оэ когенераторов станции, покрывающей максимальную нагрузку в сети за расчетный период, например годовой цикл, при этом электрическая загрузка каждого когенератора от момента его включения до остановки должна быть принята не ниже допустимой минимальной долевой загрузки D, составляющей предпочтительно не менее 50% номинальной мощности соответствующего когенератора станции.

Когенерационная станция может быть укомплектована когенераторами, номинальная мощность которых зависит от отношения минимальной мощности потребления в электрической сети потребителя N_min к общей мощности N_оэ когенераторов станции, покрывающей максимальную нагрузку в сети за расчетный период, например годовой цикл, при этом электрическая загрузка каждого когенератора от момента его включения до остановки должна быть принята не ниже допустимой минимальной долевой загрузки D, составляющей предпочтительно не менее 30% номинальной мощности соответствующего когенератора станции.

При отношении минимальной мощности потребления в электрической сети потребителя N_min к общей мощности N_оэ когенераторов станции, удовлетворяющем условию N_min/N_оэ≥D, когенерационная станция может содержать один рабочий когенератор.

При отношении минимальной мощности потребления в электрической сети потребителя N_min к общей мощности N_оэ когенераторов станции, удовлетворяющем условию N_min/N_оэ≤D, когенерационная станция может содержать не менее двух рабочих когенераторов, причем общее количество и суммарная мощность когенераторов станции может быть принята покрывающей максимальную, в том числе пиковую нагрузку в электрической сети потребителя, при этом номинальная мощность, по меньшей мере, большей части когенераторов может быть принята практически дробно-кратной общей мощности N_оэ рабочих когенераторов станции.

Когенерационная станция может содержать не менее одного резервного когенератора номинальной мощностью не менее номинальной мощности, по меньшей мере, одного рабочего когенератора, преобладающего по указанному параметру в составе когенерационной станции.

По меньшей мере, один из когенераторов станции может содержать мотор-генератор, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания газового топлива.

По меньшей мере, один из когенераторов станции может содержать мотор-генератор, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания жидкого топлива типа бензина, реактивного, дизельного, синтетического топлива типа метанола, растительных масел, нефти или мазута.

По меньшей мере, один из когенераторов станции может содержать мотор-генератор, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания твердого топлива типа угля, торфа, дров, отходов сельскохозяйственного производства.

По меньшей мере, один из когенераторов станции может содержать мотор-генератор, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания экологически чистого топлива.

Один из когенераторов станции может содержать мотор-генератор, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет универсального сжигания автономного с перенастройкой или в любом сочетании газообразного, жидкого и/или твердого топлива любых типов, например водорода.

Когенерационная станция может содержать когенераторы, работающие на одном, например газовом, или различных видах топлива.

Каждый когенератор станции может иметь оснащенную выключателем линию разъемного подключения через указанный выключатель к распределительной шине сетевой подстанции с возможностью управляемого избирательного автономного подключения по вырабатываемой им электроэнергии к указанному потребителю при отключении указанной шины от трансформатора сетевого питания подстанции через систему контроля и управления выключателями когенераторов.

Система контроля и управления выключателями когенераторов станции может быть выполнена с возможностью автономного подключения и подачи потребителю электрической энергии одновременно только от одного из указанных источников: сетевой подстанции или когенерационной станции энергетического комплекса.

Когенераторы могут быть выполнены в модульном исполнении и смонтированы в транспортабельных контейнерах, допускающих гибкое сочетание и образование объемно-планировочных композиций когенерационной станции.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении надежности и рентабельности снабжения электрической и тепловой энергией потребителей, в том числе локальных, региональных или удаленных от крупных ТЭЦ, АЭС и ГЭС на расстояния, недоступные или неприемлемые по экономическим показателям для использования и утилизации сопутствующей тепловой энергии, получаемой на указанных объектах, а также в обеспечении бесперебойной работы всей системы энергоснабжения, включая аварийные обесточивания сетевых подстанций путем задействования резервной мощности когенерационной станции, закоммутированной с потребителем через сетевую подстанцию автономно, т.е. взаимозаменяемо, с возможностью снабжения электроэнергией при отключенной сетевой подстанции за счет работы указанной когенерационной станции, КПД которой достигает уровня более 80%, в том числе за счет предусмотренной в изобретении приоритетной или практически полной утилизации вырабатываемой сопутствующей тепловой энергии с высвобождением мощностей существующей котельной, например, для профилактики или ремонта энергетического оборудования последней, кроме того, дополнительный выигрыш, создаваемый изобретением, достигается путем более экономичного наращивания мощностей электро- и теплоснабжения развивающихся регионов при минимуме капитальных затрат за счет увеличения количества энергопроизводящих единиц когенераторов, поставляемых в виде модулей, смонтированных в контейнерах, предназначенных для эксплуатации без дополнительной защиты от внешней среды. Существенный экономический выигрыш достигается изобретением также за счет подключения резервных мощностей когенерационной станции к действующим сетям, что сводит к минимуму капитальные затраты на создание и задействование резервных мощностей когенерационной станции в предлагаемом комплексе. Реализация признаков данного изобретения обеспечивает также улучшение экологических параметров за счет уменьшения влияющих на парниковый эффект вредных выбросов в атмосферу, что позитивно отражается на общей инфраструктуре городской среды.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 приведена схема энергетического комплекса с автономным подключением когенерационной станции к сетевой подстанции;

на фиг.2 - схема отбора тепла от когенератора.

Энергетический комплекс 1 включает когенерационную станцию 2, сетевую подстанцию 3 и внешний источник теплоснабжения (условно не показано), например котельную. Когенерационная станция 2 может состоять из одного или нескольких когенераторов 4, которые укомплектовываются в соответствии с требованием обеспечения в условиях переменной мощности потребления фактической долевой загрузки и минимума вырабатываемой мощности N_min каждым когенератором 4 не ниже минимальной допустимой долевой загрузки D по выработке электроэнергии, предусмотренной для когенератора. Каждый когенератор 4 содержит мотор-генератор 5 и систему 6 утилизации сопутствующей тепловой энергии. Система 6 утилизации состоит из котла-утилизатора 7 выхлопных газов мотор-генератора 5 и утилизационного теплообменника 8, отводящего тепло от мотор-генератора 5, и аварийного радиатора 9.

Когенерационная станция 2 автономно подключена к сетевой подстанции 3 и через нее к потребителю 10. Кроме того, когенерационная станция 2 снабжена системой 11 контроля и управления выключателями 12 когенераторов 4. Когенерационная станция 2 имеет максимальную мощность не менее максимальной мощности, необходимой потребителю 10 при заменяющем дублировании энергоснабжения от указанной сетевой подстанции 3. Кроме того, когенерационная станция 2 закоммутирована с потребителем 10 на условии приоритетной перед упомянутым внешним источником теплоснабжения (условно не показано) подачи отводимой от когенераторов 4 сопутствующей тепловой энергии, получаемой при фактическом уровне генерации электрической энергии когенерационной станцией 2.

Сетевая подстанция 3 выполнена понижающей, запитана с высокой стороны от высоковольтной линии (условно не показана), например, с напряжением 35 кВ и оснащена не менее чем одним сетевым понижающим трансформатором 13, масляным или сухим, который запитан с высокой стороны от высоковольтной линии, например, с напряжением 35 кВ и выдает на распределительную шину 14 пониженное напряжение, например, 10 или 6 кВ. Распределительная шина 14 подключена к понижающей стороне трансформатора через выключатель 15, а с другой стороны к распределительной шине 14 подключен потребитель 10 и когенераторы 4 когенерационной станции 2 преимущественно через систему управления 11. Потребитель 10 запитан от распределительной шины 14 через понижающие трансформаторы 16, преобразующие напряжение в 10 или 6 кВ, поступающее с высокой стороны, в рабочее напряжение в 0,4 кВ или 380 В.

Потребитель 10 состоит из отдельных объектов 17, в том числе жилых зданий с электрическими или газовыми плитами, не менее чем одной поликлиники, торгового центра, учебного заведения, городской или районной котельной, водопроводной станции. Причем упомянутые объекты 17 или их группы могут быть снабжены трансформаторами 16, понижающими напряжение не менее чем до 0,4 кВ.

Потребитель 10 содержит один объект 17 в виде производственного предприятия, типа хлебозавода, кондитерской фабрики, молокозавода, ресторанного комплекса, бытового сервисного комбината.

Потребитель 10 в качестве объекта 17 содержит один машиностроительный объект типа авиационного, машиностроительного завода, судостроительной верфи, предприятия стройиндустрии, автомобильного комбината, автотранспортного, троллейбусного или железнодорожного сервисного комплекса, а также один нефтегазоперерабатывающий объект типа нефтеперерабатывающего газоконденсатного завода, предприятия предварительной или комплексной подготовки газа, газового, нефтегазового, газоконденсатного промысла.

Снабжаемые электрической энергией объекты 17 потребителя подключены через пообъектные понижающие трансформаторы 16, например, с параметрами преобразования напряжения 6,0/0,4 кВ или 10,0/0,4 кВ, а также через отдельные и/или групповые выключатели к распределительной шине 14 сетевой подстанции 3, которая может быть выполнена преимущественно понижающей, например, с параметрами понижения напряжения 35/6 кВ и мощностью 10000-50000 кВА и снабжена не менее чем одним масляным или сухим трансформатором (условно не показано).

Когенерационная станция 2 укомплектована когенераторами 5, номинальная мощность которых зависит от отношения минимальной мощности потребления в электрической сети потребителя 10 N_min к общей мощности N_оэ когенераторов 4 станции 2, покрывающей максимальную нагрузку в сети за расчетный период, например годовой цикл. Электрическая загрузка каждого когенератора 4 от момента его включения до остановки должна быть принята не ниже допустимой минимальной долевой загрузки D, составляющей предпочтительно не менее 70% номинальной мощности соответствующего когенератора 4 станции 2.

Когенерационная станция 2 может быть укомплектована когенераторами 4, номинальная мощность которых зависит от отношения минимальной мощности потребления в электрической сети потребителя 10 N_min к общей мощности N_оэ когенераторов 4 станции 2, покрывающей максимальную нагрузку в сети за расчетный период, например годовой цикл, при этом электрическая загрузка каждого когенератора 4 от момента его включения до остановки должна быть принята не ниже допустимой минимальной долевой загрузки D, составляющей предпочтительно не менее 50% номинальной мощности соответствующего когенератора 4 станции 2.

Когенерационная станция 2 может быть укомплектована когенераторами 4, номинальная мощность которых зависит от отношения минимальной мощности потребления в электрической сети потребителя 10 N_min к общей мощности N_оэ когенераторов 4 станции 2, покрывающей максимальную нагрузку в сети за расчетный период, например годовой цикл, при этом электрическая загрузка каждого когенератора 4 от момента его включения до остановки должна быть принята не ниже допустимой минимальной долевой загрузки D, составляющей предпочтительно не менее 30% номинальной мощности соответствующего когенератора 4 станции 2.

При отношении минимальной мощности потребления в электрической сети потребителя 10 N_min к общей мощности N_оэ когенераторов станции, удовлетворяющем условию N_min/N_оэ≥D, когенерационная станция 2 содержит один рабочий когенератор 4.

При отношении минимальной мощности потребления в электрической сети потребителя 10 N_min к общей мощности N_оэ когенераторов станции, удовлетворяющем условию N_min/N_оэ≤D, когенерационная станция 2 содержит не менее двух рабочих когенераторов 4. Общее количество и суммарная мощность когенераторов 4 станции 2 при этом принята покрывающей максимальную, в том числе пиковую нагрузку в электрической сети потребителя 10. Номинальная мощность большей части когенераторов 4 принята практически дробно-кратной общей мощности N_оэ рабочих когенераторов станции 2.

Когенерационная станция 2 содержит не менее одного резервного когенератора 4 номинальной мощностью не менее номинальной мощности, по меньшей мере, одного рабочего когенератора 4, преобладающего по указанному параметру типа в составе когенерационной станции 2.

Один из когенераторов 4 станции 2, рабочий или резервный, содержит мотор-генератор 5, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания газового топлива.

Один из когенераторов 4 станции 2, рабочий или резервный, содержит мотор-генератор 5, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания жидкого топлива типа бензина, реактивного, дизельного, синтетического топлива типа метанола, растительных масел, нефти или мазута.

Один из когенераторов 4 станции 2, рабочий или резервный, содержит мотор-генератор 5, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания твердого топлива типа угля, торфа, дров, отходов сельскохозяйственного производства.

Один из когенераторов 4 станции 2, рабочий или резервный, содержит мотор-генератор 5, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания экологически чистого топлива.

Один из когенераторов 4 станции 2, рабочий или резервный, содержит мотор-генератор 5, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет универсального сжигания автономного с перенастройкой или в любом сочетании газообразного, жидкого и/или твердого топлива любых типов.

Когенерационная станция 2 имеет когенераторы 4, работающие на одном, например, газовом или различных видах топлива.

Каждый когенератор 4 станции 2 имеет оснащенную выключателем 12 линию разъемного подключения через указанный выключатель 12 к распределительной шине 14 сетевой подстанции 3 с возможностью управляемого избирательного автономного подключения по вырабатываемой им электроэнергии к электрической сети указанного регионального потребителя 10 при отключении шины 14 от трансформатора 13 сетевого питания подстанции 3, для чего когенерационная станция 2 оснащена системой 11 контроля и управления выключателями 12 когенераторов 4.

Система 11 контроля и управления выключателями 12 когенераторов 4 станции 2 запроектирована на автономное подключение и подачу потребителю электрической энергии одновременно только от одного из указанных источников: сетевой подстанции 3 или когенерационной станции 2 энергокомплекса 1.

Когенераторы 4 могут быть выполнены в модульном исполнении и смонтированы в транспортабельных контейнерах (условно не показаны), допускающих гибкое сочетание и образование объемно-планировочных композиций когенерационной станции 2, что существенно снижает сроки изготовления, монтажа и пуска в эксплуатацию энергетического комплекса в целом.

При автономном режиме подключения когенерационной станции 2 к сетевой подстанции 3 объекты 17 потребителя 10 получают энергию либо от когенерационной станции 2, либо от сетевой подстанции 3.

При автономном режиме работы когенерационной станции 2 выключатель 15 выключен, а система 11 контроля и управления выключателями 12 обеспечивает совместную работу когенераторов 4 между собой, равномерно распределяя нагрузку между ними, отключая часть когенераторов 4 при низком потреблении и увеличивая их количество по мере роста загрузки.

Работает предлагаемый энергетический комплекс следующим образом.

В нормальном режиме эксплуатации выключатель 15 разомкнут, сетевое питание отключено. Выключатели 12, соединяющие когенераторы 4 станции 2 с распределительной шиной 14 сетевой подстанции 3, и выключатели 18, соединяющие объекты 17 потребителя 10 с указанной распределительной шиной 14, включены. Когенераторы 4 станции 2 в количестве, необходимом и достаточном для обеспечения текущей мощности потребления электроэнергии, включены и работают с обеспечением загрузки каждого когенератора 4 не ниже допускаемой минимальной долевой загрузки, и при текущем изменении мощности потребления автоматика регулирует подключение или отключение одного или части из них с соблюдением упомянутого условия загрузки.

В экстремальных ситуациях, например при поломке одного из рабочих когенераторов, автоматика включает заменяющий резервный когенератор. В наиболее сложной экстремальной ситуации, например при отсутствии топлива для когенераторов 4, автоматика разъединяет их выключатели 12 с распределительной шиной 14 сетевой подстанции 3. Выключателем 15 распределительную шину 14 и объекты 17 потребителя 10 запитывают через сетевой трансформатор 13 от внешних электрических сетей на период, необходимый для исчерпания экстремальной ситуации. После чего выключают выключатель 15, снова подключают когенераторы 4 и энергоснабжение производят по схеме нормального режима эксплуатации. Одновременно во всех ситуациях когенераторы 4 по трубопроводам теплоснабжения обеспечивают приоритетное перед котельной снабжение объектов 17 потребителя 10 тепловой энергией в объеме вырабатываемой когенераторами 4 сопутствующей тепловой энергии или в объеме текущей мощности потребления тепловой энергии.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к снабжающим потребителя электрической и сопутствующей тепловой энергией энергетическим комплексам. Энергетический комплекс включает систему энергоснабжения, сообщенную с потребителем, имеющим не менее чем один комплексно снабжаемый электрической и тепловой энергией объект, когенерационную станцию, сетевую подстанцию и внешний источник теплоснабжения в виде котельной. Упомянутая станция включает когенератор или когенераторы, укомплектованные в соответствии с требованием обеспечения в условиях переменной мощности потребления долевой загрузки и минимума вырабатываемой мощности N_min каждым когенератором не ниже минимальной допустимой долевой загрузки D по выработке электроэнергии, предусмотренной для когенератора. Каждый когенератор содержит моторгенератор и систему утилизации сопутствующей тепловой энергии. Когенерационная станция автономно подключена к сетевой подстанции и снабжена системой контроля и управления выключателями когенераторов, а также закоммутирована с потребителем на условии приоритетной подачи отводимой от когенераторов сопутствующей тепловой энергии. Техническим результом изобретения является повышение надежности и рентабельности снабжения электрической и тепловой энергией потребителей. 21 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Энергетический комплекс, характеризующийся тем, что он включает образующие систему энергоснабжения, сообщенную с потребителем, имеющим не менее чем один комплексно снабжаемый электрической и тепловой энергией объект, когенерационную станцию, сетевую подстанцию и внешний источник теплоснабжения, например котельную, при этом упомянутая станция включает когенератор или когенераторы, укомплектованные в соответствии с требованием обеспечения в условиях переменной мощности потребления долевой загрузки и минимума вырабатываемой мощности N_min каждым когенератором не ниже минимальной допустимой долевой загрузки D по выработке электроэнергии, предусмотренной для когенератора, при этом каждый когенератор содержит мотор-генератор и систему утилизации сопутствующей тепловой энергии, кроме того, когенерационная станция автономно подключена к сетевой подстанции и через нее к потребителю, снабжена системой контроля и управления выключателями когенераторов и имеет максимальную мощность не менее максимальной мощности, необходимой потребителю при заменяющем дублировании энергоснабжения от указанной сетевой подстанции, а также закоммутирована с потребителем на условии приоритетной перед упомянутым внешним источником теплоснабжения подачи отводимой от когенераторов сопутствующей тепловой энергии, получаемой при фактическом уровне генерации электрической энергии когенерационной станцией.

2. Энергетический комплекс по п.1, отличающийся тем, что сетевая подстанция выполнена понижающей, запитана с высокой стороны от высоковольтной линии, например, напряжением 35 кВ и оснащена не менее чем одним сетевым понижающим трансформатором, преимущественно масляным или сухим, обеспечивающим понижение напряжения, предпочтительно не менее чем до 10 или 6 кВ, и распределительной шиной для подключения к ней через выключатели пообъектных понижающих трансформаторов и через последние объектов потребителя, а также для прямого подключения когенераторов станции предпочтительно через выключатели.

3. Энергетический комплекс по п.1, отличающийся тем, что потребитель энергии состоит из отдельных объектов, например, в том числе жилых зданий с электрическими или газовыми плитами, не менее чем одной поликлиники, торгового центра, учебного заведения, городской или районной котельной, водопроводной станции, причем упомянутые объекты или их группы снабжены трансформаторами, понижающими напряжение не менее чем до 0,4 кВ.

4. Энергетический комплекс по п.1, отличающийся тем, что потребитель содержит, по меньшей мере, один объект, например производственное предприятие типа хлебозавода, кондитерской фабрики, молокозавода, ресторанного комплекса, бытового сервисного комбината.

5. Энергетический комплекс по п.1, отличающийся тем, что потребитель включает, по крайней мере, один нефтегазоперерабатывающий объект типа нефтеперерабатывающего газоконденсатного завода, предприятия предварительной или комплексной подготовки газа, газового, нефтегазового, газоконденсатного промысла.

6. Энергетический комплекс по п.1, отличающийся тем, что потребитель содержит, по крайней мере, один машиностроительный объект типа авиационного, машиностроительного завода, судостроительной верфи, предприятия стройиндустрии, автомобильного комбината, автотранспортного, троллейбусного или железнодорожного сервисного комплекса.

7. Энергетический комплекс по п.2, отличающийся тем, что снабжаемые электрической энергией упомянутые объекты потребителя подключены через пообъектные понижающие трансформаторы, например, с параметрами преобразования напряжения 6,0/0,4 или 10,0/0,4 кВ, а также через отдельные и/или групповые выключатели к распределительной шине сетевой преимущественно понижающей подстанции, например, с параметрами понижения напряжения 35/6 кВ и мощностью 10000-50000 кВ·А и снабжена не менее чем одним масляным или сухим трансформатором.

8. Энергетический комплекс по п.1, отличающийся тем, что когенерационная станция укомплектована когенераторами, номинальная мощность которых зависит от отношения минимальной мощности потребления в электрической сети потребителя N_min к общей мощности N_ОЭ когенераторов станции, покрывающей максимальную нагрузку в сети за расчетный период, например годовой цикл, при этом электрическая загрузка каждого когенератора от момента его включения до остановки принята не ниже допустимой минимальной долевой загрузки D, составляющей предпочтительно не менее 70% от номинальной мощности соответствующего когенератора станции.

9. Энергетический комплекс по п.1, отличающийся тем, что когенерационная станция укомплектована когенераторами, номинальная мощность которых зависит от отношения минимальной мощности потребления в электрической сети потребителя N_min к общей мощности N_ОЭ когенераторов станции, покрывающей максимальную нагрузку в сети за расчетный период, например годовой цикл, при этом электрическая загрузка каждого когенератора от момента его включения до остановки принята не ниже допустимой минимальной долевой загрузки D, составляющей предпочтительно не менее 50% от номинальной мощности соответствующего когенератора станции.

10. Энергетический комплекс по п.1, отличающийся тем, что когенерационная станция укомплектована когенераторами, номинальная мощность которых зависит от отношения минимальной мощности потребления в электрической сети потребителя N_min к общей мощности N_ОЭ когенераторов станции, покрывающей максимальную нагрузку в сети за расчетный период, например годовой цикл, при этом электрическая загрузка каждого когенератора от момента его включения до остановки принята не ниже допустимой минимальной долевой загрузки D, составляющей предпочтительно не менее 30% от номинальной мощности соответствующего когенератора станции.

11. Энергетический комплекс по любому из пп.8-10, отличающийся тем, что при отношении минимальной мощности потребления в электрической сети потребителя N_min к общей мощности N_ОЭ когенераторов станции, удовлетворяющем условию N_min/N_ОЭ≥D, когенерационная станция содержит предпочтительно один рабочий когенератор.

12. Энергетический комплекс по любому из пп.8-10, отличающийся тем, что при отношении минимальной мощности потребления в электрической сети потребителя N_min к общей мощности N_ОЭ когенераторов станции, удовлетворяющем условию N_min/N_ОЭ≤D, когенерационная станция содержит не менее двух рабочих когенераторов, причем общее количество и суммарная мощность когенераторов станции принята покрывающей максимальную, в том числе пиковую нагрузку в электрической сети потребителя, при этом номинальная мощность, по меньшей мере, большей части когенераторов предпочтительно принята практически дробно-кратной общей мощности N_ОЭ рабочих когенераторов станции.

13. Энергетический комплекс по любому из пп.8-10, отличающийся тем, что когенерационная станция содержит не менее одного резервного когенератора номинальной мощностью не менее номинальной мощности, по меньшей мере, одного рабочего когенератора, предпочтительно преобладающего по указанному параметру в составе когенерационной станции.

14. Энергетический комплекс по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один когенератор станции содержит мотор-генератор, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания газового топлива.

15. Энергетический комплекс по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один когенератор станции содержит мотор-генератор, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания жидкого топлива типа бензина, реактивного, дизельного, синтетического топлива типа метанола, растительных масел, нефти или мазута.

16. Энергетический комплекс по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один когенератор станции содержит мотор-генератор, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания твердого топлива типа угля, торфа, дров, отходов сельскохозяйственного производства.

17. Электроэнергетический комплекс по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один когенератор станции содержит мотор-генератор, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания экологически чистого топлива, например, водорода.

18. Электроэнергетический комплекс по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один когенератор станции содержит мотор-генератор, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет универсального сжигания автономного с перенастройкой или в любом сочетании газообразного, жидкого и/или твердого топлива любых типов.

19. Электроэнергетический комплекс по п.1, отличающийся тем, что когенерационная станция содержит когенераторы, работающие на одном, например, газовом или различных видах топлива.

20. Электроэнергетический комплекс по п.1, отличающийся тем, что каждый когенератор станции имеет оснащенную выключателем линию разъемного подключения через указанный выключатель к распределительной шине сетевой подстанции с возможностью управляемого избирательного автономного подключения, по меньшей мере, по вырабатываемой им электроэнергии к указанному потребителю при отключении указанной шины от трансформатора сетевого питания подстанции через систему контроля и управления выключателями когенераторов.

21. Электроэнергетический комплекс по п.20, отличающийся тем, что система контроля и управления выключателями когенераторов станции выполнена с возможностью автономного подключения и подачи потребителю, по меньшей мере, электрической энергии одновременно только от одного из указанных источников: сетевой подстанции или когенерационной станции энергетического комплекса.

22. Электроэнергетический комплекс по п.1, отличающийся тем, что когенераторы выполнены в модульном исполнении и смонтированы в транспортабельных контейнерах, допускающих гибкое сочетание и образование объемно-планировочных композиций когенерационной станции.