Энергосберегающие технологии в электроэнергетике России

      Таким образом накопитель энергии по своим функциям играет очень важную роль в энергосбережении

 

       Метод шариковой  очистки конденсатора 

      Существенная  экономия может быть достигнута на станциях за счет обеспечения и поддержания оптимального глубокого вакуума в конденсаторе турбин. Часто причиной снижения вакуума в турбине служит загрязнение конденсаторов, которое, как правило, происходит с водяной стороны. Вследствие этого уменьшается коэффициент теплопередачи, снижается расход воды из-за гидравлического сопротивления.

      По  своему характеру все загрязнения  можно условно разбить на три  группы:

      • механические;

      • биологические;

      • солевые.

      В большинстве случаев встречается  комбинация этих загрязнений. Существуют различные способы очистки конденсатора, но, как показал опыт эксплуатации, в настоящее время наиболее эффективным способом признана система непрерывной шариковой очистки. Суть такой очистки заключается в том, что через трубную систему конденсатора непрерывно прокачиваются шарики, изготовленные из упругого материала. Диаметр таких шариков несколько больше, чем внутренний диаметр трубки конденсатора. Когда такой шарик попадает во входные отверстия трубки конденсатора, он под действием напора воды всасывается в эту трубку и проталкивается через нее.

      При этом сам шарик слегка деформируется  за счет своих упругих свойств и как бы протирает внутреннюю поверхность трубки, очищая ее от отложений. Использование такой системы позволяет увеличить выработку мощности без дополнительных затрат в среднем на 1,5…2 %для паротурбинных станций на органическом топливе и на 3…4 % для АЭС. Непрерывная очистка трубной системы не только обеспечивает лучшие условия теплообмена, но и снижает возможность коррозионных повреждений поверхностей нагрева конденсатора, так как часто коррозионные процессы более интенсивно проходят как раз под слоем отложений. На рис.1 представлена принципиальная схема установки системы шариковой очистки. 
 

      Поток циркулирующей охлаждающей воды проносит эластичные шарики через конденсаторные трубки. Они очищают поверхность трубок и в улавливателе шариков, установленном на выходе охлаждающей воды из конденсатора, отделяются от потока воды, затем отсасываются насосом и снова подаются на вход охлаждающей воды в конденсатор через патрубок на фильтре охлаждающей воды. В контур циркуляции шарики загружаются через шлюз, установленный на трубопроводе напора насоса циркуляции шариков. Как показывает опыт эксплуатации, затраты на установку системы шариковой очистки окупаются за один – полтора года 
 
 

 

       Технология комбинированного производства электроэнергии и тепла  

      Наиболее крупной и проверенной на практике в России является энергосберегающая технология комбинированного производства электроэнергии и тепла с использованием противодавленческих паровых турбин. В данном направлении российские ученые и конструкторы традиционно занимают ведущее место в мире.

      Она заключается в том, что для  утилизации потенциальной энергии  пара предлагается понижать параметры  пара до требуемых не посредством  редуцирования, а в процессе совершения им работы. Для этого параллельно  редукционному устройству устанавливается электрогенерирующий комплекс с паровой противодавленческой турбиной. Пар на технологический процесс направляется через турбину, а работа, совершаемая в ней паром, используется для привода электрического генератора. Электроэнергия, производимая комплексами, как правило, используется для собственных нужд предприятия, на котором она установлена.

      Она может быть использована на предприятиях нефтяной, химической, металлургической промышленности, отопительных котельных, домостроительных комбинатах, там, где для выработки пара, применяются котлы давлением 1,4-4,0 МПа. Абсолютное давление пара, используемого в технологическом процессе - 0,3-1,5 МПа, а отопительном отборе - 70-250 кПа. Избыток давления при этом срабатывается на редукционном устройстве.

      Новизна технического подхода к данной проблеме заключается в том, чтобы на основе целевого энергетического обследования действующих котельных обеспечить коэффициент использования электрогенерирующей  номинальной мощности не менее 0,6.

      Принципиальная схема технологического решения по применению энергосберегающих технологий комбинированного производства электроэнергии и тепла представлена на рис.2

      Схема энергетических потоков при комбинированном  производстве электроэнергии и тепла представлена на рис 3 
 

      Управляемый шунтирующий реактор 

      Управляемый шунтирующий реактор - новый тип  устройства FACTS (управляемое оборудование для электрических сетей переменного  тока) представляет собой статическое  устройство шунтирующего типа с плавно регулируемым индуктивным сопративлением.

      Управляемые шунтирующие реакторы предназначены  для автоматического управления потоками реактивной мощности и стабилизации уровней напряжения, что позволяет:

      -устранить суточные и сезонные колебания напряжения в электрической сети;

      -повысить качество электрической энергии;

      -оптимизировать и автоматизировать режимы работы электрической сети;

      -снизить потери электроэнергии при ее транспортировке и распределении;

      -повысить устойчивость энергосистемы;

      -улучшить условия эксплуатации и повысить надежность работы электротехнического оборудования за счет резкого сокращения числа коммутаций нерегулируемых устройств компенсации реактивной мощности;

      -увеличить пропускную способность линий электропередачи и обеспечить надежное автоматическое управление уровнями напряжения при перетоках мощности, близких к предельным по статической устойчивости;

      -избежать эффекта "лавины напряжения" при возникновении аварийных ситуаций в электрической сети (например, аварийное отключение нагрузки, генератора, линии электропередачи и прочее);

      -обеспечить условия для работы генераторов электростанций в таком диапазоне генерации реактивной мощности, который способствует наиболее благоприятным эксплуатационным режимам. 
 

 

       Резонансная однопроводная система передачи электрической энергии

      Одной из наиболее  актуальных проблем  современной  энергетики является  обеспечение энергосбережения  и  снижение экономических затрат при  решении задачи передачи электрической  энергии на большие расстояния.

      На  практике для передачи электрической энергии на большие расстояния, как правило,  используют трехфазные системы, для реализации которых требуется применение не менее 4 проводов, которой присуще следующие существенные недостатки:

      -большие потери электрической энергии в проводах, так называемые джоулевые потери;

      -необходимость использования промежуточных трансформаторных подстанций, компенсирующие потери энергии в проводах;

      -возникновение аварий вследствие короткого замыкания проводов, в том числе из-за опасных погодных явлений (сильный ветер, наледь на проводах и др.);

      -большой расход цветных металлов;

      -большие экономические затраты на прокладку трехфазных электрических сетей (несколько миллионов рублей на 1 км).

      Отмеченные  выше недостатки  могут быть устранены  за счет применения резонансной однопроводной системы передачи электрической энергии, основанной на идеях Н.Теслы, доработанной с учетом современного развития науки и техники.

      В настоящее время технология резонансной  однопроводной системы передачи электрической энергии получили свое развитие.

      Предлагаемая  технология основана на использовании  двух резонансных контуров с частотой 0,5-50 кГц и однопроводной линии между контурами (рис.4) с напряжением линии 1-100 кВ при работе в режиме резонанса напряжений.

      Провод  линии является направляющим каналом, вдоль которого движется электромагнитная энергия. Энергия электромагнитного поля распределена вокруг проводника линии.  

      Как показывают расчеты и проведенные  эксперименты при таком способе  передачи электрической энергии, потери в проводах практически отсутствуют (в сотни раз меньше, чем при  традиционном способе передачи электрической энергии) и  данная технология безопасна для окружающей природной среды и человека.

      Рис.5 наглядно иллюстрирует преимущества однопроводной резонансной системы по сравнению с традиционной трехфазной системой передачи электроэнергии. На рис.5 представлены две светодиодные линии освещения. Слева 7 метровая двухпроводная. Справа 30 метровая однопроводная. Как видно из рис.5 при применении 7 метровой двухпроводной линии имеются существенные потери в проводах - последний светодиод светит значительно тусклее, чем первый. В однопроводной резонансной 30 метровой линии передачи электрической энергии такого эффекта не наблюдается - первый и последний светодиоды светят практически с одинаковой яркостью.

      Другим  важным преимуществом однопроводной  резонансной системы передачи электрической  энергии является существенная экономия цветных металлов.

      На  рис.6 представлены два образца линий электропередач мощностью 50 кВт. Левый образец предназначен для применения в традиционной трехфазной системе передачи электрической энергии. Правый образец для применения в однопроводной резонансной системе передачи электрической энергии. Расход цветного металла (меди) в правом образце в 20 раз меньше, чем в левом образце.

      При прокладке кабельных линий электропередач преимущества однопроводной резонансной  системы заключаются, прежде всего, в том, что сечение кабеля в 3-5 раз меньше сечений традиционной трехфазной системы передачи электроэнергии, а это в свою очередь позволяет:

      -значительно уменьшить радиусы поворота линий, что является весьма важным при прокладке кабелей в городских условиях;

      -значительно (до 10 раз) снизить затраты на прокладку кабелей. 

      Кроме того, в случае реализации однопроводной  резонансной системы электропередачи отсутствует межфазное короткое замыкание и обеспечивается высокий уровень электробезопасности.  

      К настоящему моменту времени удалось  реализовать несколько проектов с использованием однопроводной  резонансной системы передачи электрической энергии.

      Резонансная однопроводная система передачи электрической энергии является  новой энергосберегающей и ресурсосберегающей технологией,  позволяющая значительно  снизить экономические затраты  при решении задачи передачи электрической энергии на большие расстояния  по сравнению с  традиционной (трехфазной)системой электропередачи.

      Результат повышения энергоэффективности  при массовом внедрении-снижение себестоимости киловатт/часа за счет снижения  уровня невосполнимых потерь энергии в проводах 

 

        Заключение 

      В заключении хотелось бы отметить основные задачи, которые предстоит решить для оптимального развития электроэнергетического хозяйства:

      1) обеспечение повсеместного перехода  на энерго- и электросберегающие  технологии, определение реальных потребностей страны и ее регионов в электроэнергии, с учетом максимальной экономии потребления электроэнергии;

      2) осуществление модернизации энергетического  оборудования;

      3) выработка научных основ комплексной  эксплуатации электростанций разных  видов и мощностей;

      4) реализация действенных мер по  охране природы и рациональному  природопользованию.

      Россия  нуждается в форсированном развитии электроэнергетики: увеличении объема вырабатываемой электроэнергии. Наращивание  объемов производства новых электростанций и повышение мощностей уже существующих электростанций будет происходить, в частности, путем увеличения единичных мощностей и использования энергосберегающих технологий. Прогноз выработки электроэнергии в РФ представлен в табл. 1