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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Поставленная задача решается за счет того, что энергетический комплекс, согласно изобретению, включает образующие систему энергоснабжения, имеющего снабжаемые объекты потребителя, - когенерационную станцию, внешнюю сетевую трансформаторную подстанцию и внешний источник теплоснабжения, например котельную, при этом когенерационная станция параллельно без перетока во внешние сети вырабатываемой в ней энергии подключена к упомянутой сетевой трансформаторной подстанции, включает не менее одного, предпочтительно, группу дифференцированно сообщенных с объектами потребителя по вырабатываемой электрической и сопутствующей тепловой энергии когенераторов, каждый из которых содержит мотор-генератор и систему утилизации сопутствующей тепловой энергии, кроме того, комплекс выполнен с возможностью адаптации к колебаниям текущей потребности в энергии и ситуациям во внешних сетях с изменением потребляемой мощности от максимальной до минимальной, а установочная мощность когенерационной станции принята в интервале значений от величины, менее максимальной мощности внешней сетевой трансформаторной подстанции до минимальной мощности потребления электроэнергии указанным объектом потребителя, при этом из объектов потребителя выделена приоритетная группа, которая в качестве снабжения резервной мощностью подключена к когенерационной станции с обеспечением возможности непрерывной подачи электроэнергии, в том числе в ситуациях, связанных с отключением внешней сетевой трансформаторной подстанции, а максимальная мощность потребления электроэнергии для упомянутой приоритетной группы объектов потребителя принята не выше установочной мощности когенерационной станции, причем когенераторы закоммутированы с возможностью работы при отключенной внешней сетевой трансформаторной подстанции с последовательным или избирательным отключением одного или части из них при нарастающем превышении суммарной вырабатываемой мощности над текущей мощностью потребления выше установленного предела, например, на величину более номинальной мощности одного когенератора и с последовательным или избирательным включением их при нарастающем увеличении текущей мощности потребления, при этом каждый когенератор станции закоммутирован через теплоноситель с внешним источником теплоснабжения объекта потребителя с возможностью приоритетного перед указанным источником отвода из системы утилизации и подачи объекту потребителя сопутствующей тепловой энергии, количественно адекватной ситуационно адаптированному текущему уровню выработки когенераторами электрической энергии.

При этом внешняя сетевая трансформаторная подстанция выполнена понижающей, может быть подключена с высокой стороны к высоковольтной линии, например, с напряжением 35 кВ и оснащена не менее чем одним сетевым понижающим трансформатором, преимущественно, масляным или сухим, обеспечивающим понижение напряжения, предпочтительно, не менее чем до 10 или 6 кВ и распределительной шиной для подключения к ней объектов потребителя и когенераторов, при этом распределительная шина выполнена из разъемно соединенных через выключатель двух частей, одна из которых подключена через выключатель к понижающей стороне сетевого трансформатора и к ней через пообъектные понижающие трансформаторы и выключатели подключены объекты неприоритетной группы потребителя, а к другой части распределительной шины через выключатели подключены когенераторы станции и дополнительно через пообъектные понижающие трансформаторы и выключатели подключены объекты приоритетной группы потребителя.

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

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

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

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

Снабжаемые электрической энергией упомянутый объект или объекты потребителя могут быть подключены через понижающие трансформаторы, например, с параметрами преобразования напряжения 6,0/0,4 кВ или 10,0/0,4 кВ, а также через отдельные и/или групповые выключатели к распределительной шине внешней сетевой трансформаторной подстанции, которая выполнена, преимущественно, понижающей, например, с параметрами понижения напряжения 35/6 кВ и мощностью 10000-170000 кВА.

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

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

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

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

При отношении минимальной мощности потребления в электрической сети потребителя N_min для экстремального периода работы когенерационной станции при отключенной сетевой подстанции к общей мощности N_оэ когенераторов станции, удовлетворяющем условию N_min/N_оэ≤D, когенерационная станция может содержать не менее двух рабочих когенераторов, причем общее количество и суммарная мощность когенераторов станции принята покрывающей максимальную для указанного, преимущественно среднестатистического экстремального периода работы, в том числе возможную пиковую нагрузку в электрической сети потребителя, при этом номинальная мощность, по меньшей мере, большей части когенераторов, предпочтительно, принята практически дробно-кратной общей мощности N_оэ рабочих когенераторов станции.

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

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

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

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

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

По меньшей мере, один когенератор станции может содержать мотор-генератор, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет универсального сжигания автономного с перенастройкой или в любом сочетании газообразного, жидкого и/или твердого топлива любых типов.

Когенерационная станция может содержать когенераторы, работающие на монотопливе, например на газе или вариабельных сочетаниях различных видов топлива.

Каждый когенератор станции может иметь оснащенную выключателем линию разъемного подключения через указанный выключатель к распределительной шине внешней сетевой трансформаторной подстанции с возможностью управляемого избирательного автономного отключения-подключения, по меньшей мере, по вырабатываемой им электроэнергии к электрической сети указанного регионального потребителя при отключении указанной шины от сетевого понижающего трансформатора подстанции, для чего когенерационная станция оснащена системой контроля и управления выключателями когенераторов.

Когенераторы могут быть выполнены в модульном исполнении и смонтированы в транспортабельных контейнерах, допускающих гибкое сочетание и образование объемно-планировочных композиций на подготовленной площадке, в том числе, открытого типа с температурой наружного воздуха от -60°С до +50°С и выполнение указанной станции в приведенном выше диапазоне установочной мощности.

Технический результат, достигаемый приведенной совокупностью признаков, заключается в повышении надежности работы электроэнергетического комплекса 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.

Энергетический комплекс 1 включает образующие систему энергоснабжения, имеющего снабжаемые объекты 2 потребителя, - когенерационную станцию 3, внешнюю сетевую трансформаторную подстанцию 4 и внешний источник теплоснабжения, например котельную (не показано). Когенерационная станция параллельно без перетока во внешние сети вырабатываемой в ней энергии подключена к упомянутой сетевой трансформаторной подстанции 4, включает не менее одного, предпочтительно, группу дифференцированно сообщенных с объектами 2 потребителя по вырабатываемой электрической и сопутствующей тепловой энергии когенераторов 5. Каждый когенератор 5 содержит мотор-генератор 6 и систему 7 утилизации сопутствующей тепловой энергии.

Энергетический комплекс 1 выполнен с возможностью адаптации к колебаниям текущей потребности в энергии и ситуациям во внешних сетях с изменением потребляемой мощности от максимальной до минимальной, а установочная мощность когенерационной станции 3 принята в интервале значений от величины, менее максимальной мощности внешней сетевой трансформаторной подстанции 4 до минимальной мощности потребления электроэнергии указанным объектом 2 потребителя. Из объектов 2 потребителя выделена приоритетная группа 8, которая в качестве снабжения резервной мощностью подключена к когенерационной станции 3 с обеспечением возможности непрерывной подачи электроэнергии, в том числе в ситуациях, связанных с отключением внешней сетевой трансформаторной подстанции 4. Максимальная мощность потребления электроэнергии для упомянутой приоритетной группы 8 объектов 2 потребителя принята не выше установочной мощности когенерационной станции 3. Когенераторы 5 закоммутированы с возможностью работы при отключенной внешней сетевой трансформаторной подстанции 4 с последовательным или избирательным отключением одного или части из них при нарастающем превышении суммарной вырабатываемой мощности над текущей мощностью потребления выше установленного предела, например, на величину, более номинальной мощности одного когенератора 5, и с последовательным или избирательным включением их при нарастающем увеличении текущей мощности потребления. Каждый когенератор 5 станции 3 закоммутирован по трубопроводам 9 с теплоносителем с внешним источником теплоснабжения объекта 2 потребителя с возможностью приоритетного перед указанным источником отвода из системы 7 утилизации и подачи объекту 2 потребителя сопутствующей тепловой энергии, количественно адекватной ситуационно адаптированному текущему уровню выработки когенераторами 5 электрической энергии.

Сетевая подстанция 4 выполнена понижающей, подключена с высокой стороны к высоковольтной линии, например, с напряжением 35 кВ и оснащена не менее чем одним сетевым понижающим трансформатором 10, преимущественно, масляным или сухим, обеспечивающим понижение напряжения, предпочтительно, не менее чем до 10 или 6 кВ и распределительной шиной 11 для подключения к ней объектов 2 потребителя и когенераторов 5. Распределительная шина 11 выполнена из разъемно соединенных через выключатель 12 двух частей 13, 14. Одна часть 13 распределительной шины 11 подключена через выключатель 15 к понижающей стороне сетевого трансформатора 10 и к ней через пообъектные понижающие трансформаторы 16 и выключатели 17 подключены объекты потребителя неприоритетной группы 18. К другой части 14 распределительной шины 11 через выключатели 19 подключены когенераторы 5 станции и дополнительно через пообъектные понижающие трансформаторы 20 и выключатели 21 подключены объекты 2 потребителя приоритетной группы 8.

Потребитель энергии состоит из отдельных объектов 2, например, в том числе жилых зданий с электрическими или газовыми плитами, не менее чем одной поликлиники, торгового центра, учебного заведения, городской или районной котельной, водопроводной станции. Упомянутые объекты 2 или их группы снабжены трансформаторами 16, 20, понижающими напряжение не менее чем до 0,4 кВ.

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

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

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

Снабжаемые электрической энергией упомянутые объекты 2 потребителя подключены через понижающие трансформаторы 16, 20, например, с параметрами преобразования напряжения 6,0/0,4 кВ или 10,0/0,4 кВ, а также через отдельные и/или групповые выключатели 17, 21 к распределительной шине 11 внешней сетевой трансформаторной подстанции 4, которая выполнена, преимущественно, понижающей, например, с параметрами понижения напряжения 35/6 кВ и мощностью 10000-120000 кВА.

Когенерационная станция 3 укомплектована когенераторами 5, номинальная мощность которых определена с учетом работы в экстремальных условиях при отключенной сетевой подстанции 4 и зависит от отношения минимальной мощности

N_min потребления энергии объектами 2 потребителя, по крайней мере, для экстремального периода работы к общей мощности N_оэ когенераторов 5 станции 3, покрывающей, в том числе, максимальную возможную нагрузку в сети для указанного и аналогичных периодов. Электрическая загрузка при этом каждого когенератора 5 от момента его включения до остановки принята не ниже допустимой минимальной долевой загрузки D, составляющей, предпочтительно, не менее 70% номинальной мощности соответствующего когенератора 5 станции 3.

Когенерационная станция 3 укомплектована когенераторами 5, номинальная мощность которых определена с учетом работы в экстремальных условиях при отключенной сетевой подстанции 4 и зависит от отношения минимальной мощности

N_min потребления энергии объектами 2 потребителя, по крайней мере, для экстремального периода работы к общей мощности N_оэ когенераторов 5 станции 3, покрывающей, в том числе, максимальную возможную нагрузку в сети для указанного и аналогичных периодов. Электрическая загрузка при этом каждого когенератора 5 от момента его включения до остановки принята не ниже допустимой минимальной долевой загрузки D, составляющей, предпочтительно, не менее 50% номинальной мощности соответствующего когенератора 5 станции 3.

Когенерационная станция 3 укомплектована когенераторами 5, номинальная мощность которых определена с учетом работы в экстремальных условиях при отключенной сетевой подстанции 4 и зависит от отношения минимальной мощности

N_min потребления энергии объектами 2 потребителя, по крайней мере, для экстремального периода работы к общей мощности N_оэ когенераторов 5 станции 3, покрывающей, в том числе, максимальную возможную нагрузку в сети для указанного и аналогичных периодов. Электрическая загрузка при этом каждого когенератора 5 от момента его включения до остановки принята не ниже допустимой минимальной долевой загрузки D, составляющей, предпочтительно, не менее 30% номинальной мощности соответствующего когенератора 5 станции 3.

При отношении минимальной мощности потребления в электрической сети объекта 2 потребителя N_min для экстремального периода работы когенерационной станции 3 при отключенной сетевой подстанции 4 к общей мощности N_оэ когенераторов 5 станции 3, удовлетворяющем условию N_min/N_оэ≥D, для когенерационной станции 3 минимально достаточен один рабочий когенератор 5 при наличии в ее составе, предпочтительно, не менее одного дополнительного резервного когенератора такой же номинальной мощности.

При отношении минимальной мощности потребления в электрической сети объекта 2 потребителя N_min для экстремального периода работы когенерационной станции 3 при отключенной сетевой подстанции 4 к общей мощности N_оэ когенераторов 5 станции 3, удовлетворяющем условию N_min/N_оэ≤D когенерационная станция 3 содержит не менее двух рабочих когенераторов, причем общее количество и суммарная мощность когенераторов 5 станции 3 принята покрывающей максимальную для указанного, преимущественно среднестатистического экстремального периода работы, в том числе возможную пиковую нагрузку в электрической сети объекта 2 потребителя, при этом номинальная мощность, по меньшей мере, большей части когенераторов 5, предпочтительно, принята практически дробно-кратной общей мощности N_оэ рабочих когенераторов станции.

Когенерационная станция 3, исходя из условий экстремальной работы в периоды, связанные с отключением сетевой подстанции 4 оснащена, по меньшей мере, одним резервным когенератором, номинальной мощностью не менее номинальной мощности, по меньшей мере, одного рабочего когенератора 5, предпочтительно, преобладающего по указанному параметру в составе когенерационной станции 3.

По меньшей мере, один когенератор 5 станции 3 содержит мотор-генератор 6, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания газового топлива.

По меньшей мере, один когенератор 5 станции 3 содержит мотор-генератор 6, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания жидкого топлива типа бензина, реактивного, дизельного, синтетического топлива типа метанола, растительных масел, нефти или мазута.

По меньшей мере, один когенератор 5 станции 3 содержит мотор-генератор 6, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания твердого топлива типа угля, торфа, дров, отходов сельскохозяйственного производства.

По меньшей мере, один когенератор 5 станции 3 содержит мотор-генератор 6, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания экологически чистого топлива, например водорода.

По меньшей мере, один когенератор 5 станции 3 содержит мотор-генератор 6, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет универсального сжигания автономного с перенастройкой или в любом сочетании газообразного, жидкого и/или твердого топлива любых типов.

Когенерационная станция 3 содержит когенераторы 5, работающие на монотопливе, например, на газе или вариабельных сочетаниях различных видов топлива.

Каждый когенератор 5 станции 3 имеет оснащенную выключателем 19 линию разъемного подключения через указанный выключатель к распределительной шине 11 сетевой подстанции 4 с возможностью управляемого избирательного автономного отключения-подключения, по меньшей мере, по вырабатываемой им электроэнергии к электрической сети объекта 2 потребителя при отключении указанной шины 11 от сетевого понижающего трансформатора 10 подстанции 4, для чего когенерационная станция 3 оснащена системой 22 контроля и управления выключателями 19 когенераторов 5.

Система 6 утилизации сопутствующей тепловой энергии состоит из котла-утилизатора 23 выхлопных газов мотор-генератора 6, утилизационного теплообменника 24, отводящего тепло от мотор-генератора, и аварийного радиатора 25.

Когенераторы 5 выполнены в модульном исполнении и смонтированы в транспортабельных контейнерах, допускающих гибкое сочетание и образование объемно-планировочных композиций на подготовленной площадке, в том числе, открытого типа с температурой наружного воздуха от -60°С до +50°С и выполнение указанной станции 3 в приведенном выше диапазоне установочной мощности.

Работает предлагаемый энергетический комплекс 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 5 станции 3 параллельно подключают к распределительной шине 11 сетевой трансформаторной подстанции без возможности перетока вырабатываемой когенерационной станцией 3 электрической энергии во внешние сети. В нормальном режиме эксплуатации все объекты 2 потребителя получают электроэнергию от когенераторов 5 станции 3 и от внешней электрической сети, при этом когенераторы 5 работают с номинальной мощностью до тех, пор пока текущая мощность потребления электроэнергии объектами 2 потребителя не упадет ниже уровня, суммарной номинальной мощности когенераторов 5. Если текущая мощность потребления электроэнергии становится ниже указанного уровня, автоматика последовательно отключает необходимое количество когенераторов 5. При возрастании мощности потребления осуществляют последовательное автоматическое включение когенераторов 5, необходимых для компенсации возникающего дефицита электроэнергии для покрытия его в первую очередь электроэнергией, вырабатываемой когенераторами 5.

В экстремальной ситуации при отключении сетевого питания, если когенераторы 5 не могут обеспечить текущей мощности потребления электроэнергии все объекты 2 потребителя, включая неприоритетные по условиям снабжения электроэнергией, то выключателем 12 отключают часть 13 распределительной шины 11 с подсоединенной к ней неприоритетной группой 18 объектов 2 потребителя. Когенерационная станция 3 продолжает работать с номинальной мощностью когенераторов 5, обеспечивая прежде всего электроэнергией подключенную ко второй части 14 распределительной шины 11 вместе с когенераторами 5 приоритетную группу 8 объектов 2 потребителя, требующих непрерывного снабжения электроэнергией. При падении текущей мощности потребления ниже суммарной номинальной мощности когенераторов 5 производят автоматическое отключение необходимого числа когенераторов 5 с их последующим автоматическим включением при возрастании мощности потребления электроэнергии. Одновременно по трубопроводам теплоснабжения подают объектам 2 потребителя в преимущественном режиме перед котельной и таким образом утилизируют сопутствующую тепловую энергию, вырабатываемую когенераторами 5 станции 3.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к снабжающим потребителя электрической и сопутствующей тепловой энергией энергетическим комплексам. Энергетический комплекс включает образующие систему энергоснабжения, имеющего снабжаемые объекты потребителя, - когенерационную станцию, внешнюю сетевую трансформаторную подстанцию и внешний источник теплоснабжения, например котельную. Когенерационная станция параллельно без перетока во внешние сети вырабатываемой в ней энергии подключена к упомянутой сетевой трансформаторной подстанции, включает не менее одного, предпочтительно, группу дифференцированно сообщенных с объектами потребителя по вырабатываемой электрической и сопутствующей тепловой энергии когенераторов, каждый из которых содержит мотор-генератор и систему утилизации сопутствующей тепловой энергии. Комплекс также выполнен с возможностью адаптации к колебаниям текущей потребности в энергии и ситуациям во внешних сетях с изменением потребляемой мощности от максимальной до минимальной, а установочная мощность когенерационной станции принята в интервале значений от величины, менее максимальной мощности внешней сетевой трансформаторной подстанции до минимальной мощности потребления электроэнергии указанным объектом потребителя. Электроэнергетический комплекс обеспечивает надежность и эффективность в работе при улучшении экологии. 20 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Энергетический комплекс, характеризующийся тем, что он включает образующие систему энергоснабжения, имеющего снабжаемые объекты потребителя, - когенерационную станцию, внешнюю сетевую трансформаторную подстанцию и внешний источник теплоснабжения, например котельную, при этом когенерационная станция параллельно без перетока во внешние сети вырабатываемой в ней энергии подключена к упомянутой сетевой трансформаторной подстанции, включает не менее одного, предпочтительно группу дифференцированно сообщенных с объектами потребителя по вырабатываемой электрической и сопутствующей тепловой энергии когенераторов, каждый из которых содержит мотор-генератор и систему утилизации сопутствующей тепловой энергии, кроме того, комплекс выполнен с возможностью адаптации к колебаниям текущей потребности в энергии и ситуациям во внешних сетях с изменением потребляемой мощности от максимальной до минимальной, а установочная мощность когенерационной станции принята в интервале значений от величины менее максимальной мощности внешней сетевой трансформаторной подстанции до минимальной мощности потребления электроэнергии указанным объектом потребителя, при этом из объектов потребителя выделена приоритетная группа, которая в качестве снабжения резервной мощностью подключена к когенерационной станции с обеспечением возможности непрерывной подачи электроэнергии, в том числе в ситуациях, связанных с отключением внешней сетевой трансформаторной подстанции, а максимальная мощность потребления электроэнергии для упомянутой приоритетной группы объектов потребителя принята не выше установочной мощности когенерационной станции, причем когенераторы закоммутированы с возможностью работы при отключенной внешней сетевой трансформаторной подстанции с последовательным или избирательным отключением одного или части из них при нарастающем превышении суммарной вырабатываемой мощности над текущей мощностью потребления выше установленного предела, например, на величину более номинальной мощности одного когенератора и с последовательным или избирательным включением их при нарастающем увеличении текущей мощности потребления, при этом каждый когенератор станции закоммутирован через теплоноситель с внешним источником теплоснабжения объекта потребителя с возможностью приоритетного перед указанным источником отвода из системы утилизации и подачи объекту потребителя сопутствующей тепловой энергии, количественно адекватной ситуационно адаптированному текущему уровню выработки когенераторами электрической энергии.

2. Энергетический комплекс по п.1, отличающийся тем, что внешняя сетевая трансформаторная подстанция выполнена понижающей, подключена с высокой стороны к высоковольтной линии, например, с напряжением 35 кВ и оснащена не менее чем одним сетевым понижающим трансформатором, преимущественно масляным или сухим, обеспечивающим понижение напряжения предпочтительно не менее чем до 10 или 6 кВ, и распределительной шиной для подключения к ней объектов потребителя и когенераторов, при этом распределительная шина выполнена из разъемно соединенных через выключатель двух частей, одна из которых подключена через выключатель к понижающей стороне сетевого трансформатора и к ней через пообъектные понижающие трансформаторы и выключатели подключены объекты неприоритетной группы потребителя, а к другой части распределительной шины через выключатели подключены когенераторы станции и дополнительно через пообъектные понижающие трансформаторы и выключатели подключены объекты приоритетной группы потребителя.

3. Энергетический комплекс по п.2, отличающийся тем, что потребитель энергии состоит из отдельных объектов, например в том числе жилых зданий с электрическими или газовыми плитами, не менее чем одной поликлиники, торгового центра, учебного заведения, городской или районной котельной, водопроводной станции, при этом упомянутые объекты или их группы снабжены трансформаторами, понижающими напряжение не менее чем до 0,4 кВ.

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

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

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

7. Энергетический комплекс по п.2, отличающийся тем, что снабжаемые электрической энергией упомянутый объект или объекты потребителя подключены через понижающие трансформаторы, например, с параметрами преобразования напряжения 6,0/0,4 или 10,0/0,4 кВ, а также через отдельные и/или групповые выключатели к распределительной шине внешней сетевой трансформаторной подстанции, которая выполнена преимущественно понижающей, например, с параметрами понижения напряжения 35/6 кВ и мощностью 10000-170000 кВ·А.

8. Энергетический комплекс по п.1, отличающийся тем, что когенерационная станция укомплектована когенераторами, номинальная мощность которых определена с учетом работы в экстремальных условиях при отключенной внешней сетевой трансформаторной подстанции и зависит от отношения минимальной мощности N_min потребления энергии объектами потребителя, по крайней мере, для экстремального периода работы к общей мощности N_ОЭ когенераторов станции, покрывающей, в том числе, максимальную возможную нагрузку в сети для указанного и аналогичных периодов, при этом электрическая загрузка каждого когенератора от момента его включения до остановки принята не ниже допустимой минимальной долевой загрузки D, составляющей предпочтительно не менее 70% от номинальной мощности соответствующего когенератора станции.

9. Энергетический комплекс по п.1, отличающийся тем, что когенерационная станция укомплектована когенераторами, номинальная мощность которых определена с учетом работы в экстремальных условиях при отключенной внешней сетевой трансформаторной подстанции и зависит от отношения минимальной мощности N_min потребления энергии объектами потребителя, по крайней мере, для экстремального периода работы к общей мощности N_ОЭ когенераторов станции, покрывающей, в том числе, максимальную возможную нагрузку в сети для указанного и аналогичных периодов, при этом электрическая загрузка каждого когенератора от момента его включения до остановки принята не ниже допустимой минимальной долевой загрузки D, составляющей предпочтительно не менее 50% от номинальной мощности соответствующего когенератора станции.

10. Энергетический комплекс по п.1, отличающийся тем, что когенерационная станция укомплектована когенераторами, номинальная мощность которых определена с учетом работы в экстремальных условиях при отключенной внешней сетевой трансформаторной подстанции и зависит от отношения минимальной мощности N_min потребления энергии объектами потребителя, по крайней мере, для экстремального периода работы к общей мощности N_ОЭ когенераторов станции, покрывающей, в том числе, максимальную возможную нагрузку в сети для указанного и аналогичных периодов, при этом электрическая загрузка каждого когенератора от момента его включения до остановки принята не ниже допустимой минимальной долевой загрузки D, составляющей предпочтительно не менее 30% от номинальной мощности соответствующего когенератора станции.

11. Энергетический комплекс по любому из пп.8-10, отличающийся тем, что при отношении минимальной мощности потребления в электрической сети потребителя N_min для экстремального периода работы когенерационной станции при отключенной сетевой подстанции к общей мощности N_ОЭ когенераторов станции, удовлетворяющем условию N_min/N_ОЭ≥D, для когенерационной станции минимально достаточен один рабочий когенератор при наличии в ее составе предпочтительно не менее одного дополнительного резервного когенератора такой же номинальной мощности.

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

13. Энергетический комплекс по любому из пп.8-10, отличающийся тем, что когенерационная станция, исходя из условий экстремальной работы в периоды, связанные с отключением внешней сетевой трансформаторной подстанции, оснащена, по меньшей мере, одним резервным когенератором номинальной мощностью не менее номинальной мощности, по меньшей мере, одного рабочего когенератора, предпочтительно преобладающего по указанному параметру в составе когенерационной станции.

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

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

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

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

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

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

20. Энергетический комплекс по п.1, отличающийся тем, что каждый когенератор станции имеет оснащенную выключателем линию разъемного подключения через указанный выключатель к распределительной шине внешней сетевой трансформаторной подстанции с возможностью управляемого избирательного автономного отключения-подключения, по меньшей мере, по вырабатываемой им электроэнергии к электрической сети указанного регионального потребителя при отключении указанной шины от сетевого понижающего трансформатора подстанции, для чего когенерационная станция оснащена системой контроля и управления выключателями когенераторов.

21. Энергетический комплекс по п.1, отличающийся тем, что когенераторы выполнены в модульном исполнении и смонтированы в транспортабельных контейнерах, допускающих гибкое сочетание и образование объемно-планировочных композиций на подготовленной площадке, в том числе открытого типа, с температурой наружного воздуха от -60 до +50°С и выполнение указанной станции в приведенном выше диапазоне установочной мощности.