Устройство электроснабжения собственных нужд энергоблока электростанции

Изобретение относится к областям электротехники и электроэнергетики и может быть применено на тепловых электростанциях с паротурбинным циклом Ренкина (например, конденсационные электростанции - КЭС), с газотурбинным циклом Брайтона (например, электростанции с газотурбинными установками - ПТУ, на парогазовых электростанциях - ПТУ), использующих газовое топливо, например, традиционный природный газ. Технический результат заключается в повышении эффективности (в повышении общего КПД электростанции) и отдачи электростанции (в увеличении выдачи электроэнергии в энергосистему на величину потребления собственных нужд) и достигается тем, что устройство электроснабжения собственных нужд теплосиловой установки, использующей газовое топливо, содержит контур рабочего тела с блоком нагрева рабочего тела, по первому входу подсоединенного к системе газоснабжения, по второму входу - к системе воздухоподачи, а по выходу соединенного с турбиной с электрогенераторм на валу, выводы статорных обмоток которого подсоединены к энергосистеме и через трансформатор к шинам собственных нужд теплосиловой установки, снабжено блоком топливных элементов, воздухозаборником и инвертором, при этом первый вход блока топливных элементов подсоединен к указанной системе газоснабжения электростанции, второй вход - к воздухозаборнику, а электрический выход через инвертор подсоединен к шинам собственных нужд. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть применено на тепловых электростанциях с паротурбинным циклом Ренкина (например, конденсационные электростанции - КЭС), с газотурбинным циклом Брайтона (например, электростанции с газотурбинными установками - ГТУ, на парогазовых электростанциях - ПТУ), использующих газовое топливо, например, традиционный природный газ.

Известен аналог - система электроснабжения собственных нужд энергоблока электростанции, которая содержит генератор, линейные выводы обмотки статора которого присоединены через блочный трансформатор к распределительной установке электростанции и через рабочий трансформатор собственных нужд к распределительной установке собственных нужд энергоблока (Неклепаев Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций.: Учебник для вузов. - 1-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 640 с., с 371, Рис. 8.246).

Однако надежность такой системы электроснабжения собственных нужд энергоблока электростанции в отношении поддержания необходимого уровня напряжения на электроприемниках собственных нужд энергоблока недостаточно высока как во время изменения режима энергоблока, так и во время коротких замыканий в распределительной установке электростанции и прилегающей к ней электрической сети. Кроме того, электроприемники собственных нужд являются дополнительной нагрузкой для генератора, тем самым снижая эффективность и отдачу энергоблока.

Известен прототип - система электроснабжения собственных нужд энергоблока электростанции (Патент РФ №2261511, МПК H02J 3/00, опубл. 20.08.2003), содержащая генератор, линейные выводы обмотки статора которого присоединены через блочный трансформатор к распределительной установке электростанции, и рабочий трансформатор собственных нужд, первичная обмотка которого присоединена к электрической цепи между линейными выводами обмотки статора генератора и первичной обмотки блочного трансформатора, при этом вторичная обмотка рабочего трансформатора собственных нужд присоединена к распределительной установке собственных нужд энергоблока. Кроме того, содержит дополнительный трансформатор собственных нужд, вторичная обмотка которого присоединена к электрической цепи между вторичной обмоткой рабочего трансформатора собственных нужд и распределительной установкой собственных нужд энергоблока. При этом, первичная обмотка дополнительного трансформатора собственных нужд включена последовательно в электрическую цепь или между линейными выводами обмотки статора генератора и местом присоединения первичной обмотки рабочего трансформатора собственных нужд, или последовательно с нейтральными выводами обмотки статора генератора, или между местом присоединения первичной обмотки рабочего трансформатора собственных нужд и линейными выводами первичной обмотки блочного трансформатора, или последовательно с нейтральными выводами первичной обмотки блочного трансформатора, или последовательно между линейными выводами вторичной обмотки блочного трансформатора и распределительной установкой электростанции, или последовательно с нейтральными выводами вторичной обмотки блочного трансформатора.

Недостаток устройства - прототипа заключается в том, что в системе электроснабжения собственных нужд энергоблока электростанции кроме основного рабочего трансформатора собственных нужд использован дополнительный трансформатор собственных, тем самым, увеличивая общие потери, по сравнению с аналогом, еще и на дополнительном трансформаторе системы собственных нужд, что снижает эффективность и отдачу энергоблока.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в обеспечении электроснабжения собственных нужд электростанции при любых нормальных и аварийных режимах в энергосистеме и на самой электростанции, и как следствие, в повышении надежности работы электростанции.

Технический результат заключается в повышении эффективности и отдачи электростанции и достигается тем, что в устройстве электроснабжения собственных нужд энергоблока электростанции, содержащем генератор, линейные выводы обмотки статора которого присоединены через блочный трансформатор к энергосистеме, и рабочий трансформатор собственных нужд, первичная обмотка которого присоединена к электрической цепи между линейными выводами обмотки статора генератора и первичной обмотки блочного трансформатора, при этом вторичная обмотка рабочего трансформатора собственных нужд присоединена к шинам собственных нужд энергоблока, согласно изобретению, энергоблок электростанции выполнен в виде теплосиловой установки, содержащей систему газоснабжения, контур рабочего тела, турбину с электрическим генератором на валу, и дополнительно снабжено блоком топливных элементов, воздухозаборником, инвертором, при этом первый вход блока топливных элементов подсоединен к системе газоснабжения энергоблока, второй вход - к воздухозаборнику, а электрический выход через инвертор подсоединен к шинам собственных нужд.

Кроме того, в устройстве электроснабжения собственных нужд энергоблока электростанции контур рабочего тела может быть выполнен в виде паротурбинного цикла Ренкина, включающего блок нагрева рабочего тела в виде парогенератора, например, парового котла, турбину в виде паровой турбины, снабженной конденсатором и питательным насосом.

Кроме того, в устройстве электроснабжения собственных нужд энергоблока электростанции, энергоблок может быть выполнен в виде теплосиловой установки, контур рабочего тела которой выполнен в виде газотурбинного цикла Брайтона, включающего систему воздухоподачи в виде компрессора, блок нагрева рабочего тела в виде камеры сгорания топлива и турбину в виде газовой турбины.

Предлагаемое устройство схематично представлено на чертежах. На Фиг. 1 представлена упрощенная схема устройства электроснабжения собственных нужд теплосиловой установки, когда контур рабочего тела выполнен в виде паротурбинного цикла Ренкина.

На Фиг. 2 представлена упрощенная схема устройства электроснабжения собственных нужд теплосиловой установки, когда контур рабочего тела выполнен в виде газотурбинного цикла Брайтона.

Согласно Фиг. 1 устройство электроснабжения собственных нужд теплосиловой установки, использующей газовое топливо, например, природный газ, содержит контур рабочего тела в виде паротурбинного цикла Ренкина (Теплотехника. Учебник для вузов / А.П. Баскаков, Б.В. Берг, О.К. Витт и др.; Под ред. А.П. Баскакова. – М.: Энергоиздат, 1982, стр. 65-71) с блоком 1 нагрева рабочего тела в виде парогенератора, например, парового котла, по первому входу подсоединенного к системе 2 газоснабжения электростанции, по второму входу - к системе 3 воздухоподачи, выполненного, например, в виде вентилятора с фильтрами, а по выходу соединенного с турбиной 4 в виде паровой турбины с электрогенераторм 5 на валу, выводы статорных обмоток которого подсоединены к энергосистеме 6 и через трансформатор 7 к шинам 8 собственных нужд теплосиловой установки, а также блок 9 топливных элементов (Коровин Н.В. Топливные элементы и электрохимические энергоустановки. - М.: Издательство МЭИ, 2005. - 280 с.: ил.), первый вход которого подсоединен к указанной системе 2 газоснабжения, а второй вход к воздухозаборнику 10, выполненного, например, также в виде вентилятора с фильтрами, а электрический выход через инвертор 11 подсоединен к шинам 8 собственных нужд. При этом выход паротурбины 4 по пару (рабочему телу цикла Ренкина) соединен через конденсатор 12 и питательный насос 13 с третьим входом парогенератора 1. К шинам 8 собственных нужд теплосиловой установки также подключены электроприемники 14 собственных нужд. Кроме того, на Фиг. 1 обозначены: 15 - выключатели в электрических цепях соединений элементов устройства, 16 - трансформатор связи электрогенератора 5 с энергосистемой 6, 17 - циркуляционный насос подачи охлаждающей воды в конденсатор 12.

Согласно Фиг. 2 устройство электроснабжения собственных нужд теплосиловой установки, использующей газовое топливо, содержит контур рабочего тела в виде газотурбинного цикла Брайтона (Теплотехника. Учебник для вузов / А.П. Баскаков, Б.В. Берг, О.К. Витт и др.; Под ред. А.П. Баскакова. - М.: Энергоиздат, 1982, стр. 63-65) с блоком 1 нагрева рабочего тела в виде камеры сгорания топлива, по первому входу подсоединенной к системе 2 газоснабжения электростанции, по второму - к системе 3 воздухоподачи, например, в виде компрессора на валу турбины 4, а по выходу (т.е. по продуктам сгорания - рабочему телу цикла Брайтона) соединенной с турбиной 4 в виде газовой турбины с электрогенераторм 5 на валу, выводы статорных обмоток которого подсоединены к энергосистеме 6 и через трансформатор 7 к шинам 8 собственных нужд теплосиловой установки, а также блок 9 топливных элементов, первый вход которого подсоединен к указанной системе 2 газоснабжения, а второй вход к воздухозаборнику 10, выполненного, например, также в виде вентилятора с фильтрами, а электрический выход через инвертор 11 подсоединен к шинам 8 собственных нужд. К шинам 8 собственных нужд теплосиловой установки также подключены электроприемники 14 собственных нужд. Кроме того, на Фиг. 2 обозначены: 15 - выключатели в электрических цепях соединений элементов устройства, 16 - трансформатор связи электрогенератора 5 с энергосистемой 6, 18 - забор компрессором 3 атмосферного воздуха, 19 - сброс турбиной 4 отработавших газов цикла в окружающую среду.

Согласно Фиг. 1 устройство электроснабжения собственных нужд теплосиловой установки работает следующим образом. В парогенератор 1 по первому входу подают газ из системы 2 газоснабжения электростанции, по второму входу подают воздух вентилятором 3 с фильтрами, а через выход подают пар в турбину 4 с электрогенератором 5 на валу. От электрогенератора 5 энергия поступает в энергосистему 6 и через трансформатор 7 к шинам 8 собственных нужд теплосиловой установки. Отработавший пар с выхода турбины 4 через конденсатор 12 питательным насосом 13 возвращают в виде конденсата в парогенератор 1.

На первый вход блока 9 топливных элементов подают газ из той же системы 2 газоснабжения, а на второй вход подают атмосферный воздух вентилятором 10 с фильтрами. Электроэнергию на постоянном токе с выхода блока 9 топливных элементов подают через инвертор 11, а с его выхода переменный ток подают на шины 8 собственных нужд, от которых питаются электроприемники 14 собственных нужд.

Работа устройство электроснабжения собственных нужд теплосиловой установки согласно Фиг. 2 очевидна из описания статики схемы.

Рассмотрим особенности схем устройства - прототипа в виде конденсационной электростанции (КЭС) и предлагаемого устройства согласно Фиг. 1 также в виде конденсационной электростанции (КЭС).

Для блок-схемы КЭС устройства - прототипа различают КПД-брутто, равный

где Рг - мощность электрогенератора, QКЭС - тепловая мощность топлива (обычно по низшей теплоте сгорания), отбираемое из системы газоснабжения 2 и подаваемое в топочную камеру (топку) парового котла - парогенератора 1, и КПД-нетто, равный

где Рс - мощность, отдаваемая в сеть энергосистемы, kСН - коэффициент собственных нужд (в о.е. - доля от Рг), РСН - мощность собственных нужд КЭС, отбираемая от мощности генератора.

В предлагаемом устройстве вся мощность генератора 5 отдается в сеть энергосистемы 6 (т.е. Ргс), а питание собственных нужд 14 осуществляется от блока топливных элементов 9.

Так как в предлагаемом устройстве мощность по электроэнергии блока 9 топливных элементов равна мощности собственных нужд, т.е. , то для этой схемы КПД-нетто равен:

где QТЭ - тепловая мощность топлива, отбираемое из той же системы газоснабжения 2 и подаваемое на вход блока 9 топливных элементов,

- общий КПД последовательно включенных блока 9 топливных элементов (по электроэнергии) и инвертора 11,

- мощность по электроэнергии на выходе блока 9 топливных элементов и инвертора 11.

Очевидно, граничной точкой эквивалентности режимов устройства - прототипа и предлагаемого устройства являются режимы при выполнении условия

Тогда можно записать

или после раскрытия:

откуда следует вывод, что экономическим обоснованием применения блока 9 топливных элементов по электроэнергии в собственных нуждах КЭС является выполнение условия:

В книге по топливным элементам (Коровин Н.В. Топливные элементы и электрохимические энергоустановки. - М.: Издательство МЭИ, 2005, - 280 с.: ил.) на стр. 229 в таблице 9.2 приведены значения КПД по электрической энергии для топливных элементов: с расплав - карбонатным электролитом (РКТЭ) - и с твердооксидным электролитом (ТОТЭ) - . В книге по теплотехнике (Теплотехника: Учебник для вузов / А.П. Баскаков, Б.В. Берг, O.K. Витт и др.: Под ред. А.П. Баскакова. - М.: Энергоиздат, 1982. - 264 с.) на стр. 209 указано, что "…Коэффициент полезного действия современных ТЭС (Теплоэлектростанций) с паровыми турбинами достигает , с газовыми турбинами (ГТУ) не превышает … Коэффициент полезного действия комбинированных установок с паровыми и газовыми турбинами (парогазовых установок - ПТУ) может достигать ".

Из сравнения этих известных данных по КПД тепловых электростанций и топливных элементов с очевидностью следует, что, так как в предлагаемом устройстве всегда выполняется обоснованное выше условие:

то общий КПД параллельно работающих ТЭС и блока топливных элементов также всегда повышается. Степень повышения КПД зависит от соотношения установленных мощностей собственно ТЭС и собственно блока топливных элементов - с ростом установленной мощности блока топливных элементов растет и общий КПД.

Применение предлагаемого устройства позволяет достичь поставленной технической задачи в повышении надежности работы электростанции, так как при любых режимах, в том числе нормальных и аварийных, в энергосистеме 6 собственные нужды всегда энергообеспечены, за исключением аварий в системе газоснабжения 2. Для последних случаев в принципе можно предусмотреть газгольдеры.

Достигнутый технически результат заключается в повышении эффективности (повышает общий КПД электростанции) и отдачи электростанции (увеличивает выдачу электроэнергии в энергосистему на величину потребления собственных нужд).

1. Устройство электроснабжения собственных нужд энергоблока электростанции, содержащей генератор, линейные выводы обмотки статора которого присоединены через блочный трансформатор к энергосистеме, и рабочий трансформатор собственных нужд, первичная обмотка которого присоединена к электрической цепи между линейными выводами обмотки статора генератора и первичной обмотки блочного трансформатора, при этом вторичная обмотка рабочего трансформатора собственных нужд присоединена к шинам собственных нужд энергоблока, отличающееся тем, что энергоблок электростанции выполнен в виде теплосиловой установки, содержащей систему газоснабжения, контур рабочего тела, турбину с электрическим генератором на валу, и дополнительно снабжено блоком топливных элементов, воздухозаборником, инвертором, при этом первый вход блока топливных элементов подсоединен к системе газоснабжения энергоблока, второй вход - к воздухозаборнику, а электрический выход через инвертор подсоединен к шинам собственных нужд.

2. Устройство электроснабжения собственных нужд энергоблока электростанции по п. 1, отличающееся тем, что контур рабочего тела выполнен в виде паротурбинного цикла Ренкина, включающего блок нагрева рабочего тела в виде парогенератора, например, парового котла, турбину в виде паровой турбины, снабженной конденсатором и питательным насосом.

3. Устройство электроснабжения собственных нужд энергоблока электростанции по п. 1, отличающееся тем, что энергоблок выполнен в виде теплосиловой установки, контур рабочего тела которой выполнен в виде газотурбинного цикла Брайтона, включающего систему воздухоподачи в виде компрессора, блок нагрева рабочего тела в виде камеры сгорания топлива и турбину в виде газовой турбины.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электроэнергетике и электротехнике и может быть использовано для повышения качества электроэнергии в однофазных электрических сетях. Однофазный активный фильтр обеспечивает снижение коэффициентов искажения синусоидальности тока и напряжения питающей сети и поддержание определенного коэффициента мощности при динамически изменяющейся нелинейной нагрузке.

Использование в области электротехники. Технический результат – обеспечение распределения электроэнергии, измерения расхода потребленной потребителями электроэнергии, обнаружения места утечки электроэнергии (незаконного отбора электроэнергии), мониторинга распределительной сети и фиксации времени утечки электроэнергии.

Использование: в области электротехники. Технический результат – обеспечение оптимального размещения устройств защиты в энергораспределительной сети.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат, заключающийся в повышении эффективности и надежности поддержания общей устойчивости системы местной электросети внутри заданных предельных значений, достигается за счет устройства (1) и способа для управления устойчивостью местной электросети (3).

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в повышении надежности, гибкости и экономичности устройства комплексного регулирования перетоков мощности (УКРПМ) и обеспечивается тем, что УКРПМ для двухцепной линии электропередачи включает по меньшей мере один трансформатор со стороны параллельного соединения (1), три преобразователя тока (4), по меньшей мере два трансформатора со стороны последовательного соединения (8), коммутационную цепь со стороны параллельного соединения (3), коммутационную цепь со стороны последовательного соединения (6) и общую шину постоянного тока (5).

Использование: в области электротехники. Технический результат – повышение надежности работы за счет обеспечения защиты против выхода из строя одного из контуров, подключенных к вторичным трансформаторным обмоткам.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в уменьшении мощности источников постоянного напряжения, степени искажения рабочего тока и ошибки регулирования, а также уменьшении числа источников постоянного напряжения.

Использование: в области энергетики. Технический результат – обеспечение совместного и приоритизированного управления хранением энергии двумя или более сторонами.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат - повышение безопасности, надежности, а также снижение шума работы блочной автоматизированной электростанции контейнерного типа (БАЭКТ).

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат – повышение стабильности сети электроснабжения.

Изобретение относится к электротехнике. В способе резервирования каналов связи и технологических устройств измерения, анализа, мониторинга и управления оборудованием электрической подстанции, на первом этапе соединяют в сеть интеллектуальные технологические устройства и сетевые коммутаторы.

Использование: в области электротехники. Технический результат – повышение коэффициента мощности, потребляемой от сборных шин ГРУ электродвигателями собственных нужд (с.н.), снижение максимальных значений токов всех потребителей с.н.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления сетью электрического питания летательного аппарата. Техническим результатом является снижение затрат энергии, повышение КПД.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в сетях распределения мощности. Техническим результатом является обеспечение возможности непрерывной коррекции и динамической поддержки сети (2) распределения энергии или в сети (2) распределения энергии.

Группа изобретений относится к способу и устройству обработки регенерированной энергии реверсивными электрическими приводами летательного аппарата. Регенерацию энергии осуществляют приводами, работающими в режиме генератора электрической энергии, путем обратной передачи энергии через соответствующие каналы многоканального контура-преобразователя энергии и преобразуют ее в механическую энергию тепловой машиной через генератор в двигательном режиме.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к блокам питания с токовым входом. Новым является использование в качестве входного трансформатора тока фазного трансформатора тока энергоподстанции, включение параллельного силового ключа до двухполупериодного выпрямителя и применение в качестве ключа симметричного тиристора.

Изобретение относится к системе и способу для распределения мощности. Технический результат заключается в создании улучшении качества распределения мощности.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в энергоснабжающих установках, подающих энергию токоприемникам, расположенным вдали от берега и под поверхностью моря.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в сетях постоянного тока на борту летательного аппарата и в любых типах бортовых сетей (морское судно, автомобиль и т.д.

Изобретение относится к релейной технике и предназначено для предотвращения аварийного снижения частоты в энергосистеме и ее восстановления до заданного уровня путем автоматического отключения части потребителей при возникновении дефицита активной мощности и для автоматического включения отключенных потребителей после ликвидации аварийного дефицита мощности.

Изобретение относится к областям электротехники и электроэнергетики и может быть применено на тепловых электростанциях с паротурбинным циклом Ренкина, с газотурбинным циклом Брайтона, использующих газовое топливо, например, традиционный природный газ. Технический результат заключается в повышении эффективности и отдачи электростанции и достигается тем, что устройство электроснабжения собственных нужд теплосиловой установки, использующей газовое топливо, содержит контур рабочего тела с блоком нагрева рабочего тела, по первому входу подсоединенного к системе газоснабжения, по второму входу - к системе воздухоподачи, а по выходу соединенного с турбиной с электрогенераторм на валу, выводы статорных обмоток которого подсоединены к энергосистеме и через трансформатор к шинам собственных нужд теплосиловой установки, снабжено блоком топливных элементов, воздухозаборником и инвертором, при этом первый вход блока топливных элементов подсоединен к указанной системе газоснабжения электростанции, второй вход - к воздухозаборнику, а электрический выход через инвертор подсоединен к шинам собственных нужд. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх