СПОСОБ ЭЛЕКТРОЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЯ Российский патент 2009 года по МПК H02B7/00 H02J3/04 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способу снабжения потребителя электрической и сопутствующей тепловой энергией.

Известен способ снабжения потребителей электрической и сопутствующей тепловой энергией от теплоэлектроцентрали ТЭЦ (см. Политехнический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1980, стр.521).

Известны аналогичные по назначению способы снабжения потребителей электрической и сопутствующей тепловой энергией от атомных электростанций с реакторами на быстрых и медленных нейтронах (см. Г.Ф.Быстрицкий. Основы энергетики. М.: Инфра-М, 2007, стр.113).

Известны сетевые трансформаторные подстанции, которые поставляют потребителю электрическую энергию от объединенных сетей (RU №2240639, Н02В 5/00, 2003).

Известен энергетический комплекс в виде гидроэнергостанции, который вырабатывает электрическую и тепловую энергию раздельно работающими турбинными агрегатами (патент RU №2290531, F03B13/00, 2004.11.15).

Известен способ снабжения потребителя от энергетического комплекса, содержащего, по меньшей мере, один когенератор, который вырабатывает электрическую энергию и имеет трубопроводы с горячей и холодной водой, которая при подаче потребителю смешивается посредством клапана (ЕР №1045127, 2000.10.18).

Однако указанным способам снабжения потребителя электрической и тепловой энергией 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.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание способа энергоснабжения локального регионального потребителя, при котором повышается надежность энергоснабжения при одновременном повышении КПД вырабатывающих и поставляющих электрическую энергию систем, а также снижается причиняемая авариями и отключениями сетевых источников убыточность 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 в способе энергоснабжения потребителя согласно изобретению снабжение указанного потребителя энергией производят комплексно, по меньшей мере, от трех образующих систему и попарно дополняющих один другого источников - внешней сетевой трансформаторной подстанции, параллельно подключенной к ней с возможностью обратного перетока во внешние сети избытков вырабатываемой электрической энергии когенерационной станции и котельной, при этом когенерационную станцию наделяют резервной мощностью не менее максимальной заданной мощности потребления или полной мощности внешней сетевой трансформаторной подстанции, для чего указанную станцию оснащают не менее чем одним, предпочтительно группой производящих электрическую и наделенных системой утилизации сопутствующей тепловой энергии агрегатов-когенераторов, а также системой управления, при этом в нормальном режиме эксплуатации когенерационную станцию задействуют постоянно практически в полном объеме ее резервной мощности, равной сумме номинальных мощностей когенераторов, а при снижении текущей мощности потребления ниже максимальной избыточную выработанную электроэнергию перетоком отправляют во внешние сети, а в экстремальном режиме при отключении внешней сетевой трансформаторной подстанции, например аварийном, всю нагрузку по обеспечению электрической энергией потребителя, обычно с переменной во времени мощностью потребления передают на когенерационную станцию, при этом через систему управления автоматически адаптируют к потребляемой вырабатываемую электроэнергию, регулируя своевременным подключением-отключением количество одновременно задействованных когенераторов и загрузку каждого, не допуская снижения последней ниже установленной допустимой долевой загрузки D когенератора и вырабатываемой мощности N_min, причем снабжение потребителя тепловой энергией производят подачей теплоносителя от котельной и/или от системы утилизации сопутствующей тепловой энергии когенераторов, при этом последнее осуществляют в режиме приоритетной перед котельной и другими источниками подачи потребителю в объеме выработки, обеспечиваемой при фактическом уровне генерации электрической энергии или в объеме требуемой текущей мощности потребления соответствующего вида энергии.

При этом потребитель может включать, по меньшей мере, один объект потребления электроэнергии, при этом снабжение объектов потребителя электроэнергией производят при параллельном включении сетевой трансформаторной подстанции и когенерационной станции, при этом сетевая трансформаторная подстанция содержит не менее одного понижающего сетевого трансформатора, подключенного через выключатель с понижающей стороны трансформатора к распределительной шине, к которой разъемно через выключатели и понижающие трансформаторы следующей ступени, выдающие электроэнергию с напряжением не более 0,4 кВ, подключены объекты потребителя, а также когенераторы станции каждый через свою линию подводки и автономный выключатель, при этом когенерационную станцию оснащают системой управления, включающей в качестве ее составных частей систему контроля и управления выключателями когенераторов, а также согласованную с ней систему контроля и управления выключателем сетевой трансформаторной подстанции и программу управления работой когенераторов станции в экстремальном режиме при отключении внешней сетевой трансформаторной подстанции, причем для работы когенерационной станции в нормальном режиме энергоснабжения объектов потребителя перед включением когенераторов в систему электроснабжения синхронизируют параметры вырабатываемого каждым когенератором электрического тока, в первую очередь, по фазе, напряжению и частоте с соответствующими параметрами тока, поступающего от внешней сетевой трансформаторной подстанции, и подключают все когенераторы к распределительной шине трансформатора упомянутой сетевой подстанции, выводят их преимущественно на постоянный режим работы с практически номинальной мощностью, равной в совокупности полной мощности внешней сетевой трансформаторной подстанции, при этом обеспечивают приоритетную подачу объектам потребителя тока, вырабатываемого указанными когенераторами когенерационной станции, а при понижении текущей мощности потребления электроэнергии объектами потребителя избытки вырабатываемой когенераторами электроэнергии направляют обратным перетоком через сетевой понижающий трансформатор сетевой трансформаторной подстанции во внешние сети.

В экстремальном режиме снабжение электроэнергией объектов потребителя могут производить полностью от когенерационной станции через заложенную в систему управления указанной станции программу управления работой когенераторов в экстремальном режиме, например при отключенной внешней сетевой трансформаторной подстанции, при этом программа учитывает текущие изменения потребляемой мощности и адаптирует к ним вырабатываемую когенераторами мощность, образуя сочетания из одновременно работающих когенераторов с суммарной номинальной либо фактически вырабатываемой мощностью, не превышающей текущей мощности потребления путем выполнения операций автоматического подключения-отключения необходимого количества указанных электрогенерирующих агрегатов-когенераторов при соблюдении условия обеспечения минимальной их загрузки, не ниже минимальной допустимой долевой загрузки D каждого из одновременно работающих когенераторов.

Для обеспечения оптимального снабжения объектов потребителя в экстремальных ситуациях отключения внешней сетевой трансформаторной подстанции, например аварийного, когенерационную станцию могут оснащать когенераторами, номинальную мощность которых определяют, в том числе, с учетом их работы в экстремальных условиях по отношению минимальной мощности N_min потребления энергии объектами потребителя, по крайней мере, для экстремального периода работы, предпочтительно среднестатистического, к общей мощности N_оэ когенераторов станции, которую формируют подбором количества и номинальной мощности когенераторов, в том числе покрывающей максимальную возможную нагрузку от текущей мощности потребления электроэнергии для указанного и аналогичных периодов, при этом обеспечивают загрузку каждого из работающих когенераторов по выработке электроэнергии от момента его включения до остановки не ниже допустимой минимальной долевой загрузки D, составляющей предпочтительно не менее 70% номинальной мощности соответствующего когенератора станции.

Для обеспечения оптимального снабжения объектов потребителя в экстремальных ситуациях отключения внешней сетевой трансформаторной подстанции, например аварийного, когенерационную станцию могут оснащать когенераторами, номинальную мощность которых определяют, в том числе, с учетом их работы в экстремальных условиях по отношению минимальной мощности N_min потребления энергии объектами потребителя, по крайней мере, для экстремального периода работы, предпочтительно среднестатистического, к общей мощности N_оэ когенераторов станции, которую формируют подбором количества и номинальной мощности когенераторов, в том числе покрывающей максимальную возможную нагрузку от текущей мощности потребления электроэнергии для указанного и аналогичных периодов, при этом обеспечивают загрузку каждого из работающих когенераторов по выработке электроэнергии от момента его включения до остановки не ниже допустимой минимальной долевой загрузки D, составляющей предпочтительно не менее 50% номинальной мощности соответствующего когенератора станции.

Для обеспечения оптимального снабжения объектов потребителя в экстремальных ситуациях отключения внешней сетевой трансформаторной подстанции, например аварийного, когенерационную станцию могут оснащать когенераторами, номинальную мощность которых определяют, в том числе, с учетом их работы в экстремальных условиях по отношению минимальной мощности N_min потребления энергии объектами потребителя, по крайней мере, для экстремального периода работы, предпочтительно среднестатистического, к общей мощности N_оэ когенераторов станции, которую формируют подбором количества и номинальной мощности когенераторов, в том числе покрывающей максимальную возможную нагрузку от текущей мощности потребления электроэнергии для указанного и аналогичных периодов, при этом обеспечивают загрузку каждого из работающих когенераторов по выработке электроэнергии от момента его включения до остановки 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 в режиме работы в среднестатистической экстремальной ситуации, преимущественно в период отключения внешней сетевой трансформаторной подстанции, к общей мощности N_оэ когенераторов станции, удовлетворяющем условию N_min/N_оэ≥D, когенерационную станцию могут оснащать одним рабочим когенератором и предпочтительно одним резервным когенератором такой же номинальной мощности.

При отношении минимальной мощности потребления в электрической сети потребителя N_min в режиме работы в среднестатистической экстремальной ситуации, преимущественно в период отключения внешней сетевой трансформаторной подстанции, к общей мощности N_оэ когенераторов станции, удовлетворяющем условию N_min/N_оэ≤D, когенерационную станцию могут оснащать не менее чем двумя рабочими когенераторами причем общее количество и суммарную мощность устанавливают покрывающей максимальную, в том числе пиковую нагрузку в сети потребителя, характерную или возможную для среднестатистической продолжительности экстремальной ситуации, связанной с отключением данной подстанции, при этом номинальную мощность, по меньшей мере, каждого из большей части когенераторов, определяемую, в том числе в учетом обеспечения бесперебойной работы в упомянутых экстремальных ситуациях принимают предпочтительно практически дробнократной общей мощности N_оэ рабочих когенераторов станции.

Когенерационную станцию при любом числе комплектующих ее рабочих когенераторов из условия обеспечения бесперебойной работы в экстремальных ситуациях могут оснащать, по меньшей мере, одним резервным когенератором номинальной мощностью, соответствующей, по меньшей мере, номинальной мощности одного рабочего когенератора, предпочтительно преобладающего по указанному параметру типа в составе когенерационной станции.

Когенерационную станцию могут оснащать, по меньшей мере, частично когенераторами, каждый из которых содержит моторгенератор, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания топливного газа.

Когенерационную станцию могут оснащать, по меньшей мере, частично когенераторами, каждый из которых содержит моторгенератор, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания жидкого топлива типа бензина, реактивного, дизельного, синтетического топлива типа метанола, растительных масел, нефти или мазута.

Когенерационную станцию могут оснащать, по меньшей мере, частично когенераторами, каждый из которых содержит моторгенератор, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания твердого топлива типа угля, торфа, дров, отходов сельскохозяйственного производства.

Когенерационную станцию могут оснащать, по меньшей мере, частично когенераторами, каждый из которых содержит моторгенератор, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания экологически чистого топлива, например водорода.

Когенерационную станцию могут оснащать, по меньшей мере, частично когенераторами, каждый из которых содержит моторгенератор, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания отдельных видов монотоплива с перенастройкой системы сжигания или использования для выработки указанных видов энергии различных сочетаний газообразного, жидкого и/или твердого топлива любых типов.

Для запитки объектов потребителя электроэнергией, вырабатываемой на когенерационной станции, каждый когенератор могут разъемно подключать через оснащенную выключателем линию к распределительной шине внешней сетевой трансформаторной подстанции с возможностью управляемого избирательного автономного подключения-отключения от снабжения потребителя вырабатываемой энергией, необходимого в режиме работы при выключенной внешней сетевой трансформаторной подстанции, причем указанные операции с задействованием или отключением когенераторов осуществляют автоматически с помощью системы контроля и управления выключателями когенераторов.

Когенераторы могут поставлять и монтировать в составе когенерационной станции в модульном исполнении в транспортабельных контейнерах, допускающих гибкое сочетание и образование различных объемно-планировочных композиций на предварительно подготовленной площадке, в том числе, открытого типа с возможность последующей работы смонтированных когенераторов в диапазоне температур наружного воздуха от -60°С до +50°С.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении надежности снабжения объектов потребителя электроэнергией, в том числе в аварийных ситуациях, возникающих при сбое или отключении электроэнергоснабжения от внешних сетевых трансформаторных подстанций у приоритетных потребителей, к которым относятся 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.

В способе энергоснабжения потребителя снабжение указанного потребителя энергией производят комплексно, по меньшей мере, от трех образующих систему и попарно дополняющих один другого источников - внешней сетевой трансформаторной подстанции 1, параллельно подключенной к ней с возможностью обратного перетока во внешние сети избытков вырабатываемой электрической энергии когенерационной станции 2 и котельной (на чертежах не показано). Когенерационную станцию 2 наделяют резервной мощностью не менее максимальной заданной мощности потребления или полной мощности внешней сетевой трансформаторной подстанции 1, для чего указанную станцию 2 оснащают не менее чем одним, предпочтительно группой производящих электрическую и наделенных системой 3 утилизации сопутствующей тепловой энергии агрегатов-когенераторов 4, а также системой управления.

В нормальном режиме эксплуатации когенерационную станцию 2 задействуют постоянно практически в полном объеме ее резервной мощности, равной сумме номинальных мощностей когенераторов 4, а при снижении текущей мощности потребления ниже максимальной избыточную выработанную электроэнергию перетоком отправляют во внешние сети. В экстремальном режиме при отключении внешней сетевой трансформаторной подстанции 4, например аварийном, всю нагрузку по обеспечению электрической энергией потребителя, обычно с переменной во времени мощностью потребления передают на когенерационную станцию 2, при этом через систему управления автоматически адаптируют к потребляемой вырабатываемую электроэнергию, регулируя своевременным подключением-отключением количество одновременно задействованных когенераторов 4 и загрузку каждого, не допуская снижения последней ниже установленной допустимой долевой загрузки D когенератора 4 и вырабатываемой мощности N_min. Снабжение потребителя тепловой энергией производят подачей теплоносителя от котельной и/или от системы 3 утилизации сопутствующей тепловой энергии когенераторов 4, при этом последнее осуществляют в режиме приоритетной перед котельной и другими источниками подачи потребителю в объеме выработки, обеспечиваемой при фактическом уровне генерации электрической энергии или в объеме требуемой текущей мощности потребления соответствующего вида энергии.

Потребитель включает, по меньшей мере, один объект 5 потребления электроэнергии. Снабжение объектов 5 потребителя электроэнергией производят при параллельном включении сетевой трансформаторной подстанции 1 и когенерационной станции 2. Внешняя сетевая трансформаторная подстанция 1 содержит не менее одного понижающего сетевого трансформатора 6, подключенного через выключатель 7 с понижающей стороны трансформатора 6 к распределительной шине 8. К распределительной шине 8 разъемно через выключатели 9 и понижающие трансформаторы 10, выдающие электроэнергию с напряжением не более 0,4 кВ, подключены объекты 5 потребителя, а также когенераторы 4 станции 2 каждый через свою линию подводки и автономный выключатель 11. Когенерационную станцию 2 оснащают системой управления, включающей в качестве ее составных частей систему 12 контроля и управления выключателями когенераторов, а также согласованную с ней систему 13 контроля и управления выключателем 7 сетевой трансформаторной подстанции 1 и программу управления работой когенераторов 4 станции 2 в экстремальном режиме при отключении внешней сетевой трансформаторной подстанции 1.

Для работы когенерационной станции 2 в нормальном режиме энергоснабжения объектов 5 потребителя перед включением когенераторов 4 в систему электроснабжения синхронизируют параметры вырабатываемого каждым когенератором 4 электрического тока, в первую очередь по фазе, напряжению и частоте, с соответствующими параметрами тока, поступающего от внешней сетевой трансформаторной подстанции 1, и подключают все когенераторы 4 к распределительной шине 8 трансформатора 6 упомянутой сетевой подстанции 1, выводят их преимущественно на постоянный режим работы с практически номинальной мощностью, равной в совокупности полной мощности внешней сетевой трансформаторной подстанции 1. При этом обеспечивают приоритетную подачу объектам 5 потребителя тока, вырабатываемого указанными когенераторами 4 когенерационной станции 2. При понижении текущей мощности потребления электроэнергии объектами 5 потребителя избытки вырабатываемой когенераторами 4 электроэнергии направляют обратным перетоком через сетевой понижающий трансформатор 6 сетевой трансформаторной подстанции 1 во внешние сети.

В экстремальном режиме снабжение электроэнергией объектов 5 потребителя производят полностью от когенерационной станции 2 через заложенную в систему управления указанной станции 2 программу управления работой когенераторов 4 в экстремальном режиме, например, при отключенной внешней сетевой трансформаторной подстанции 1. Программа учитывает текущие изменения потребляемой мощности и адаптирует к ним вырабатываемую когенераторами 4 мощность, образуя сочетания из одновременно работающих когенераторов с суммарной номинальной либо фактически вырабатываемой мощностью, не превышающей текущей мощности потребления, путем выполнения операций автоматического подключения-отключения необходимого количества указанных электрогенерирующих агрегатов-когенераторов 4 при соблюдении условия обеспечения минимальной их загрузки не ниже минимальной допустимой долевой загрузки D каждого из одновременно работающих когенераторов 4.

Для обеспечения оптимального снабжения объектов 5 потребителя в экстремальных ситуациях отключения внешней сетевой трансформаторной подстанции 1, например аварийного, когенерационную станцию 2 укомплектовывают когенераторами 4, номинальную мощность которых определяют, в том числе, с учетом их работы в экстремальных условиях по отношению минимальной мощности N_min потребления энергии объектами 5 потребителя, по крайней мере, для экстремального периода работы, предпочтительно среднестатистического, к общей мощности N_оэ когенераторов 4 станции, которую формируют подбором количества и номинальной мощности когенераторов 4, в том числе покрывающей максимальную возможную нагрузку от текущей мощности потребления электроэнергии для указанного и аналогичных периодов. При этом обеспечивают загрузку каждого из работающих когенераторов по выработке электроэнергии от момента его включения до остановки не ниже допустимой минимальной долевой загрузки D, составляющей предпочтительно не менее 70% номинальной мощности соответствующего когенератора станции.

Для обеспечения оптимального снабжения объектов 5 потребителя в экстремальных ситуациях отключения внешней сетевой трансформаторной подстанции 1, например аварийного, когенерационную станцию 2 укомплектовывают когенераторами 4, номинальную мощность которых определяют, в том числе, с учетом их работы в экстремальных условиях по отношению минимальной мощности N_min потребления энергии объектами 5 потребителя, по крайней мере, для экстремального периода работы, предпочтительно среднестатистического, к общей мощности N_оэ ко генераторов 4 станции, которую формируют подбором количества и номинальной мощности когенераторов 4, в том числе покрывающей максимальную возможную нагрузку от текущей мощности потребления электроэнергии для указанного и аналогичных периодов. При этом обеспечивают загрузку каждого из работающих когенераторов по выработке электроэнергии от момента его включения до остановки не ниже допустимой минимальной долевой загрузки D, составляющей предпочтительно не менее 50% номинальной мощности соответствующего когенератора станции.

Для обеспечения оптимального снабжения объектов 5 потребителя в экстремальных ситуациях отключения внешней сетевой трансформаторной подстанции 1, например аварийного, когенерационную станцию 2 укомплектовывают когенераторами 4, номинальную мощность которых определяют, в том числе, с учетом их работы в экстремальных условиях по отношению минимальной мощности N_min потребления энергии объектами 5 потребителя, по крайней мере, для экстремального периода работы, предпочтительно среднестатистического, к общей мощности N_оэ когенераторов 4 станции 2, которую формируют подбором количества и номинальной мощности когенераторов 4, в том числе покрывающей максимальную возможную нагрузку от текущей мощности потребления электроэнергии для указанного и аналогичных периодов. При этом обеспечивают загрузку каждого из работающих когенераторов по выработке электроэнергии от момента его включения до остановки 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 в режиме работы в среднестатистической экстремальной ситуации, преимущественно в период отключения внешней сетевой трансформаторной подстанции 1, к общей мощности N_оэ когенераторов 4 станции 2, удовлетворяющем условию N_min/N_оэ≥D, когенерационную станцию 2 оснащают одним рабочим когенератором и предпочтительно одним резервным когенератором такой же номинальной мощности.

При отношении минимальной мощности потребления в электрической сети потребителя N_min в режиме работы в среднестатистической экстремальной ситуации, преимущественно в период отключения внешней сетевой трансформаторной подстанции 1, к общей мощности N_оэ когенераторов 4 станции 2, удовлетворяющем условию N_min/N_оэ≤D, когенерационную станцию 2 оснащают не менее чем двумя рабочими когенераторами, причем общее количество и суммарную мощность устанавливают покрывающей максимальную, в том числе пиковую нагрузку в сети потребителя, характерную или возможную для среднестатистической продолжительности экстремальной ситуации, связанной с отключением данной подстанции 1. Номинальную мощность, по меньшей мере, каждого из большей части когенераторов 4, определяемую в том числе в учетом обеспечения бесперебойной работы в упомянутых экстремальных ситуациях, принимают предпочтительно практически дробнократной общей мощности N_оэ рабочих когенераторов станции.

Когенерационную станцию 2 при любом числе комплектующих ее рабочих когенераторов 4 из условия обеспечения бесперебойной работы в экстремальных ситуациях оснащают, по меньшей мере, одним резервным когенератором номинальной мощностью, соответствующей, по меньшей мере, номинальной мощности одного рабочего когенератора, предпочтительно преобладающего по указанному параметру типа в составе когенерационной станции.

Когенерационную станцию 2 оснащают, по меньшей мере, частично когенераторами 4, каждый из которых содержит моторгенератор 14, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания топливного газа.

Когенерационную станцию 2 оснащают, по меньшей мере, частично когенераторами 4, каждый из которых содержит моторгенератор 14, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания жидкого топлива типа бензина, реактивного, дизельного, синтетического топлива типа метанола, растительных масел, нефти или мазута.

Когенерационную станцию 2 оснащают, по меньшей мере, частично когенераторами 4, каждый из которых содержит моторгенератор 14, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания твердого топлива типа угля, торфа, дров, отходов сельскохозяйственного производства.

Когенерационную станцию 2 оснащают, по меньшей мере, частично когенераторами 4, каждый из которых содержит моторгенератор 14, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания экологически чистого топлива, например водорода.

Когенерационную станцию 2 оснащают, по меньшей мере, частично когенераторами 4, каждый из которых содержит моторгенератор 14, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания отдельных видов монотоплива с перенастройкой системы сжигания или использования для выработки указанных видов энергии различных сочетаний газообразного, жидкого и/или твердого топлива любых типов.

Для запитки объектов 5 потребителя электроэнергией, вырабатываемой на когенерационной станции 2, каждый когенератор 4 разъемно подключают через оснащенную выключателем 11 линию к распределительной шине 8 внешней сетевой трансформаторной подстанции 1 с возможностью управляемого избирательного автономного подключения-отключения от снабжения потребителя вырабатываемой энергией, необходимого в режиме работы при выключенной внешней сетевой трансформаторной подстанции 1. Указанные операции с задействованием или отключением когенераторов 4 осуществляют автоматически с помощью системы 12 контроля и управления выключателями 11 когенераторов 4.

Система 3 утилизации сопутствующей тепловой энергии состоит из котла-утилизатора 15 выхлопных газов моторгенератора 14, утилизационного теплообменника 16, отводящего тепло от моторгенератора, и аварийного радиатора 17.

Когенераторы 4 поставляют и монтируют в составе когенерационной станции 2 в модульном исполнении в транспортабельных контейнерах, допускающих гибкое сочетание и образование различных объемно-планировочных композиций на предварительно подготовленной площадке, в том числе открытого типа, с возможностью последующей работы смонтированных когенераторов в диапазоне температур наружного воздуха от -60°С до +50°С.

Способ реализуют следующим образом.

Когенерационную станцию 2 выполняют с полным резервированием мощности сетевой подстанции 1 и подключают к распределительной шине 8 сетевой подстанции 1 параллельно с возможностью перетока во внешние электрические сети избытков вырабатываемой когенераторами 4 электрической энергии. В нормальном режиме объекты 5 потребителя получают электроэнергию в полном объеме от когенераторов 4 станции 2, 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 6 упомянутой подстанции 1 передают на высокую сторону напряжения последнего и далее распределяют по другим сетевым подстанциям сети.

При аварии в сети сетевой трансформатор 6 отключают от объектов 5 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. Аварии на отдельных когенераторах 4 станции 2 автоматически отключают их от сетевой подстанции 1, а дефицит электроэнергии восполняют из сети.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к энергетическим комплексам. В способе энергоснабжения потребителя снабжение энергией производят комплексно, по меньшей мере, от трех образующих систему и попарно дополняющих один другого источников - внешней сетевой трансформаторной подстанции, параллельно подключенной к ней с возможностью обратного перетока во внешние сети избытков вырабатываемой электрической энергии когенерационной станции и котельной. Когенерационную станцию наделяют резервной мощностью не менее максимальной заданной мощности потребления или полной мощности внешней сетевой трансформаторной подстанции, для чего указанную станцию оснащают не менее чем одним, предпочтительно группой производящих электрическую и наделенных системой утилизации сопутствующей тепловой энергии агрегатов-когенераторов, а также системой управления. В нормальном режиме эксплуатации когенерационную станцию задействуют постоянно практически в полном объеме ее резервной мощности, равной сумме номинальных мощностей когенераторов, а при снижении текущей мощности потребления ниже максимальной избыточную выработанную электроэнергию перетоком отправляют во внешние сети. Техническим результатом способа является повышение надежности в работе при аварийных ситуациях, снижение себестоимости вырабатываемой энергии, возможность реконструкции и улучшение экологических параметров. 15 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ энергоснабжения потребителя, характеризующийся тем, что снабжение указанного потребителя энергией производят комплексно, по меньшей мере, от трех образующих систему и попарно дополняющих один другого источников - внешней сетевой трансформаторной подстанции, параллельно подключенной к ней с возможностью обратного перетока во внешние сети избытков вырабатываемой электрической энергии когенерационной станции и котельной, при этом когенерационную станцию наделяют резервной мощностью не менее максимальной заданной мощности потребления или полной мощности внешней сетевой трансформаторной подстанции, для чего указанную станцию оснащают не менее чем одним, предпочтительно группой производящих электрическую и наделенных системой утилизации сопутствующей тепловой энергии агрегатов-когенераторов, а также системой управления, при этом в нормальном режиме эксплуатации когенерационную станцию задействуют постоянно практически в полном объеме ее резервной мощности, равной сумме номинальных мощностей когенераторов, а при снижении текущей мощности потребления ниже максимальной избыточную выработанную электроэнергию перетоком отправляют во внешние сети, а в экстремальном режиме при отключении внешней сетевой трансформаторной подстанции, например аварийном, всю нагрузку по обеспечению электрической энергией потребителя, обычно с переменной во времени мощностью потребления передают на когенерационную станцию, при этом через систему управления автоматически адаптируют к потребляемой вырабатываемую электроэнергию, регулируя своевременным подключением-отключением количество одновременно задействованных когенераторов и загрузку каждого, не допуская снижение последней ниже установленной допустимой долевой загрузки D когенератора и вырабатываемой мощности N_min, причем снабжение потребителя тепловой энергией производят подачей теплоносителя от котельной и/или от системы утилизации сопутствующей тепловой энергии когенераторов, при этом последнее осуществляют в режиме приоритетной перед котельной и другими источниками подачи потребителю в объеме выработки, обеспечиваемой при фактическом уровне генерации электрической энергии, или в объеме требуемой текущей мощности потребления соответствующего вида энергии.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что потребитель включает, по меньшей мере, один объект потребления электроэнергии, при этом снабжение объектов потребителя электроэнергией производят при параллельном включении сетевой трансформаторной подстанции и когенерационной станции, при этом сетевая трансформаторная подстанция содержит не менее одного понижающего сетевого трансформатора, подключенного через выключатель с понижающей стороны трансформатора к распределительной шине, к которой разъемно через выключатели и понижающие трансформаторы следующей ступени, выдающие электроэнергию с напряжением не более 0,4 кВ, подключены объекты потребителя, а также когенераторы станции каждый через свою линию подводки и автономный выключатель, при этом когенерационную станцию оснащают системой управления, включающей в качестве ее составных частей систему контроля и управления выключателями когенераторов, а также согласованную с ней систему контроля и управления выключателем сетевой трансформаторной подстанции и программу управления работой когенераторов станции в экстремальном режиме при отключении внешней сетевой трансформаторной подстанции, причем для работы когенерационной станции в нормальном режиме энергоснабжения объектов потребителя перед включением когенераторов в систему электроснабжения синхронизируют параметры вырабатываемого каждым когенератором электрического тока, в первую очередь, по фазе, напряжению и частоте с соответствующими параметрами тока, поступающего от внешней сетевой трансформаторной подстанции, и подключают все когенераторы к распределительной шине трансформатора упомянутой сетевой подстанции, выводят их преимущественно на постоянный режим работы с практически номинальной мощностью, равной в совокупности полной мощности внешней сетевой трансформаторной подстанции, при этом обеспечивают приоритетную подачу объектам потребителя тока, вырабатываемого указанными когенераторами когенерационной станции, а при понижении текущей мощности потребления электроэнергии объектами потребителя избытки вырабатываемой когенераторами электроэнергии направляют обратным перетоком через сетевой понижающий трансформатор сетевой трансформаторной подстанции во внешние сети.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в экстремальном режиме снабжение электроэнергией объектов потребителя производят полностью от когенерационной станции через заложенную в систему управления указанной станции программу управления работой когенераторов в экстремальном режиме, например при отключенной внешней сетевой трансформаторной подстанции, при этом программа учитывает текущие изменения потребляемой мощности и адаптирует к ним вырабатываемую когенераторами мощность, образуя сочетания из одновременно работающих когенераторов с суммарной номинальной либо фактически вырабатываемой мощностью, не превышающей текущую мощность потребления путем выполнения операций автоматического подключения-отключения необходимого количества указанных электрогенерирующих агрегатов-когенераторов при соблюдении условия обеспечения минимальной их загрузки не ниже минимальной допустимой долевой загрузки D каждого из одновременно работающих когенераторов.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для обеспечения оптимального снабжения объектов потребителя в экстремальных ситуациях отключения внешней сетевой трансформаторной подстанции, например аварийного, когенерационную станцию оснащают когенераторами, номинальную мощность которых определяют, в том числе с учетом их работы в экстремальных условиях по отношению минимальной мощности N_min потребления энергии объектами потребителя, по крайней мере, для экстремального периода работы, предпочтительно среднестатистического, к общей мощности N_ОЭ когенераторов станции, которую формируют подбором количества и номинальной мощности когенераторов, в том числе покрывающей максимальную возможную нагрузку от текущей мощности потребления электроэнергии для указанного и аналогичных периодов, при этом обеспечивают загрузку каждого из работающих когенераторов по выработке электроэнергии от момента его включения до остановки не ниже допустимой минимальной долевой загрузки D, составляющей предпочтительно не менее 70% от номинальной мощности соответствующего когенератора станции.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что для обеспечения оптимального снабжения объектов потребителя в экстремальных ситуациях отключения внешней сетевой трансформаторной подстанции, например аварийного, когенерационную станцию оснащают когенераторами, номинальную мощность которых определяют, в том числе с учетом их работы в экстремальных условиях по отношению минимальной мощности N_min потребления энергии объектами потребителя, по крайней мере, для экстремального периода работы, предпочтительно среднестатистического, к общей мощности N_ОЭ когенераторов станции, которую формируют подбором количества и номинальной мощности когенераторов, в том числе покрывающей максимальную возможную нагрузку от текущей мощности потребления электроэнергии для указанного и аналогичных периодов, при этом обеспечивают загрузку каждого из работающих когенераторов по выработке электроэнергии от момента его включения до остановки не ниже допустимой минимальной долевой загрузки D, составляющей предпочтительно не менее 50% от номинальной мощности соответствующего когенератора станции.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что для обеспечения оптимального снабжения объектов потребителя в экстремальных ситуациях отключения внешней сетевой трансформаторной подстанции, например аварийного, когенерационную станцию оснащают когенераторами, номинальную мощность которых определяют, в том числе с учетом их работы в экстремальных условиях по отношению минимальной мощности N_min потребления энергии объектами потребителя, по крайней мере, для экстремального периода работы, предпочтительно среднестатистического, к общей мощности N_ОЭ когенераторов станции, которую формируют подбором количества и номинальной мощности когенераторов, в том числе покрывающей максимальную возможную нагрузку от текущей мощности потребления электроэнергии для указанного и аналогичных периодов, при этом обеспечивают загрузку каждого из работающих когенераторов по выработке электроэнергии от момента его включения до остановки не ниже допустимой минимальной долевой загрузки D, составляющей предпочтительно не менее 30% от номинальной мощности соответствующего когенератора станции.

7. Способ по любому из пп.4-6, отличающийся тем, что при отношении минимальной мощности потребления в электрической сети потребителя N_min в режиме работы в среднестатистической экстремальной ситуации, преимущественно в период отключения внешней сетевой трансформаторной подстанции, к общей мощности N_ОЭ когенераторов станции, удовлетворяющем условию N_min/N_ОЭ≥D, когенерационную станцию оснащают одним рабочим когенератором и предпочтительно одним резервным когенератором такой же номинальной мощности.

8. Способ по любому из пп.4-6, отличающийся тем, что при отношении минимальной мощности потребления в электрической сети потребителя N_min в режиме работы в среднестатистической экстремальной ситуации, преимущественно в период отключения внешней сетевой трансформаторной подстанции, к общей мощности N_ОЭ когенераторов станции, удовлетворяющем условию N_min/N_ОЭ≤D, когенерационную станцию оснащают не менее чем двумя рабочими когенераторами, причем общее количество и суммарную мощность устанавливают покрывающей максимальную, в том числе пиковую нагрузку в сети потребителя, характерную или возможную для среднестатистической продолжительности экстремальной ситуации, связанной с отключением данной подстанции, при этом номинальную мощность, по меньшей мере, каждого из большей части когенераторов, определяемую в том числе в учетом обеспечения бесперебойной работы в упомянутых экстремальных ситуациях принимают предпочтительно практически дробно-кратной общей мощности N_ОЭ рабочих когенераторов станции.

9. Способ по любому из пп.4-6, отличающийся тем, что когенерационную станцию при любом числе комплектующих ее рабочих когенераторов из условия обеспечения бесперебойной работы в экстремальных ситуациях оснащают, по меньшей мере, одним резервным когенератором номинальной мощностью, соответствующей, по меньшей мере, номинальной мощности одного рабочего когенератора, предпочтительно преобладающего по указанному параметру типа в составе когенерационной станции.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что когенерационную станцию оснащают, по меньшей мере, частично когенераторами, каждый из которых содержит мотор-генератор, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания топливного газа.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что когенерационную станцию оснащают, по меньшей мере, частично когенераторами, каждый из которых 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.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что когенерационную станцию оснащают, по меньшей мере, частично когенераторами, каждый из которых содержит мотор-генератор, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания твердого топлива типа угля, торфа, дров, отходов сельскохозяйственного производства.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что когенерационную станцию оснащают, по меньшей мере, частично когенераторами, каждый из которых содержит мотор-генератор, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания экологически чистого топлива, например, водорода.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что когенерационную станцию оснащают, по меньшей мере, частично когенераторами, каждый из которых содержит мотор-генератор, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания отдельных видов монотоплива с перенастройкой системы сжигания или использования для выработки указанных видов энергии различных сочетаний газообразного, жидкого и/или твердого топлива любых типов.

15. Способ по п.1, отличающийся тем, что для запитки объектов потребителя электроэнергией, вырабатываемой на когенерационной станции, каждый когенератор разъемно подключают через оснащенную выключателем линию к распределительной шине внешней сетевой трансформаторной подстанции с возможностью управляемого избирательного автономного подключения-отключения от снабжения потребителя вырабатываемой энергией, необходимого в режиме работы при выключенной внешней сетевой трансформаторной подстанции, причем указанные операции с задействованием или отключением когенераторов осуществляют автоматически с помощью системы контроля и управления выключателями когенераторов.

16. Способ по п.1, отличающийся тем, что когенераторы поставляют и монтируют в составе когенерационной станции в модульном исполнении в транспортабельных контейнерах, допускающих гибкое сочетание и образование различных объемно-планировочных композиций на предварительно подготовленной площадке, в том числе открытого типа, с возможность последующей работы смонтированных когенераторов в диапазоне температур наружного воздуха от -60 до +50°С.