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 междугороднего 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 центрах, 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 имеющего, по меньшей мере, один объект потребителя - внешнюю сетевую подстанцию, источник тепловой энергии, например котельную, и содержащую когенераторы, параллельно подключенную к сетевой подстанции с возможностью обратного перетока во внешние сети избытков вырабатываемой электроэнергии когенерационную станцию, создающую резервируемую мощность, максимальная величина которой принята не ниже полной мощности сетевой подстанции, при этом когенерационная станция снабжена системой управления, обеспечивающей возможность работы когенераторов станции в нормальных условиях эксплуатации комплекса преимущественно постоянно, практически с номинальной мощностью каждого и возможность работы при отключении сетевой подстанции, например, аварийном, допускающей образование из когенераторов станции их сочетаний, переменных по суммарной номинальной и вырабатываемой мощности, а также количеству одновременно задействуемых единиц когенераторов, адаптированных к изменениям текущей мощности потребления, при соблюдении условия обеспечения минимальной загрузки и минимума вырабатываемой мощности каждым когенератором не ниже минимальной допустимой долевой загрузки D, предусмотренной для когенератора, при этом когенераторы снабжены системой утилизации сопутствующей тепловой энергии, имеющей в качестве рабочего тела теплоноситель, преимущественно жидкостный, а система утилизации закоммутирована по теплоносителю с потребителем на условии приоритетного перед упомянутым источником теплоэнергии отвода от работающих когенераторов и подачи потребителю утилизируемой тепловой энергии, вырабатываемой когенерационной станцией при фактическом уровне генерации электрической энергии.

При этом сетевая подстанция может быть выполнена понижающей, подключена с высокой стороны к высоковольтной линии, например, с 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, подключенной с одной стороны через выключатель к сетевому понижающему трансформатору, а с другой стороны через пообъектные понижающие трансформаторы и выключатели подключены объекты потребителя и через другие выключатели - когенераторы станции.

Потребитель энергии может состоять 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.

Потребитель может содержать, по меньшей мере, один объект, например производственное предприятие типа хлебозавода, кондитерской фабрики, молокозавода, ресторанного комплекса, бытового сервисного комбината.

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

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

Снабжаемые электрической энергией упомянутый объект или объекты потребителя могут быть подключены через 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 подстанции, которая выполнена преимущественно понижающей, например, с параметрами понижения напряжения 35/6 кВ и мощностью 10000-150000 кВА.

Когенерационная станция может быть оснащена когенераторами, номинальная мощность которых определена с учетом работы в экстремальных условиях при отключенной сетевой подстанции и зависит от отношения минимальной мощности N_min потребления энергии объектами потребителя, по крайней мере, для экстремального периода работы к общей мощности N_оэ когенераторов станции, покрывающей в том числе максимальную возможную нагрузку в сети для указанного и аналогичных периодов, 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% номинальной мощности соответствующего когенератора станции.

Когенерационная станция может быть оснащена когенераторами, номинальная мощность которых определена с учетом работы в экстремальных условиях при отключенной сетевой подстанции и зависит от отношения минимальной мощности N_min потребления энергии объектами потребителя, по крайней мере, для экстремального периода работы к общей мощности N_оэ когенераторов станции, покрывающей в том числе максимальную возможную нагрузку в сети для указанного и аналогичных периодов, 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% номинальной мощности соответствующего когенератора станции.

Когенерационная станция может быть оснащена когенераторами, номинальная мощность которых определена с учетом работы в экстремальных условиях при отключенной сетевой подстанции и зависит от отношения минимальной мощности N_min потребления энергии объектами потребителя, по крайней мере, для экстремального периода работы к общей мощности N_оэ когенераторов станции, покрывающей в том числе максимальную возможную нагрузку в сети для указанного и аналогичных периодов, 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% номинальной мощности соответствующего когенератора станции.

При отношении минимальной мощности потребления в электрической сети потребителя N_min для экстремального периода работы когенерационной станции при отключенной сетевой подстанции к общей мощности N_оэ когенераторов станции, удовлетворяющем условию N_min/N_оэ≥D, для когенерационной станции может быть минимально достаточен один рабочий когенератор при наличии в ее составе предпочтительно не менее одного дополнительного резервного когенератора такой же номинальной мощности.

При отношении минимальной мощности потребления в электрической сети потребителя N_min для экстремального периода работы когенерационной станции при отключенной сетевой подстанции 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 принята покрывающей максимальную для указанного преимущественно среднестатистического экстремального периода работы, в том числе возможную пиковую нагрузку в электрической сети потребителя, при этом номинальная мощность, по меньшей мере, большей части когенераторов предпочтительно принята практически дробнократной общей мощности N_оэ рабочих когенераторов станции.

Когенерационная станция, исходя из условий экстремальной работы в периоды, связанные с отключением сетевой подстанции, может быть оснащена, по меньшей мере, одним резервным когенератором, номинальной мощностью не менее номинальной мощности, по меньшей мере, одного рабочего когенератора, предпочтительно преобладающего по указанному параметру в составе когенерационной станции.

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

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

По меньшей мере, один когенератор 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.

Когенерационная станция может содержать когенераторы, работающие на монотопливе, например на газе или любых сочетаниях различных видов 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 меньшей мере, по вырабатываемой им электроэнергии к электрической сети объектов потребителя при отключении указанной шины от понижающего сетевого трансформатора, для чего когенерационная станция оснащена системой контроля и управления выключателями когенераторов.

Когенераторы могут быть выполнены в модульном исполнении и смонтированы в транспортабельных контейнерах, допускающих гибкое сочетание и образование объемно-планировочных композиций и выполнение указанной станции в приведенном выше диапазоне установочной мощности.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении надежности работы энергетического комплекса, в том числе в аварийных ситуациях, возникающих при сбое или отключении электроэнергоснабжения от внешних сетевых трансформаторных подстанций у объектов потребителей, к которым относятся также жизненно важные объекты лечебно-оздоровительного комплекса, промышленные предприятия непрерывного рабочего цикла за счет параллельного подключения к внешней сетевой трансформаторной подстанции когенерационной станции, образованной, по крайней мере, одним или группой когенераторов, которые работают с сетевой трансформаторной подстанцией совместно, синхронно, подстраиваясь под параметры сети с перетоком избытков энергии во внешние сети в ситуациях падения мощности потребления энергии и отключения от сетевой трансформаторной подстанции при авариях с полным резервированием мощностей электроэнергокомплекса, причем мощность когенерационной станции принята не меньше максимальной мощности сетевой станции, кроме того, при использовании данного решения снижается себестоимость вырабатываемой энергии, срок окупаемости электроэнергокомплекса и возможность его реконструкции в процессе эксплуатации с увеличением мощности при условии размещения каждого когенератора внутри транспортного всепогодного контейнера, смонтированного на когенерационной станции, и количественного изменения вводимых в работу когенераторов, при этом при реализации признаков данного решения обеспечивается улучшение экологических параметров за счет снижения уровня вредных выбросов в атмосферу, в том числе парниковых газов, являющихся причиной появления парниковых эффектов, что позитивно влияет на общую инфраструктуру городской среды.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 приведена схема энергетического комплекса с параллельным подключением когенерационной станции к внешней сетевой трансформаторной подстанции с возможностью перетока вырабатываемой электроэнергии во внешние электрические сети;

на фиг.2 - схема системы утилизации сопутствующей тепловой энергии от когенератора.

Энергетический комплекс 1 включает образующие систему энергоснабжения имеющего, по меньшей мере, один объект 2 потребителя - внешнюю сетевую подстанцию 3, источник тепловой энергии, например котельную (на чертежах не показано), и содержащую когенераторы 4, параллельно подключенную к сетевой подстанции 3 с возможностью обратного перетока во внешние сети избытков вырабатываемой электроэнергии когенерационную станцию 5, создающую резервируемую мощность, максимальная величина которой принята не ниже полной мощности сетевой подстанции 3. Когенерационная станция 5 снабжена системой управления, обеспечивающей возможность работы когенераторов 4 станции 5 в нормальных условиях эксплуатации комплекса 1 преимущественно постоянно, практически с номинальной мощностью каждого и возможность работы при отключении сетевой подстанции 3, например, аварийном, допускающей образование из когенераторов 4 станции 5 их сочетаний, переменных по суммарной номинальной и вырабатываемой мощности, а также количеству одновременно задействуемых единиц когенераторов 4, адаптированных к изменениям текущей мощности потребления, при соблюдении условия обеспечения минимальной загрузки и минимума вырабатываемой мощности каждым когенератором 4 не ниже минимальной допустимой долевой загрузки D, предусмотренной для когенератора 4. Когенераторы 4 снабжены системой 6 утилизации сопутствующей тепловой энергии, имеющей в качестве рабочего тела теплоноситель, преимущественно жидкостный. Система 6 утилизации закоммутирована по теплоносителю с потребителем на условии приоритетного перед упомянутым источником теплоэнергии отвода от работающих когенераторов 4 и подачи потребителю утилизируемой тепловой энергии, вырабатываемой когенерационной станцией 5 при фактическом уровне генерации электрической энергии.

Сетевая подстанция 3 выполнена понижающей, подключена с высокой стороны к высоковольтной линии, например, с напряжением 35 кВ и оснащена не менее чем одним сетевым понижающим трансформатором 7, преимущественно масляным или сухим, обеспечивающим понижение напряжения предпочтительно не менее чем до 10 или 6 кВ, и распределительной шиной 8. Распределительная шина 8 подключена с одной стороны через выключатель 9 к сетевому понижающему трансформатору 7, а с другой стороны через пообъектные понижающие трансформаторы 10 и выключатели 11 подключены объекты 2 потребителя и через другие выключатели 12 - когенераторы 4 станции 5.

Потребитель энергии состоит из отдельных объектов 2, 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. Упомянутые объекты 2 или их группы снабжены трансформаторами 10, понижающими напряжение не менее чем до 0,4 кВ.

Потребитель содержит, по меньшей мере, один объект 2, например производственное предприятие типа хлебозавода, кондитерской фабрики, молокозавода, ресторанного комплекса, бытового сервисного комбината.

Потребитель включает, по крайней мере, один нефтегазоперерабатывающий объект 2 типа нефтеперерабатывающего газоконденсатного завода, предприятия предварительной или комплексной подготовки газа, газового, нефтегазового, газоконденсатного промысла.

Потребитель содержит, по крайней мере, один машиностроительный объект 2 типа авиационного, машиностроительного завода, судостроительной верфи, предприятия стройиндустрии, автомобильного комбината, автотранспортного, троллейбусного или железнодорожного сервисного комплекса.

Снабжаемые электрической энергией упомянутый объект 2 или объекты потребителя подключены через понижающие трансформаторы 10, например, с параметрами преобразования напряжения 6,0/0,4 кВ или 10,0/0,4 кВ, а также через отдельные и/или групповые выключатели 11 к распределительной шине 8 сетевой подстанции 3, которая выполнена преимущественно понижающей, например, с параметрами понижения напряжения 35/6 кВ и мощностью 10000-150000 кВА.

Когенерационная станция 5 оснащена когенераторами 4, номинальная мощность которых определена с учетом работы в экстремальных условиях при отключенной сетевой подстанции 3 и зависит от отношения минимальной мощности N_min потребления энергии объектами 2 потребителя, по крайней мере, для экстремального периода работы к общей мощности N_оэ когенераторов станции, покрывающей в том числе максимальную возможную нагрузку в сети для указанного и аналогичных периодов, при этом электрическая загрузка каждого когенератора 4 от момента его включения до остановки принята не ниже допустимой минимальной долевой загрузки D, составляющей предпочтительно не менее 70% номинальной мощности соответствующего когенератора 4 станции 5.

Когенерационная станция 5 оснащена когенераторами 4, номинальная мощность которых определена с учетом работы в экстремальных условиях при отключенной сетевой подстанции 3 и зависит от отношения минимальной мощности N_min потребления энергии объектами 2 потребителя, по крайней мере, для экстремального периода работы к общей мощности N_оэ когенераторов станции, покрывающей в том числе максимальную возможную нагрузку в сети для указанного и аналогичных периодов, при этом электрическая загрузка каждого когенератора 4 от момента его включения до остановки принята не ниже допустимой минимальной долевой загрузки D, составляющей предпочтительно не менее 50% номинальной мощности соответствующего когенератора 4 станции 5.

Когенерационная станция 5 оснащена когенераторами 4, номинальная мощность которых определена с учетом работы в экстремальных условиях при отключенной сетевой подстанции 3 и зависит от отношения минимальной мощности N_min потребления энергии объектами 2 потребителя, по крайней мере, для экстремального периода работы к общей мощности N_оэ когенераторов станции, покрывающей в том числе максимальную возможную нагрузку в сети для указанного и аналогичных периодов, при этом электрическая загрузка каждого когенератора 4 от момента его включения до остановки принята не ниже допустимой минимальной долевой загрузки D, составляющей предпочтительно не менее 30% номинальной мощности соответствующего когенератора 4 станции 5.

При отношении минимальной мощности потребления в электрической сети потребителя N_min для экстремального периода работы когенерационной станции 5 при отключенной сетевой подстанции 3 к общей мощности N_оэ когенераторов 4 станции 5, удовлетворяющем условию N_min/N_оэ≥D, для когенерационной станции минимально достаточен один рабочий когенератор при наличии в ее составе предпочтительно не менее одного дополнительного резервного когенератора такой же номинальной мощности.

При отношении минимальной мощности потребления в электрической сети потребителя N_min для экстремального периода работы когенерационной станции 5 при отключенной сетевой подстанции 3 к общей мощности N_оэ когенераторов 4 станции 5, 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 для указанного преимущественно среднестатистического экстремального периода работы, в том числе возможную пиковую нагрузку в электрической сети потребителя, при этом номинальная мощность, по меньшей мере, большей части когенераторов предпочтительно принята практически дробнократной общей мощности N_оэ рабочих когенераторов станции.

Когенерационная станция 5, исходя из условий экстремальной работы в периоды, связанные с отключением сетевой подстанции 3, оснащена, по меньшей мере, одним резервным когенератором, номинальной мощностью не менее номинальной мощности, по меньшей мере, одного рабочего когенератора, предпочтительно преобладающего по указанному параметру в составе когенерационной станции.

По меньшей мере, один когенератор 4 станции 5 содержит мотор-генератор 13, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания газового топлива.

По меньшей мере, один когенератор 4 станции 5 содержит мотор-генератор 13, 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 когенератор 4 станции 5 содержит мотор-генератор 13, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания твердого топлива типа угля, торфа, дров, отходов сельскохозяйственного производства.

По меньшей мере, один когенератор 4 станции 5 содержит мотор-генератор 13, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания экологически чистого топлива, например водорода.

По меньшей мере, один когенератор 4 станции 5 содержит мотор-генератор 13, 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 5 содержит когенераторы 4, работающие на монотопливе, например на газе или любых сочетаниях различных видов топлива.

Каждый когенератор 4 станции 5 имеет оснащенную выключателем линию разъемного подключения через указанный выключатель 12 к распределительной шине 8 сетевой подстанции 3 с возможностью управляемого избирательного автономного подключения, по меньшей мере, по вырабатываемой им электроэнергии к электрической сети объектов 2 потребителя при отключении указанной шины 8 от понижающего сетевого трансформатора 8, для чего когенерационная станция 5 оснащена системой 14 контроля и управления выключателями 12 когенераторов 4.

Система 6 утилизации сопутствующей тепловой энергии состоит из котла-утилизатора 15 выхлопных газов мотор-генератора 13, утилизационного теплообменника 16, отводящего тепло от мотор-генератора, и аварийного радиатора 17.

Когенераторы 4 выполнены в модульном исполнении и смонтированы в транспортабельных контейнерах, допускающих гибкое сочетание и образование объемно-планировочных композиций и выполнение указанной станции в приведенном выше диапазоне установочной мощности.

Работает предлагаемый энергетический комплекс следующим образом.

Когенерационную станцию 5 выполняют с полным резервированием мощности сетевой подстанции 3 и подключают к распределительной шине 8 сетевой подстанции 3 параллельно с возможностью перетока во внешние электрические сети избытков вырабатываемой когенераторами 4 электрической энергии. В нормальном режиме объекты 2 потребителя получают электроэнергию в полном объеме от когенераторов 4 станции 5, которые работают совместно с внешней электрической сетью, синхронно подстраиваясь под параметры сети с обеспечением необходимых защит. В ночные периоды, когда мощность потребления электроэнергии падает, избыток электрической энергии, вырабатываемой когенераторами 4, через понижающий сетевой трансформатор 7 упомянутой подстанции 3 передают на высокую сторону напряжения последнего и далее распределяют по другим сетевым подстанциям сети.

При аварии в сети сетевой трансформатор 7 отключают от объектов 2 потребителя, а последние продолжают получать электроэнергию от когенераторов 4. После возобновления сетевого питания когенераторы 4 автоматически синхронизируются с сетью и выдается команда на совместную работу с сетью. При аварии на отдельных когенераторах 4 станции 5 автоматически отключают их от сетевой подстанции 3, а дефицит электроэнергии восполняют из сети.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к снабжающим потребителя электрической и сопутствующей тепловой энергией энергетическим комплексам. Энергетический комплекс включает образующие систему энергоснабжения имеющего, по меньшей мере, один объект потребителя - внешнюю сетевую подстанцию, источник тепловой энергии, например котельную, и содержащую когенераторы, параллельно подключенную к сетевой подстанции с возможностью обратного перетока во внешние сети избытков вырабатываемой электроэнергии когенерационную станцию, создающую резервируемую мощность, максимальная величина которой принята не ниже полной мощности сетевой подстанции. Станция снабжена системой управления, обеспечивающей возможность работы когенераторов станции в нормальных условиях эксплуатации комплекса преимущественно постоянно, практически с номинальной мощностью каждого и возможность работы при отключении сетевой подстанции, например, аварийном, допускающей образование из когенераторов станции их сочетаний, переменных по суммарной номинальной и вырабатываемой мощности, а также количеству одновременно задействуемых единиц когенераторов, адаптированных к изменениям текущей мощности потребления, утилизации сопутствующей тепловой энергии. Комплекс обеспечивает повышение надежности и экологичности работы при снижении себестоимости энергии. 20 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Энергетический комплекс, характеризующийся тем, что он включает образующие систему энергоснабжения имеющего, по меньшей мере, один объект потребителя - внешнюю сетевую подстанцию, источник тепловой энергии, например котельную, и содержащую когенераторы, параллельно подключенную к сетевой подстанции с возможностью обратного перетока во внешние сети избытков вырабатываемой электроэнергии когенерационную станцию, создающую резервируемую мощность, максимальная величина которой принята не ниже полной мощности сетевой подстанции, при этом когенерационная станция снабжена системой управления, обеспечивающей возможность работы когенераторов станции в нормальных условиях эксплуатации комплекса, преимущественно постоянно, практически с номинальной мощностью каждого и возможность работы при отключении сетевой подстанции, например аварийном, допускающей образование из когенераторов станции их сочетаний, переменных по суммарной номинальной и вырабатываемой мощности, а также количеству одновременно задействуемых единиц когенераторов, адаптированных к изменениям текущей мощности потребления, при соблюдении условия обеспечения минимальной загрузки и минимума вырабатываемой мощности каждым когенератором не ниже минимальной допустимой долевой загрузки D, предусмотренной для когенератора, при этом когенераторы снабжены системой утилизации сопутствующей тепловой энергии, имеющей в качестве рабочего тела теплоноситель, преимущественно жидкостный, а система утилизации закоммутирована по теплоносителю с потребителем на условии приоритетного перед упомянутым источником теплоэнергии отвода от работающих когенераторов и подачи потребителю утилизируемой тепловой энергии, вырабатываемой когенерационной станцией при фактическом уровне генерации электрической энергии.

2. Энергетический комплекс по п.1, отличающийся тем, что сетевая подстанция выполнена понижающей, подключена с высокой стороны к высоковольтной линии, например, с 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, подключенной с одной стороны через выключатель к сетевому понижающему трансформатору, а с другой стороны через пообъектные понижающие трансформаторы и выключатели подключены объекты потребителя и через другие выключатели - когенераторы станции.

3. Энергетический комплекс по п.2, 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 упомянутый объект или объекты потребителя подключены через 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 подстанции, которая выполнена преимущественно понижающей, например, с параметрами понижения напряжения 35/6 кВ и мощностью 10000-150000 кВ·А.

8. Энергетический комплекс по п.1, отличающийся тем, что когенерационная станция оснащена когенераторами, номинальная мощность которых определена с учетом работы в экстремальных условиях при отключенной сетевой подстанции и зависит от отношения минимальной мощности N_min потребления энергии объектами потребителя, по крайней мере, для экстремального периода работы к общей мощности N_ОЭ когенераторов станции, покрывающей в том числе максимальную возможную нагрузку в сети для указанного и аналогичных периодов, 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 оснащена когенераторами, номинальная мощность которых определена с учетом работы в экстремальных условиях при отключенной сетевой подстанции и зависит от отношения минимальной мощности N_min потребления энергии объектами потребителя, по крайней мере, для экстремального периода работы к общей мощности N_ОЭ когенераторов станции, покрывающей в том числе максимальную возможную нагрузку в сети для указанного и аналогичных периодов, 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 оснащена когенераторами, номинальная мощность которых определена с учетом работы в экстремальных условиях при отключенной сетевой подстанции и зависит от отношения минимальной мощности N_min потребления энергии объектами потребителя, по крайней мере, для экстремального периода работы к общей мощности N_ОЭ когенераторов станции, покрывающей в том числе максимальную возможную нагрузку в сети для указанного и аналогичных периодов, 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 для экстремального периода работы когенерационной станции при отключенной сетевой подстанции к общей мощности N_ОЭ когенераторов станции, удовлетворяющем условию N_min/N_ОЭ≥D, для когенерационной станции минимально достаточен один рабочий когенератор при наличии в ее составе предпочтительно не менее одного дополнительного резервного когенератора такой же номинальной мощности.

12. Электроэнергетический комплекс по любому из пп.8-10, отличающийся тем, что при отношении минимальной мощности потребления в электрической сети потребителя N_min для экстремального периода работы когенерационной станции при отключенной сетевой подстанции 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 для указанного преимущественно среднестатистического экстремального периода работы, в том числе возможную 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, исходя из условий экстремальной работы в периоды, связанные с отключением сетевой подстанции, оснащена, по меньшей мере, одним резервным когенератором 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. 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 экологически чистого топлива, например водорода.

18. 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 универсального сжигания автономного с перенастройкой или в любом сочетании газообразного, жидкого и/или твердого топлива любых типов.

19. Энергетический комплекс по п.1, отличающийся тем, что когенерационная станция содержит когенераторы, работающие на монотопливе, например на газе, или любых сочетаниях различных видов топлива.

20. Энергетический 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 электрической сети объектов потребителя при отключении указанной шины от понижающего сетевого трансформатора, для чего когенерационная станция оснащена системой контроля и управления выключателями когенераторов.

21. Энергетический 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 и выполнение указанной станции в приведенном выше диапазоне установочной мощности.