В.С. Абрамов, И.Э. Магдиев, А.И. Семенов - ООО «Меридиан Энерго»
Неотъемлемой частью многих современных предприятий, тепличных и производственных комплексов является потребность в электроэнергии. Собственная генерация обеспечивает энергетическую независимость предприятия, позволяет существенно улучшить экономику проекта и повысить надежность электроснабжения.
Одним из современных способов повышения надежности электроснабжения промышленных предприятий и сокращения расходов на оплату электроэнергии является создание объектов собственной генерации. Собственная генерация позволяет обеспечить как бесперебойное электроснабжение электроустановок потребителей при аварийных возмущениях в энергосистеме, связанных
с отключением питающих ЛЭП или изменением частоты в энергосистеме (при общесистемных авариях), так и сокращение расходов на потребление электроэнергии из внешней сети.
Как правило, главной целью создания объектов собственной генерации является желание получить экономический эффект (выгоду). В зависимости от специфики деятельности предприятия он достигается благодаря следующим факторам:
- сокращение расходов на электроэнергию;
- повышение надежности электроснабжения.
Сокращение расходов на электроэнергию наиболее актуально для тех предприятий, в производственном цикле которых не используются электроустановки, чрезмерно чувствительные к качеству электрической энергии и кратковременным перерывам в электроснабжении. Таким предприятиям целесообразно создавать объекты собственной генерации, позволяющие закрыть свои потребности в электроэнергии с минимальными капиталовложениями. Создание автономных источников генерации в этом случае характеризуется достаточно простыми решениями в части РЗА, минимально необходимым строительством распределительной сети предприятия, минимальным или полным отсутствием резервной генерации для покрытия собственного потребления в случае аварийного ремонта генерирующего оборудования.
Повышение надежности электроснабжения наиболее актуально для предприятий, в производственном цикле которых используется современное, в том числе иностранное, электрооборудование, чувствительное к качеству электрической энергии и перерывам в электроснабжении, а сбой в его работе приводит к браку или снижению качества выпускаемой продукции, убыток от чего существенно превышает затраты на электроэнергию.
Таким предприятиям целесообразно создавать объекты собственной генерации, позволяющие не только закрыть собственные потребности, но и обеспечить требуемое качество электроэнергии в течение всей продолжительности производственного цикла, а при внезапных перерывах в электроснабжении – безаварийную остановку производства, исключающую появление брака и снижение качества выпускаемой продукции. В этом случае потребуются более сложные решения в части РЗА, в том числе с применением устройств режимной и противоаварийной автоматики, строительство разветвленной распределительной сети и достаточное количество резервной генерации, полностью покрывающее собственное потребление даже с учетом длительных ремонтов генерирующего оборудования.
Таким образом, при создании объектов собственной генерации необходимо определить фактор, дающий наибольший экономический эффект (или оптимальное соотношение факторов), и разработать соответствующие технические решения.
В свете инициативы ПАО «Россети» о запрете бесплатного перехода промышленных компаний на собственную генерацию электроэнергии, а также о переводе через тариф на потребителей специальных надбавок к цене на мощность еще более усиливаются экономические предпосылки к созданию объектов собственной генерации. При планируемом расширении производства
и ожидаемом увеличении потребления электрической энергии необходимо будет выбрать наиболее экономически выгодный и технологически эффективный способ электроснабжения.
ООО «Меридиан Энерго» более 10 лет занимается проектированием схем выдачи мощности (СВМ) как крупных электростанций, так и объектов собственной (малой) генерации промышленных предприятий. Выполнены работы не только для объектов традиционной генерации, но и для электрических станций с использованием возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Компания также разрабатывает схемы внешнего электроснабжения (СВЭ), включая разработку решений по созданию объектов собственной генерации на существующих и новых производственных площадках.
Один из основных принципов, которым ООО «Меридиан Энерго» руководствуется при проектировании, – учет особенностей каждого объекта, конкретного назначения источника собственной генерации и ожидаемого экономического эффекта, стремление полностью удовлетворить потребности
заказчика. В то же время проектирование выполняется с соблюдением актуальных требований, устанавливаемых нормативными правовыми актами и техническими документами в сфере энергетики.
Создание объектов собственной генерации с целью сокращения расходов на электроэнергию
Рассмотрим технические решения для случаев, когда основным ожидаемым экономическим эффектом от создания объектов собственной генерации является сокращение расходов на электроэнергию.
Для наиболее быстрой окупаемости при создании таких объектов капиталовложения должны быть минимальными. Поэтому
в электрической сети предприятия необходимо сохранить по возможности существующее первичное оборудование. Установка дополнительных устройств режимной и противоаварийной автоматики, релейной защиты
и сетевой автоматики, а также замена существующих устройств должны быть минимальными.
Возможность сохранения существующего первичного оборудования определяется результатами расчетов электроэнергетических режимов и токов короткого замыкания. Если по результатам расчетов необходима замена существующего оборудования, то разрабатываются решения по ограничению или исключению режимов работы, при которых требуется замена данного оборудования.
В этом случае рекомендуется:
- отказ от совмещения ремонтов оборудования, приводящих к созданию схем, в которых существующее оборудование требует замены;
- ограничение мощности объектов собственной генерации в отдельных ремонтных схемах.
Если по результатам расчетов токов короткого замыкания выявлено превышение отключающей способности существующих выключателей или нарушение термической стойкости кабельных линий электропередачи (КЛ), то разрабатываются технические решения по сохранению существующих выключателей, КЛ и, как следствие, сокращению капитальных затрат.
В этом случае предлагаются следующие решения:
- уменьшение мощности источников собственной генерации, планируемых к вводу, до величины, при которой отключающая способность существующих выключателей и термическая стойкость КЛ в распределительной сети соответствуют токам короткого замыкания;
- установка автоматики опережающего деления сети (АОДС), предназначенной для опережающего (до действия защит на отключение выключателей, отключающая способность которых не соответствует токам КЗ) деления сети или отключения вновь вводимых генераторов;
- оснащение вновь вводимых генераторов неселективными устройствами релейной защиты, обеспечивающими отключение при коротких замыканиях в электрической сети предприятия до срабатывания защит в этой сети, с целью снижения токов КЗ до значений, на которые было рассчитано оборудование до ввода новых генераторов.
Каждое из предложенных решений, направленных на сохранение существующего оборудования, по результатам расчетов электроэнергетических режимов и токов КЗ является эффективным с экономической точки зрения, но вынужденным с технической стороны.
В связи с этим нужно отметить следующие недостатки:
- отказ от совмещения ремонтов оборудования усложняет их планирование, может приводить к необходимости сокращения сроков ремонта оборудования;
- ограничение мощности собственной генерации в ремонтных схемах или уменьшение присоединяемой мощности генерирующих источников увеличивает потребление электроэнергии из внешней сети, а значит, сокращает экономию на ее покупку;
- при использовании АОДС требуются дополнительные затраты на установку ее терминалов, организацию каналов передачи сигналов отключения от нее к точкам деления сети (к отключаемым выключателям или генераторам), если место установки АОДС удалено от выключателей, на отключение которых она действует;
- оснащение генераторов неселективными устройствами релейной защиты может приводить к их излишнему отключению при коротких замыканиях на других присоединениях в электрической сети предприятия, кроме тех, отключающая способность выключателей которых не соответствует токам КЗ.
Однако если характер нагрузки и особенности производственного цикла предприятия позволяют сделать вывод, что указанные недостатки с учетом ожидаемого экономического эффекта от сокращения расходов на электроэнергию не являются критичными, то создание собственного источника генерации будет эффективным.
Необходимость в установке дополнительных устройств режимной и противоаварийной автоматики определяется по результатам расчетов электроэнергетических режимов и расчетов устойчивости, которые проводятся для проверки выполнения требований к обеспечению надежности электроэнергетических систем, надежности и безопасности объектов электроэнергетики и энергопринимающих установок.
В настоящее время основным нормативным документом, устанавливающим вышеуказанные требования и определяющим объемы проводимых расчетов устойчивости, являются Методические указания по устойчивости энергосистем, утвержденные приказом Минэнерго России №630 от 03.08.2018.
В соответствии с данным документом, расчеты выполняются для нормативных возмущений в сети 110 кВ и выше.
Таким образом, для минимизации количества устанавливаемых устройств режимной и противоаварийной автоматики необходимо выполнить расчеты устойчивости лишь в соответствии с Методическими указаниями, не расширяя их требования на возмущения в сети 35 кВ и ниже.
Следует отметить, что объекты собственной генерации часто подключаются к электрической сети среднего напряжения (3…35 кВ). Учитывая особенности построения таких сетей и систем РЗА в них, при аварийных возмущениях в сетях 3…35 кВ могут возникать более тяжелые условия для сохранения устойчивости генерирующего оборудования по сравнению с нормативными возмущениями в сети 110 кВ и выше. Поэтому если основной целью создания объектов собственной генерации является повышение надежности электроснабжения,
то целесообразно выполнять дополнительные расчеты устойчивости при аварийных возмущениях в сетях 3…35 кВ.
Для установки дополнительных или замены существующих устройств релейной защиты и сетевой автоматики необходимы:
- проектные решения по оснащению такими устройствами вновь вводимого первичного оборудования в соответствии с требованиями актуальных нормативных документов;
- результаты анализа соответствия технических характеристик и функциональных возможностей существующих устройств релейной защиты и сетевой автоматики требованиям актуальных нормативных документов.
Снижение затрат на установку дополнительных или замену существующих устройств релейной защиты и сетевой автоматики достигается путем выбора наиболее экономически выгодного решения из нескольких вариантов построения системы РЗА, удовлетворяющих требованиям нормативных документов.
Эта и другие статьи доступны по подписке на журнал.