Аннотация
В работе рассматривается вопрос повышения энергоэффективности заводских электростанций. Проведён обзор литературы, в котором представлены отечественные научные работы. Представлены результаты анализа текущего состояния энергоэффективности электростанций в стране. Выявлено, что одним из основных факторов, снижающих энергоэффективность электростанций, является потребление электроэнергии на собственные нужды. С целью снижения потребления электроэнергии собственными нуждами предложено использование принципа каскадно-частотного регулирования для управления группой насосов. В качестве объекта исследования выбраны питательные насосы заводской электростанции с поперечными связями по питательной воде. Рассмотрен пример работы четырёх питательных насосов на общий коллектор с условием поддержания необходимого расхода воды при заданном давлении сети. Вместо традиционного дросселирования предлагается осуществить регулирование производительности насосов с помощью изменения скорости вращения привода. За счет этого снижается потребление электрической энергии. Отличительной особенностью предлагаемой схемы регулирования является то, что часть насосов, необходимых для поддержания заданного расхода питательной воды, подключаются к одному частотному преобразователю. Регулирование происходит с одинаковой частотой вращения. Для вывода насоса в номинальный режим работы предусмотрен обходной путь, позволяющий подключить электропривод напрямую к сети. Разработана блок-схема выбора оптимального режима работы для группы однотипных насосов. Для заданной характеристики сети получены различные варианты подключения насосов через частотные преобразователи и их результирующие характеристики. Рассмотрена целесообразность работы группы насосов с разной частотой и нагрузкой при работе на общую сеть. Разработаны рекомендации по применению частотно-регулируемых носов с учетом минимальных затрат при заданной производительности.
Ключевые слова
электростанция, повышение эффективности, расход на собственные нужды, дросселирование, регулируемый привод, преобразователь частоты, питательные насосы, экономия мощности
1. Способы повышения надёжности ответственных электроприводов заводских электростанций металлургических производств / К.Э. Одинцов, М.Ю. Петушков, Е.Ф. Иванов, А.А. Бочкарёв, М.М. Лыгин // Электротехнические системы и комплексы. 2021. №4(53). С. 28-32. doi: 10.18503/2311-8318-2021-4(53)-28-32
2. Повышение энергетической эффективности заводских электростанций металлургических предприятий / Г.П. Корнилов, О.В. Газизова, И.Р. Абдулвелеев, М.М. Лыгин, А.А. Бочкарёв // Электротехнические системы и комплексы. 2022. №2(55). С. 55-61. doi: 10.18503/2311-8318-2022-2(55)-55-61
3. Опыт внедрения энерго- и ресурсосберегающих технологий в системах электроснабжения металлургического предприятия / Г.П. Корнилов, А.Н. Шеметов, В.В. Шохин, Д.Ю. Усатый, М.М. Лыгин // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. 2022. Т. 22. №1. С. 12-20. doi: 10.14529/power220102
4. Повышение энергоэффективности и ресурсосбережение при капитальном ремонте, модернизации и утилизации двигателей асинхронных электроприводов / Р.Г. Мугалимов, Р.А. Закирова, А.Р. Мугалимова, К.Э. Одинцов // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2018. Т. 16. №3. С. 145-159. doi: 10.18503/1995-2732-2018-16-3-145-159
5. Парсункин Б.Н., Полухина Е.И., Петрова О.В. Производственно-экономические показатели для динамической оптимизации энергосберегающего управления электродуговыми технологическими агрегатами // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2015. №4(52). С. 105-111.
6. Титаренко В.Б., Алейникова Д.В., Устинов С.А. О разработке энергоэффективных методов объёмного регулирования гидравлических приводов // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2020. №1(236). С. 85-88.
7. Скрипник А.Е., Безруков Р.Е. Оптимизация технологии выработки электроэнергии и теплоты на ТЭС // Научный электронный журнал Меридиан. 2020. №6(40). С. 276-278.
8. Оклей П.И. Внедрение в практику управления эксплуатацией тепловых электростанций инструментальных средств контроля состояния оборудования по старению электроизоляционных материалов // Транспортное дело России. 2015. №4. С. 66-71.
9. Учёт статической устойчивости синхронных генераторов в задаче планирования оптимальных режимов собственных электростанций по реактивной мощности / О.В. Газизова, А.В. Варганова, А.В. Малафеев, Н.Т. Патшин, А.Л. Карякин // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. 2019. Т. 19. №3. С. 23-33. doi: 10.14529/power190303
10. Борисов Г.М. Повышение эффективности работы ТЭС при организации контроля параметров и диагностики эксплуатационного состояния теплоэнергетического оборудования // Энергосбережение и водоподготовка. 2007. №2(46). С. 34-36.
11. Поздников С.Е., Казыева А.И. Применение генетического алгоритма для решения оптимизационных задач в электроэнергетике // Современные технологии: актуальные вопросы, достижения и инновации: сборник статей XII Международной научно-практической конференции. Пенза, 2017. C. 65-67.
12. Повышение эффективности работы тепловой электростанции / О.Н. Попов, П.Н. Никулин, Р.Ю. Чубаров, А.И. Шпаков // Цифровая трансформация в энергетике: материалы Всероссийской научной конференции. Тамбов: Тамбовский государственный технический университет, 2020. C. 77-80.
13. Возможности регенерации бросовой теплоты турбогенераторов ТЭЦ в схеме подготовки подпиточной воды теплосети / М.М. Замалеев, В.И. Шарапов, И.А. Марков, К.С. Нарышкина, И.В. Губин // Энергосбережение и водоподготовка. 2020. №1(123). С. 21-23.
14. Varganova A.V., Lygin M.M., Khramshin V.R. Fuel mix optimization of utility boilers of industrial power stations // Proceedings of the International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). IEEE, 2018. 8728625. doi: 10.1109/ICIEAM.2018.8728625
15. Повышение эффективности работы электростанций путём организации дополнительных отборов пара от паровых турбин / В.Б. Новосёлов, Ю.М. Бродов, Е.В. Литвинов, В.В. Лебедев, А.Г. Михайлов // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2018. Т. 20, №1-2. С. 90-99.
16. Варганова А.В., Малафеев А.В. Энергоэффективное распределение тепла в котлоагрегатах промышленных электростанций с применением ЭВМ // Электрические станции. 2017. №11(1036). С. 23-27.
17. Шарапов В.И., Кузьмин А.В. Расчёт энергетической эффективности усовершенствованных схем подогрева исходной воды в системах регенерации паровых турбин ТЭЦ // Труды Академэнерго. 2017. №3. С. 53-65.
18. Житаренко В.М. Диаграммы оптимального распределения нагрузок между котлами ТЭЦ // Вестник Приазовского государственного технического университета. Серия: Технические науки. 2014. №28. С. 118-123.
19. Будаков И.В., Буров В.Д. Определение точки росы за котлом-утилизатором с целью оптимизации температуры уходящих газов // Новое в российской электроэнергетике. 2011. №11. С. 35-45.
20. Повышение надёжности электроприводов тепловой электростанции при внедрении преобразователей частоты // О.И. Осипов, А.С. Карандаев, В.Р. Храмшин, Т.Р. Храмшин // Электротехника. 2017. №1. С. 28-34.
21. Технологическая востребованность и оценка эффективности внедрения частотно-регулируемых электроприводов на объектах тепловой электростанции / В.Н. Медведев, А.С. Карандаев, О.И. Карандаева, Ю.И. Мамлеева, Е.А. Храмшина // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2012. №6. С. 109-114.
22. Бунин А.А., Газизова О.В., Тарасов В.М. Анализ статической устойчивости и энергопотребления синхронных двигателей при их подключении к преобразователям частоты с изменением технологических и электрических параметров режима работы // Электротехнические системы и комплексы. 2016. №4(33). С. 49-60. doi: 10.18503/2311-8318-2016-4(33)-49-60
23. Браславский И.Я., Костылёв А.В., Есаулкова Д.В. Применение нейронного кластерного анализа для формирования закона частотного управления в асинхронном электроприводе // Электротехнические системы и комплексы. 2014. № 3(24). С. 4-9.
24. Татаринов Д.Е., Григорян А.С., Пименова И.А. Обеспечение электромеханической совместимости в частотно-регулируемых асинхронных электроприводах при регулировании частоты ШИМ // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. 2016. Т. 16, №1. С. 80-86. doi: 10.14529/power160112
25. Анализ интенсивности отказов частотно-регулируемых электроприводов районных тепловых станций при нарушениях электроснабжения / В.Р. Храмшин, К.Э. Одинцов, А.Р. Губайдуллин, О.И. Карандаева, Ю.Н. Кондрашова // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. 2014. Т. 14, №2. С. 68-79.
26. Оценка ресурса энергосбережения в электроприводе дутьевого вентилятора с двухскоростным асинхронным электродвигателем / А.А. Радионов, А.С. Карандаев, Р.Р. Храмшин, А.Р. Губайдуллин, Е.А. Храмшина // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. 2014. Т. 14, №3. С. 61-70.
27. The International Energy Efficiency Scorecard. URL: https://www.aceee.org/portal/national-policy/international-scorecard (дата обращения 06.12.2022).
28. Энергетическая стратегия России до 2030 года. URL: https://minenergo.gov.ru/node/15357 (дата обращения 06.12.2022).
29. Распоряжение Правительства РФ №703-р «Об утверждении комплексного плана по повышению энергетической эффективности экономики России». URL: http://government.ru/docs/32368/ (дата обращения 06.12.2022).
30. Акционерное общество «Дальневосточная генерирующая компания». Стандарты раскрытия информации субъектами оптового и розничных рынков электроэнергии. URL: https://www.dvgk.ru/page/326 (дата обращения 06.12.2022).
31. ОАО «Фортум». Информация субъекта рынка электрической энергии. URL: https://www.fortum.ru/informaciya-subekta-rynka-elektricheskoy-energii (дата обращения 06.12.2022).
32. Приказ Федеральной антимонопольной службы от 8 октября 2014 г. №631/14 «Об утверждении форм раскрытия информации субъектами оптового и розничных рынков электрической энергии, не являющимися субъектами естественных монополий». URL:https://fas.gov.ru(дата обращения 06.12.2022).
33. Ciontu M., Bratu C. Program for Efficiency Analaizing for Variable Speed Drive of Pumps // 3rd International Symposium on Electrical and Electronics Engineering (ISEEE). IEEE, 2010. Pp. 298-302. doi: 10.1109/ISEEE.2010.5628496
34. Ahmed A., Moharam B., Rashad E. Power Saving of Multi Pump-Motor Systems Using Variable Speed Drives // 20th International Middle East Power Systems Conference (MEPCON). IEEE, 2018. Pp. 839-844. doi: 10.1109/MEPCON.2018.8635157
35. Hoang A.T., Nguyen T.V., Nguyen B.T. The Novel Design of Feed-water Control System for Thermal Power Plant Using Super-critical Start-up Motor-Boiler Feed-water Pump // PES/IAS PowerAfrica. IEEE, 2020. Pp. 1-5. doi: 10.1109/PowerAfrica49420.2020.9219903
36. Шестаков И.В., Сафин Н.Р. Модернизация системы частотно-регулируемого асинхронного электропривода // Вестник концерна ВКО «Алмаз-Антей». 2019. №2(29). С. 62-83.
Лыгин М.М. Повышение энергоэффективности электростанций за счёт использования принципа частотно-каскадного регулирования группы приводов питательных насосов // Электротехнические системы и комплексы. 2023. № 1(58). С. 21-30. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2023-1(58)-21-30