Меню

Установленное оборудование позволяет вырабатывать только электроэнергию



Когенераторы: отопление плюс электричество

Когенераторы: отопление плюс электричество

Электроэнергию можно получать не только от централизованных сетей, солнечных батарей и ветряков, но и при помощи когенераторной установки, которая способна обеспечить коттедж одновременно теплом, горячей водой и электричеством. Более того, излишки электричества можно продавать.

Применение теплоэлектроцентралей в частных домах требует учета ряда факторов, о которых и пойдет речь в этой статье.

Но сначала поговорим о преимуществах производства электроэнергии вместе с производством тепла. Сразу возникает вопрос: зачем нужна когенераторная установка, если можно обеспечить подачу электроэнергии от обычного генератора, работающего на жидком или газообразном топливе? Но выгода заключена в том, что эффективность полученной электроэнергии при помощи когенераторной установки в два раза выше, чем при отдельной генерации традиционным способом. Принцип когенерации позволяет получить сразу два вида энергии – тепловую и электрическую. По сути, это тепловая мни-электростанция. Известно, что при производстве электричества современной ТЭЦ потери преобразования первичного источника энергии (газ, уголь) составляют 45-60%. Эти потери называются побочным теплом. Они не теряются бесследно, а направляются на дополнительное производство электричества, пара, горячей воды. Общий коэффициент применения топлива при этом возрастает, а выбросы СО 2 – снижаются.

Теплоэлектроцентрали бывают не только промышленными. Сегодня выпускаются установки различной мощности, способные обеспечить теплом и электричеством целый город, а также такие, которые предназначены для обеспечения частного дома. Последние по своим габаритам не отличаются от бытового холодильника. Определенное сходство есть и во внешнем виде. Такие когенераторные установки называются микроТЭЦ.

Схема работы когенараторной установки

Принцип работы микроТЭЦ

К установкам, называющимся микроТЭЦ, относится когенераторное оборудование, вырабатывающее до 50 кВт электроэнергии. Основные компоненты микроТЭЦ – теплообменник, электрический генератор, силовой агрегат и блок электронного управления. Для выработки электричества необходимо привести в действие генератор. Эту задачу берет на себя силовой агрегат, который может быть газовой турбиной, двигателем внутреннего сгорания или двигателем Стирлинга и др. Любой силовой агрегат производит не только крутящий момент, но и т.н. побочное тепло, которое в микроТЭЦ идет на подогрев воды и отопление.

Все агрегаты и прочие элементы микроТЭЦ монтируются на общей платформе и накрываются звукоизоляционным кожухом. Как уже говорилось, микроТЭЦ внешне напоминает холодильник или современный напольный отопительный котел. Установка не занимает много места.

Мощность микроТЭЦ способна удовлетворить потребности коттеджа. Самый компактный когенератор фирмы Vaillant – модель Ecopower e3.0, работающий на газе, способен вырабатывать от 1,3 до 3 кВт электроэнергии, а также 4-8 кВт тепловую мощность. Потери этого агрегата составляют не более 10%, при этом вырабатывается 65% тепла и 25% электроэнергии. Более мощный пример – когенератор фирмы Senertec Dach 5.5, производящий до 5,5 кВт электроэнергии и до 12,5 кВт теплоэнергии.

Когенератор микроТЭЦ

Производство электроэнергии

Традиционные котлы, направленные исключительно на обогрев, проектируются с учетом потребностей жилья и используются только в отопительный сезон. Когерентные установки помимо тепла вырабатывают еще и электричество. Некоторые из них имеют приоритет тепла, некоторые – электричества. Побочное тепло таких установок аккумулируется и используется параллельно.

Избыток электроэнергии, полученной от когерентной установки, можно сбрасывать в общественную сеть. Это практикуется в ряде развитых стран. Так, в Германии существует специальный закон, определяющий порядок возмещения средств частным поставщикам. Похожий закон действует и в США. Он заставляет коммунальных операторов компенсировать мощность, поставленную в общественную сеть. Однако вопрос продажи электричества нас интересует не столько, сколько использование его для собственных нужд.

На сегодняшний день когерентная установка является довольно дорогим оборудованием, но капитальные затраты компенсируются в процессе ее эксплуатации за счет экономии топлива.

Рентабельность когерентных установок

Применение когерентных установок в коттедже может быть выгодно только при определенных условиях. Принцип параллельности выработки тепла и электричества заставляет одновременно эксплуатировать эти виды энергий. В противном случае эффективность оборудования падает, а вместе с ней и рентабельность. Итак, выделяется несколько обязательных условий рентабельности когерентных установок:

  • одновременный и сбалансированный расход тепла и электричества;
  • полная нагрузка на установку на протяжении всего срока эксплуатации;
  • максимальный отбор выработанной электроэнергии.

Дисбаланс между потреблениями тепловой и электрической энергии образуется при низких потребностях дома в тепле. Однако если при выборе модели когенераторной установки учитывалось теплопотребление дома, то лишнего тепла образовываться не должно. То же можно сказать и о затратах электроэнергии. Гарантию рентабельности когерентной установки может дать только тщательный расчет экономической целесообразности системы.

Развивающийся рынок когенераторных установок уделяет много внимания микроТЭЦ, специально предназначенных для небольших односемейных домов. Такие приборы способны вырабатывать от 1 кВт электроэнергии, в качестве первичного топлива используя ископаемые энергоносители. В последнее время все больше появляется моделей микроТЭЦ на пеллетах, а уже к 2015 году планируется наладить серийное производство микро-ТЭЦ на топливных элементах.

Многие крупные производители отопительной техники сегодня занимаются разработкой микроТЭЦ, оснащенных двигателем Стирлинга, работающем на газе. Такие установки могут быть предназначенными как для сезонной, так и для круглогодичной работы.

Специалисты пророчат когенерации большое будущее. В настоящее время это одно из наиболее экономически эффективный и экологический способ производства тепло- электроэнергии. Такие установки позволяют не только обеспечить дом электричеством, но и решают проблему пиковых нагрузок, а также могут рассматриваться как источники бесперебойного электроснабжения.

Источник

Выработка электроэнергии и «холода» без сжигания топлива

Д. Т. Аксенов, доктор техн. наук, профессор

В настоящее время города России имеют развитые системы газоснабжения промышленности и социально-бытового сектора. Газ в города подается от системы распределения Газпрома с давлением 1,2 мПа, а потребителям необходим газ с давлением 0,1; 0,3; 0,6 мПа. Для удовлетворения требований потребителей по давлению газа в черте города размещаются газовые редукционные станции и пункты (ГРС, ГРП).

При редуцировании газа на ГРС «диссипируется» значительное количество потенциальной энергии избыточного давления газовых потоков, которая была ранее передана газу на компрессорных станциях магистральных газопроводов Газпрома с затратой энергии, трудовых и материальных ресурсов. Другими словами, эта потенциальная энергия газа имеет вполне конкретную стоимость.

В целях энергосбережения и повышения эффективности общественного производства ее нужно и можно утилизировать с получением положительных эффектов.

Одним из известных направлений решения такой задачи является применение детандерных установок для выработки электроэнергии. Известно значительное количество разработок подобных установок как в зарубежных странах, так и в России. Однако широкого применения детандерные установки еще не получили при всей казалось бы очевидности их высокой эффективности. Причины такого положения, как нам представляется, кроются в том, что при утилизации энергии на ГРС задача решается недостаточно комплексно, без использования системного подхода, а также в стремлении максимально «приспособить» традиционные технические и конструктивные решения при создании оборудования, в частности детандерных установок.

Фирма «Автогазсистема-Бис» разработала новую технологию комплексного использования «бросовой» энергии газа на ГРС для выработки электроэнергии и «холода» без сжигания топлива, т. е. экологически чистым способом. Для этой цели ею создан мощностной ряд унифицированных пневмоэлектрогенераторных агрегатов (ПЭГА). Основные показатели агрегатов ПЭГА приведены в таблице. Из этих агрегатов формируются энергоблоки требуемой мощности (до 8–10 мВт).

Оригинальная конструкция этих агрегатов наиболее полно отвечает особенностям их функционирования одновременно и сопряженно с газовой и электрической системами, параметры которых изменяются по времени (в течение суток и по сезонам). Конструкция ПЭГА обеспечивает их применение при изменении параметров ГРС в широких пределах (по проходу газа через ГРС – в 6–7 раз; по давлению газа на входе ГРС – до 10 раз).

Технология предусматривает одновременную выработку на ГРС электроэнергии с помощью агрегатов ПЭГА и полезное использование возникающего в результате расширения газа в турбине ПЭГА сопутствующего энергетического эффекта – «холода».

Температура газа в турбине снижается на 18–25°C. По технологии этот газ направляется в камеры холодильника и затем после повышения его температуры до -1. +2°C он возвращается в трубопровод отвода газа от ГРС (рис. 1). При этом не нарушаются параметры газа, т. е. они остаются такими же, как и при работе ГРС без энергоблока.

Читайте также:  Долг по поставке оборудования

Схема электрохолодильного комплекса из агрегатов ПЭГА

Как видно, новая технология реализуется с помощью энергоблока из агрегатов ПЭГА, одновременно вырабатывающего за счет избыточного давления газа на ГРС электроэнергию и «холод», а также холодильника, использующего этот «холод», т. е. с помощью энергохолодильного комплекса.

Главной компонентой этого комплекса является энергоблок с агрегатами ПЭГА, т. к. именно с их помощью «бросовая» энергия избыточного давления газа на ГРС преобразуется в электроэнергию и «холод» для его полезного использования.

Агрегат ПЭГА представляет собой единый блок (рис. 2).

Общий вид унифицированного агрегата ПЭГА-600 мощностного ряда.

Обозначения: 1 – пневмопривод (расширительная турбина); 2 – электрогенератор; 3 – корпус агрегата; 4 – блок газораспределения; 5 – электросоединительный ящик.

В корпусе блока (в герметичной камере – капсуле) размещены электрогенератор и турбина. Снаружи на торце крышки турбины установлен блок газораспределения, включающий главное стоп-устройство, дозатор газа и коллектор с газоразводящими патрубками. Снаружи на корпусе установлен электросоединительный ящик, в который выведены силовые и управляющие кабели от генератора через специальные тоководы. При подаче газа от трубопровода подвода газа к ГРС через блок газораспределения к турбине его потенциальная энергия газа превращается в ней в механическую энергию. Отработавший газ с пониженной температурой отводится из капсулы в коллектор отвода газа. Турбина приводит во вращение вал ротора генератора. Вырабатываемая электроэнергия от генератора через соединительный ящик отводится в электросеть.

При работе не расходуются никакие материалы и не используются технологические агенты (масло, вода, тепло, электроэнергия), кроме возвращаемого в трубопровод потока газа. Отсутствует инфраструктура.

Работающий агрегат ПЭГА на ГРС «Южная» ГУП «Мосгаз»

Конструкция ПЭГА приспособлена для его эксплуатации на открытом воздухе при температуре от -40°C до +60°C и любых других погодных условий. Силовые элементы (контактор и др.) и система автоматики размещены в шкафу (740х780х1800 мм), который должен устанавливаться в блок-боксе (минимальная температура внутри блок-бокса -5°C).

Агрегаты ПЭГА могут включаться в газовую систему параллельно, последовательно и комбинированно, образуя энергоблок. Схема включения, единичная мощность ПЭГА и их количество определяются индивидуально в каждом проекте в зависимости от параметров и масштабности ГРС по проходу газа, а также от спроса потребителей электроэнергии и холодильных площадей.

При проходе через ПЭГА газа объемом 10 тыс. м 3 /ч и снижении его давления газа в турбине в 2 раза вырабатывается 100 кВт•ч электроэнергии и практически столько же «холода». При выработке 100 кВт•ч электроэнергии на ТЭЦ расходуется до 0,05 т. у. т. (с учетом потерь в сетях и т. д.). При производстве 100 кВт•ч «холода» традиционным способом расходуется до 150 кВт•ч электроэнергии. При этом на ТЭЦ также расходуется до 0,075 т. у. т.

Как видно, утилизация потенциальной энергии потока газа объемом 10 тыс. м 3 /ч экологически чистым способом с помощью ПЭГА позволяет выработать 200 кВт•ч энергии (100 кВт•ч электроэнергии и 100 кВт•ч «холода») и этим обеспечить экономию более 0,125 т. у. т. в час.

В настоящее время по постановлению Правительства Москвы от 9 октября 2001 года № 912-ПП «О городской программе по энергосбережению на 2001–2003 годы в Москве» на ГРС «Южная» ГУП «Мосгаз» создан пилотный энергоблок с установленной мощностью 2 100 кВт (по проекту – четыре агрегата ПЭГА) и годовой выработкой электроэнергии 15 млн кВт•ч. Энергоблок введен в экс-плуатацию с одним агрегатом ПЭГА. Вырабатываемая электроэнергия передается в электросеть «Мосэнерго». В ближайшее время энергоблок будет дооборудован еще тремя подготовленными к монтажу агрегатами. Проработаны решения по сооружению непосредственно около энергоблока холодильника на 2 000 м 2 .

Холодильник представляет собой помещение с камерами для хранения продуктов питания, через теплопередающие поверхности которых проходит газ, охладившийся в турбинах ПЭГА (температура газа на входе в холодильник -15. -20°C). При этом отсутствует традиционное холодильно-компрессорное отделение со всей инфраструктурой (системы хранения, подвода, отвода аммиака, смазочных масел, электроэнергии, воды и пр.). Вследствие этого стоимость сооружения и эксплуатации такого холодильника будет в 2 раза ниже по сравнению с традиционным.

Технические данные агрегатов мощностного ряда

Апробация в эксплуатации пилотного электрохолодильного комплекса на ГРС «Южная» откроет значительные перспективы развития этого направления экономии топлива и, как следствие, снижение экологической нагрузки на окружающую среду.

Так, только на ГРС Москвы (без ГРС «Мосэнерго») по ориентировочным оценкам с помощью ПЭГА возможно ежегодно вырабатывать более 250 млн кВт•ч электроэнергии и использовать при этом около 200 млн кВт•ч «холода» в холодильниках площадью до 70 тыс. м 2 , что предотвратит сжигание на ТЭЦ более 270 тыс. т. у. т. в год с соответствующим экологическим эффектом.

Окупаемость капитальных вложений в электрохолодильный комплекс не превысит двух лет. Срок его службы – 60 лет.

Себестоимость вырабатываемого 1 кВт•ч энергии не превысит 6–7 копеек. После внедрения двух-трех электрохолодильных комплексов дальнейшая реализация программы может осуществляться за счет самофинансирования из прибыли.

Представляется целесообразным разработать и реализовать в короткие сроки дополнение к программе энергосбережения Москвы на 2004 и последующие годы, предусматривающее широкое внедрение электрохолодильных комплексов на ГРС Москвы. Это позволит по-хозяйски использовать имеющийся немалый энергетический ресурс «бросовой» энергии давления газа на ГРС для экологически чистой выработки электроэнергии и «холода» с использованием его в холодильниках. Для этого уже созданы необходимые условия и имеется серийно выпускаемое комплектное оборудование.

Поделиться статьей в социальных сетях:

Источник

Виды электростанций

В каждом развитом государстве существует собственная энергетика. Данная область включает в себя разные виды электростанций. Они могут использовать традиционные и нетрадиционные источники энергии. В первом случае – это природные ресурсы в виде угля, газа, продуктов переработки нефти, ядерное топливо и т.д. Второй вариант предполагает использование энергии природных явлений – солнца, ветра, приливов-отливов, подземных источников тепла. Независимо от формы использования, каждая электростанция требует много дополнительного оборудования для передачи потребителям полученной энергии.

  1. Что такое электростанция
  2. Основные типы электростанций
  3. Тепловые электрические станции – ТЭС
  4. Преимущества и недостатки гидроэлектростанций
  5. Атомные электростанции
  6. Дизельные электростанции
  7. Нетрадиционные источники электроэнергии

Что такое электростанция

Виды электростанций

Любая электростанция представляет собой целый энергетический комплекс, включающий в себя различные установки, аппаратуру и оборудование, необходимые для получения, преобразования и транспортировки электроэнергии. Все эти компоненты размещаются в специальных зданиях и сооружениях, расположенных компактно на общей территории. Независимо от типа, они входят в состав Единой энергосистемы, созданной с целью эффективно использовать мощность электростанции, обеспечивая бесперебойное энергоснабжение потребителей.

Принцип работы электростанций и их сопутствующих объектов основан на вращении вала генератора, который является основным элементом системы. Его основные функции заключаются в следующем:

  • Обеспечение стабильной продолжительной работы параллельно с другими энергетическими системами, снабжение энергией собственных автономных нагрузок.
  • Возможность мгновенного реагирование на наличие или отсутствие нагрузки, соответствующей его номиналу.
  • Выполняет запуск двигателя, обеспечивающего работу всей станции.
  • Вместе со специальными устройствами осуществляет функцию защиты.

Отличительными чертами каждого генератора являются формы и размеры, а также источник энергии, используемый для вращения вала. Кроме генератора, электростанция состоит из турбин и котлов, трансформаторов и распределительных устройств, средств коммутации, автоматики и релейной защиты.

В настоящее время получило развитие направления в области компактных установок. Они позволяют обеспечить энергией не только отдельные объекты, но и целые поселки, находящиеся на значительном удалении от стационарных линий электропередачи. В основном, это полярные станции и предприятия по добыче полезных ископаемых. Теперь рассмотрим какие типы установок используются в российской энергетике.

Читайте также:  Каминное и печное оборудование

Основные типы электростанций

Все электрические станции таблица ниже классифицирует в первую очередь по источникам используемой энергии.

Среди них можно выделить следующие:

  • Тепловые (ТЭС). Работают на природном топливе, а основные типы электростанций могут быть конденсационными (КЭС) и теплофикационными (ТЭЦ). Первые вырабатывают только электричество, а вторые – электроэнергию и теплоту.
  • Гидравлические – ГЭС и гидроаккумулирующие – ГАЭС, функционирующие за счет энергии воды, падающей высоты.
  • Атомные – АЭС, работающие на ядерном топливе.
  • Дизельные – ДЭС. Бывают стационарными или мобильными. Существуют мини-электростанции малой мощности, используемые в частном секторе.
  • Солнечные, ветровые, приливные и геотермальные электростанции известны как альтернативные источники электроэнергии, работающим с естественными силами природы. Они имеют ряд недостатков, связанных с климатическими условиями и другими факторами.

Каждая перечисленная электростанция представляет собой традиционные или альтернативные виды энергетики. В первом случае электричество вырабатывается на тепловых, гидро- и атомных установках. На ТЭС вырабатывается примерно 70-75% всей электроэнергии, поэтому они размещаются в местах с высоким энергопотреблением и большим количеством природных ресурсов.

ГЭС привязаны к полноводным рекам, протекающим в равнинной или горной местности. АЭС строятся в местах с большим потреблением электроэнергии, при недостатке других видов энергоресурсов. Для того чтобы понять их роль и место в общей энергетической системе, следует рассмотреть более подробно типы электростанций, используемых в России.

Тепловые электрические станции – ТЭС

На тепловых электростанциях России производится примерно 70% всей электрической энергии. Они работают на мазуте, газе, угле, а в определенных местностях используется торф и сланцы.

Все ТЭС можно условно разделить на два основных вида. Первый вариант является так называемым паротурбинным, где первичным двигателем служит паровая турбина. Эти устройства могут быть конденсационными (КЭС), вырабатывающими только электроэнергию, и теплоэлектроцентралями (ТЭЦ), производящими не только электричество, но и тепло. Коэффициент полезного действия ТЭЦ составляет 60-70%, а у КЭС этот показатель равен 30-40%. Основным недостатком тепловых станций считается их обязательная привязка к потребителям тепла.

Положительных качеств у тепловых электростанций значительно больше. Они свободно размещаются на всех территориях, где имеются природные ресурсы и не подвержены сезонным колебаниям погодных условий. Однако, используемое топливо является не возобновляемым, а сами установки негативно влияют на экологическую обстановку. Российские ТЭС не имеют достаточно эффективных систем очистки выходящих газов от вредных и токсичных веществ. Более экологичными считаются газовые установки, но трубопроводы, проложенные к ним, наносят непоправимый вред природе.

Электростанции, расположенные в европейской части Российской Федерации, работают в основном на мазуте и природном газе, а в восточных районах они располагаются возле месторождений угля, добываемого открытым способом. Большинство установок относится к государственным районным электростанциям – ГРЭС, входящим в Единую энергосистему страны.

Преимущества и недостатки гидроэлектростанций

По своей значимости, ГЭС находятся на втором месте после тепловых электростанций. В своей работе они используют энергию воды, преобразующейся в электрический ток, и относящейся к возобновляемым ресурсам. Простое управление такими станциями не требует большого количества персонала. Коэффициент полезного действия доходит до 85%.

Электричество, производимое на ГЭС считается самым дешевым, его цена примерно в 5-6 раз меньше, чем на тепловых электроустановках. Гидроэлектростанции отличаются высокой маневренностью и могут быть запущены в работу в течение 3-5 минут, тогда как на ТЭС для этого требуется несколько часов. Это качество особенно важно при перекрытии пиковых нагрузок в суточном графике электроснабжения.

Источник

Производство, передача и распределение электрической энергии

Разделы: Технология

Все технологические процессы любого производства связаны с потреблением энергии. На их выполнение расходуется подавляющая часть энергетических ресурсов.

Важнейшую роль на промышленном предприятии играет электрическая энергия – самый универсальный вид энергии, являющейся основным источником получения механической энергии.

Преобразование энергии различных видов в электрическую происходит на электростанциях.

Электростанциями называются предприятия или установки, предназначенные для производства электроэнергии. Топливом для электрических станций служат природные богатства – уголь, торф, вода, ветер, солнце, атомная энергия и др.

В зависимости от вида преобразуемой энергии электростанции могут быть разделены на следующие основные типы: тепловые, атомные, гидроэлектростанции, гидроаккумулирующие, газотурбинные, а также маломощные электрические станции местного значения – ветряные, солнечные, геотермальные, морских приливов и отливов, дизельные и др.

Основная часть электроэнергии (до 80 %) вырабатывается на тепловых электростанциях (ТЭС). Процесс получения электрической энергии на ТЭС заключается в последовательном преобразовании энергии сжигаемого топлива в тепловую энергию водяного пара, приводящего во вращение турбоагрегат (паровую турбину, соединённую с генератором). Механическая энергия вращения преобразуется генератором в электрическую. Топливом для электростанций служат каменный уголь, торф, горючие сланцы, естественный газ, нефть, мазут, древесные отходы.

При экономичной работе ТЭС, т.е. при одновременном отпуске потребителем оптимальных количеств электроэнергии и теплоты, их КПД достигает более 70 %. В период, когда полностью прекращается потребление теплоты (например, в неотопительный сезон), КПД станции снижается.

Атомные электростанции (АЭС) отличаются от обычной паротурбинной станции тем, что на АЭС в качестве источника энергии используется процесс деления ядер урана, плутония, тория и др. В результате расщепления этих материалов в специальных устройствах – реакторах, выделяется огромное количество тепловой энергии.

По сравнению с ТЭС атомные электростанции расходуют незначительное количество горючего. Такие станции можно сооружать в любом месте, т.к. они не связаны с местом расположения естественных запасов топлива. Кроме того, окружающая среда не загрязняется дымом, золой, пылью и сернистым газом.

На гидроэлектростанциях (ГЭС) водная энергия преобразуется в электрическую при помощи гидравлических турбин и соединённых с ними генераторов.

Различают ГЭС плотинного и деривационного типов. Плотинные ГЭС применяют на равнинных реках с небольшими напорами, деривационные (с обходными каналами) – на горных реках с большими уклонами и при небольшом расходе воды. Следует отметить, что работа ГЭС зависит от уровня воды, определяемого природными условиями.

Достоинствами ГЭС являются их высокий КПД и низкая себестоимость выработанной электроэнергии. Однако следует учитывать большую стоимость капитальных затрат при сооружении ГЭС и значительные сроки их сооружения, что определяет большой срок их окупаемости.

Особенностью работы электростанций является то, что они должны вырабатывать столько энергии, сколько её требуется в данный момент для покрытия нагрузки потребителей, собственных нужд станций и потерь в сетях. Поэтому оборудование станций должно быть всегда готово к периодическому изменению нагрузки потребителей в течении дня или года.

Большинство электростанций объединены в энергетические системы, к каждой из которых предъявляются следующие требования:

  • Соответствие мощности генераторов и трансформаторов максимальной мощности потребителей электроэнергии.
  • Достаточная пропускная способность линий электропередач (ЛЭП).
  • Обеспечение бесперебойного электроснабжения при высоком качестве энергии.
  • Экономичность, безопасность и удобство в эксплуатации.

Для обеспечения указанных требований энергосистемы оборудуют специальными диспетчерскими пунктами, оснащёнными средствами контроля, управления, связи и специальными схемами расположения электростанций, линий передач и понижающих подстанций. Диспетчерский пункт получает необходимые данные и сведения о состояниях технологического процесса на электростанциях (расходе воды и топлива, параметрах пара, скорости вращения турбин и т.д.); о работе системы – какие элементы системы (линии, трансформаторы, генераторы, нагрузки, котлы, паропроводы) в данный момент отключены, какие находятся в работе, в резерве и т.д.; об электрических параметрах режима (напряжениях, токах, активных и реактивных мощностях, частоте и т.д.).

Работа электростанций в системе даёт возможность за счёт большого количества параллельно работающих генераторов повысить надёжность электроснабжения потребителей, полностью загрузить наиболее экономические агрегаты электростанций, снизить стоимость выработки электроэнергии. Кроме того, в энергосистеме снижается установленная мощность резервного оборудования; обеспечивается более высокое качество электроэнергии, отпускаемой потребителям; увеличивается единичная мощность агрегатов, которые могут быть установлены в системе.

Читайте также:  Текущий отцепочный ремонт вагонов оборудование

В России, как и во многих других странах, для производства и распределения электроэнергии применяется трёхфазный переменный ток частотой 50Гц (в США и ряде других стран 60Гц). Сети и установки трёхфазного тока более экономичны по сравнению с установками однофазного переменного тока, а также дают возможность широко использовать в качестве электропривода наиболее надёжные, простые и дешевые асинхронные электродвигатели.

Наряду с трёхфазным током в некоторых отраслях промышленности применяют постоянный ток, который получают выпрямлением переменного тока (электролиз в химической промышленности и цветной металлургии , электрифицированный транспорт и др.).

Электрическую энергию, вырабатываемую на электростанциях, необходимо передать в места её потребления, прежде всего в крупные промышленные центры страны, которые удалены от мощных электростанций на многие сотни, а иногда и тысячи километров. Но электроэнергию недостаточно передать. Её необходимо распределить среди множества разнообразных потребителей – промышленных предприятий, транспорта, жилых зданий и т.д. Передачу электроэнергии на большие расстояния осуществляют при высоком напряжении (до 500кВт и более), чем обеспечиваются минимальные электрические потери в линиях электропередачи и получается большая экономия материалов за счёт сокращения сечений проводов. Поэтому в процессе передачи и распределения электрической энергии приходится повышать и понижать напряжение. Этот процесс выполняется посредством электромагнитных устройств, называемых трансформаторами. Трансформатор не является электрической машиной, т.к. его работа не связана с преобразованием электрической энергии в механическую и наоборот; он преобразует лишь напряжение электрической энергии. Повышение напряжения осуществляется при помощи повышающих трансформаторов на электростанциях, а понижение – при помощи понижающих трансформаторов на подстанциях у потребителей.

Промежуточным звеном для передачи электроэнергии от трансформаторных подстанций к приёмникам электроэнергии являются электрические сети.

Трансформаторная подстанция – это электроустановка, предназначенная для преобразования и распределения электроэнергии.

Подстанции могут быть закрытыми или открытыми в зависимости от расположения её основного оборудования. Если оборудование находится в здании, то подстанция считается закрытой; если на открытом воздухе, то – открытой.

Оборудование подстанций может быть смонтировано из отдельных элементов устройств или из блоков, поставляемых в собранном для установки виде. Подстанции блочной конструкции называются комплектными.

В оборудование подстанций входят аппараты, осуществляющие коммутацию и защиту электрических цепей.

Основной элемент подстанций – силовой трансформатор. Конструктивно силовые трансформаторы выполняются так, чтобы максимально отвести тепло, выделяемое ими при работе от обмоток и сердечника в окружающую среду. Для этого, например, сердечник с обмотками погружают в бак с маслом, делают поверхность бака ребристой, с трубчатыми радиаторами.

Комплектные трансформаторные подстанции, устанавливаемые непосредственно в производственных помещениях мощностью до 1000 кВА, могут оснащаться сухими трансформаторами.

Для увеличения коэффициента мощности электроустановки на подстанциях устанавливают статические конденсаторы, компенсирующие реактивную мощность нагрузки.

Автоматическая система контроля и управления аппаратами подстанции следит за процессами, происходящими в нагрузке, в сетях электроснабжения. Она выполняет функции защиты трансформатора и сетей, отключает при посредстве выключателя защищаемые участки при аварийных режимах, осуществляет повторное включение, автоматическое включение резерва.

Трансформаторные подстанции промышленных предприятий подключаются к питающей сети различными способами в зависимости от требований надёжности бесперебойного электроснабжения потребителей.

Типовыми схемами, осуществляющими бесперебойное электроснабжение, являются радиальная, магистральная или кольцевая.

В радиальных схемах от распределительного щита трансформаторной подстанции отходят линии, питающие крупные электроприёмники: двигатели, групповые распределительные пункты, к которым присоединены более мелкие приёмники. Радиальные схемы применяются в компрессорных, насосных станциях, цехах взрыво- и пожароопасных, пыльных производств. Они обеспечивают высокую надёжность электроснабжения, позволяют широко использовать автоматическую аппаратуру управления и защиты, но требуют больших затрат на сооружение распределительных щитов, прокладку кабеля и проводов.

Магистральные схемы применяются при равномерном распределении нагрузки по площади цеха, когда не требуется сооружать распределительный щит на подстанции, что удешевляет объект; можно использовать сборные шинопроводы, что ускоряет монтаж. При этом перемещение технологического оборудования не требует переделки сети.

Недостатком магистральной схемы является низкая надёжность электроснабжения, так как при повреждении магистрали отключаются все электроприёмники, присоединённые к ней. Однако установка перемычек между магистралями и применение защиты существенно повышает надёжность электроснабжения при минимальных затратах на резервирование.

От подстанций ток пониженного напряжения промышленной частоты распределяется по цехам с помощью кабелей, проводов, шинопроводов от цехового распределительного устройства до устройств электроприводов отдельных машин.

Перерывы в электроснабжении предприятий, даже кратковременные, приводят к нарушениям технологического процесса, порче продукции, повреждению оборудования и невосполнимым убыткам. В некоторых случаях перерыв в электроснабжении может создать взрыво- и пожароопасную обстановку на предприятиях.

Правилами устройства электроустановок все приёмники электрической энергии по надёжности электроснабжения подразделяются на три категории:

  • Приёмники энергии, для которых недопустим перерыв в электроснабжении, поскольку он может привести к повреждению оборудования, массовому браку продукции, нарушению сложного технологического процесса, нарушению работы особо важных элементов городского хозяйства и в конечном счёте – угрожать жизни людей.
  • Приёмники энергии, перерыв в электроснабжении которых приводит к невыполнению плана выпуска продукции, простою рабочих, механизмов и промышленного транспорта.
  • Остальные приёмники электрической энергии, например цехи несерийного и вспомогательного производства, склады.

Электроснабжение приёмников электрической энергии первой категории в любых случаях должно быть обеспечено и при нарушении его автоматически восстановлено. Поэтому такие приёмники должны иметь два независимых источника питания, каждый из которых может полностью обеспечить их электроэнергией.

Приёмники электроэнергии второй категории могут иметь резервный источник электроснабжения, подключение которого производится дежурным персоналом через некоторый промежуток времени после отказа основного источника.

Для приёмников третьей категории резервный источник питания, как правило, не предусматривается.

Электроснабжение предприятий подразделяется на внешнее и внутреннее. Внешнее электроснабжение – это система сетей и подстанций от источника электропитания (энергосистемы или электростанции) до трансформаторной подстанции предприятия. Передача энергии в этом случае осуществляется по кабельным или воздушным линиям номинальным напряжением 6, 10, 20, 35, 110 и 220 кВ. К внутреннему электроснабжению относится система распределения энергии внутри цехов предприятия и на его территории.

К силовой нагрузке (электродвигатели, электропечи) подводится напряжение 380 или 660 В, к осветительной – 220 В. Двигатели мощностью 200 кВт и более в целях снижения потерь целесообразно подключать на напряжение 6 или 10 кВ.

Наиболее распространённым на промышленных предприятиях является напряжение 380 В. Широко внедряется напряжение 660 В, что позволяет снизить потери энергии и расход цветных металлов в сетях низшего напряжения, увеличить радиус действия цеховых подстанций и мощность каждого трансформатора до 2500 кВА. В ряде случаев при напряжении 660 В экономически оправданным является применение асинхронных двигателей мощностью до 630 кВт.

Распределение электроэнергии производится с помощью электропроводок – совокупности проводов и кабелей с относящимися к ним креплениями, поддерживающими и защитными конструкциями.

Внутренняя проводка – это электропроводка, проложенная внутри здания; наружная – вне его, по наружным стенам здания, под навесами, на опорах. В зависимости от способа прокладки, внутренняя проводка может быть открытой, если она проложена по поверхности стен, потолков и т.д., и скрытой, если она проложена в конструктивных элементах зданий.

Проводка может быть проложена изолированным проводом или небронированным кабелем сечением до 16 кв.мм. В местах возможного механического воздействия электропроводку заключают в стальные трубы, герметизируют, если среда помещения взрывоопасная, агрессивная. На станках, полиграфических машинах проводка выполняется в трубах, в металлических рукавах проводом с полихлорвиниловой изоляцией, не разрушающейся от воздействия на неё машинными маслами. Большое количество проводов системы управления электропроводом машины укладывается в лотках. Для передачи электроэнергии в цехах с большим количеством производственных машин применяются шинопроводы.

Для передачи и распределения электроэнергии широко применяются силовые кабели в резиновой, свинцовой оболочке; небронированные и бронированные. Кабели могут укладываться в кабельные каналы, укрепляться на стенах, в земляных траншеях, заделываться в стены.

Источник