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, F03B 13/00, 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 металлоплавильных печей 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, удаленными 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 имеющего объекты потребителя электрической энергией производят от внешней сетевой трансформаторной подстанции и параллельно подключенной к ней вырабатывающей без перетока во внешние сети электроэнергию когенерационной станции, оснащенной одним или группой когенераторов с системой утилизации сопутствующей тепловой энергии, при этом подачу энергии потребителю адаптируют к колебаниям текущей потребности в ней и ситуациям во внешних сетях, изменяя подаваемую мощность от максимальной до минимальной, а установочную мощность когенерационной станции, равную сумме номинальных мощностей когенераторов, формируют в интервале значений менее максимальной мощности внешней сетевой трансформаторной подстанции до минимальной мощности потребления электроэнергии указанным потребителем и используют ее в качестве резервной, непрерывно снабжающей часть объектов потребителя, для которых приоритетно необходим резерв в питании или непрерывность в электроснабжении, и не отключаемых от указанной когенерационной станции при отключениях внешней сетевой трансформаторной подстанции и подключенных к ней остальных объектов потребителя, при этом максимальную мощность потребления выделенной для приоритетного снабжения группы объектов потребителя принимают не выше установочной мощности когенерационной станции, кроме того, объекты потребителя снабжают тепловой энергией также от двух источников - внешнего, например котельной, и от когенерационной станции, причем последнее производят в режиме приоритетного перед первым из указанных источников отвода от системы утилизации сопутствующей тепловой энергии, образующейся при фактическом уровне выработки когенераторами электрической энергии.

При этом снабжение объектов потребителя различной значимости по степени необходимого резервирования мощности для непрерывного снабжения практически в любых ситуациях, включая экстремальные, связанные с аварийным прекращением подачи энергии от внешней сетевой трансформаторной подстанции, могут производить при параллельном включении упомянутой сетевой подстанции и когенерационной станции, при этом внешняя сетевая трансформаторная подстанция содержит не менее одного понижающего сетевого трансформатора, подключенного через выключатель с понижающей стороны трансформатора к распределительной шине, которая выполнена из двух частей, разъемно электрически соединенных между собой через выключатель, причем к одной части распределительной шины, сообщенной через выключатель непосредственно с сетевым трансформатором с одной стороны, с другой стороны подключают группу объектов потребителя, которые в ситуации, связанной с отключением внешней сетевой трансформаторной подстанции, отключают от снабжения электроэнергией до возобновления нормальной подачи тока от упомянутой подстанции, а к другой части распределительной шины разъемно через выключатели подключают когенераторы станции и выделенную приоритетную группу объектов потребителя, для которых необходим резерв мощности и непрерывное снабжение электроэнергией, в том числе экстремальных ситуациях, связанных с отключением упомянутой подстанции, при этом максимальную потребляемую мощность объектов потребителя выделенной приоритетной группы принимают не превышающей установочной мощности когенераторов станции, а последнюю принимают в интервале значений менее максимальной мощности внешней трансформаторной сетевой подстанции до минимальной мощности потребления электроэнергии указанными объектами потребителя, причем для работы станции в нормальном режиме энергоснабжения объекты 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 когенерационной станции, при этом обеспечивают приоритетную подачу потребителю тока, вырабатываемого когенераторами станции.

В экстремальном режиме при аварийном отключении внешней сетевой трансформаторной подстанции снабжение объектов потребителя могут производить от когенерационной станции, при этом отключают вторую часть распределительной шины от первой части выключателем, при этом энергию подают только на выделенную приоритетную группу объектов потребителя через заложенную в систему управления когенерационной 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, непревышающей текущей мощности потребления, путем выполнения операций автоматического подключения-отключения необходимого количества 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 исходя из условий 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 исходя из условий 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 потребителя в экстремальных ситуациях отключения внешней сетевой трансформаторной подстанции, например аварийного, когенерационную станцию могут оснащать когенераторами, номинальную мощность которых определяют исходя из условий 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 может содержать 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 сетевой 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 приведенной совокупностью признаков, заключается в повышении надежности снабжения объектов потребителя электроэнергией в аварийных ситуациях, возникающих при сбое или отключении энергоснабжения 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 сетевой подстанции когенерационной станции, образованной, по крайней мере, одним или группой когенераторов, которые работают с сетевой подстанцией совместно, синхронно, подстраиваясь под параметры сети в ситуациях падения мощности потребления энергии и отключения от сетевой станции при авариях с частичным резервированием мощностей электроэнергетического комплекса, для чего вводится распределительная шина, к которой через задействованный при авариях выключатель присоединяются приоритетные объекты потребителя и когенераторы, причем мощность когенерационной станции не должна превышать минимальную мощность потребления, кроме того, при использовании данного решения снижается себестоимость вырабатываемой энергии, срок окупаемости электроэнергетический комплекса 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 без перетока вырабатываемой электроэнергии во внешние электрические сети;

на фиг.2 - схема отбора тепла от когенератора.

В способе энергоснабжения потребителя снабжение имеющего объекты 1 потребителя электрической энергией производят от внешней сетевой трансформаторной подстанции 2 и параллельно подключенной к ней вырабатывающей без перетока во внешние сети электроэнергию когенерационной станции 3, оснащенной одним или группой когенераторов 4 с системой 5 утилизации сопутствующей тепловой энергии. Подачу энергии объектам 1 потребителя адаптируют к колебаниям текущей потребности в ней и ситуациям во внешних сетях, изменяя подаваемую мощность от максимальной до минимальной. Установочную мощность когенерационной станции 3, равную сумме номинальных мощностей когенераторов 4, формируют в интервале значений менее максимальной мощности внешней сетевой трансформаторной подстанции до минимальной мощности потребления электроэнергии указанным потребителем и используют ее в качестве резервной для непрерывного снабжения части 6 объектов 1 потребителя, для которых приоритетно необходим резерв в питании или непрерывность в электроснабжении и не отключаемых от указанной когенерационной станции 3 при отключениях внешней сетевой трансформаторной подстанции 2, и подключенных к ней остальных объектов 1 потребителя. Максимальную мощность потребления выделенной для приоритетного снабжения группы 6 объектов 1 потребителя принимают не выше установочной мощности когенерационной станции 3.

Объекты 1 потребителя снабжают тепловой энергией также от двух источников - внешнего, например котельной (на чертежах не показано), и от когенерационной станции 3, причем последнее производят в режиме приоритетного перед первым из указанных источников отвода от системы 5 утилизации сопутствующей тепловой энергии, выделенной в когенераторах 4 при фактическом уровне выработки электрической энергии.

Снабжение объектов 1 потребителя различной значимости по степени необходимого резервирования мощности для непрерывного снабжения и нормального режима эксплуатации производят при параллельном включении внешней сетевой транформаторной подстанции 2 и когенерационной станции 3. Упомянутая подстанция 2 содержит не менее одного понижающего сетевого трансформатора 7, подключенного через выключатель 8 с понижающей стороны трансформатора 7 к распределительной шине 9. Распределительная шина 9 выполнена из двух частей 10, 11, разъемно электрически соединенных между собой через выключатель 12. К одной части 10 распределительной шины 9, сообщенной через выключатель 8 непосредственно с сетевым трансформатором 7 с одной стороны, с другой стороны через пообъектные понижающие трансформаторы 13 и выключатели 14 подключают неприоритетную группу 15 объектов 1 потребителя, которые в ситуации, связанной с отключением внешней сетевой трансформаторной подстанции, отключают от снабжения электроэнергией до возобновления нормальной подачи тока от упомянутой подстанции 2. К другой части 11 распределительной шины 9 разъемно через выключатели 16 подключают когенераторы 4 станции 3 и через выключатели 17 и пообъектные понижающие трансформаторы 18 выделенную приоритетную группу 6 объектов 1 потребителя, для которых необходим резерв мощности и непрерывное снабжение электроэнергией, в том числе экстремальных ситуациях, связанных с отключением упомянутой подстанции 2. Максимальную потребляемую мощность объектов 1 потребителя выделенной приоритетной группы 6 принимают не превышающей установочной мощности когенераторов 4 станции 3, а последнюю принимают в интервале значений менее максимальной мощности внешней трансформаторной сетевой подстанции 2 до минимальной мощности потребления электроэнергии указанными объектами 1 потребителя. Для работы станции 3 в нормальном режиме энергоснабжения объектов 1 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 2, и подключают все когенераторы 4 к распределительной шине 9 упомянутой подстанции 2, выводят их, преимущественно, на постоянный режим работы с практически номинальной мощностью, равной в совокупности полной мощности когенерационной станции 3, при этом обеспечивают приоритетную подачу потребителю тока, вырабатываемого когенераторами 4 станции 3.

В экстремальном режиме при аварийном отключении внешней сетевой трансформаторной подстанции 2 снабжение объектов 1 потребителя производят от когенерационной станции 3, при этом отключают вторую часть 11 распределительной шины 9 от первой части 10 выключателем 12. Энергию подают только на выделенную приоритетную группу 6 объектов 1 потребителя через заложенную в систему управления когенерационной станции 3 программу управления работой когенераторов 4 в экстремальном режиме, например при отключенной упомянутой подстанции. Программа учитывает текущие изменения потребляемой мощности и адаптирует к ним вырабатываемую когенераторами 4 мощность, образуя сочетания из одновременно работающих когенераторов 4 с суммарной номинальной либо фактически вырабатываемой мощностью, не превышающей текущей мощности потребления путем выполнения операций автоматического подключения-отключения необходимого количества указанных 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 1 потребителя в экстремальных ситуациях отключения внешней сетевой трансформаторной подстанции 2, например аварийного, когенерационную станцию 3 оснащают когенераторами 4, номинальную мощность которых определяют исходя из условий их работы в экстремальных условиях по отношению минимальной мощности N_min потребления энергии объектами 1 потребителя, по крайней мере, для экстремального периода работы, предпочтительно, среднестатистического, к общей мощности N_оэ когенераторов 4 станции 3, 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 4 станции 3.

Для обеспечения оптимального снабжения объектов 1 потребителя в экстремальных ситуациях отключения внешней сетевой трансформаторной подстанции 2, например аварийного, когенерационную станцию 3 оснащают когенераторами 4, номинальную мощность которых определяют исходя из условий их работы в экстремальных условиях по отношению минимальной мощности N_min потребления энергии объектами 1 потребителя, по крайней мере, для экстремального периода работы, предпочтительно, среднестатистического, к общей мощности N_оэ когенераторов 4 станции 3, 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 4 станции 3.

Для обеспечения оптимального снабжения объектов 1 потребителя в экстремальных ситуациях отключения внешней сетевой трансформаторной подстанции 2, например аварийного, когенерационную станцию 3 оснащают когенераторами 4, номинальную мощность которых определяют исходя из условий их работы в экстремальных условиях по отношению минимальной мощности N_min потребления энергии объектами 1 потребителя, по крайней мере, для экстремального периода работы, предпочтительно, среднестатистического, к общей мощности N_оэ когенераторов 4 станции 3, 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 4 станции 3.

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 2, к общей мощности N_оэ когенераторов 4 станции 3, удовлетворяющем условию N_min/N_оэ≥D, когенерационную станцию 3 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 2, к общей мощности N_оэ когенераторов 4 станции 3, удовлетворяющем условию N_min/N_оэ≤D, когенерационную станцию 3 оснащают не менее чем двумя рабочими когенераторами, причем общее количество и суммарную мощность устанавливают покрывающей максимальную, в том числе пиковую нагрузку в сети объектов 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 с учетом обеспечения бесперебойной работы в упомянутых экстремальных ситуациях, принимают, предпочтительно, практически дробнократной общей мощности N_оэ рабочих когенераторов станции.

Когенерационную станцию 3 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.

Когенерационную станцию 3 оснащают, по меньшей мере, частично когенераторами 4, каждый из которых содержит моторгенератор 19, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания топливного газа.

Когенерационную станцию 3 оснащают, по меньшей мере, частично когенераторами 4, каждый из которых содержит моторгенератор 19, 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 3 оснащают, по меньшей мере, частично когенераторами 4, каждый из которых содержит моторгенератор 19, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания твердого топлива типа угля, торфа, дров, отходов сельскохозяйственного производства.

Когенерационную станцию 3 оснащают, по меньшей мере, частично когенераторами 4, каждый из которых содержит моторгенератор 19, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания экологически чистого топлива, например водорода.

Когенерационную станцию 3 оснащают, по меньшей мере, частично когенераторами 4, каждый из которых содержит моторгенератор 19, 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 1 потребителя электроэнергией, вырабатываемой на когенерационной станции 3, каждый когенератор 4 разъемно подключают через оснащенную выключателем 16 линию к распределительной шине 9 сетевой подстанции 2 с возможностью управляемого избирательного автономного подключения-отключения от снабжения потребителя вырабатываемой энергией, необходимого в режиме работы при выключенной внешней сетевой трансформаторной подстанции 2, причем указанные операции с задействованием или отключением когенераторов 4 осуществляют автоматически с помощью системы 20 контроля и управления выключателями 16 когенераторов 4.

Система 5 утилизации сопутствующей тепловой энергии состоит из котла-утилизатора 21 выхлопных газов моторгенератора 19, утилизационного теплообменника 22, отводящего тепло от моторгенератора 19, и аварийного радиатора 23.

Когенераторы 4 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°С до +50°С.

Способ реализуют следующим образом.

Когенерационную станцию 3 выполняют с частичным резервированием мощностей в объеме от равного минимальной мощности потребления электроэнергией до непревышающего максимальной мощности потребления электроэнергии в расчетные циклически повторяющиеся периоды времени, при этом когенераторы 4 станции 3 параллельно подключают к распределительной шине 9 сетевой трансформаторной подстанции 2 без возможности перетока вырабатываемой когенерационной станцией 3 электрической энергией во внешние сети. В нормальном режиме эксплуатации все объекты 1 потребителя получают электроэнергию от когенераторов 4 станции 3 и от внешней электрической сети, при этом когенераторы 4 работают с номинальной мощностью до тех пор, пока текущая мощность потребления электроэнергии объектами 1 потребителя не упадет ниже уровня суммарной номинальной мощности когенераторов 4. Если текущая мощность потребления электроэнергии становится ниже указанного уровня, автоматика последовательно отключает необходимое количество когенераторов 4. При возрастании мощности потребления осуществляют последовательное автоматическое включение когенераторов 4, необходимых для компенсации возникающего дефицита электроэнергии для покрытия его в первую очередь электроэнергией, вырабатываемой когенераторами 4.

В экстремальной ситуации при отключении сетевого питания, если когенераторы 4 не могут обеспечить текущей мощности потреблении электроэнергии все объекты 1 потребителя, включая неприоритетные по условиям снабжения электроэнергией, то выключателем 12 отключают часть 10 распределительной шины 9 с подсоединенными к ней неприоритетной группой 15 объектов 1 потребителя. Когенерационная станция 3 продолжает работать с номинальной мощностью когенераторов 4, обеспечивая прежде всего электроэнергией подключенную ко второй части 11 распределительной шины 9 вместе с когенераторами 4 приоритетную группу 6 объектов 1 потребителя, требующих непрерывного снабжения электроэнергией. При падении текущей мощности потребления ниже суммарной номинальной мощности когенераторов 4 производят автоматическое отключение необходимого числа когенераторов 4 с их последующим автоматическим включением при возрастании мощности потребления электроэнергии. Одновременно по трубопроводам теплоснабжения подают объектам 1 потребителя в преимущественном режиме перед котельной и, таким образом, утилизируют сопутствующую тепловую энергию, вырабатываемую когенераторами 4 станции 3.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к снабжающим потребителя электрической и сопутствующей тепловой энергией энергетическим комплексам. В способе энергоснабжения потребителя снабжение имеющего объекты потребителя электрической энергией производят от внешней сетевой трансформаторной подстанции и параллельно подключенной к ней вырабатывающей без перетока во внешние сети электроэнергию когенерационной станции, оснащенной одним или группой когенераторов с системой утилизации сопутствующей тепловой энергии. Подачу энергии потребителю адаптируют к колебаниям текущей потребности в ней и ситуациям во внешних сетях, изменяя подаваемую мощность от максимальной до минимальной, а установочную мощность когенерационной станции, равную сумме номинальных мощностей когенераторов, формируют в интервале значений менее максимальной мощности внешней сетевой трансформаторной подстанции до минимальной мощности потребления электроэнергии указанным потребителем и используют ее в качестве резервной, непрерывно снабжающей часть объектов потребителя. Технический результат предложенного способа заключается в повышении надежности снабжения объектов потребителя электроэнергией в аварийных ситуация, что позитивно влияет на общую инфраструктуру городской среды. 15 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ энергоснабжения потребителя, характеризующийся тем, что снабжение имеющего объекты потребителя электрической энергией производят от внешней сетевой трансформаторной подстанции и параллельно подключенной к ней вырабатывающей без перетока во внешние сети электроэнергию когенерационной станции, оснащенной одним или группой когенераторов с системой утилизации сопутствующей тепловой энергии, при этом подачу энергии потребителю адаптируют к колебаниям текущей потребности в ней и ситуациям во внешних сетях, изменяя подаваемую мощность от максимальной до минимальной, а установочную мощность когенерационной станции, равную сумме номинальных мощностей когенераторов, формируют в интервале значений менее максимальной мощности внешней сетевой трансформаторной подстанции до минимальной мощности потребления электроэнергии указанным потребителем, и используют ее в качестве резервной, непрерывно снабжающей часть объектов потребителя, для которых приоритетно необходим резерв в питании или непрерывность в электроснабжении, и не отключаемых от указанной когенерационной станции при отключениях внешней сетевой трансформаторной подстанции и подключенных к ней остальных объектов потребителя, при этом максимальную мощность потребления выделенной для приоритетного снабжения группы объектов потребителя принимают не выше установочной мощности когенерационной станции, кроме того, объекты потребителя снабжают тепловой энергией также от двух источников -внешнего, например котельной, и от когенерационной станции, причем последнее производят в режиме приоритетного перед первым из указанных источников отвода от системы утилизации сопутствующей тепловой энергии, образующейся при фактическом уровне выработки когенераторами электрической энергии.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что снабжение объектов потребителя различной значимости по степени необходимого резервирования мощности для непрерывного снабжения практически в любых ситуациях, включая экстремальные, связанные с аварийным прекращением подачи энергии от внешней сетевой трансформаторной подстанции, производят при параллельном включении упомянутой сетевой подстанции и когенерационной станции, при этом внешняя сетевая трансформаторная подстанция содержит не менее одного понижающего сетевого трансформатора, подключенного через выключатель с понижающей стороны трансформатора к распределительной шине, которая выполнена из двух частей, разъемно электрически соединенных между собой через выключатель, причем к одной части распределительной шины, сообщенной через выключатель непосредственно с сетевым трансформатором с одной стороны, с другой стороны подключают группу объектов потребителя, которые в ситуации, связанной с отключением внешней сетевой трансформаторной подстанции, отключают от снабжения электроэнергией до возобновления нормальной подачи тока от упомянутой подстанции, а к другой части распределительной шины разъемно через выключатели подключают когенераторы станции и выделенную приоритетную группу объектов потребителя, для которых необходим резерв мощности и непрерывное снабжение электроэнергией, в том числе экстремальных ситуациях, связанных с отключением упомянутой подстанции, при этом максимальную потребляемую мощность объектов потребителя выделенной приоритетной группы принимают не превышающей установочную мощность когенераторов станции, а последнюю принимают в интервале значений от менее максимальной мощности внешней трансформаторной сетевой подстанции до минимальной мощности потребления электроэнергии указанными объектами потребителя, причем для работы станции в нормальном режиме энергоснабжения объекты 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 когенерационной станции, при этом обеспечивают приоритетную подачу потребителю тока, вырабатываемого когенераторами станции.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в экстремальном режиме при аварийном отключении внешней сетевой трансформаторной подстанции снабжение объектов потребителя производят от когенерационной станции, при этом отключают вторую часть распределительной шины от первой части выключателем, при этом энергию подают только на выделенную приоритетную группу объектов потребителя через заложенную в систему управления когенерационной 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 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, исходя из условий 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, исходя из условий 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 потребителя в экстремальных ситуациях отключения внешней сетевой трансформаторной подстанции, например аварийного, когенерационную станцию оснащают когенераторами, номинальную мощность которых определяют, исходя из условий 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 сетевой 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 возможностью последующей работы смонтированных когенераторов в диапазоне температур наружного воздуха от -60 до +50°С.