ОБЩИЕ ВОПРОСЫ НАДЕЖНОСТИ И БЕЗОПАСНОСТИ ЭНЕРГЕТИКИ
Одним из наиболее эффективных направлений в развитии электроэнергетики принято считать повышение в балансе мощности и электроэнергии энергосистем доли возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в виде ветровых и солнечных энергооустановок (ВЭУ и СЭС), основными преимуществами которых считаются экономия органического топлива (угля, газа, мазута) и снижении экологически вредных выбросов в атмосферу. Однако при этом остаются совершенно неисследованным влияние ВИЭ на управляемость режимами работы электроэнергетических систем и на надежность функционирования ОЭС.
В настоящее время в мировой энергетике используется 318 млн. кВт ВЭУ и около 142.4 млн. кВт СЭС, из которых на основные страны Западной Европы приходится около 227 млн. кВт, или 49.3%. В среднем по Западной Европе ветровые и солнечные электростанции составляют почти 30% суммарной генерирующей мощности, при этом наибольший удельный вес ВЭУ приходится на Данию (47%), а самая высокая доля СЭС (18.6%) относится к Германии. Однако бесконтрольное повышение доли ВЭУ и СЭС в структуре генерирующих мощностей энергосистем начинает проявляться в резком снижении надежности функционирования электроэнергетики из-за неучета (или недостаточного учета) ряда отрицательных свойств ВЭУ и СЭС, которые практически проявили себя в системной аварии в энергосистеме Англии 9.08.2019 г., когда в результате «рядового» короткого замыкания произошла системная авария с отключением от системы электроснабжения до 1.1 млн. потребителей с общей нагрузкой 1690 МВт на время от 15 до 45 мин. Это по расчетам привело к экономическим ущербам у потребителей 12.3–15.0 млн.USD.
Причина заключается в неучете повышенной чувствительности ВЭУ, СЭС, ГТУ и газопоршневых энергоустановок (ГПЭУ) к снижениям напряжения и частоты в условиях недостаточного по мощности вращающегося (мобильного) резерва генерации. Ущерб может быть предотвращен увеличением вращающегося резерва в пределах располагаемого резерва ЭЭС, что потребует увеличения средств на его поддержание за счет дополнительного расхода топлива. Соотношение снижения вероятного ущерба потребителям и стоимости дополнительного расхода топлива на поддержание в энергосистеме необходимого вращающегося резерва позволяет экономически обосновать стратегию и масштабы внедрения в электроэнергетику возобновляемых источников энергии.
Реактивная мощность в энергосистеме отрицательно влияет на режим работы электрической сети, дополнительно загружая высоковольтные линии и трансформаторы, что приводит к увеличению потерь мощности, а также к увеличению падений напряжения. Влияние активной и реактивной составляющих мощности на напряжения в узлах сети различно и в подавляющей степени определяется соотношениями активных и реактивных составляющих сопротивлений элементов электроэнергетической системы. В высоковольтных сетях реактивная составляющая сопротивления существенно превышает активную, и поэтому протекание реактивного тока по сети приводит к большему падению напряжения, чем протекание активной составляющей тока. Передача реактивной мощности может привести к выходу за нормируемый диапазон напряжений в узлах нагрузки.
Для уменьшения потерь мощности и падения напряжения в элементах электрической сети могут применяться синхронные компенсаторы (СК), батареи статических конденсаторов (БСК), статические тиристорные компенсаторы (СТК), управляемые шунтирующие реакторы (УШР). Стоимости производства и передачи активной и реактивной мощности различны, и при выборе мощности средств компенсации реактивной мощности необходимо учитывать затраты и сравнивать их с получаемым эффектом, который различен для больших и малых значений реактивной мощности при снижении её на одну и ту же величину. Для оценки целесообразности применения компенсирующих устройств, выбора их типа и мест установки требуется проведение соответствующих расчетов. Предложен эмпирический критерий для первичной оценки технической целесообразности проведения компенсации реактивной мощности. Он позволяет определить участки и узлы сети, для которых существует необходимость компенсации реактивной мощности и которые следует рассмотреть подробнее.
Рассматриваются варианты модернизации энергопромышленного комплекса, включающего в себя большое количество предприятий и теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) с наличием низкопотенциального сбросного тепла. При модернизации предлагается использование тепловых насосов (ТНУ) в системах ТЭЦ. Представлен вариант использования низкопотенциального тепла незамерзающего в зимнее время Енисея. Произведены оценки экологической и экономической эффективности предлагаемых вариантов.
В качестве примера рассматривается город Красноярск, расположенный на обоих берегах Енисея. В Красноярске работают крупные ГЭС, которые по электроэнергии вырабатывают избыточную мощность. Также работают ТЭЦ-1, ТЭЦ-2 и ТЭЦ-3 и большое количество котельных, вредные выбросы которых подробно изложены в статье. Кроме этого, приводятся данные по количеству низкопотенциальных источников, рассматриваются варианты использования низкопотенциальных источников тепла в ТНУ. Представлен выход низкопотенциального тепла по месяцам, результаты расчета по сопоставлению вариантов использования ТНУ на трех ТЭЦ. Изучена возможность закрытия неэффективных котельных, работающих на угле, что позволит сократить вредные выбросы в атмосферу и уменьшить себестоимость производства тепла в мегаполисе для систем централизованного теплоснабжения.
Рассматривается работа Красноярского алюминиевого завода, который имеет вредные выбросы (фтор, оксиды серы, пыль, смолистые вещества), а также потери первичной энергии 13,5 млн. Гкал, из которых только 40% идет на производство алюминия, а 60% теряется и выбрасывается в окружающую среду. Для уменьшения этих потерь в 1,5 раза предлагается установить воздушные теплообменники. Перспектива использования ТНУ большой мощности обеспечивается наличием речной воды из Енисея, температура которой даже в зимние время не опускается ниже 3°С. Мощные ТНУ с центробежными компрессорами, выпускаемыми в г. Казань, позволят обеспечить теплом строящиеся в Красноярске административные и жилые здания с суммарной тепловой нагрузкой 803 Гкал/ч. Срок окупаемости систем с ТНУ составляет 6÷8 лет.
ИССЛЕДОВАНИЯ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ, РАСЧЕТЫ
В тепловых схемах отечественных паровых турбин широкое применение нашли подогреватели низкого давления (ПНД) смешивающего типа с безнапорным струйным водораспределением и противоточным движением воды и пара. Выбор противоточного варианта движения сред обеспечивает максимально эффективный теплообмен. Однако, до настоящего времени актуальна техническая проблема обеспечения надежной работы ПНД во всем диапазоне расчетных нагрузок энергоблоков ТЭС и АЭС.
В процессе пусконаладочных работ и эксплуатации ПНД смешивающего типа турбин 800÷1200 МВт ТЭС и АЭС выявилось наличие металлических стуков в зоне обратного клапана, гидроударов в отсеке нагрева. Априорно указанные явления указывали на конструктивные недостатки ПНД или производственные дефекты при их изготовлении. Проведенные НПО ЦКТИ исследования показали, что периодические гидроудары в отсеке нагрева и металлические стуки происходят в следствие неравномерности распределения по окружности основного конденсата и подачи пара. Это приводит к поломке обратного клапана и разрушению перфорированных тарелок и нерасчетному нагреву воды в объеме кольцевой водяной камеры ПНД. Для выяснения причин возникших разрушений, разработки рекомендаций по реконструкции аппаратов и дальнейшего учета при проектировании были проведены две серии экспериментальных исследований на подогревателях смешивающего типа турбоагрегатов 800 МВт ПНСВ-2000-1 и ПНСВ-2000-2, изготовленных на ТКЗ «Красный котельщик». Цель экспериментальных исследований — определение изменения уровня воды в водяной камере и нагрева основного конденсата в элементах отсека нагрева при работе энергоблока в штатном режиме на нагрузках 400÷850 МВт. По результатам исследований уточнена методика расчета ПНД смешивающего типа с учетом выявленной неравномерности нагрева воды в водяной камере, разработаны и внедрены рекомендации по их реконструкции.
ЭНЕРГЕТИКА ЗАРУБЕЖНЫХ СТРАН
СОЦИОЛОГИЯ И ЭНЕРГЕТИКА
ПОДГОТОВКА ПЕРСОНАЛА
ЮБИЛЕИ, НАГРАЖДЕНИЯ
ИНФОРМАЦИЯ
ХРОНИКА, ПУБЛИКАЦИИ
ДО ГОРИЗОНТА СОБЫТИЙ: ФАКТЫ, МНЕНИЯ, МЕТАФОРИЗМЫ
ISSN 2542-2057 (Online)