Энергетическая система

 

Союз Советскик

Социалистических

Веспублик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«о744848 (б1) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 160578 (21) 2615543/24-07 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 3006.80 Бюллетень Ио 24

Дата опубликования описания 3006.80 (51)М. Кл.

H 02 J 15/00

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (53) УДК 621. 311. . 25 (088. 8) (72) Авторы изобретения

А. К. Ряз анов, Ю.И. Абанин и И. A. Алтухов (71) Заявитель

Севастопольская ГРЭС (54) ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

Изобретение относится к электротехнике, в частности к энергетическим системам с накопителями электрической энергии, и может быть использовано для временного. выравнивания нагрузки в энергосистеме.

Известны энергетические системы, включающие гидро аккумулирующую электрическую станцию с линией электропередачи и приемниками электрической энергии (1) .

Гидроаккумулирующие электростанции обычно включают в себя либо обратимые гидроагрегаты с турбиной и )5 генератором, которые могут работать как мотор-насос, либо специальные насосы для перекачки воды из нижнего бьефа в верхний в период минимального потребления электрической энер- 2О гии в энергосистеме. При перекачке воды из нижнего бьефа в верхний происходит преобразование электрической энергии в потенциальную энергию воды, которая накапливается в 25 верхнем бьефе, играющем роль накопителя энергии. Накопленная энергия используется для приведения в действие генераторов станции и выработки энергии в период пикового потребле- 3() 2 ния электрической энергии в энергосистеме как резерв мгновенного ввода и т.д. Известные энергосистемы нашли применение на практике, однако для создания гидроаккумулирующих электростанций требуется определенное сочетание природных условий, капитальные вложения, а сроки их сооружения достаточно велики. Кроме того, создание больших водохранилищ само по себе нарушает сложившееся равновесие в окружающей среде.

Известна также наиболее близкая к изобретению энергетическая система, включающая электрическую стан-. цию с линией электропередачи, приемники электрической энергии, преобразователь электрической энергии в энергию сжиженного газа (электролизер для получения водорода и кислорода из воды и сжижители газов), накопители сжиженного газа и преобразователь энергии сжиженного газа в электрическую энергию (2).

В данной системе в качестве энер гоносителя используется (наряду с электроэнергией) водороду при преобразовании его в электрическую

744848 энергию он используется в качестве топлива.

Однако установки и технология получения водорода весьма сложны; освоенная промлаленностью технология производства водорода основывается на использовании природных горючих материалов запасы которых ограничены. Перспективная технология получения водорода - электролизом кз воды — достаточно сложна и требует специальной очистки вопли, Кроме "oго, природные запасы воды также не безграничны.

При сжи ании водорода в атмосфере воздуха образуются окислы азота, загрязняющие атмосферу. Прк этом способность к утечке, скорость рассеяния, воспламеняемость у водорода и его производных значительно больше, чем у традиционных видов топлива, что предъявляет повышенные требования к технике безопасности н таких системах, усложняет самк системы и их эксплуатацию.

Цель изобретения — повышение экокомичности и упрощение. эксплуатации энергетической систеьи, а также уменьшение влияния системы на окружающую среду.

Указанная цель достигается тем, что в энергетической системе, включающей электрическую станцию с линией электропередачи, приемники электрической энергии, преобразователь электрической энергии н энергии сжиженного газа, накопители сжкженного газа и преобразователь энергии сжиженного газа в электрическую энергию, преобразователь электркческой энергии в энергию сжиженного газа выполнен в виде двух агрегатон агрегата сжижения и агрегата разделения воздуха на азот и кислород, а преобразователь энергии сжиженного газа выполнен в виде газотурбоагрегата, турбина которого подсоединена к накопителю сжиженного азота через промежуточный теплообменный аппарат, а турбогенератор — к линии электропередачи.

Электрическая станция может быть выполнена тепловой, причем холодкльники энергоагрегатоз указанной электрост анции совмещены с промежуточным теплообменным аппаратом газотурбоагрегата.

Турбогенератор газотурбоагрегата может быть соединен непосредственно с приемниками электрической энергии через дополнительную линию электропередачи.

Жидкий и газообразный азот являются химически нейтральными веществами, что упрощает меры, зызываеьь е требованиями техники безопасности и соответственно упрощает эксплуатацию системы. госкстеме и нагрузками з часы ьынимального потребления, однако принципиально возможны и другие случаи использования предлагаемой энергосистемы.

Электрическая станция з предлагаемой системе может быть выполн eí à в ниде тепловой; в этом случае холодильники электроаграгатоз электростанции, н которых происходит охлаждение конденсата, целесообразно конструктивно совместить с промежуточным теплообменным аппаратом газотурбоагрегата. Благодаря этому осущестнляется теплообмен между конден сатом тепловой станции к парогазом азота., в аезультате че -o познается

КПД отдельных arperaòон к энерго ск стемы в целом.

Описанная знергетк -еская .:.гстема может быть си абже + а также дополнительнойй линией электро переда =. соедин яющей турбогенератор гавот.. :GG агрегата непосредственно с приемниками электрической энергии., В случае, еслк приеьп ккк э ектркческой энергии расположены на расстоянии, позволяющем осуществлять кх электроснабжение ка ген".=рато," нам напряжении р т, е -. тр ан сформа!кк это позволяет уменьшить пстерк энергии к расчетный пик энергии н скс еме, что Ведст к сОкр ащению 3 атp a-. к =- ee сооружение, 25

40

На чертеже приведена блек-сх ма энергосистемы.

Приведенный на чертеже вариант выполнения энергосистемы включает тепловую электрическую станики 1, соединенную через подстанцию 2 с линией 3 электропередачи, преобразователь 4 электрической энергии з энергию жидкого азота (агрегат сжкКроме того, при использовании азота в предлагаемой энергосистеме он не подвергается химическим изменениям, а лишь изменяется era физическое состояние (газ — жидкость газ), вследствие чего не образуется соединений, способных загрязнять атмосферу. Появляется возмсйность получения сбалансированнога кругоно рота азота в цикле: атмосфера — аппараты получения жидкого азота - механизмы преобразования энергии жидко

ro азота в электроэнергию — газообразный азот — атмосфера.

Благодаря высокому содержанию азота в атмосфере {78,80%) и высокой

15 подвижности газа при функционировании предлагаемой системы состав атмосферы в окружающей систему среде практически не изменяется.

Применение предлагаемой энергети20 ческой системы наиболее целесообразно в тех случаях, когда з течение суток существует значительная разница между пиковыми нагрузками н энер744848 жения и разделения воздуха на азот и кислород), получающий электроэнергию от электростанции 1 по линии 5, йакопители 6 и 7 сжиженного газаазота и кислорода соответственно (емкости с тепловой изоляцией). 5

К накопителю жидкого азота через промежуточный теплообменный аппарат

8 подсоединена газовая турбина 9. Аппарат 8 может быть конструктивно .совмещен с холодильником энергоагре- 1О гата электростанции (на чертеже это совмещение отражено линией А, соединяющей электростанцию 1 с теплообменным аппаратом 8). На валу турбины 9 находится электрический генератор 10, присоединейный к линии 3 электропередачи через подстанцию 11.

Энергосистема может быть снабжена также дополнительной линией 12 электропередачи, соединяющей турбогенератор 10 непосредственно с цотребителяью 13, присоединенными также к линии 3 электропередачи через подстанцию 14.

Распределительные устройства, переключательные пункты и прочие необходимые элементы энергосистемы на данной схеме не изображены.

Энергетическая система работает следующим образом.

В часы минимального потребления электроэнергии в энергосистеме потребители 13 питаются электроэнергией от электростанции 1 через линию

3 электропередачи и подстанции 2 и

14. Часть энергии электростанции 35 (излишек мощности) по линии 5 поступает на электропривод агрегата 4 сжижения и разделение воздуха.

Агрегат 4 потребляет атмосферный воздух, который посредством элект- 4() рической энергии, превращается в энергию жидко о азота, накапливаемого в емкости 6. В емкости 7 накапливается жидкий кислород.

В часы пикового потребления 45 электроэнергии агрегат 4 отключен от электростанции 1; жидкий азот из емкости 6 поступает в промежуточный теплообменный аппарат 8, где происходит теплообмен между поступающей с электростанции по линии A горячей водой и жидким азотом, азот нагревается до температуры примерно 20-30 С и превращается в парогаз с давлением около 600 атм, поступающий на газовую турбину 9 и приводящий ее в движение. Отработанный азот при температуре, блцз кой к окружающей, выбрасывается в атмосферу. Генератор

10, приводимый в движение газовой турбиной 9, питает электроэнергией либо линию 3, либо непосредственно потребителей 13, покрывая тем самым дефицит мощности в энергосистеме.

По предварительным расчетам КПД пиковой установки в предлагаемой энергосистеме составит 36% (эту величину можно признать вполне удовлетворительной, так как существующие пиковые установки имеют КПД порядка 20-253).

Описываемая энергосистема технически реализуема и экономически целесообразна уже в настоящее время, что выгодно отличает ее от энергетических систем, основанных на использовании водорода.

Формула изобретения

Энергетическая система, содержащая электрическую станцию с линией электропередачи, приемники электрической энергии, преобразователь электрической энергии в энергию сжиженного газа, накопители сжиженного газа и преобразователь энергии сжиженного газа в электрическую энергию и приемники электрической энергии, отличающаяся тем, .что, с целью повышения экономичности и прощения эксплуатации, преобразователь электрической энергии в энергию сжиженного газа выполнен в виде двух агрегатов — агрегата сжижения воздуха и агрегата разделения воздуха на азот и кислород, а преобразователь энергии сжиженного газа выполнен в виде газотурбоагрегата, турбина которого подсоединена к накопителю сжиженного азота через промежуточный дополнительно введенный теплообменный аппарат, а турбогенератор — к линии электропередачи .

2. Система по и. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что электрическая стан сня выполнена тепловой, причем холодильники энергоагрегатов указанной электростанции совмещены с промежуточным теплообменным аппаратом газотурбоагрегата.

3. Система по пп. 2 и 3, о т л ич а ю щ а я с я тем, что турбогенератор газотурбоагрегата соединен непосредственно с приемниками электрической энергии через дополнительную линию электропередачи.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Efektrizititswirtschaft, 1977, т. 76, 9 3, с. 53-59.

2. Природа, . 1977, Р 3, с. 3-17.

744848

Составитель Л. Дементьева

Редактор Т. Кузьмина Техред И. Нинц Корректор Н. Григорук

Эакаэ 3677/11 Тираж 783 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета ÑÑÐ по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. ужгород, ул. Проектная, 4