Мощность электростанции
В современном мире электроэнергия является одним из основных ресурсов, поддерживающих экономическое развитие и комфортное функционирование общества. Электростанции, генерирующие этот ценный ресурс, различаются по типам и масштабам, но объединяются одним ключевым параметром — мощностью. Мощность электростанции определяет её способность производить электрическую энергию, которая затем распределяется между городами, регионами и странами. В этой статье мы рассмотрим, что представляет собой мощность электростанции, как она измеряется, и почему этот параметр критически важен для обеспечения надежности и эффективности энергетических систем.
Что такое мощность электростанции?
Мощность электростанции — это параметр, определяющий её способность производить электрическую энергию. Мощность измеряется в ваттах (Вт), киловаттах (кВт), мегаваттах (МВт) или гигаваттах (ГВт) в зависимости от величины и масштаба станции. Электростанции могут быть разных видов, включая тепловые, атомные, гидроэлектрические, ветровые, солнечные и другие типы, каждая из которых имеет уникальные характеристики и требования к мощности.
Проектирование электроснабжения
При планировании электроснабжения для промышленных предприятий и месторождений, первым шагом является составление перечня всех потребителей энергии, анализ их потребностей, включая общую и пиковую нагрузку, а также пусковые токи. Это позволяет определить подходящий тип и мощность электростанции, которая может работать как в изолированном, так и в параллельном режиме с энергосетью.
На этапе проектирования новых энергетических объектов также проводится детальный анализ будущих потребителей. Важно учесть категорию надежности электроснабжения для каждого потребителя, что влияет на выбор резервных источников питания. Например, возможна установка дизельных генераторов с автоматическими вводами резерва, способных обеспечить бесперебойное питание для важнейших потребителей при отключении менее критичных.
При разработке системы энергоснабжения особое внимание уделяется общей электрической нагрузке объекта и доступности подключения к внешним электросетям. Особенно это касается удаленных объектов, где внешние электропередачи часто отсутствуют, что требует тщательного подхода к выбору источников энергии на основе потребностей крупнейших пользователей и общей нагрузки.
При запуске крупных энергопотребителей в изолированных сетях необходимо обеспечить, чтобы пусковая мощность компенсировалась активными газопоршневыми или газотурбинными генераторами. При этом важно, чтобы нагрузка на каждый генератор не превышала 20%.
Если мощность отдельного потребителя составляет более 20% от общей мощности генератора, можно повысить надежность и избежать скачков напряжения, используя частотно-регулируемые приводы. Хотя такие системы обходятся дорого, они становятся необходимым решением на действующих объектах, где другие методы снижения пусковой мощности не применимы.
Когда нагрузка в изолированной сети колеблется на уровне более 20%, это может вызвать значительные колебания частоты до 5 Гц, ведущие к автоматическому отключению потребителей защитной микропроцессорной системой и возможной механической перегрузке генераторов.
Производители качественных генераторных установок предоставляют графики, показывающие допустимые пиковые нагрузки для генераторов, работающих в изолированном режиме. В то время как дизель-генераторы могут выдерживать значительно большие скачки нагрузки и часто разрабатываются специально для работы в изолированных сетях.
На больших энергетических объектах, где использование дизель-генераторов для резервирования невозможно, могут быть установлены резервные газовые турбины и компрессорные установки с постоянно функционирующими масляными насосами, обеспечивающие непрерывную подачу газа и автоматический запуск турбины.
Когда основной газовый компрессор выходит из строя, его резервная альтернатива немедленно активируется. Если газопровод на линии нагнетания компрессора достаточно вместителен, это позволяет поддерживать работу турбины в течение минуты, необходимой для запуска резервного компрессора.
На этапе проектирования часто упускается из виду важность объема газопровода на линии нагнетания. В изолированном режиме работы газовой турбины, когда невозможно уменьшить нагрузку, ограниченный объем газопровода может вызвать аварийное отключение из-за падения давления перед турбиной.
В условиях параллельной работы с электросетью, объем газопровода имеет меньшее значение благодаря более стабильной работе турбины и возможности компенсации резких изменений нагрузки через сеть.
Мощность электростанции для промышленных объектов
Для промышленных объектов, которые могут подключаться к электросетям, мощность отдельных потребителей энергии не столь критична. В этих условиях мощность электростанции для собственных нужд должна соответствовать базовой нагрузке объекта.
Пиковая нагрузка будет компенсироваться за счёт подключения к электросетям, что позволит максимально использовать внутренние генераторные мощности. Это способствует более быстрой окупаемости установленной мощности электростанции и способствует значительной экономии за счёт разницы в стоимости произведенной и закупленной электроэнергии.
Выбор оборудования для генерации электроэнергии зависит от общей нагрузки объекта. Для нагрузок до 10 МВт предпочтение отдаётся газопоршневым установкам, поскольку газотурбинные установки меньшей мощности имеют существенно ниже КПД.
В основном газопоршневые двигатели серийного производства не превышают 10 МВт. С увеличением мощности размеры и масса двигателей увеличиваются. Газопоршневой двигатель мощностью 1 МВт обычно помещается в стандартный 40-футовый контейнер. Двигатель мощностью 2 МВт требует размещения в увеличенный контейнер и проведение установочных работ на месте.
При проектировании систем тепло- и электроснабжения для удаленных локаций, таких как месторождения, газотурбинные установки могут быть предпочтительными. Несмотря на их относительно низкий коэффициент полезного действия для установок мощностью менее 10 МВт, их компактные размеры и легкость делают их идеальным выбором для таких условий.
Использование ассоциированного нефтяного газа как топлива в газопоршневых двигателях влечет за собой снижение их мощности до 35% для предотвращения риска детонации при сгорании тяжелых углеводородов.
С ростом штрафов за сжигание попутного нефтяного газа, его доля как топлива вероятно увеличится. Газотурбинные установки, работающие на таком топливе, требуют поддержания температуры газа на 10-15 °C выше его точки росы, обеспечивая более стабильную работу по сравнению с газопоршневыми двигателями.
При планировании строительства станций для собственного пользования следует учесть, что газопоршневые установки не требуют высокого входного давления газа, в отличие от газотурбинных установок, где оно должно быть не менее 1,2 МПа в зависимости от мощности.
Для увеличения давления газа в газотурбинных генераторах, экономически выгодным решением является использование компрессорных установок винтового типа. В системе такого компрессора, оснащенной масляной смазкой, необходимо контролировать уровень масла в газе на выходе перед подачей в турбину.
Газотурбинные установки обладают широким спектром мощностей от 4 до 560 МВт, причем установки мощностью 40 МВт и выше отличаются высоким коэффициентом полезного действия, достигающим 38-40%.
Тем не менее, российские производители газовых турбин не производят установки с мощностью более 25 МВт, что ограничивает их применение на электростанциях с общей мощностью свыше 150 МВт.
При строительстве газопоршневых и газотурбинных станций важно использовать когенерацию, то есть совместное производство электричества и тепла. Это достигается за счет использования тепла отработанных газов и системы охлаждения, что приводит к значительной экономии топлива на теплоэнергетику.
Для промышленных объектов, где требуется пар низкого давления для производственных процессов, можно установить паровой или водяной котел-утилизатор на выходе газотурбинной установки. Это позволяет дополнительно нагревать воду и превращать её в пар в паровом котле.
На предприятиях с высоким потреблением пара обычно используются паротурбинные установки. Такие места часто уже оснащены паротурбинными блоками и обычно нуждаются лишь в их модернизации.
Для электростанций с проектной мощностью не менее 150 МВт, расположенных в населённых пунктах, рекомендуется рассмотреть использование комбинированных парогазовых установок. Эти установки отличаются КПД более 50%, что делает их особенно эффективными.
