Энергетическая система Советский патент 1980 года по МПК H02J15/00 

1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к энергетическим системам с накопителями электрической энергии, и может быть исполь- , зовано для временного.выравнивания нагрузки в энергосистеме.

Известны энергетические системы, включающие гидроаккумулирующую электрическую станцию с линией электро- передачи и приемниками электрической энергии 11.

Гидроаккумулирующие электростанции обычно включают в себя либо обратиьие гидроагрегаты с турбиной и 15 генератором, которые могут работать как мотор-насос, либо специальные насосы для перекачки воды из нижнего бьефа в верхнийВ период минимального потребления электрической энёр--20 гии в энергористеме. При перекачке воды из нижнего бьефа в верхний происходит преобразование электрической энергии в потенциальную энергию воды, которая накапливается в 25 верхнем бьефе, играющем роль накопителя энергии. Накопленная энергия используется для приведения в действие генераторов станции и выработки энергии в период пикового потребле- 30

НИН электрической энергии в энергосистеме как резерв мгновенного ввода и т.д. Известные энергосистеки нашли применение на практике, однако для создания гидроаккумулирующих э.аектростанций требуется определенное сочетание природных условий, капитальные вложения, а сроки их сооружения достаточно велики. Кроме того, создание больших водохранилищ само по себе нарушает сложившееся равновесие в окружающей Среде.

Известна также наиболее близкая к изобретению энергетическая система, включающая электрическую стант цию с линией электропередачи, приемники электрической энергии, преобразователь электрической энергии в энергию сжиженного газа (электролизер для получения водорода и кислорода из воды и сжижители газов), накопители сжиженного газа и преобразователь энергии сжиженного газа в электрическую энергию 2.

В данной системе в качестве энер гоносителя используется (наряду с электроэнергией) водород; при преобразовании его в электрическую энергию он используется в качестве топлива. Однако установки и техноло гня по лучения водорода весьма сложны; освоенная промлшленностью технология производства водорода основывается на использовании природных горючих материалов запасы которых огргшкчеНЫ-. Перспективная технология получения водорода - электролизом из во ды - достаточно сложна и требует специальной очистки водда. Кроме того, природные запасы воды также не безграничны. ;При сжигании водорода в атмосфере воздуха образуются окислы азота, 1 загрязняющие атмосферу. При этом i способность к утечке, скорость рассеяния, воспламеняемость у водорода I и его производных значительно больше, чем у традиционных видов топли ва, что предъявляет повышенные требования к технике безопасности в та ких системах, усложняет сами систе; мы и их эксплуатацию. Цель изобретения - повышение эко номичности и упрощение, эксплуатации i энергетической система, а также уменьшение влияния системы на окру: жающую среду. i Указанная цель достигается тем, 1 что в энергетической системе эклю: чающей электрическую станцию с лини i ей электропередачи, приемники элект 1 рической энергии, преобразователь i электрической энергии в энергию I сжиженного газа, накопители сжижен: ного газа и преобразователь энергии ; сжиженного газа в электрическую энергию, преобразователь электричес кой энергии в энергию сжиженного га за выполнен в виде двух агрегатов агрегата сжижения и агрегата р.аздал ния воздуха на азот и кислород, а преобразователь энергии слсиженного газа выполнен в виде газотурбоагрегата, турбина которого подсоеди нена к накопителю сжиженного азота через промежуточный теплообменный аппарат, а турбогенератор к линии электропередачи. Электрическая станция может быть выполнена тепловой, причем холодильники энергоагрегатов указанной элект ростанции совмещены с промежуточным тегшообменным аппаратом газотурбоагрегата. Турбогенератор газотурбоагрегата может быть соединен непосредственно с приемниками электрической энергии через дополнительную линию электропередачи . Жидкий и газообразный азот являются химически нейтральными веществами, что упрощает меры, вызывае ые требованиями техники безопасности к соответственно упрощает эксплуатацию системы. Кроме того, при использовании азота в предлагаемой энергосистеме он не подвергается химическим изменениям, а лишь изменяется его физическое состояние (газ - жидкость газ), вследствие чего не образуется соединений, способных загрязнять атмосферу. Появляется возмозКность получения сбалансированного кругово рота азота в цикле: атмосфера - аппараты, получения ЖИДК01Ю азота - механиз ы преобразования энергии жидко го азота в электроэнергию - газообразный азот - атмосфера. Благодаря высокому содержанию азота в атмосфере (78,80%) и высокой подвижности газа при функционировании предлагаемой системы состав атмосферы в окружающей систему среде практически не изменяется. Применение предлагаемой энергетической системы наиболее целесообразно в тех случаях, когда в течение суток существует значительная разнице между пиковыми нагрузками в энергосистеме и нагрузками в часы минимального потребления, однако принципиально возможны и другие случаи использования предлагаемой энергосисTeNiH. Электрическая станция в предлагаемой системе ьюжет быть выполнена в виде тепловой; в этом случае холодильники электроахрагатов электростанции, в которых происходит охлаждение конденсата, целесообразно конструктивно совместить с промежуточным теплообменным аппаратом газотурбоагрегата. Благодаря этому осуществляется теплообмен между конденсатом тепловой станции и парогазом азота, в результате чего повымается КПД отдельных агрегатов и энергосистемы в целом.(5 Описанная энергетическая система может быть снабжена гаюке дополнительной линией элвктропере.ца-иг „ соединяющей турбогенератор газотурбоагрегата непосредственно с приемникамг электрической энергии, В случае, если прие лники э ектрической энергии расположены на расстоянии, позволяющем осуществлять их электроснабжение на генераторном напряжении, т,е трансформации это позволяет уменьшить потери энергии и расчетный пик энергии в системе, что ведет к сокршдению затрат на ее сооружение, На чертеже призеденэ. блок-схема энергосистемы. Приведенный на чертеже вариант выполнения энергосистемы включает тепловую электрическую станцт-по 1, соединенную через подстанцию 2 с линией 3 электропередачи, преобразователь 4 электрической энергии в энергию жидкого азота (агрегат ежижения и разделения воздуха на азот и кислород), получающий электроэнергию от электростанции 1 по линии 5, накопители 6 и 7 сжиженного газа азота и кислорода соответственно (емкости с тепловой изоляцией).

К накопителю жидкого азота через промежуточный теплообменный аппарат 8 подсоединена газовая турбина 9. Аппарат 8 может быть конструктивно ,совмещен с холодильником энергоагрегата электростанции (на чертеже это совмещение отражено линией А, соединяющей электростанцию 1 с теплообменным аппаратом 8) . На валу турбины 9 находится электрический генератор 10, присоединенный к линии 3 электропередачи через подстанцию 11. Энергосистема может быть снабжена также дополнительной линией 12 электропередачи, соединяющей турбогенератор 10 непосредственно с потреби™ талями 13, присоединенными также к линии 3 электропередачи через подстанцию 14.

Распределительные устройства, переключательные пункты и прочие необходимые элементы энергосистекы на данной схеме не изображены.

Энергетическая система работает следующим образом.

В часы минимального потребления электроэнергии в энергосистеме потребители 13 питаются электроэнергией от электростанции 1 через линию 3 электропередачи и подстанции 2и 14; Часть энергии электростанции (излишек мощности) по линии 5 поступает на электропривод агрегата 4 -сжижения и разделение воздуха.

Агрегат 4 потребляет атмосферный воздух, который посредством электрической энергии, щзевращается в энергию жидкого азота, накапливаемого в емкости 6. В емкости 7 накапливается жидкий кислород.

В часы пикового потребления электроэнергии агрегат 4 отключен от электростанции 1; жидкий азот из емкости 6 поступает в промежуточный теплообменный аппарат 8, где происходит теплообмен между поступающей с электростанции по линии А горячей водой и жидким азотом, азот нагрева ется до температуры примерно 20-30 С и превращается в парогаз с давлением около 600 атм, поступающий на газовую турбину 9 и приводящий ее в движение. Отработанный азот при температуре, к окружающей, выбрасывается в атмосферу. Генератор 10, приводи-шй в движение газовой турбиной 9, питает электроэнергией

либо линию 3, либо непосредственно потребителей 13, покрывая тем самым дефицит мощности в энергосистеме.

По предварительным расчетам КПД пиковой установки в предлагаемой энергосистеме составит 36% (эту величину можно признать вполне удовлетворительной, так как существующие пиковые установки имеют КПД порядка 20-25%).

QОписываемая энергосистема технически реализуема и экономически целесообразна уже в настоящее время, что выгодно отличает ее от энергетических систем, основанных на исполь- зовании водорода.

Формула изобретения

1 Энергетическая система, содержащая электрическую станцию с линией электропередачи, приемники электрической энергии, преобразователь электрической энергии в энергию сжиженного газа, накопители сзкиженного газа и преобразователь энергии сжиженного газа в электрическую энергию и приемники электрической энергии/ отличающаяся тем, что, с целью повышения экономичности и

0 прощения эксплуатации, преобразователь электрической энергии в энергию сжиженного газа выполнен в виде двух агрегатов - агрегата сясижег ия воздуха и агрегата разделения воздуха наазот и кислород, а пре5образователь энергии сжиженного газа выполнен в виде гаэотурбоагрегата, турбина дсоторого подсоединена к накопителю сжиженного азота через промежуточный дополнительно введенный теплообменный аппарат, а турбогенератор - к линии электропередачи .

2„ Система поп, 1, отличающ а я с я тем, что электрическая станция выполнена тепловой, причем холодильники энергоагрегатов указанной электростанции совмещены с промежуточным теплообменным аппаратом газотурбоагрегата.

3, Система по пп. 2 и 3, о т л ичающаяся тем, что турбогенератор газотурбоагрегата соединен непосредственно с приемниками электрической энергии через дополнительную линию электропередачи.

5

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.E ektrizitatswirtschaft/ 1977, т. 76, № 3, с. 53-59.

2.Природа, - 1977, 3,

0 с. 3-17.