ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ МНОГОАГРЕГАТНЫХ ДИЗЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ В ПИКОВОЙ ЧАСТИ ГРАФИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ

IMPROVING ENERGY EFFICIENCY MULTIMODULAR DIESEL POWER DURING PEAK ELECTRICAL LOAD OF THE CHART

Evgeniy Krotkov

сandidate of Science, assistant professor of Samara State Technical University, Russia, Samara

Aleksandra Ermoshina

student of Samara State Technical University,

Russia, Samara

АННОТАЦИЯ

Состояние вопроса: Пятая часть территории Российской Федерации – республика Саха (Якутия) и Арктическая зона Российской Федерации не входит в зону обслуживания централизованной энергетики. Основными проблемами энергоснабжения изолированных электрических систем является многозвенная схема доставки топлива для дизельных электростанций (ДЭС), приводящая к высокой цене топлива.

Материалы и методы: Анализ суточных графиков активной и реактивной нагрузки энергоузлов изолированных электрических систем (далее ЭС) свидетельствует о низких значениях коэффициента мощности потребителей. Увеличение реактивной нагрузки обусловлено неучастием потребителей электроэнергии в компенсации реактивной мощности. В сложившейся ситуации синхронные генераторы ДЭС являются единственным средством регулирования реактивной мощности в изолированных ЭС.

Результаты: Включение источника реактивной мощности на шины ДЭС позволит разгрузить синхронные генераторы от части вырабатываемой реактивной мощности, а за счет действия АРВ синхронного генератора компенсировать переменную часть графика реактивной мощности. При этом снижаются токи ротора и статора генераторов, появляется возможность уменьшения числа работающих генераторов многоагрегатной ДЭС при заданной выработки активной мощности, что приведет к снижению расхода топлива.

Выводы: Применение источника реактивной мощности на шинах ДЭС является экономически целесообразным мероприятием, позволяющим решить часть проблем локальных энергосистем и имеющим срок окупаемости затрат около года.

ABSTRACT

Background: The fifth part of the Russian Federation territory is the Republic of Sakha (Yakutia) and Arctic zone of the Russian Federation isn't included into centralized power generating industry service zone. The main problems of power distribution of isolated electric systems is the ladder format fuel delivery for diesel engine power plants (DPP) causing the high fuel price.

Materials and methods: The analysis of daily active and reactive load center demand diagrams of isolated electric systems (ES) testifies to low values of power factor for consumers. The increase of the reactive load is caused by nonparticipation of electric power consumers at reactive power compensation. In this situation the DPP synchronous generators are the only means for regulation of the reactive power in isolated ES.

Results: Inclusion the reactive power source on DPP bus lead will allow unloading synchronous generators from developed reactive power part and due to action of AEC synchronous generator to compensate variable part of reactive power diagram. Thus rotor and stator currents of generators decrease, possibility of reduction the number of working multimodular DPP generators at the set development of active power appears that will lead to decrease the fuel consumer.

Conclusions: The application of a reactive power on bus leads DPP is an economically expedient action which allows solving part of local electric energy systems problems and having a payback expenses period about a year.

Ключевые слова: дизельные электростанции; локальные энергосистемы; компенсация реактивной мощности; расход топлива.

Keywords: diesel engine power plants; local electric energy systems; power factor correction; the fuel consumer.

Отличительной особенностью электрической системы республики Саха (Якутия) и Арктической зоны Российской Федерации является её неразвитость и изолированный режим работы энергоузлов [2].

Общее количество дизельных электростанций (далее ДЭС), установленных в регионах Дальнего Востока и Арктической зоны Российской Федерации составляет 203 единицы, потребляющих топлива на сумму около 4,3 млрд. рублей в год. Снижение расхода топлива на ДЭС является актуальной задачей и будет оставаться ею в ближайшее десятилетие ввиду отсутствия реальных, готовых к внедрению энергетических альтернатив [3].

ДЭС состоят из блок-модулей, в которых расположены дизель-генераторы, пункт автоматизированной системы управления технологическим процессом с закрытым распредустройством 0,4 кВ, сетевая насосная, ремонтная мастерская и помещение топливомаслоподготовки. Потребителями ДЭС являются рабочие посёлки населением от 200 до 1500 человек, а также небольшие промышленные предприятия со средневзвешенным коэффициентом мощности в пределах 0,7–0,75.

Покрытие реактивной мощности потребителей с низким коэффициентом мощности требует увеличения токов возбуждения синхронных генераторов, что может привести к увеличению расхода топлива и числа работающих ДЭГ [1].

В качестве одного из возможных технических решений, направленных на снижение вырабатываемой синхронными генераторами реактивной мощности, может быть предложено применение на ДЭС источников реактивной мощности (ИРМ) [4].

Для оценки снижения расхода дизельного топлива рассмотрена ДЭС (Рис. 1), состоящая из четырёх ДЭГ марки Caterpillar GEP-150, технические характеристики которого приведены в табл. 1.

таблица 1.

Технические характеристики ДЭГ Cat GEP-150

Рисунок 1 Принципиальная электрическая схема подключения ИРМ на шины ДЭС

В качестве примера на рис. 2 представлены суточный график активной и реактивной нагрузки зимнего максимума потребителей пос. Чокурдах Аллаиховского улуса Республики Саха.

Рисунок 2 Суточный график активной и реактивной нагрузки зимнего максимума потребителей пос. Чокурдах

Вышеприведённые графики суточного потребления мощности, характеризующие изолированную энергосистему, имеют сильно выраженный неравномерный характер. Поэтому выходы на различные мощностные режимы в соответствии с графиком нагрузки, связанные с необходимостью участия генерирующих установок в суточном маневрировании, сопровождаются ростом удельного расхода топлива.

Для ДЭС при уменьшении мощности наблюдается сначала незначительное, а при снижении мощности более чем на 40 % – резкое увеличение удельного расхода топлива [4].

Распределение нагрузок и расход топлива при работе ДЭС по графику, показанному на Рис. 2, представлены в Табл. 2..

Таблица 2.

Суточное потребление топлива в зимний период без ИРМ

Применение ИРМ на шинах многоагрегатной ДЭС в пиковые часы суточного графика электрической нагрузки, что позволит отключить один из агрегатов ДЭС и увеличит срок между сервисными и ремонтными интервалами за счет снижение темпов выработки моторесурса.

Распределение активной и реактивной нагрузки между агрегатами и расход топлива ДЭС в таком режиме представлены в табл. 3. В этом режиме появляется возможность отключения одного из агрегатов ДЭС.

Таблица 3.

Суточное потребление топлива в зимний период с включенным ИРМ в часы пиковых нагрузок

График реактивной нагрузки ДЭС с включенным ИРМ мощностью 240 квар. в период с 10 до 21 ч показан на Рис. 3.

Рисунок 3. Типовой зимний суточный график реактивной нагрузки ДЭС с включенным ИРМ в часы пиковых нагрузок мощностью 240 квар.

Анализ результатов расчетов показал, что снижение расхода дизельного топлива в сутки для режима с включением ИРМ в часы максимальных нагрузок составляет 309,3 л. Экономия затрат на закупку дизельного топлива в год при работе ДЭС с включенным ИРМ в часы максимальных нагрузок – 2,7 млн. руб.

Применение ИРМ на многоагрегатной ДЭС является экономически эффективным техническим мероприятием, повышающим энергоэффективность изолированных электрических систем Дальнего Востока и Арктической зоны Российской Федерации.

Список литературы:

1. Правила технической эксплуатации дизельных электростанций. Москва: МГОУ, 2005. – 213 с.
2. Сайт РАО ЕЭС Востока http://www.rao-esv.ru/ (Дата обращения 28.04.2016).
3. Стратегия развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2020 года. Утверждена президентом РФ 8 февраля 2013 г. № Пр-232.
4. Эффекты применения накопителей энергии в изолированных энергосистемах России. Арктика: экология и экономика № 2 (14), 2014. С. 61–66.