способ электроэнергоснабжения потребителя

Формула изобретения

1. Способ электроснабжения потребителя, характеризующийся тем, что снабжение потребителя, имеющего, по меньшей мере, один объект потребителя электрической и дополнительно тепловой энергией, производят от образующих систему электроэнергоснабжения когенерационной станции, внешней сетевой трансформаторной подстанции и источника тепловой энергии, например котельной, при этом когенерационная станция подключена к внешней сетевой трансформаторной подстанции автономно с возможностью обеспечения объектов потребителя электроэнергией с переключением ее подачи от того или другого из указанных источников, при этом когенерационная станция оснащена одним или группой когенераторов, имеющих систему утилизации сопутствующей тепловой энергии, и имеет электрическую мощность, образованную суммой электрических мощностей когенераторов, не менее полной мощности внешней сетевой трансформаторной подстанции, а снабжение объектов потребителя тепловой энергией осуществляют комплексно, в первую очередь, от системы утилизации сопутствующей тепловой энергии в режиме приоритетного, перед упомянутым источником тепловой энергии, отвода от когенераторов к объектам потребителя утилизируемой энергии, получаемой при фактическом уровне генерации электрической энергии, причем выработку и подачу объектам потребителя электрической энергии от когенерационной станции производят при отключенной внешней сетевой трансформаторной подстанции, в режиме замещающего дублирования последней и в условиях изменяющейся мощности потребления, адаптируют к ней вырабатываемую когенерационной станцией электрическую мощность путем последовательного или избирательного включения-выключения когенераторов и изменением их текущей загрузки по выработке электроэнергии в зависимости от текущего переменного уровня ее потребления, при этом соблюдают условие обеспечения минимальной загрузки и минимума вырабатываемой мощности каждым когенератором не ниже минимальной допустимой долевой загрузки D, предусмотренной для когенератора, а внешнюю сетевую трансформаторную подстанцию подключают для замещающего снабжения объектов потребителя электроэнергией при необходимости остановки когенерационной станции.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что снабжение объектов потребителя электроэнергией производят с возможностью подачи напряжения либо от внешней сети, либо при отключении внешней сетевой трансформаторной подстанции от когенерационной станции, для чего оба указанных источника подключают к общей распределительной шине, при этом внешнюю сетевую трансформаторную подстанцию оснащают не менее чем одним понижающим трансформатором, преимущественно сухим или масляным, с понижающей стороны подключенным через выключатель к распределительной шине с одной стороны, при этом с другой стороны к распределительной шине подключают объекты потребителя через пообъектные понижающие трансформаторы и преимущественно через два выключателя с возможностью отключения трансформатора от распределительной шины упомянутой сетевой подстанции и снабженного объекта от трансформатора, а также когенераторы станции, каждый через свою линию не менее чем с одним выключателем и общей для всех когенераторов станции системой контроля и управления выключателями когенераторов, системой управления когенерационной станции, которая при отключении через выключатель внешней сетевой трансформаторной подстанции равномерно распределяет нагрузку между когенераторами, при необходимости отключает часть когенераторов при низком или понижающемся потреблении энергии и аналогично обеспечивает наращивание выработки электроэнергии, выполняя последовательное или избирательное включение когенераторов при возрастании потребления, соблюдая текущее выполнение условия долевой загрузки каждого работающего когенератора не ниже минимально допустимой долевой мощности N_min.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что снабжение объектов потребителя электроэнергией периодическими или отдельными включениями производят понижающей внешней сетевой трансформаторной подстанцией, подключенной с высокой стороны к высоковольтной линии, например, с напряжением 35 кВ и оснащенной не менее чем одним упомянутым понижающим трансформатором, обеспечивающим понижение напряжения не менее чем предпочтительно до 10 или 6 кВ.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу, по меньшей мере, электрической энергии от каждого из когенераторов производят с предварительной синхронизацией параметров тока с аналогичными параметрами ранее включенных и работающих когенераторов и регулируют работу каждого когенератора, исходя из условия обеспечения режима номинальной или стремящейся к номинальной мощности в течение, по меньшей мере, более половины полного периода работы, в том числе избирательно включаемых когенераторов, в каждом периоде задействования, но не ниже допустимой минимальной долевой загрузки D, составляющей не менее 30% от номинальной мощности соответствующего когенератора станции за полный период от очередного включения до выключения когенератора.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу, по меньшей мере, электрической энергии от каждого из когенераторов производят с предварительной синхронизацией параметров тока с аналогичными параметрами ранее включенных и работающих когенераторов и регулируют работу каждого когенератора, исходя из условия обеспечения режима номинальной или стремящейся к номинальной мощности в течение, по меньшей мере, более половины полного периода работы, в том числе избирательно включаемых когенераторов, в каждом периоде задействования, но не ниже допустимой минимальной долевой загрузки D, составляющей не менее 50% от номинальной мощности соответствующего когенератора станции за полный период от очередного включения до выключения когенератора.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу, по меньшей мере, электрической энергии от каждого из когенераторов производят с предварительной синхронизацией параметров тока с аналогичными параметрами ранее включенных и работающих когенераторов и регулируют работу каждого когенератора, исходя из условия обеспечения режима номинальной или стремящейся к номинальной мощности в течение, по меньшей мере, более половины полного периода работы, в том числе избирательно включаемых когенераторов, в каждом периоде задействования, но не ниже допустимой минимальной долевой загрузки D, составляющей не менее 70% от номинальной мощности соответствующего когенератора станции за полный период от очередного включения до выключения когенератора.

7. Способ по любому из пп.4-6, отличающийся тем, что при отношении минимальной мощности потребления в электрической сети потребителя N_min к общей мощности N_ОЭ когенераторов станции, удовлетворяющем условию N_min/N_ОЭ D, когенерационную станцию оснащают предпочтительно одним рабочим когенератором.

8. Способ по любому из пп.4-6, отличающийся тем, что при отношении минимальной мощности потребления в электрической сети потребителя N_min 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 суммарная мощность когенераторов станции принята покрывающей максимальную, в том числе 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.

9. Способ по любому из пп.8-10, отличающийся тем, что когенерационную станцию оснащают не менее чем одним резервным когенератором номинальной мощностью не менее номинальной мощности, по меньшей мере, одного рабочего когенератора, предпочтительно преобладающего по указанному параметру в составе когенерационной станции.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу тепловой энергии от когенерационной станции объектам потребителя производят в режиме приоритетного перед другими источниками, например котельной, отводом от работающих когенераторов сопутствующей тепловой энергии вплоть до полного замещения требуемого уровня обеспечения объектов потребителя указанным видом энергии, адекватной фактическому уровню генерации электрической энергии.

11. Способ по п.2, отличающийся тем, что энергоснабжение объектов потребителя производят преимущественно от когенерационной станции при отключенной внешней сетевой трансформаторной подстанции, а последнюю включают и используют в качестве резервного источника, при этом комплексное обеспечение электрической и сопутствующей тепловой энергией от когенераторов в качестве входящего в состав объектов потребителя получают жилые здания с электрическими или газовыми плитами, а также не менее чем одну поликлинику, торговый центр, учебное заведение, городскую или районную котельную, водопроводную станцию, при этом электрическую энергию на упомянутые объекты подают через трансформаторы, понижающие напряжение не менее чем до 0,4 кВ.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что энергоснабжение объектов потребителя производят преимущественно от когенерационной станции при отключенной внешней сетевой трансформаторной подстанции, а последнюю включают и используют в качестве резервного источника, при этом комплексное обеспечение электрической и сопутствующей тепловой энергией от когенераторов в качестве входящего в состав объектов потребителя получает производственное предприятие типа хлебозавода, кондитерской фабрики, молокозавода, ресторанного комплекса, бытового сервисного комбината.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что энергоснабжение объектов потребителя производят преимущественно от когенерационной станции при отключенной внешней сетевой трансформаторной подстанции, а последнюю включают и используют в качестве резервного источника, при этом комплексное обеспечение электрической и сопутствующей тепловой энергией от когенераторов в качестве входящего в состав объектов потребителя получает нефтегазоперерабатывающее предприятие типа нефтеперерабатывающего, газоконденсатного завода, предприятия предварительной или комплексной подготовки газа, газового, нефтегазового, газоконденсатного промысла.

14. Способ по п.1, отличающийся тем, что энергоснабжение объектов потребителя производят преимущественно от когенерационной станции при отключенной внешней сетевой трансформаторной подстанции, а последнюю включают и используют в качестве резервного источника, при этом комплексное обеспечение электрической и сопутствующей тепловой энергией от когенераторов в качестве входящего в состав объектов потребителя получает предприятие или промышленный комплекс типа авиационного, машиностроительного завода, судостроительной верфи, комбинат стройиндустрии, автомобильный комбинат, автотранспортный, троллейбусный или железнодорожный сервисный комплекс.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

Описание изобретения к патенту

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. «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 междугороднего транспорта, лифтовых систем, городского тепло- и водоснабжения, остановкам производств с технологиями непрерывного действия, например металлоплавильные печи на предприятиях черной и цветной металлургии, перебоям в энергоснабжении учебных и медицинских 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 адекватную, востребованную мощность потребления указанной сопутствующей тепловой энергии на ограниченной территории потребления, что в итоге приводит к понижению реализуемого КПД, снижению общей рентабельности таких энерговырабатывающих объектов, повышению себестоимости киловатта вырабатываемой энергии и, что особенно неудовлетворительно, к ухудшению экологии окружающей среды вследствие теплового загрязнения водоемов сбросовыми водами ТЭЦ и других более опасных загрязнений окружающей среды, а также отъема значительных территорий для создания резервных и технологических водоемов при АЭС. При этом в плане снабжения энергией потребителей, удаленных от ТЭЦ и АЭС на расстояния, превышающие десятки и первые сотни километров, последние могут получать от указанных источников только электрическую энергию через сетевые подстанции, а для выработки и снабжения их другими видами энергии необходимы значительные капитальные и текущие затраты на строительство и эксплуатацию местных котельных и других низкорентабельных, но капиталоемких источников.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание способа энергоснабжения локального, регионального потребителя, при котором повышается надежность энергоснабжения при одновременном повышении КПД вырабатывающих и поставляющих электрическую энергию систем, а также снижается причиняемая авариями и отключениями сетевых источников убыточность снабжаемых электроэнергией предприятий и других локальных потребителей за счет создания источников резервной мощности, обеспечивающих бесперебойное снабжение электроэнергией, в том числе в экстремальных аварийных ситуациях на линиях сетевого электроснабжения, и более полную утилизацию сопутствующей тепловой энергии объектами потребителей во все периоды годового цикла, в первую очередь, удаленных от крупных теплоэлектроцентралей АЭС и ГЭС на расстояния, делающие нерентабельным или технически недоступным снабжение их сопутствующей тепловой энергией, дополнительно вырабатываемой указанными источниками.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе энергоснабжения потребителя согласно изобретению снабжение потребителя, имеющего, по меньшей мере, один объект потребителя электрической и дополнительно тепловой энергией, производят от образующих систему электроэнергоснабжения когенерационной станции, внешней сетевой трансформаторной подстанции и источника тепловой энергии, например котельной, при этом когенерационная станция подключена к внешней сетевой трансформаторной подстанции автономно с возможностью обеспечения объектов потребителя электроэнергией с переключением ее подачи от того или другого из указанных источников, при этом когенерационная станция оснащена одним или группой когенераторов, имеющих систему утилизации сопутствующей тепловой энергии, и имеет электрическую мощность, образованную суммой электрических мощностей когенераторов не менее полной мощности внешней сетевой трансформаторной подстанции, а снабжение объектов потребителя тепловой энергией осуществляют комплексно, в первую очередь, от системы утилизации сопутствующей тепловой энергии в режиме приоритетного перед упомянутым источником тепловой энергии отвода от когенераторов к объектам потребителя утилизируемой энергии, получаемой при фактическом уровне генерации электрической энергии, причем выработку и подачу объектам потребителя электрической энергии от когенерационной станции производят при отключенной внешней сетевой трансформаторной подстанции в режиме замещающего дублирования последней и в условиях изменяющейся мощности потребления, адаптируют к ней вырабатываемую когенерационной станцией электрическую мощность путем последовательного или избирательного включения-выключения когенераторов и изменением их текущей загрузки по выработке электроэнергии в зависимости от текущего переменного уровня ее потребления, при этом соблюдают условие обеспечения минимальной загрузки и минимума вырабатываемой мощности каждым когенератором не ниже минимальной допустимой долевой загрузки D, предусмотренной для когенератора, а внешнюю сетевую трансформаторную подстанцию подключают для замещающего снабжения объектов потребителя электроэнергией при необходимости остановки когенерационной станции.

При этом снабжение объектов потребителя электроэнергией могут производить с возможностью подачи напряжения либо от внешней сети, либо при отключении внешней сетевой трансформаторной подстанции от когенерационной станции, для чего оба указанных источника подключают к общей распределительной шине, при этом внешнюю сетевую трансформаторную подстанцию оснащают не менее чем одним понижающим трансформатором, преимущественно сухим или масляным, с понижающей стороны подключенным через выключатель к распределительной шине с одной стороны, при этом с другой стороны к распределительной шине подключают объекты потребителя через пообъектные понижающие трансформаторы и преимущественно через два выключателя с возможностью отключения трансформатора от распределительной шины упомянутой сетевой подстанции и снабженного объекта от трансформатора, а также когенераторы станции, каждый через свою линию не менее чем с одним выключателем и общей для всех когенераторов станции системой контроля и управления выключателями когенераторов, системой управления когенерационной станции, которая при отключении через выключатель внешней сетевой трансформаторной подстанции равномерно распределяет нагрузку между когенераторами, при необходимости отключает часть когенераторов при низком или понижающемся потреблении энергии и аналогично обеспечивает наращивание выработки электроэнергии, выполняя последовательное или избирательное включение когенераторов при возрастании потребления, соблюдая текущее выполнение условия долевой загрузки каждого работающего когенератора не ниже минимально допустимой долевой мощности N_min.

Снабжение объектов потребителя электроэнергией периодическими или отдельными включениями могут производить понижающей внешней сетевой трансформаторной подстанцией, подключенной с высокой стороны к высоковольтной линии, например, с напряжением 35 кВ и оснащенной не менее чем одним упомянутым понижающим трансформатором, обеспечивающим понижение напряжения не менее чем предпочтительно до 10 или 6 кВ.

Подачу, по меньшей мере, электрической энергии от каждого из когенераторов могут производить с предварительной синхронизацией параметров тока с аналогичными параметрами ранее включенных и работающих когенераторов и регулируют работу каждого когенератора исходя из условия обеспечения режима номинальной или стремящейся к номинальной мощности в течение, по меньшей мере, более половины полного периода работы, в том числе избирательно включаемых когенераторов, в каждом периоде задействования, но не ниже допустимой минимальной долевой загрузки D, составляющей не менее 30% номинальной мощности соответствующего когенератора станции за полный период от очередного включения до выключения когенератора.

Подачу, по меньшей мере, электрической энергии от каждого из когенераторов могут производить с предварительной синхронизацией параметров тока с аналогичными параметрами ранее включенных и работающих когенераторов и регулируют работу каждого когенератора исходя из условия обеспечения режима номинальной или стремящейся к номинальной мощности в течение, по меньшей мере, более половины полного периода работы, в том числе избирательно включаемых когенераторов, в каждом периоде задействования, но не ниже допустимой минимальной долевой загрузки D, составляющей не менее 50% номинальной мощности соответствующего когенератора станции за полный период от очередного включения до выключения когенератора.

Подачу, по меньшей мере, электрической энергии от каждого из когенераторов могут производить с предварительной синхронизацией параметров тока с аналогичными параметрами ранее включенных и работающих когенераторов и регулируют работу каждого когенератора исходя из условия обеспечения режима номинальной или стремящейся к номинальной мощности в течение, по меньшей мере, более половины полного периода работы, в том числе избирательно включаемых когенераторов, в каждом периоде задействования, но не ниже допустимой минимальной долевой загрузки D, составляющей не менее 70% номинальной мощности соответствующего когенератора станции за полный период от очередного включения до выключения когенератора.

При отношении минимальной мощности потребления в электрической сети потребителя N_min к общей мощности N_оэ когенераторов станции, удовлетворяющем условию N_min/N_оэ D, когенерационную станцию могут оснащать, предпочтительно, одним рабочим когенератором.

При отношении минимальной мощности потребления в электрической сети потребителя N_min 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 суммарная мощность когенераторов станции принята покрывающей максимальную, в том числе пиковую, нагрузку в электрической сети потребителя, при этом номинальная мощность, по меньшей мере, большей части когенераторов, предпочтительно, принята практически дробнократной общей мощности N_оэ рабочих когенераторов станции.

Когенерационную станцию могут оснащать не менее чем одним резервным когенератором, номинальной мощностью не менее номинальной мощности, по меньшей мере, одного рабочего когенератора, предпочтительно, преобладающего по указанному параметру в составе когенерационной станции.

Подачу тепловой энергии от когенерационной станции объектам потребителя могут производить в режиме приоритетного перед другими источниками, например котельной, отводом от работающих когенераторов сопутствующей тепловой энергии вплоть до полного замещения требуемого уровня обеспечения объектов потребителя указанным видом энергии, адекватной фактическому уровню генерации электрической энергии.

Энергоснабжение объектов потребителя могут производить, преимущественно, от когенерационной станции при отключенной внешней сетевой трансформаторной подстанции, а последнюю включают и используют в качестве резервного источника, при этом комплексное обеспечение электрической и сопутствующей тепловой энергией от когенераторов в качестве входящего в состав объектов потребителя получают жилые здания с электрическими или газовыми плитами, а также не менее чем одна поликлиника, торговый центр, учебное заведение, городская или районная котельная, водопроводная станция, при этом электрическую энергию на упомянутые объекты подают через трансформаторы, понижающие напряжение не менее чем до 0,4 кВ.

Энергоснабжение объектов потребителя могут производить, преимущественно, от когенерационной станции при отключенной внешней сетевой трансформаторной подстанции, а последнюю включают и используют в качестве резервного источника, при этом комплексное обеспечение электрической и сопутствующей тепловой энергией от когенераторов в качестве входящего в состав объектов потребителя получает производственное предприятие типа хлебозавода, кондитерской фабрики, молокозавода, ресторанного комплекса, бытового сервисного комбината.

Энергоснабжение объектов потребителя могут производить, преимущественно, от когенерационной станции при отключенной внешней сетевой трансформаторной подстанции, а последнюю включают и используют в качестве резервного источника, при этом комплексное обеспечение электрической и сопутствующей тепловой энергией от когенераторов в качестве входящего в состав объектов потребителя получает нефтегазоперерабатывающее предприятие типа нефтеперерабатывающего, газоконденсатного завода, предприятия предварительной или комплексной подготовки газа, газового, нефтегазового, газоконденсатного промысла.

Энергоснабжение объектов потребителя могут производить, преимущественно, от когенерационной станции при отключенной внешней сетевой трансформаторной подстанции, а последнюю включают и используют в качестве резервного источника, при этом комплексное обеспечение электрической и сопутствующей тепловой энергией от когенераторов в качестве входящего в состав объектов потребителя получает предприятие или промышленный комплекс типа авиационного, машиностроительного завода, судостроительной верфи, комбинат стройиндустрии, автомобильный комбинат, автотранспортный, троллейбусный или железнодорожный сервисный комплекс.

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

Когенерационную станцию могут оснащать, 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.

Когенерационную станцию могут оснащать, 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.

Когенерационную станцию могут оснащать, 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.

Когенерационную станцию могут оснащать, 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.

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 возможностью последующей работы смонтированных когенераторов в диапазоне температур наружного воздуха от -60 до +50°С.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в повышении надежности и рентабельности снабжения электрической и тепловой энергией потребителей, в том числе локальных, региональных или удаленных от крупных ТЭЦ, АЭС и ГЭС на расстояния, недоступные или неприемлемые по экономическим показателям для использования и утилизации сопутствующей тепловой энергии, получаемой на указанных объектах, а также в обеспечении бесперебойной работы всей системы энергоснабжения, включая аварийные обесточивания сетевых подстанций, путем задействования резервной мощности когенерационной станции, закоммутированной с потребителем через сетевую подстанцию автономно, т.е. взаимозаменяемо, с возможностью снабжения электроэнергией при отключенной сетевой подстанции за счет работы указанной когенерационной станции, КПД которой достигает уровня более 80%, в том числе за счет предусмотренной в изобретении приоритетной или практически полной утилизации вырабатываемой сопутствующей тепловой энергии с высвобождением мощностей существующей котельной, например, для профилактики или ремонта энергетического оборудования последней, кроме того, дополнительный выигрыш, создаваемый изобретением, достигается путем более экономичного наращивания мощностей электро- и теплоснабжения развивающихся регионов при минимуме капитальных затрат за счет увеличения количества энергопроизводящих единиц когенераторов, поставляемых в виде модулей, смонтированных в контейнерах, предназначенных для эксплуатации без дополнительной защиты от внешней среды. Существенный экономический выигрыш достигается изобретением также за счет подключения резервных мощностей когенерационной станции к действующим сетям, что сводит к минимуму капитальные затраты на создание и задействование резервных мощностей когенерационной станции в предлагаемом комплексе. Реализация признаков данного изобретения обеспечивает также улучшение экологических параметров за счет уменьшения влияющих на парниковый эффект вредных выбросов в атмосферу, что позитивно отражается на общей инфраструктуре городской среды.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг.1 приведена схема энергетического комплекса с автономным подключением когенерационной станции к сетевой подстанции;

на фиг.2 - схема отбора тепла от когенератора.

В способе электроснабжения потребителя снабжение потребителя, имеющего, по меньшей мере, один объект 1 потребления электрической и дополнительно тепловой энергией, производят от образующих систему электроэнергоснабжения когенерационной станции 2, внешней сетевой трансформаторной подстанции 3 и источника тепловой энергии, например котельной (на чертежах не показано).

Когенерационная станция 2 подключена к внешней сетевой трансформаторной подстанции 3 автономно с возможностью обеспечения объектов 1 потребителя электроэнергией с переключением ее подачи от того или другого из указанных источников. Когенерационная станция 2 оснащена одним или группой когенераторов 4, имеющих систему 5 утилизации сопутствующей тепловой энергии, и имеет электрическую мощность, образованную суммой электрических мощностей когенераторов 4 не менее полной мощности внешней сетевой трансформаторной подстанции 3. Снабжение объектов 1 потребителя тепловой энергией осуществляют комплексно, в первую очередь, от системы 5 утилизации сопутствующей тепловой энергии в режиме приоритетного перед упомянутым источником тепловой энергии отвода от когенераторов 4 к объектам 1 потребителя утилизируемой энергии, получаемой при фактическом уровне генерации электрической энергии. Выработку и подачу объектам 1 потребителя электрической энергии от когенерационной станции 2 производят при отключенной внешней сетевой трансформаторной подстанции 3 в режиме замещающего дублирования последней и в условиях изменяющейся мощности потребления, адаптируют к ней вырабатываемую когенерационной станцией 2 электрическую мощность путем последовательного или избирательного включения-выключения когенераторов 4 и изменением их текущей загрузки по выработке электроэнергии в зависимости от текущего переменного уровня ее потребления, при этом соблюдают условие обеспечения минимальной загрузки и минимума вырабатываемой мощности каждым когенератором 4 не ниже минимальной допустимой долевой загрузки D, предусмотренной для когенератора. Внешнюю сетевую трансформаторную подстанцию 3 подключают для замещающего снабжения объектов 1 потребителя электроэнергией при необходимости остановки когенерационной станции 2.

Снабжение объектов 1 потребителя электроэнергией производят с возможностью подачи напряжения либо от внешней сети, либо при отключении внешней сетевой трансформаторной подстанции 3 от когенерационной станции 2, для чего оба указанных источника подключают к общей распределительной шине 6.

Внешнюю сетевую трансформаторную подстанцию 3 оснащают не менее чем одним понижающим трансформатором 7, преимущественно сухим или масляным, с понижающей стороны подключенным через выключатель 8 к распределительной шине 6 с одной стороны. С другой стороны к распределительной шине 6 подключают объекты 1 потребителя через пообъектные понижающие трансформаторы 9 и преимущественно через выключатель 10 с возможностью отключения трансформатора 9 от распределительной шины 6 упомянутой сетевой подстанции 3 и выключатель 11 с возможностью отключения объекта 1 потребителя от трансформатора 9. С этой же стороны к распределительной шине 6 подключены когенераторы 4 станции 2, каждый через свою линию не менее чем с одним выключателем 12 и общей для всех когенераторов станции системой 13 контроля и управления выключателями 12 когенераторов, системой 14 управления когенерационной станции 2, которая при отключении через выключатель 8 внешней сетевой трансформаторной подстанции 3 равномерно распределяет нагрузку между когенераторами 4, при необходимости отключает часть когенераторов 4 при низком или понижающемся потреблении энергии и аналогично обеспечивает наращивание выработки электроэнергии, выполняя последовательное или избирательное включение когенераторов 4 при возрастании потребления, соблюдая текущее выполнение условия долевой загрузки каждого работающего когенератора 4 не ниже минимально допустимой долевой мощности N_min.

Снабжение объектов 1 потребителя электроэнергией периодическими или отдельными включениями производят понижающей внешней сетевой трансформаторной подстанцией 3, подключенной с высокой стороны к высоковольтной линии, например, с напряжением 35 кВ и оснащенной не менее чем одним упомянутым понижающим трансформатором 7, обеспечивающим понижение напряжения не менее чем предпочтительно до 10 или 6 кВ.

Подачу, по меньшей мере, электрической энергии от каждого из когенераторов 4 производят с предварительной синхронизацией параметров тока с аналогичными параметрами ранее включенных и работающих когенераторов 4 и регулируют работу каждого когенератора 4 исходя из условия обеспечения режима номинальной или стремящейся к номинальной мощности в течение, по меньшей мере, более половины полного периода работы, в том числе избирательно включаемых когенераторов, в каждом периоде задействования, но не ниже допустимой минимальной долевой загрузки D, составляющей не менее 30% номинальной мощности соответствующего когенератора 4 станции за полный период от очередного включения до выключения когенератора 4.

Подачу, по меньшей мере, электрической энергии от каждого из когенераторов 4 производят с предварительной синхронизацией параметров тока с аналогичными параметрами ранее включенных и работающих когенераторов 4 и регулируют работу каждого когенератора 4 исходя из условия обеспечения режима номинальной или стремящейся к номинальной мощности в течение, по меньшей мере, более половины полного периода работы, в том числе избирательно включаемых когенераторов, в каждом периоде задействования, но не ниже допустимой минимальной долевой загрузки D, составляющей не менее 50% номинальной мощности соответствующего когенератора станции за полный период от очередного включения до выключения когенератора 4.

Подачу, по меньшей мере, электрической энергии от каждого из когенераторов 4 производят с предварительной синхронизацией параметров тока с аналогичными параметрами ранее включенных и работающих когенераторов 4 и регулируют работу каждого когенератора исходя из условия обеспечения режима номинальной или стремящейся к номинальной мощности в течение, по меньшей мере, более половины полного периода работы, в том числе избирательно включаемых когенераторов, в каждом периоде задействования, но не ниже допустимой минимальной долевой загрузки D, составляющей не менее 70% номинальной мощности соответствующего когенератора станции за полный период от очередного включения до выключения когенератора 4.

При отношении минимальной мощности потребления в электрической сети потребителя N_min к общей мощности N_оэ когенераторов 4 станции 2, удовлетворяющем условию N_min/N_оэ D, когенерационную станцию 2 оснащают предпочтительно одним рабочим когенератором.

При отношении минимальной мощности потребления в электрической сети потребителя N_min к общей мощности N_оэ когенераторов 4 станции 2, удовлетворяющем условию N_min/N_оэ D, когенерационную станцию 2 оснащают не менее чем двумя рабочими когенераторами, причем общее количество и суммарная мощность когенераторов станции принята покрывающей максимальную, в том числе пиковую нагрузку в электрической сети потребителя, при этом номинальная мощность, по меньшей мере, большей части когенераторов предпочтительно принята практически дробнократной общей мощности N_оэ рабочих когенераторов станции.

Когенерационную станцию 2 оснащают не менее чем одним резервным когенератором номинальной мощностью не менее номинальной мощности, по меньшей мере, одного рабочего когенератора, предпочтительно преобладающего по указанному параметру в составе когенерационной станции.

Подачу тепловой энергии от когенерационной станции 2 объектам 1 потребителя производят в режиме приоритетного перед другими источниками, например котельной, отвода от работающих когенераторов 4 сопутствующей тепловой энергии вплоть до полного замещения требуемого уровня обеспечения объектов 1 потребителя указанным видом энергии, адекватной фактическому уровню генерации электрической энергии.

Энергоснабжение объектов 1 потребителя производят преимущественно от когенерационной станции 2 при отключенной внешней сетевой трансформаторной подстанции 3, а последнюю включают и используют в качестве резервного источника.

Комплексное обеспечение электрической и сопутствующей тепловой энергией от когенераторов 4 в качестве входящего в состав объектов 1 потребителя получают жилые здания с электрическими или газовыми плитами, а также не менее чем одна поликлиника, торговый центр, учебное заведение, городская или районная котельная, водопроводная станция, при этом электрическую энергию на упомянутые объекты 1 подают через трансформаторы 9, понижающие напряжение не менее чем до 0,4 кВ.

Комплексное обеспечение электрической и сопутствующей тепловой энергией от когенераторов 4 в качестве входящего в состав объектов 1 потребителя получает производственное предприятие типа хлебозавода, кондитерской фабрики, молокозавода, ресторанного комплекса, бытового сервисного комбината.

Комплексное обеспечение электрической и сопутствующей тепловой энергией от когенераторов 4 в качестве входящего в состав объектов 1 потребителя получает нефтегазоперерабатывающее предприятие типа нефтеперерабатывающего, газоконденсатного завода, предприятия предварительной или комплексной подготовки газа, газового, нефтегазового, газоконденсатного промысла.

Комплексное обеспечение электрической и сопутствующей тепловой энергией от когенераторов 4 в качестве входящего в состав объектов 1 потребителя получает предприятие или промышленный комплекс типа авиационного, машиностроительного завода, судостроительной верфи, комбинат стройиндустрии, автомобильный комбинат, автотранспортный, троллейбусный или железнодорожный сервисный комплекс.

Когенерационную станцию 2 оснащают, по меньшей мере частично, когенераторами 4, каждый из которых содержит мотор-генератор 15, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания топливного газа.

Когенерационную станцию 2 оснащают, по меньшей мере частично, когенераторами 4, каждый из которых содержит мотор-генератор 15, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания жидкого топлива типа бензина, реактивного, дизельного, синтетического топлива типа метанола, растительных масел, нефти или мазута.

Когенерационную станцию 2 оснащают, по меньшей мере частично, когенераторами 4, каждый из которых содержит мотор-генератор 15, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания твердого топлива типа угля, торфа, дров, отходов сельскохозяйственного производства.

Когенерационную станцию 2 оснащают, по меньшей мере частично, когенераторами 4, каждый из которых содержит мотор-генератор 15, вырабатывающий электрическую и сопутствующую тепловую энергию за счет сжигания экологически чистого топлива, например водорода.

Когенерационную станцию 2 оснащают, по меньшей мере частично, когенераторами 4, каждый из которых содержит мотор-генератор 15, 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.

Система 5 утилизации сопутствующей тепловой энергии состоит из котла-утилизатора 16 выхлопных газов мотор-генератора 15, утилизационного теплообменника 17, отводящего тепло от мотор-генератора 15, и аварийного радиатора 18.

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 возможностью последующей работы смонтированных когенераторов в диапазоне температур наружного воздуха от -60 до +50°С.

Способ реализуют следующим образом.

В нормальном режиме эксплуатации выключатель 8 разомкнут, сетевое питание отключено. Выключатели 12, соединяющие когенераторы 4 станции 2 с распределительной шиной 6 внешней сетевой трансформаторной подстанции 3, и выключатели 10, 11, соединяющие объекты 1 потребителя с указанной распределительной шиной 6, включены. Когенераторы 4 станции 2 в количестве, необходимом и достаточном для обеспечения текущей мощности потребления электроэнергии, включены и работают с обеспечением загрузки каждого когенератора 4 не ниже допускаемой минимальной долевой загрузки, при текущем изменении мощности потребления автоматика регулирует подключение или отключение одного или части из них с соблюдением упомянутого условия загрузки.

В экстремальных ситуациях, например при поломке одного из рабочих когенераторов, автоматика включает заменяющий резервный когенератор. В наиболее сложной экстремальной ситуации, например при отсутствии топлива для когенераторов 4, автоматика разъединяет их выключатели 12 с распределительной шиной 6 внешней сетевой трансформаторной подстанции 3. Выключателем 8 распределительную шину 6 и объекты 1 потребителя запитывают через сетевой трансформатор 7 от внешних электрических сетей на период, необходимый для исчерпания экстремальной ситуации. После чего выключают выключатель 8, снова подключают когенераторы 4 и энергоснабжение производят по схеме нормального режима эксплуатации. Одновременно во всех ситуациях когенераторы 4 через контур теплоснабжения обеспечивают приоритетное перед котельной снабжение объектов 1 потребителя тепловой энергией в объеме вырабатываемой когенераторами 4 сопутствующей тепловой энергии или в объеме текущей мощности потребления тепловой энергии.