АВТОНОМНЫЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ В АПК. Проект. Основная часть 4 Заключения 21
 Скачать 299.79 Kb.
|
|
Содержание Введение 4 Основная часть 4 Заключения 21 Вывод 22 Список литературы 23 Введение Применение генераторов имеет широкое применение не только быту, а и в промышленности, на стройке, в сельском и фермерском хозяйстве, на дачах, др. Установка генератора для фермера бывает единственным решением. Обычно земля под выращивание урожая выделяется в местах, где электричества нет, и генераторная дизельная установка выручает на все 100%. Но и в хозяйстве, где есть электричество, но его поставка происходит с перебоями, дизельный генератор просто необходимость. В электрифицированных отдаленных сельских регионах жители тоже нередко сталкиваются с проблемой отсутствия света и несвоевременного ремонта линий. Случается, что ремонтные бригады электриков неделями не могут добраться к месту обрыва. Если без таких приборов как телевизор, магнитофон и др. прожить можно, то неработающие холодильник, электроплита, водный насос делают жизнь очень некомфортной. Сельским фирмам и предприятиям тоже приходится туго, если в сети пропадает свет. Как сберечь продукты в продовольственном магазине, кафе, столовой? К чему подключить доильные аппараты, раздаточную ленту на ферме, инкубатор в курятнике, обогрев для новорожденных зверят в питомнике. Основная часть Стратегической задачей является повышение энергетической эффективности ДЭС, без успешного решения которой невозможно социально- экономическое развитие многих АПК в РФ. Цели применения дизельных генераторов в сельском хозяйстве очень обширна. Это и поддержание температуры в тепличных помещениях и инкубаторах, обеспечение светом всех помещений, подача воды и корма животным, автоматический полив, автоматическая дойка коров и другие механизированные процессы. Дизельные генераторы могут применяться как основной или резервный источник питания, если же установка необходима вам на короткий срок, то выручит аренда дизельных электростанций. Основной частью малой энергетики России составляют дизельные электростанции, которые отвечают требованиям, предъявляемым к системам автономного электроснабжения потребителей. Дизельные электростанции имеют ряд преимуществ перед другими типами источников энергии: высокий КПД; быстрота пуска и высокая маневренность; возможность длительной работы без технического обслуживания и полная автоматизация технологических процессов; компактность, простота в управлении и техническом обслуживании., что позволяет обходиться минимальным количеством обслуживающего персонала; малая потребность в строительных объемах, быстрый монтаж оборудования и строительства зданий; Все эти достоинства дизельной электростанции делают его главным источником энергии в автономных системах электроснабжения на сегодняшний день. Дизельная электростанция состоит из двух основных узлов - двигателя и электрического генератора.  На рисунке 1 показана схема дизель-генераторной установки.Рисунок 1- Схема дизель-генераторный установки Основной принцип работы дизель-генераторных установок можно описать в нескольких пунктах: В результате возгорания сжатого дизтоплива образуется энергия расширения газов. В процессе переработки этой энергии с помощью кривошипно-шатунного механизма, появляется механическая энергия вращения коленчатого вала; Начинает двигаться ротор генератора. При вращении ротора возбуждается электромагнитное поле, в результате чего создается электродвижущая сила (сокращенно - ЭДС); ЭДС создает исходящее напряжение. Это напряжение, стабилизируемое с помощью устройства управления, подается к потребителю. Под параллельной работой ДГУ понимается выработка электроэнергии двумя или более ДГУ на общую нагрузку. Для параллельной работы ДГУ требуется равенства частоты, напряжения, порядок чередований фаз и угол фазового сдвига на каждом генераторе. Параллельная работа ДГУ имеет ряд преимуществ: оптимизация коэффициента нагрузки каждого агрегата и как следствие повышение топливной экономичности; повышение ресурса мощности, свыше единичной мощности одного агрегата; повышение надежности всей ДГУ за счет применения однотипных дизель-генераторов; оптимизация циклов сброса-наброса нагрузки на каждый ДГУ, путем применения предварительно заданных законов приема и снятия нагрузки; коммутационные аппараты срабатывают при малых значениях тока, повышается ресурс коммутационной аппаратуры [3]; Для ДГУ существует четыре степени автоматизации и в зависимости от условий эксплуатации применяют одну из четырех степени автоматизации. Первая степень автоматизации ДГУ оснащена устройствами аварийно- предупредительной сигнализации и защиты. ДГУ автоматизирован таким образом, что требует постоянного присутствия обслуживающего персонала. Он будет осуществлять запуск агрегата, уход за ним, управление вспомогательными механизмами. ДГУ оборудуется небольшим количеством приборов, которые контролируют основные рабочие параметры. Когда достигаются недопустимые значения, то подаются сигналы и ДГУ останавливается с помощью защитного устройства. Вторая степень автоматизации включает в себя широкое использование автоматического и дистанционного управления. Устройства автоматизации должны обеспечивать: дистанционный или автоматический запуск ДГУ и остановку; дистанционный или автоматический ввод в синхронизм; регулирование системы охлаждения, температуры воды и смазки дизеля; Защита ДГУ при аварийных ситуациях; При такой автоматизации сохраняется необходимость присутствия рабочего персонала. Они должны следит за уровнем расхода топливных и масляных баков, а также их пополнением. Третья степень автоматизации рассчитана на работу ДГУ без обслуживающего персонала. ДГУ включаются в работу по определенной программе. Программа будет работать в течение заданного времени без наблюдения и обслуживания. Все операции обслуживания пуска и ввода под нагрузку автоматизированы. ДГУ, работающие с такой степенью автоматизации, должны представлять собой хорошо отработанные и надежные агрегаты. Четвертая степень автоматизации дополнительно к третьей степени должна выполняться следующие операции: Централизованный автоматический контроль над состоянием ДГУ в целом и отдельных частей; Централизованное управление с помощью управляющих машин В настоящее время мировой рынок ДГУ и ДЭС с каждым годом демонстрирует рост объема продаж. Производителей ДГУ и ДЭС очень много, но среди них наиболее продаваемыми, известными и проверенными производителями ДГУ и ДЭС являются Франция, Великобритания, Германия, США, Италия и Китай. Компания FG Wilson (Великобритания) ‒ одно из крупнейших производителей дизель ‒ генераторов, которые славятся своей надежностью. Компания имеет 45‒летний опыт в области изготовления ДГУ и ДЭС. FG Wilson помимо завода в Великобритании имеет еще филиалы в Бразилии, Китае, Индии, США. Ежегодно Компания FG Wilson изготавливает свыше 80 000 дизельных и газовых генераторных установок. Компания CATERPILLAR (США) ‒ сегодня является одним из признанных лидеров в области производства ДГУ и ДЭС. CATERPILLAR выпускает качественные и надежные ДГУ и ДЭС, диапазон мощностей которых от 14 до 3000 кВА . Китайская компания KIPOR производит ДГУ и ДЭС по лицензии Концерна Honda Motor Co. KIPOR ‒ это элитный промышленный производитель ДГУ и ДЭС в Китае. У компании KIPOR в России есть подразделение, которое осуществляет сервисное обслуживание и производит подготовку и тестирование поставляемой техники. KIPOR подставляет свою продукцию более чем в 150 стран мира. Диапазон мощностей от 12 до 1100 кВА. Концерн Metallwarenfabrik GmbH (Германия), производит и поставляет ДГУ и ДЭС более чем в 40 стран мира. В России концерн работает с 1997 года. ДГУ с торговыми марками Geko и Eisemann, изготовленные в концерне Metallwarenfabrik GmbH, благодаря своей экономичности, надежности и долговечности пользуются спросом во многих странах мира. Диапазон мощностей ДГУ от 20 до 500 кВА . Компания SDMO Industries (Франция) была основана в 1969 году. Внастоящее время она стала одной из крупнейших компаний по производству ДГУ и ДЭС. Компания имеет широкий ассортимент ДГУ различной мощности. Компания на территории России уже более 10 лет. Диапазон мощностей от 9 до 1250 кВА . Итальянская компания Genmac основанная в 1983 году, выпускает широкий спектр ДЭС и ДГУ с хорошим качеством и надежностью. В настоящее время ДГУ Genmac имеют десятки моделей бытового и промышленного назначения с диапазоном мощностей от 14 до 1100кВА. Российский рынок дизель ‒ генераторных установок ‒ это достаточно насыщенный и высококонкурентный рынок. В России есть более 20 производителей дизель ‒ генераторов. Количество изготовленной продукции с каждым годом растет, но, к сожалению, импорт дизель ‒ генераторных установок на территории России растет с каждым годом, что снижает долю на рынке отечественных производителей. Рассмотрим некоторых ведущих производителей ДГУ и ДЭС отечественного производства. «Группа Компаний ТТС» существует на Российском рынке уже более 20 лет. В 2003 году компания начала собственное производство ДГУ и ДЭС различной модификации. Объем производимой продукции составляет более 3000 единиц, а диапазон мощностей от 14 до 2500кВА. Российская компания AllGen является одним из немногих российских производителей ДГУ и ДЭС под брендом АД. В основе любой модели электростанции АД лежит многолетняя история работы производителя на российском рынке, а также практический опыт эксплуатации и облуживания систем энергоснабжения, в применении именно к отечественным условиям. Это позволило спроектировать и создать дизельные генераторы, максимально адаптированные к работе в самых сложных условиях, при больших перепадах температур и на российских горюче-смазочных материалах. Электростанции АД обладают высокой ремонтопригодностью, длительным моторесурсом и отличаются простотой управления и экономным потреблением топлива, а также полностью соответствуют российским ГОСТам, что делает их сегодня одним из наиболее актуальных предположений на рынке страны. Диапазон мощностей от 14 до 1031кВА. Российское ООО «Компания Дизель» основано в 2007 году. За короткое время компания выпустила около 10 000 ДГУ высокого качества и надежности. ООО «Компания Дизель» работает с проверенными поставщиками запчастей для ДГУ и ДЭС. Компания имеет собственное исследовательское подразделение, которое позволяет подобрать генератор для каждого заказчика, оптимальный для конкретного применения. Диапазон мощностей от 14 до 1375 кВА [13]. Компания «Президент-Нева», является научно‒производственным предприятием с 18-летней историей. Компания выпускает ДГУ под торговой маркой «Президент‒Нева». «Президент-Нева» комплектуются дизельными двигателями российских моторных заводов, а также двигателями зарубежных фирм. Генераторы, которыми оснащаются электростанции, также могут быть российского и зарубежного производства. Диапазон мощностей дизельных электростанций, продаваемых под торговой маркой «Президент-Нева» - от 5 до 315 кВА. На рисунке 2 представлен внешний вид ДЭС «Президент-Нева».  Рисунок 2 ‒ Дизельные электростанции «Президент-Нева» Российская компания «КАМА‒Энергетика» выпускает дизельные электростанции серии КАМА-КАМАЗ, которые построены на базе промышленных двигателей КАМАЗ 60-250 кВт. Эта линейка моторов была разработана специально для привода генераторов с номиналом 1500 об/мин. Технология производства и система внутрикорпоративных коммуникаций позволяют гибко подходить к изменению конструкции на основании требований заказчика. По желанию клиента все ДГУ могут укомплектовываться различным дополнительным оборудованием: погодозащитный капот, шумоизоляционный кожух, а также контейнер, степень утепления которого варьируется в зависимости от температурных условий (УХЛ, ХЛ) в районах предполагаемой эксплуатации. . На рисунке 3 представлен внешний вид ДЭС КАМА-КАМАЗ.  Рисунок 3 ‒ КАМА-КАМАЗ Группы компаний «Азимут» ‒ российский производитель дизель ‒ генераторных установок. Дизельные генераторы «Азимут» производятся на базе двигателей компании BEARFORD (Великобритания), Cummins (США), Perkins (Великобритания) и дизельный двигатель AZIMUT. Их отличают неприхотливость, компактность, мощность, экономичность, надежность, низкая стоимость и простота обслуживания. На рисунке 4 представлен внешний вид ДЭС «Азимут»  Рисунок 4‒ Дизельные электростанции «Азимут» с двигателем BEARFORD. Важнейшим техническим показателем автономной дизельной электростанции, обеспечивающей питание потребителей, является число и мощность установленных силовых агрегатов. Именно этот показатель определяет надежность электроснабжения и от него во многом зависит эффективность работы ДЭС. В соответствии с суммарная мощность рабочих дизельных электроагрегатов должна покрывать максимальную расчетную нагрузку с учетом собственных нужд ДЭС и обеспечивать запуск электродвигателей. Количество рабочих агрегатов определяется в соответствии с графиком нагрузок и имеющейся номенклатурой электроагрегатов. Конкретных рекомендаций и методик по выбору числа и мощности дизель-генераторов нормативные документы не содержат. Между тем этот показатель чрезвычайно важен, так как от него во многом зависят технико-экономические характеристики электростанции. Выбор рационального числа рабочих дизельных электроагрегатов, обеспечивающих наилучшие технико-экономические характеристики ДЭС, связан с учетом большого количества весьма противоречивых факторов. Отметим основные проблемы, связанные с этим выбором: Дизель-генераторы необходимо выводить из работы для проведения необходимого сервисного обслуживания, текущего и капитального ремонтов. Периодичность и продолжительность технического обслуживания зависит от типоразмера силового агрегата. Удельный расход топлива на выработку 1 кВт·ч электрической энергии зависит от типоразмера агрегата, у дизель-генераторов большой мощности он, как правило, ниже. Удельный расход топлива изменяется при работе дизель-генераторов на частичных режимах, с уменьшением нагрузки увеличивается. В данной работе предлагается методика оптимизации числа и типовой мощности рабочих дизельных электроагрегатов автономной ДЭС, используемой в качестве резервного источника электроснабжения потребителей. В качестве критерия оптимизации используется минимум приведенных годовых затрат при заданном уровне надежности электроснабжения потребителей: З EН К И У min, (1) где З – приведенные годовые затраты, руб; К – капитальные вложения в ДЭС, руб; И – годовые расходы на эксплуатацию станции, руб; У– экономический ущерб от нарушения электроснабжения потребителей, руб. Основные технико-экономические показатели дизель–генераторов и ДЭС приведены в таблице 1 Таблица 1–Основные технико-экономические показатели ДЭС
Номинальные мощности электроагрегатов и электростанций определены из государственных стандартов и соответствуют общепромышленным стационарным электроагрегатам и дизельным электростанциям трехфазного переменного тока. Усредненная стоимость ДЭС (на начало 2022 года) определена по прайс- листам и каталогам известных отечественных производителей и поставщиков дизельных электростанций . В таблице 1 приведены цены полнокомплектных стационарных ДЭС контейнерного исполнения и под капотом. Выбор такого варианта исполнения станций обусловлен минимальными затратами на капитальное строительство и меньшими расходами на ввод в эксплуатацию. Коэффициент технического использования Кти для дизельных двигателей различных типоразмеров определен из Кти характеризует долю времени нахождения объекта в работоспособном состоянии относительно общей (календарной) продолжительности эксплуатации: n ti n m k K ти i1 , (2) ti i j i1 i1 j1 где ti- время сохранения работоспособности в i-м цикле функционирования объекта; τi- время восстановления (ремонта) после i-го отказа объекта; τj- длительность выполнения j-й профилактики, требующей вывода объекта из работающего состояния (использования по назначению); n- число рабочих циклов за рассматриваемый период эксплуатации; m- число отказов (восстановлений) за рассматриваемый период; k- число профилактик, требующих отключения объекта в рассматриваемый период. В теории надежности время нахождения объекта в неработоспособном состоянии характеризуется коэффициентом вынужденного простоя Kв. Суммарное время вынужденного простоя объекта обычно включает в себя время на поиск и устранение отказа; на регулировку и настройку объекта после устранения отказа; простой из-за отсутствия запасных элементов; простой для проведения профилактических работ. Так как технический объект может находиться только в одном из двух возможных состояний сумма коэффициентов, характеризующих состояние объекта равна единице: Kти + Kв = 1 (3)   Решим оптимизационную задачу по выбору дизель-генераторов стационарной ДЭС, предназначенной для электроснабжения автономного объекта. Данный объект имеет различный суточный график нагрузок за год. Нагрузки по месяцам представлены на рисунках 5. 0 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 17.00 18.00 19.00 20.00 21.00 22.00 23.00 Рисунок 5– Суточный график нагрузок за год Выбор числа и мощности электроагрегатов ДЭС будем проводить с учетом следующих положений: Суммарная мощность агрегатов должна быть на 25 % больше суточного максимума нагрузки: Рсумм ≥ 1,25·Рмакс (4) Выполнение этого условия обеспечит загрузку дизелей в режиме максимальных нагрузок не более чем на 80 %. Для удобства сервисного обслуживания все дизель–генераторы должны быть одного типоразмера. Максимальное количество агрегатов ДЭС не должно быть больше трех. Максимальная активная мощность по графику: 453,68 кВт. Максимальная полная мощность: 471,96 кВ·А. Рсумм=1,25*Рмах=1,25*1863,6826=567,1 кВт. Для приведенного на рисунке 2 суточного графика нагрузки возможны следующие варианты конструктивного исполнения ДЭС: Три агрегата Рном = 200 кВт; По выбранной мощности дизель-генераторов по можно определить коэффициент технического использования Kти, из выражения) найти коэффициент вынужденного простоя Kв и по выражениям , рассчитать ряд распределения коэффициентов мощностей электроагрегатов, находящихся в рабочем состоянии K Ргi , где индекс Pгi соответствует мощности ДЭС при i г работающих агрегатах. Для определения годовых эксплуатационных затрат на обслуживание ДЭС удобнее всего воспользоваться типовой структурой затрат, индивидуальной для каждого предприятия. Существенную долю в структуре этих затрат составляют затраты на топливо: И = Ит + Иобсл (5) где И – годовые эксплуатационные затраты, руб; Ит – годовые затраты на топливо (цена плюс доставка), руб; Иобсл – затраты на обслуживание (зарплата персоналу, расходные материалы и т.д.), руб. Если известна доля затрат на топливо в общей структуре затрат, то по известным затратам на топливо можно определить годовые эксплуатационные издержки на обслуживание ДЭС: Dт = Ит /И (6) где Dт – доля затрат на топливо в общей структуре затрат на эксплуатацию и обслуживание ДЭС. Расход топлива ДЭС зависит от типоразмера используемых дизель- генераторов, их загрузки и износа. Для рационального расхода топлива в режиме малых нагрузок ненагруженные дизели должны выводиться из работы. При этом для максимального сохранения моторесурса агрегатов и необходимого запаса по мощности их загрузка на каждой ступени суточного графика не должна превышать 80 % от номинальной. Соответственно, выбор числа работающих агрегатов из возможных для каждого типа ДЭС . Согласно этой методике абсолютный расход топлива дизель- генератором на отпуск электроэнергии на каждой i-ой ступени суточного графика определяется по формуле: Т(ном) GТi g Kизн Kрежi Эвырi 103 (7) где GTi – абсолютный расход топлива, тонн; gт(ном) - удельный расход топлива дизелем при номинальной мощности (по паспортным данным), г/кВт·ч; Kизн - коэффициент износа. Для дизель-генераторов, прошедших капитальный ремонт или с истекшим сроком службы принимается равным 1,05; Kрежi− режимный коэффициент, учитывающий изменение удельного расхода топлива при работе дизель-генератора с нагрузкой, меньшей номинальной  Kрежi gТi gТ(ном) (8) где gтi - удельный расход топлива на рассматриваемом долевом режиме, г/кВт·ч. Определяется по нагрузочной характеристике дизеля, которая приводится в технической документации или принимается по справочным данным. При отсутствии расходной характеристики и при равномерной загрузке дизель-генераторов коэффициент Kрежiможет быть рассчитан по эмпирической формуле: Kрежi 0.87 0.13 mPном (9) где Рном – номинальная мощность дизель-генератора, кВт; m– количество работающих агрегатов на i-ой ступени суточного графика; Рпотрi– потребляемая мощность на i-ой ступени суточного графика, кВт; Вырабатываемая одним дизель-генератором электрическая энергия на i- ой ступени суточного графика при равномерной загрузке дизель-генераторов ДЭС равна  Эвырi Pпотрi ti m (10) где Эвырi– вырабатываемая одним дизель-генератором электрическая энергия на i-ой ступени суточного графика, кВт·ч; ti – продолжительность работы ДЭС на i-ой ступени суточного графика, ч. Суточный расход топлива ДЭС определяется по формуле: GТ mGТ (10) Анализируя можно сделать вывод о том, что минимум приведенных затрат рассматриваемой дизельной электростанции соответствует ее составу из трех дизель-генераторов мощностью по 200 кВт м каждый. Предлагаемая в настоящей работе методика достаточно универсальна и может быть рекомендована для оптимизации состава автономных дизельных электростанций, работающих в конкретных условиях эксплуатации. Проектируемая ДЭС является автономным источником электроснабжения потребителей 2–ой категории и относится к обеспечивающей системе энергобезопасности. Методы оценки по сравнительному коэффициенту экономической эффективности предусматривают сопоставление всего лишь двух вариантов инвестирования. На самом деле таких вариантов может быть больше. С помощью метода приведенных затрат можно сравнивать любое количество вариантов инвестирования. Методы оценки эффективности инвестиций, основанные на дисконтировании, такие как чистый дисконтированный доход, внутренняя норма доходности и индекс доходности, обычно применяют в случаях крупномасштабных инвестиционных проектов, реализация которых требует значительного периода времени. По мнению многих известных российских экономистов в условиях переходной экономики России, с характерной для них неопределённостью движения показателей инфляции, цен, налогообложения, амортизации, рентабельности, удельных капиталовложений определяют нерациональность применения интегральных показателей для оценки эффективности инвестиций в связи с невозможностью достоверного прогнозирования этих показателей в пределах жизненного Выбор простого статистического метода для оценки экономической эффективности инвестиций - метода приведенных затрат в данном случае обоснован тем обстоятельством, что методы сравнительной эффективности используют в случаях, когда необходимо произвести выбор одного из нескольких технически реализуемых проектов, что полностью соответствует условию решаемой задачи.цикла инвестиционных проектов 7-12 лет и более. Заключения Современные системы электропитания объектов в основном строятся с использованием внешнего электроснабжения. Наряду с основными источниками электроснабжения следует иметь резервные источники. Обычно в качестве резервных источников используются дизельные генераторные установки с двигателями внутреннего сгорания. Наиболее широкое распространение получили электроустановки с дизельными двигателями. Бесперебойность электроснабжения обеспечивается дизельной генераторной установкой, для использования в качестве резервного источника питания. Необходимо помнить, что, в этом случае, кратковременный перерыв в электроснабжении, обусловленный некоторым временем автоматического включения резерва, может быть не допустим. Тогда, Вам нужно использовать дизель электростанцию . В соответствии с целью данной проектной работы был проведен расчет дизельной электрической станции, а именно выбор генерирующего оборудования, по методу приведенных годовых затрат определен оптимальный вариант построения ДЭС (3 генератора по 200 кВт). По методу приведенных годовых затрат рассчитана стоимость трех вариантов построения ДЭС, в качестве расчетного принят вариант, требующий наименьших затрат. Вывод Данное оборудование способно обеспечить постоянную подачу электроэнергии независимо от аварий на электростанциях, обрывки проводов или тяжелых погодных условия. Дизельный генератор имеет специальный двигатель, который работает на дизельном топливе. Однако стоит отметить, что сам двигатель в данных конструкциях очень дорогой, поэтому и распространение данных источников электроэнергии не очень велико. Стоит отметить, что дизельные генераторы выгоднее в плане потребления топлива, ведь ДТ потребляется намного меньше, чем бензина. Данный вид ДЭС отличается экологичностью, что позволяет его устанавливать даже в больницах. Внедрение ДЭС в сельское хозяйство требует и наличие запасного источника питания для работы всех механизмов Список литературы 1Системы автономного электроснабжения на основе дизельных электростанций: учебное пособие/ Р.М.Мустафина, С.Г.Обухов, И.А.ПлотниковПавлодар: Кереку,2012. . 2 Википедия. – URL: www.Wikipedia.org 3 Альтернатор. – URL: 4www.nskgenerator.ru 5 Энерго статус. – URL:www.energo-6status.su 6 Бензогенераторы. – URL:www.all-generator.ru 7 Геко Россия. – URL:www.gekorussia.ru 8 Компания «AllGen». – URL:www.allgen.ru 9 SDMO Industries. – URL:www.sdmo.com.ru 10 Энергомера. – URL:www.elec.ru 11 Строительный портал– URL:www.agro-portal24.ru 12Источник статьи и обсуждение URL:www.vurnar.ru |