1.5. Джерела живлення електропостачальних систем підприємств

Для забезпечення електричних навантажень різноманітних споживачів необхідні джерела живлення, до яких пред'являють певні техніко-економічні вимоги. Вони повинні:

– мати достатню потужність і надійність;

– забезпечувати потрібну якість електроенергії (стабільність напруги і частоти, синусоїдальність напруги, симетрію трифазної системи напруги, тощо) в нормальних та післяаварійних режимах;

– для заощадження енергоресурсів мати високий ККД перетворення енергії і виробляти енергію з малою собівартістю.

Крім цих вимог важливими також можуть бути:

– швидкість введення джерел в роботу;

– ступінь автоматизації;

– мала потреба в експлуатаційному персоналі;

– відсутність шкідливої дії на навколишнє середовище.

в)

Рис 1.2. Сумісні (а, б) та нарізна (в) схеми енергопостачання

В залежності від конкретних умов як джерело живлення споживачів використовують:

1. Підстанції енергосистеми.

2. Власні електростанції, які працюють паралельно з енергосистемою.

3. Електростанції і генераторні агрегати, які не призначені для паралельної роботи з енергосистемою.

4. У спеціальних випадках - електрохімічні, фотоелектричні та інші статичні джерела.

Як джерела реактивної потужності використовують енергосистеми і власні станції, а також спеціальні власні джерела реактивної потужності (конденсаторні батареї, синхронні компенсатори і двигуни тощо).

Перші два види джерел складають основу централізованого електропостачання, частка якого у виробленій електроенергії для потреб народного господарства в теперішній час доходить до 98%.

При живленні споживачів від енергосистеми може здійснюватися комплексне електро- і теплопостачання від потужних теплових вузлів енергосистеми (рис. 1.2 а), або власної ТЕЦ.

У випадку значної віддалі теплових джерел енергосистеми застосовують нарізне тепло- та електропостачання (рис. 1.2, в).

Власні електростанції (ТЕЦ) промислових підприємств, що працюють паралельно з енергосистемою, використовуються у наступних випадках:

1. При великому споживанні теплової енергії у вигляді гарячої води або пари для забезпечення кращого використання палива шляхом комбінованого виробництва теплової та електричної енергії на заводських ТЕЦ (рис. 1.2, б).

2. При наявності на підприємстві в процесі виробництва великої кількості відходів – вторинного палива, використання яких доцільно шляхом спалювання на заводських станціях. Типовим представником такого палива є коксовий газ, який є на металургійних підприємствах.

3. При великій потужності підприємства в порівнянні з потужністю енергосистеми або обмеженій пропускній здатності мережі живлення, якщо спорудження власної електростанції економічно вигідніше, ніж розширення енергосистеми. Цей випадок зустрічається відносно рідко.

ТЕЦ промислових підприємств через трансформатори зв'язку з енергосистемою можуть передавати в мережу вищої напруги надлишок електроенергії, яку вона генерує або приймати від мережі системи електроенергію у випадку її дефіциту на шинах генераторної напруги промислової ТЕЦ.

Місцеві джерела електроенергії, які не працюють паралельно з енергосистемою, використовують, як правило:

1. При значній віддаленості підприємства від енергосистеми, коли спорудження ліній живлення економічно менш вигідно, ніж спорудження місцевої автономної електростанції;

2. Як резервні джерела живлення на випадок припинення подачі енергії від централізованих джерел;

3. В складі установок гарантованого неперервного електропостачання;

4. Для живлення електроприймачів в польових умовах;

5. Для живлення пересувних і переносних електроприймачів.

У зв'язку зі збільшенням на промислових підприємствах числа електроприймачів з підвищеними вимогами щодо надійності живлення, а також нестаціонарних електроприймачів, значення таких джерел поступово зростає. Серед них зустрічаються не тільки звичайні електростанції і обертові генераторні елементи, але і акумуляторні установки, гальванічні елементи, теплоелектробатареї (в тому числі радіоізотопні) та інші пристрої живлення. У випадках наявності відповідних енергоносіїв (гірських річок, постійних вітрів) використовують невеличкі ГЕС та вітрові енергетичні установки.

Останнім часом в світі досить активно запроваджується ідея когенерації, яка полягає в активному використанні можливостей щодо виробництва електричної та теплової енергії безпосередньо на промислових підприємствах. В них більше використовується тепло викидних газів та систем охолодження первинних двигунів, що дозволяє суттєво підвищити коефіцієнт корисної дії та зменшити вартість теплової і електричної енергії. В Україні запропонований та обґрунтований свій шлях розвитку когенерації – модернізація та перетворення відповідних існуючих теплогенеруючих об’єктів (котлів) в міні-ТЕС шляхом надбудови електрогенеруючими агрегатами з газотурбінними та газопоршневими двигунами. Принциповою відміною такого шляху впровадження когенераційних установок є використання вже існуючого теплового агрегату, процес утилізації теплоти відпрацьованих газів первинного двигуна в базовому тепловому режимі відбувається зі спаленням додаткового палива для підтримання розрахункових характеристик згаданого агрегату (котла). Це в свою чергу визначає такі принципові відмінності когенераційної установки з”допаленням”:

1)можливість отримання максимальної ефективності використання палива – 90-92% (в існуючих ТЕЦ та утилізаційних установках – 75-80%);

2)можливість застосування глибокої утилізації теплоти димових газів, тобто утилізації крім фізичної ще й теплоти пароутворення в продуктах згорання природного газу, що дозволить додатково зменшити витрати палива на 10-12%;

3)можливість зменшення на 30-50% шкідливих викидів у порівнянні з нарізним виробництвом тієї ж кількості теплоти та електроенергії.

Високі техніко-економічні показники когенераційних технологій, що визначаються малими питомими витратами палива на генерування 1 кВт-год електроенергії (до140-150 г умовного палива замість 370-380 г на діючих ТЕС), малою тривалістю будівництва (0,5-1,5 року), малими питомими капітальними вкладеннями (300-600 $/кВт), привертають все більшу увагу інвесторів. Когенерація надає можливість забезпечити енергетичну незалежність і технологічну надійність підприємства чи навіть регіону, а також одержувати значний прибуток за рахунок зменшення витрат енергоносіїв.

Промисловість України виробляє різні когенераційні установки, які за типом первинного двигуна можна поділити на такі:

– з двигунами внутрішнього згорання на рідкому паливі чи газі;

–газотурбінні для виробітку електричної та теплової енергії, в яких пара чи гаряча вода використовується для технологічних та теплофікаційних цілей (2,5–25 МВт); кількість електричної енергії в цих установках відповідає потужності газотурбінних двигунів, а кількість теплової енергії від котла-утилізатора складає 120-190% від загальної потужності установки;

–комбіновані парогазові установки (13,5-325 МВт) – електрична потужність установки дорівнює сумі потужностей парової та газової турбін, Цей ряд забезпечує найекономічніший спосіб виробництва електричної енергії;

–установки з енергетичним вприскуванням пари (4,3-40,7 МВт) – пара використовується в газотурбінному двигуні як додаткове робоче тіло та збільшує його потужність на 60-80%, а ККД – на 20-25%;

–установки з енергетичним вприскуванням пари в проточну частину з наступним уловлюванням вологи з вихлопних газів та поверненням конденсату для повторного використання в робочому циклі потужністю 4,15-39,7 МВт – технологія „Водолій”, в якій води на виході отримують більше, ніж її було на вході. Аналогів системі в світі немає.

Техніко-економічні показники таких установок дозволяють їм конкурувати з традиційними джерелами й одночасно підвищити надійність постачання теплової та електричної енергії.