RU2515269C1 - Device for fast-acting equalising of energy system active power - Google Patents
Device for fast-acting equalising of energy system active power Download PDFInfo
- Publication number
- RU2515269C1 RU2515269C1 RU2013109597/07A RU2013109597A RU2515269C1 RU 2515269 C1 RU2515269 C1 RU 2515269C1 RU 2013109597/07 A RU2013109597/07 A RU 2013109597/07A RU 2013109597 A RU2013109597 A RU 2013109597A RU 2515269 C1 RU2515269 C1 RU 2515269C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gasification
- output
- unit
- generator
- waste
- Prior art date
Links
- 238000002309 gasification Methods 0.000 claims abstract description 43
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000010791 domestic waste Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000010813 municipal solid waste Substances 0.000 claims description 14
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 claims description 10
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims description 6
- 238000004157 plasmatron Methods 0.000 claims description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 abstract description 8
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 12
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 9
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 9
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 7
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000009272 plasma gasification Methods 0.000 description 5
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 4
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 4
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 2
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000034337 acetylcholine receptors Human genes 0.000 description 1
- 108020000715 acetylcholine receptors Proteins 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к электротехнике и электрофизике, в частности к устройствам для быстродействующего выравнивания активной мощности энергосистемы и предотвращения или ослабления колебаний мощности в энергосистеме путем накопления энергии в горючем газе и накопления энергии с помощью электрических машин с маховиками.The invention relates to electrical engineering and electrophysics, in particular to devices for quickly aligning the active power of a power system and preventing or attenuating power fluctuations in a power system by storing energy in a combustible gas and storing energy using electric machines with flywheels.
Предшествующий уровень техникиState of the art
Известно устройство для выравнивания работы ветроэлектрической станции (патент РФ SU10092, кл. H02J 1/16, H02J 7/34 [1]), содержащее буферный инерционный аккумулятор (маховик), механически соединенный с электрическим генератором, ветровой двигатель, электрическую аккумуляторную батарею, электролизер для разложения воды со сборными баками для кислорода и водорода и работающий на водороде тепловой двигатель, механически соединенный с вспомогательным генератором, включаемым параллельно с главным генератором.A device for smoothing the operation of a wind power station (RF patent SU10092, class. H02J 1/16, H02J 7/34 [1]), containing a buffer inertial battery (flywheel), mechanically connected to an electric generator, a wind engine, an electric battery, an electrolyzer for decomposition of water with prefabricated tanks for oxygen and hydrogen; and a hydrogen-powered heat engine mechanically connected to an auxiliary generator connected in parallel with the main generator.
Известна также установка для выравнивания нагрузки в мощной энергосистеме фирмы Beacon Power Corporation, состоящая из 200 маховичных генераторов с максимальной рабочей частотой вращения 16000 об/мин. Маховики маховичных генераторов выполнены композитными из углеродного и стекловолокна. Мощность установки 20 МВт при накопленной кинетической энергии 18 ГДж [2].Also known installation for load balancing in a powerful power system company Beacon Power Corporation, consisting of 200 flywheel generators with a maximum operating speed of 16,000 rpm. Flywheel flywheel generators are made of composite carbon and fiberglass. The plant power is 20 MW with an accumulated kinetic energy of 18 GJ [2].
В настоящее время многими энергосистемами рассматривается возможность использования современных аккумуляторов для выравнивания нагрузки в мощных энергосистемах. В программе инновационного развития ОАО «ФСК ЕЭС» до 2016 года с перспективой до 2020 года предусмотрено проведение исследовательских работ по созданию таких установок [3].Currently, many power systems are considering the possibility of using modern batteries to balance the load in powerful power systems. The innovation development program of JSC FGC UES until 2016 with a prospect until 2020 provides for research on the creation of such facilities [3].
Известна также разработанная и испытанная в Институте электрофизики и электроэнергетики РАН установка для плазменной газификации твердых органических отходов, предназначенная для получения продукт-газа, состоящего примерно на 70% из смеси окиси углерода и водорода, включающая реактор с системой загрузки отходов и генераторы плазмы (Автореферат диссертации кандидата наук В.Е.Попова Исследование, разработка и создание системы плазменной газификации твердых органических отходов на основе мощных электродуговых генераторов плазмы. Санкт-Петербург, 2007 год. [4]). Аналогичная установка для получения водорода описана в Международном патенте фирмы PLAGAZ АВ №20110243802 с приоритетом от 08.12.2008 [5].Also known is a device for plasma gasification of solid organic waste, designed and tested at the Institute of Electrophysics and Electric Power Engineering of the Russian Academy of Sciences, designed to produce a product gas consisting of about 70% of a mixture of carbon monoxide and hydrogen, including a reactor with a waste loading system and plasma generators (Abstract of dissertation Candidate of Sciences V.E. Popov Research, development and creation of a plasma gasification system for solid organic waste based on powerful electric arc plasma generators. Petersburg, 2007. [4]). A similar installation for producing hydrogen is described in the International patent of the company PLAGAZ AB No. 201110243802 with priority dated 12/08/2008 [5].
К недостаткам известных устройств относится следующиеThe disadvantages of the known devices include the following
В известном устройстве по патенту РФ SU10092 используется электролизер для разложения воды. Электролизер для разложения воды из-за значительных затрат энергии на нагрев электролизера имеет относительно низкую эффективность, электроды электролизера имеют высокую стоимость и малый срок службы. При получении водорода из воды общий КПД электролизера не превышает 57-70% [6, стр.369, фиг.8.3]. Водород при его получении и хранении весьма взрывоопасен. Установка для плазменной газификации твердых отходов, описанная в [4], потребляет электроэнергии не более 15-20% от энергии, содержащейся в получаемом продукт-газе [7]. Поскольку твердые бытовые отходы, используемые для производства продукт-газа, могут быть получены практически бесплатно, а в некоторых случаях за уничтожение бытовых отходов может быть получена значительная плата, использование установки для плазменной газификации твердых бытовых отходов дает существенную экономию электроэнергии по сравнению с использованием электролизера.In the known device according to the patent of the Russian Federation SU10092, an electrolyzer is used to decompose water. The electrolyzer for water decomposition due to the significant energy consumption for heating the electrolyzer has a relatively low efficiency, the electrodes of the electrolyzer have a high cost and short life. When hydrogen is obtained from water, the overall efficiency of the electrolyzer does not exceed 57-70% [6, p. 369, Fig. 8.3]. Hydrogen during its receipt and storage is highly explosive. The installation for plasma gasification of solid waste, described in [4], consumes electricity no more than 15-20% of the energy contained in the resulting product gas [7]. Since municipal solid waste used for the production of product gas can be obtained almost free of charge, and in some cases a significant fee can be paid for the destruction of household waste, the use of a plasma gasification unit for solid municipal waste gives significant energy savings compared to using an electrolyzer.
В аккумуляторных устройствах для выравнивания нагрузки в мощных энергосистемах предполагается использовать значительное число элементов с единичной энергоемкостью порядка 10-20 Ватт-часов. Надежность аккумуляторных элементов относительно невелика, и имеются случаи их самовозгорания. Для обеспечения безопасности и надежности аккумуляторные батареи из литий-йонных аккумуляторных элементов фирмы GS Yuasa снабжаются электронными системами мониторинга [8], что существенно повышает их стоимость. Несмотря на использование электронных системам мониторинга литий-йонные аккумуляторы остаются недостаточно надежными. Так, 16 января 2013 года возгорание литий-йонных батарей фирмы GS Yuasa стало причиной экстренной посадки лайнера Dreamliner фирмы Boing в Японии [9].In battery devices for balancing the load in powerful power systems, it is planned to use a significant number of elements with a unit energy intensity of about 10-20 watts-hours. The reliability of the battery cells is relatively low, and there are cases of spontaneous combustion. To ensure safety and reliability, GS Yuasa rechargeable batteries from lithium-ion battery cells are equipped with electronic monitoring systems [8], which significantly increases their cost. Despite the use of electronic monitoring systems, lithium-ion batteries remain insufficiently reliable. So, on January 16, 2013, the ignition of GS Yuasa lithium-ion batteries caused an emergency landing of the Boing Dreamliner in Japan [9].
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Целью настоящего изобретения является создание устройства для быстродействующего выравнивания активной мощности энергосистемы и предотвращения или ослабления колебаний мощности в энергосистеме путем накопления энергии в горючем газе и накопления энергии с помощью электрических машин с маховиками. Известно устройство для выравнивания работы ветроэлекрической станции (патент [1] РФ SU10092, кл. Н02J 1/16, H02J7/34), содержащее буферный инерционный аккумулятор (маховик), механически соединенный с электрическим генератором, ветровой двигатель, электрическую аккумуляторную батарею, электролизер для разложения воды со сборными баками для кислорода и водорода и работающий на водороде тепловой двигатель, механически соединенный с вспомогательным генератором, включаемым параллельно с главным генератором. В известном устройстве электролизер для разложения воды из-за значительных затрат энергии на нагрев электролизера имеет относительно низкий КПД, не превышающий 57-70%. Электролизер для разложения воды из-за значительных затрат энергии на нагрев электролизера имеет относительно низкую эффективность, электроды электролизера имеют высокую стоимость и малый срок службы. Водород при его получении и хранении весьма взрывоопасен.The aim of the present invention is to provide a device for quickly aligning the active power of a power system and preventing or attenuating power fluctuations in a power system by storing energy in a combustible gas and storing energy using electric machines with flywheels. A device for smoothing the operation of a wind power station (RF patent [1] SU10092, class Н02J 1/16, H02J7 / 34) containing a buffer inertial battery (flywheel), mechanically connected to an electric generator, a wind engine, an electric battery, an electrolyzer for decomposition of water with prefabricated tanks for oxygen and hydrogen and a hydrogen-powered heat engine mechanically connected to an auxiliary generator, connected in parallel with the main generator. In the known device, the electrolyzer for decomposing water due to the significant energy expenditure for heating the electrolyzer has a relatively low efficiency, not exceeding 57-70%. The electrolyzer for water decomposition due to the significant energy consumption for heating the electrolyzer has a relatively low efficiency, the electrodes of the electrolyzer have a high cost and short life. Hydrogen during its receipt and storage is highly explosive.
Целью предлагаемого устройства является повышение его КПД и быстродействия, снижение стоимости устройства и затрат электроэнергии и повышение безопасности эксплуатации устройства. Указанная цель в предлагаемом устройстве достигается за счет использования в нем инерционного аккумулятора, механически соединенного с электрическим двигатель-генератором, работающего на продукте газификации теплового двигателя, механически соединенного со вторым электрическим генератором, блока газификации, содержащего агрегат для сортировки твердых бытовых отходов, агрегат для сушки твердых бытовых отходов, агрегат для измельчения твердых бытовых отходов, систему загрузки твердых бытовых отходов, реактор газификации твердых бытовых отходов, содержащий герметичный корпус, на стенке которого размещен один или несколько плазмотронов, и к выходу блока газификации присоединен компрессор, к выходу компрессора присоединен сборный бак для хранения продукта газификации и к выходу сборного бака для хранения продукта газификации присоединен вход топливоподачи теплового двигателя, и содержащего электрический двигатель-генератор, через преобразователь частоты присоединенный параллельно второму электрическому генератору и присоединенный параллельно выходным клеммам устройства. Испытания, проведенные в Институте электрофизики и электроэнергетики РАН, показали, что при использовании предлагаемого устройства потребление электроэнергии не првышает 15-20% от энергии, содержащейся в получаемом продукт-газе [7].The purpose of the proposed device is to increase its efficiency and speed, reduce the cost of the device and energy costs and increase the safety of operation of the device. This goal in the proposed device is achieved through the use of an inertial battery, mechanically connected to an electric motor-generator, working on the gasification product of a heat engine, mechanically connected to a second electric generator, a gasification unit containing an aggregate for sorting municipal solid waste, a drying unit solid waste, a unit for grinding solid waste, a system for loading solid waste, a gasification reactor for solid a waste container containing a sealed housing, on the wall of which one or several plasmatrons are placed, and a compressor is connected to the outlet of the gasification unit, a prefabricated tank for storing the gasification product is connected to the compressor outlet, and the fuel engine fuel input is connected to the outlet of the gasification product, and comprising an electric motor-generator, through a frequency converter connected in parallel with the second electric generator and connected in parallel with the output terminal m device. Tests conducted at the Institute of Electrophysics and Electricity of the Russian Academy of Sciences showed that when using the proposed device, the energy consumption does not exceed 15-20% of the energy contained in the resulting product gas [7].
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Техническая возможность реализации предлагаемого устройства иллюстрируется Фиг.The technical feasibility of the proposed device is illustrated in FIG.
На Фиг. изображена структурная схема элементов устройства. Схема в целом известна [1], но за счет использования блока газификации с реактором для газификации твердых бытовых отходов обладает новыми свойствами: свойством повышения КПД, свойством снижения стоимости устройства и затрат электроэнергии и свойством повышения безопасности эксплуатации устройства.In FIG. shows a structural diagram of the elements of the device. The scheme as a whole is known [1], but due to the use of a gasification unit with a reactor for gasification of municipal solid waste, it has new properties: the property of increasing efficiency, the property of reducing the cost of the device and the cost of electricity, and the property of increasing the safety of operation of the device.
В заявляемом устройстве инерционный аккумулятор (маховик) 1 механически соединен с электрическим двигатель-генератором 2 и тепловой двигатель 16 механически соединен со вторым электрическим генератором 17. Блок газификации 3 содержит: агрегат для сортировки твердых бытовых отходов 4, выполненный с возможностью приема бытовых отходов, и выход, агрегат для сушки твердых бытовых отходов 5, имеющий вход, соединенный с выходом агрегата для сортировки твердых бытовых отходов 4, и выход, агрегат для измельчения твердых бытовых отходов 6, имеющий вход, соединенный с выходом агрегата для сушки твердых бытовых отходов 5, и выход, агрегат для загрузки твердых бытовых отходов 7, имеющий вход, соединенный с выходом агрегата для измельчения твердых бытовых отходов 6, и выход, реактор газификации твердых бытовых отходов 11, имеющий вход, соединенный с выходом агрегата для загрузки твердых бытовых отходов 7, выход для продукта газификации 9 и выход для удаления шлаков 10, содержащий герметичный корпус реактора газификации 8 на стенке которого размещен один или несколько плазмотронов 12, компрессор 13, имеющий вход, соединенный с выходом для продукта газификации реактора газификации твердых бытовых отходов 9, и выход, сборный бак для хранения продукта газификации 14 имеющий вход, соединенный с выходом компрессора 13, и выход. К выходу сборного бака для хранения продукта газификации 14 присоединен вход топливоподачи 15 теплового двигателя 16, электрический двигатель-генератор 2 через преобразователь частоты 18 электрически присоединен параллельно второму электрическому генератору 17 и второй электрический генератор электрически присоединен параллельно выходным клеммам устройства 19.In the inventive device, the inertial battery (flywheel) 1 is mechanically connected to the electric motor-generator 2 and the heat engine 16 is mechanically connected to the second electric generator 17. The gasification unit 3 includes: an aggregate for sorting municipal solid waste 4, configured to receive household waste, and an outlet, a unit for drying municipal solid waste 5, having an input connected to an outlet of an aggregate for sorting municipal solid waste 4, and an outlet, an aggregate for grinding solid household waste 6, having an input e, connected to the output of the unit for drying solid household waste 5, and the output, the unit for loading solid household waste 7, having an input connected to the output of the unit for grinding solid household waste 6, and the output, the gasification reactor for solid household waste 11 connected to the output of the unit for loading solid household waste 7, the output for the gasification product 9 and the output for removing slag 10, containing a sealed housing of the gasification reactor 8 on the wall of which one or more plasmatrons 12 are placed, compressor 1 3, having an inlet connected to an outlet for a gasification product of a gasification reactor for solid domestic waste 9, and an outlet, a collecting tank for storing a gasification product 14 having an inlet connected to an outlet of the compressor 13, and an outlet. The fuel supply 15 of the heat engine 16 is connected to the output of the collection tank for storing the gasification product 14, the electric motor-generator 2 through the frequency converter 18 is electrically connected in parallel with the second electric generator 17, and the second electric generator is electrically connected in parallel with the output terminals of the device 19.
Пример осуществления изобретенияAn example embodiment of the invention
Основным методом обеспечения устойчивости энергосистем при значительном снижении частоты является использование автоматического ограничения снижения частоты (АОСЧ). Для выполнения этих функций АОСЧ осуществляет автоматический частотный ввод резерва при снижении частоты ниже минимально допустимых значений 49,5 Гц и автоматическую частотную разгрузку (АЧР) при снижении частоты ниже 49,0 Гц. Автоматический частотный ввод резерва из-за особенности работы электростанций производится с относительно небольшой скоростью. Так, регулирование активной мощности тепловых электростанций обычно производится со скоростью не более 15% от величины номинальной мощности электростанции в минуту. Для АЭС возможно регулировать активную мощность на ~5% от ее номинальной величины в минуту. АЧР осуществляется достаточно быстро путем отключения потребителей, но является крайне нежелательной.The main method for ensuring the stability of power systems with a significant reduction in frequency is the use of automatic frequency reduction limitation (AOSCH). To perform these functions, AOSCH performs automatic frequency input of the reserve when the frequency decreases below the minimum acceptable values of 49.5 Hz and automatic frequency unloading (AFC) when the frequency decreases below 49.0 Hz. Automatic frequency input of the reserve due to the peculiarities of the operation of power plants is carried out at a relatively low speed. So, the regulation of the active power of thermal power plants is usually done at a speed of not more than 15% of the nominal power of a power plant per minute. For nuclear power plants it is possible to adjust the active power by ~ 5% of its nominal value per minute. AChR is carried out quickly enough by disconnecting consumers, but it is extremely undesirable.
Оптимальным способом поддержания устойчивости является введение в энергосистему установок для выравнивания нагрузки на основе накопителей энергии различного типа [10, 11]. Для небольших энергорайонов мощность установки для выравнивания нагрузки должна составлять примерно половину номинальной мощности энергопитания района. Для города с населением 40 тысяч человек номинальная мощность энергопитания будет 20 МВт (из расчета 0,5 кВт на человека [12, стр.726]) и установка для выравнивания нагрузки должна иметь мощность 10 МВт.The best way to maintain stability is to introduce installations for balancing the load on the basis of various types of energy storage devices into the energy system [10, 11]. For small energy areas, the power of the load balancing installation should be approximately half the rated power supply of the area. For a city with a population of 40 thousand people, the nominal power supply capacity will be 20 MW (at the rate of 0.5 kW per person [12, p. 726]) and the installation for load balancing should have a capacity of 10 MW.
Предлагаемое устройство может, например, состоять из инерционного аккумулятора в составе маховика с накопленной энергией 200 МДж и электрического двигатель-генератора мощностью 10 МВт с КПД 95% на максимальную частоту вращения 6000 об/мин, дизельного двигателя мощностью примерно 10,5 МВт, соединенного механически с вторым генератором мощностью 10 МВт, и блока газификации твердых бытовых отходов, обеспечивающего газификацию твердых бытовых отходов, сжатие продуктов газификации твердых бытовых отходов и их хранение в сборном баке. Маховик с подходящими характеристиками был спроектирован в Институте электрофизики и электроэнергетики (ранее ВНИИЭлектромаш) и изготовлен промышленностью. Маховик был выполнен из титана и имел диаметр 1720 мм при массе 4 тонны. Для привода маховика использовался синхронный двигатель-генератор на 6000 об/мин [13]. В предлагаемом устройстве двигатель-генератор инерционного аккумулятора подключен к энергосистеме через полупроводниковый преобразователь частоты. На статор двигатель-генератора в режиме накопления энергии через полупроводниковый преобразователь частоты подают трехфазное напряжение, частоту которого изменяют от 0 до 100 Гц, и при этом поддерживают величину трехфазного напряжения примерно пропорциональной его частоте. После пуска установки увеличивают частоту напряжения полупроводникового преобразователя до 100 Гц, маховик разгоняется до 6000 об/мин и запасает кинетическую энергию 200 МДж. В режиме разряда инерционного аккумулятора двигатель-генератор за счет изменения частоты на выходе преобразователя частоты в пределах от 100 Гц до примерно 50 Гц переводят в генераторный режим и тем самым производят торможение маховика. Запасенная в маховике кинетическая энергия отдается в энергосистему. Поскольку кинетическая энергия пропорциональна квадрату частоты вращения маховика, при таком торможении в энергосистему отдается (100/100)2-(50/100)2=0,75 от энергозапаса маховика, то есть 200 МДж·0,75=150 МДж. КПД инерционного аккумулятора с рассматриваемыми параметрами достигает 95%. При мощности 10 МВт энергии инерционного аккумулятора достаточно для питания энергосистемы в течение 14 секунд. За 14 секунд производят пуск дизельного двигателя, соединенного механически с вторым генератором мощностью 10 МВт, и производят питание энергосистемы от этого генератора за счет энергии запасенного в сборном баке продукта газификации.The proposed device may, for example, consist of an inertial battery as part of a flywheel with an stored energy of 200 MJ and an electric motor generator with a capacity of 10 MW with an efficiency of 95% for a maximum speed of 6000 rpm, a diesel engine with a capacity of approximately 10.5 MW, mechanically connected with a second generator with a capacity of 10 MW, and a unit for gasification of solid waste, providing gasification of solid waste, compression of gasification products of solid waste and their storage in a collection tank. A flywheel with suitable characteristics was designed at the Institute of Electrophysics and Electric Power (formerly VNIIElektromash) and manufactured by industry. The flywheel was made of titanium and had a diameter of 1720 mm with a mass of 4 tons. To drive the flywheel, a synchronous engine-generator at 6000 rpm was used [13]. In the proposed device, the engine-generator of the inertial battery is connected to the power system through a semiconductor frequency converter. A three-phase voltage is supplied to the stator of the engine-generator in the energy storage mode through a semiconductor frequency converter, the frequency of which is changed from 0 to 100 Hz, and at the same time, the magnitude of the three-phase voltage is approximately proportional to its frequency. After starting the installation, the voltage frequency of the semiconductor converter is increased to 100 Hz, the flywheel accelerates to 6000 rpm and stores kinetic energy of 200 MJ. In the discharge mode of the inertial battery, the engine-generator is transferred to the generator mode by changing the frequency at the output of the frequency converter from 100 Hz to about 50 Hz and thereby braking the flywheel. The kinetic energy stored in the flywheel is transferred to the power system. Since kinetic energy is proportional to the square of the flywheel’s rotational speed, with such braking, (100/100) 2 - (50/100) 2 = 0.75 from the flywheel’s energy reserve, that is 200 MJ · 0.75 = 150 MJ. The efficiency of the inertial battery with the considered parameters reaches 95%. With a power of 10 MW, the energy of an inertial battery is enough to power the power system for 14 seconds. For 14 seconds, a diesel engine is started mechanically connected to a second generator with a capacity of 10 MW, and the power system is powered by this generator due to the energy of the gasification product stored in the collection tank.
Газоаккумулирующая установка плазменной газификации отходов представляет из себя мусороперерабатывающий комплекс. Поступающие на переработку твердые бытовые отходы подвергают сортировке в агрегате для сортировки твердых бытовых отходов. Агрегат для сортировки твердых бытовых отходов может быть выполнен в виде ленточного транспортера, с которого воздействием постоянного магнитного поля извлекают стальные предметы и воздействием импульсного магнитного поля извлекают алюминиевые и прочие немагнитные металлические предметы. Далее производят сушку твердых бытовых отходов. Для сушки, например, используют тепло, содержащееся в продукте газификации, которое подводят к твердым бытовым отходам с помощью теплообменника. Далее производят измельчение твердых бытовых отходов. Для этого, например, используют рубительную машину барабанного типа, рабочим инструментом которой является ротор (барабан) с закрепленными на нем режущими ножами. Далее твердые бытовые отходы направляют в блок газификации, где под действием струй плазмы, истекающих из плазмотронов, вырабатывают из них продукт газификации - смесь окиси углерода, водорода и азота. Из 1 кг отходов по этой технологии получают примерно 2,2 м2 продукта газификации с теплотворной способностью примерно 7 МДж/м2, т.е. в газе запасают энергию в 15,4 МДж на один кг отходов. Газоаккумулирующая установка потребляет электрическую энергию. Затраты электроэнергии на переработку одного кг твердых бытовых отходов не превышает 15-20% от энергии, содержащейся в получаемом продукте газификации.The gas storage unit for plasma gasification of waste is a waste recycling complex. Solid household waste arriving for processing is sorted in an aggregate for sorting municipal solid waste. The unit for sorting solid household waste can be made in the form of a conveyor belt, from which steel objects are removed by the action of a constant magnetic field and aluminum and other non-magnetic metal objects are extracted by the action of a pulsed magnetic field. Next, the solid household waste is dried. For drying, for example, the heat contained in the gasification product is used, which is supplied to municipal solid waste using a heat exchanger. Next, they grind municipal solid waste. For this, for example, a drum-type chipper is used, the working tool of which is a rotor (drum) with cutting knives fixed on it. Next, municipal solid waste is sent to the gasification unit, where under the influence of plasma jets flowing from the plasma torches, a gasification product is produced from them - a mixture of carbon monoxide, hydrogen and nitrogen. About 1 m 2 of gasification product with a calorific value of about 7 MJ / m 2 is obtained from 1 kg of waste using this technology. 15.4 MJ of energy are stored in gas per kg of waste. The gas storage unit consumes electrical energy. The cost of electricity for the processing of one kg of municipal solid waste does not exceed 15-20% of the energy contained in the resulting gasification product.
В часы минимумов потребления энергии в энергосистеме продукт газификации накапливают в сборном баке объемом 500 м3 при давлении 30 атм, получаемом с помощью компрессора, и запасают 15000 м3 продуктов газификации. При возникновении аварийных ситуаций или в часы максимумов нагрузки в энергосистеме накопленный продукт газификации используют для выработки электроэнергии с помощью дизельного двигателя и второго генератора. Газоаккумулирующая установка производительностью 1,6 т/ч наполняет сборный бак объемом 500 м3 за 10 ч. Запас энергии составляет 105 ГДж. Дизель-генератор с КПД выработки электроэнергии 30% мощностью 10 МВт израсходует запасенный газ за 52 минуты. Этого времени достаточно для запуска горячего резерва на тепловых электростанциях и холодного резерва в виде газотурбинных установок и обеспечения бесперебойного энергоснабжения.During hours of minimum energy consumption in the power system, the gasification product is accumulated in a collection tank with a volume of 500 m 3 at a pressure of 30 atm obtained with a compressor, and 15,000 m 3 of gasification products are stored. In the event of an emergency or during peak hours in the power system, the accumulated gasification product is used to generate electricity using a diesel engine and a second generator. A gas storage unit with a capacity of 1.6 t / h fills a collection tank with a volume of 500 m 3 in 10 hours. The energy reserve is 105 GJ. A diesel generator with an electricity generation efficiency of 30% with a capacity of 10 MW will consume stored gas in 52 minutes. This time is enough to start a hot reserve at thermal power plants and a cold reserve in the form of gas turbine units and ensure uninterrupted power supply.
Существенным преимуществом предлагаемого устройства является его высокий КПД, снижение стоимости устройства, повышение безопасности эксплуатации устройства, способность за счет использования маховика к практически мгновенному входу в работу.A significant advantage of the proposed device is its high efficiency, lower cost of the device, increased safety of the device, the ability through the use of a flywheel to almost instantly enter the work.
ЛитератураLiterature
1. Устройство для выравнивания работы ветроэлектрической станции, согласно установленному графику нагрузки. Автор А.Г.Уфимцев. Патент РФ SU 10092, кл. H02J 1/16, H02J 7/34 с приоритетом от 15.03.1927 года.1. Device for balancing the operation of a wind power station, according to the established load schedule. Author A.G. Ufimtsev. RF patent SU 10092, cl. H02J 1/16, H02J 7/34 with priority dated 03.15.1927.
2. Bill Сарр. Beacon Power Corporation//Adour Capital Energy Technology Conference. September 15, 2011. 29 pages.2. Bill Sarr. Beacon Power Corporation // Adour Capital Energy Technology Conference. September 15, 2011. 29 pages.
3. Программа инновационного развития ОАО «ФСК ЕЭС» до 2016 года с перспективой до 2020 года. Москва, 2011 год. 305 стр.3. The innovative development program of JSC FGC UES until 2016 with a prospect until 2020. Moscow, 2011. 305 p.
4. Попов В.Е. Исследование, разработка и создание системы плазменной газификации твердых органических отходов на основе мощных электродуговых генераторов плазмы. Автореферат диссертации кандидата наук. Санкт-Петербург, 2007 год.4. Popov V.E. Research, development and creation of a plasma gasification system for solid organic waste based on powerful plasma electric arc generators. Abstract of the dissertation of the candidate of sciences. St. Petersburg, 2007.
5. Inventors: D. Ringheim, Т. Granberg. Assignees: PLAGAZ AB. International Patent №20110243802. International Filling Date 08.12.2008. System for the production of hydrogen.5. Inventors: D. Ringheim, T. Granberg. Assignees: PLAGAZ AB. International Patent No. 201110243802. International Filling Date 12/08/2008. System for the production of hydrogen.
6. Фильштих В. Топливные элементы. - М.: Мир, 1968 год. 419 стр.6. Filshtikh V. Fuel cells. - M .: Mir, 1968. 419 p.
7. Rutberg Ph.G., Bratsev A.N., Kuznetsov V.A., Popov V.E., Ufimtsev A.A., Stengel' S.V. On efficiency of plasma gasifcation of wood residues. Biomass and bioenergy. №35, 2011. Pp.495-504.7. Rutberg Ph.G., Bratsev A.N., Kuznetsov V.A., Popov V.E., Ufimtsev A.A., Stengel 'S.V. On efficiency of plasma gasifcation of wood residues. Biomass and bioenergy. No. 35, 2011. Pp. 495-504.
8. Рекламные материалы фирмы GS Yuasa International Ltd. http://www.gs-yuasa.com/us.8. GS Yuasa International Ltd. Promotional Materials http://www.gs-yuasa.com/us
9. Проблемы с аккумуляторами Dreamliner случались еще в прошлом году. Российская Газета. 30.01.2013.9. Problems with Dreamliner batteries happened last year. Russian newspaper. 01/30/2013.
10. Гончаренко Р.Б., Рутберг Ф.Г. Применение маховичньгх агрегатов переменного тока с целью стабилизации режимов в энергосистеме. Известия РАН. Энергетика №5, 2012. Стр. 13-21.10. Goncharenko R.B., Rutberg F.G. The use of flywheel AC units in order to stabilize modes in the power system. Proceedings of the RAS. Energy No. 5, 2012. Page 13-21.
11. Glebov I.A., Kasharsky E.G., Rutberg Ph.G. Synchronous Generators in Electrophysical Installations. Lexington Books, Massachusets, 1982. 187 p.11. Glebov I.A., Kasharsky E.G., Rutberg Ph.G. Synchronous Generators in Electrophysical Installations. Lexington Books, Massachusets, 1982. 187 p.
12. Электротехнический справочник. Том 3 книга 1. Производство и распределение электрической энергии. Под редакцией И.Н. Орлова и др. - М.: Энергоатомиздат, 1988. 880 стр.12. Electrical reference book. Volume 3 book 1. Production and distribution of electrical energy. Edited by I.N. Orlova et al. - M.: Energoatomizdat, 1988.880 p.
13. Глебов И.А., Рутберг Ф.Г., Гончаренко Р.Б. и др. Перспективные системы энергопитания корабельных импульсных и кратковременных нагрузок. В книге Российская наука - Военно-Морскому Флоту. - М.: Наука, 1977. Стр. 269-272.13. Glebov I.A., Rutberg F.G., Goncharenko R.B. and other promising power supply systems for ship pulsed and short-term loads. In the book Russian Science - to the Navy. - M .: Nauka, 1977. 269-272.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013109597/07A RU2515269C1 (en) | 2013-03-04 | 2013-03-04 | Device for fast-acting equalising of energy system active power |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013109597/07A RU2515269C1 (en) | 2013-03-04 | 2013-03-04 | Device for fast-acting equalising of energy system active power |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2515269C1 true RU2515269C1 (en) | 2014-05-10 |
Family
ID=50629774
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013109597/07A RU2515269C1 (en) | 2013-03-04 | 2013-03-04 | Device for fast-acting equalising of energy system active power |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2515269C1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU10092A1 (en) * | 1927-03-15 | 1929-06-29 | А.Г. Уфимцев | The device for leveling the work of the wind power station according to the established load schedule |
| RU2119708C1 (en) * | 1997-02-25 | 1998-09-27 | Акционерное общество "Новолипецкий металлургический комбинат" | Load equalizer |
| RU2298867C2 (en) * | 2000-10-10 | 2007-05-10 | Америкен Электрик Пауэ Компани, Инк. | Power load equalizing system and batched energy storage |
-
2013
- 2013-03-04 RU RU2013109597/07A patent/RU2515269C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU10092A1 (en) * | 1927-03-15 | 1929-06-29 | А.Г. Уфимцев | The device for leveling the work of the wind power station according to the established load schedule |
| RU2119708C1 (en) * | 1997-02-25 | 1998-09-27 | Акционерное общество "Новолипецкий металлургический комбинат" | Load equalizer |
| RU2298867C2 (en) * | 2000-10-10 | 2007-05-10 | Америкен Электрик Пауэ Компани, Инк. | Power load equalizing system and batched energy storage |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sahoo et al. | Energy storage technologies for modern power systems: A detailed analysis of functionalities, potentials, and impacts | |
| US10680440B2 (en) | Hybrid energy system and method | |
| JP5614626B2 (en) | Power system | |
| JP2011250649A (en) | Electric power system | |
| US11489363B2 (en) | System and method for black starting power plant | |
| KR102205038B1 (en) | Hydrogen generation system based on discontinuous renewable energy | |
| RU2515269C1 (en) | Device for fast-acting equalising of energy system active power | |
| Paska et al. | Technical and economic aspects of electricity storage systems co-operating with renewable energy sources | |
| US20030051476A1 (en) | Power system | |
| Lee et al. | Massive electricity storage | |
| Zanei et al. | Integrated systems for UPS: New solutions in the power quality chain | |
| Mohiuddin et al. | Stabilization of solar-wind hybrid power system by using SMES | |
| Almarzooqi et al. | Utility scale battery energy storage modes of operation implemented in dubai | |
| RU96193U1 (en) | COMPRESSOR STATION OF THE GAS PIPELINE | |
| IES20000253A2 (en) | Hybrid electric power generator and method for generating electric power | |
| Das et al. | Effect of electric vehicles and tidn-(1+ pi) controller on lfc in hydro-thermal-archimedes wave energy-geothermal-wind generations based multiarea system | |
| WO2005101610A2 (en) | An electrical power supply system | |
| DK181090B1 (en) | Method and system for operating an electrical grid | |
| Li et al. | Electric-Methanol Hybrid Energy Storage Control Strategy for Smoothing the Fluctuation of New Energy Generation | |
| Eroshenko et al. | Electrical energy storage systems for increasing technical and economical characteristics of gas engine power plants | |
| Fang et al. | Energy Efficiency Analysis for Wind/Photovoltaic Hybrid Seawater Desalination System | |
| US20140265333A1 (en) | Wood-gas power supply system with steady output voltage | |
| Liu et al. | Charge-Discharge Management Strategy of Battery in Hybrid Power Generation System of Marine Clean Energy | |
| CN117277398A (en) | A comprehensive utilization system that effectively delivers biomass energy | |
| US20190252948A1 (en) | Portable Electricity Generator |