Pirmiausia pasinerkime į teoriją, pasiskaitykime techninę literatūrą, kurioje išsiaiškinsime, kaip matuojamas efektyvumas. Naudingumas (našumo koeficientas) – naudingo darbo ir sunaudotos energijos santykis. Efektyvumas yra dydis be matmenų ir dažnai matuojamas procentais. Formulėse efektyvumas žymimas raide "Etta": \u003d A / Q, kur A yra sunaudotas darbas, o Q - naudinga šiluma. Pagal energijos tvermės dėsnį naudingumo koeficientas visada yra mažesnis arba lygus vienetui, tai yra neįmanoma gauti daugiau naudingo darbo už sunaudotą energiją, nėra 100% efektyvumo katilų, kurie nieko nešildytų. bet vanduo. Net elektrinis katilas, kuriame nėra kamino, o šildymo elementas yra tiesiai į šildomą aušinimo skystį, negali duoti 100% rezultato, nes dalis energijos išleidžiama antriniams tikslams - šildymui. metalines dalis katilas, pašildymas laidas nuo katilo iki rozetės ir kt.
Efektyvumo sąvoka yra tiesiogiai susijusi su energijos ir galios sąvokomis. Kalbant apie šildymo prietaisus, energijos kiekis arba šilumos kiekis (kWh) yra sąvoka, susijusi su kuro kiekiu (mediena, dujos, elektra), o galia (kW) yra sąvoka, susijusi su liepsnos dydžiu (dydžiu). kaitinimo elemento) ir kuro degimo greitis .
Katilo, krosnelės ar židinio naudingumo koeficientą lemia išleidžiamos energijos kiekio ir praktiškai panaudotos išleidžiamos energijos kiekio santykis. Pavyzdžiui, kieto kuro katilo naudingumo koeficientas apibūdina, kokią dalį (proc.) visos medienos energijos kiekio galima nukreipti, kai ji deginama vandens šildymui šildymo sistemoje, palyginti su energija, sunaudota kitiems tikslams. pavyzdžiui, šildyti kaminą, jame orą, dalis medienos lieka nesudegusi anglių, lakiųjų pelenų, nedegių dujų pavidalu.
Nuostolių sąvoka taip pat siejama su efektyvumo verte. Pavyzdžiui, jei nuostoliai dūmų dujos(t. y. energijos kiekis, prarastas su dūmų dujos) yra 20%, tada šildytuvo efektyvumas gali būti ne didesnis kaip 80%. Bendras efektyvumas yra dviejų dydžių suma: degimo efektyvumas ir išmetamųjų dujų nuostoliai.
Pavyzdžiui, jei degimo efektyvumas yra 90%, o išmetamųjų dujų nuostoliai yra 20%, tada bendras šio židinio efektyvumas bus lygus
0,9 * (1 – 0,2) = 72%.
Naudingumo koeficientas būdingas ne tik šildymo įrenginiui. Visa šildymo sistema taip pat turi efektyvumą, ir dažnai šis rodiklis „kenčia“, panaikindamas visą energijos taupymo darbą. Šildymo sistemos efektyvumas kaip visuma parodo, kiek karšto vandens energijos sunaudojama šildant orą patalpoje, kurią šildote, palyginti su energija, kuria šildomi vamzdžiai, sienos, oras, kurio nereikia šildyti ir kt. . Šildymo sistemos efektyvumą galima padidinti, pavyzdžiui, praleidžiant šilumą izoliuojančius vamzdžius nešildomos patalpos, sumažinant atstumą nuo katilo iki galutinio energijos suvartojimo taško, modernizuojant šildymo sistemą.
Energijos sąnaudos „papildomoms“ zonoms šildyti vadinamos šilumos perdavimo nuostoliais. Pavyzdžiui, jei šildymo prietaisas (kurio naudingumo koeficientas 72%) yra prijungtas prie šildymo sistemos, kurioje šilumos perdavimo nuostoliai yra 8%, tada visos šildymo sistemos efektyvumas bus
0,72 * (1 – 0,08) = 66%.
Naudodami visą šildymo sistemos efektyvumą, iš tikrųjų galite apskaičiuoti reikalinga suma kuro viso pastato šildymui. Pavyzdžiui, šildyti gyvenamąjį namą, kurio plotas 380 m2, mėnesinis energijos poreikis yra apie 13 500 kWh, visas šildymo sistemos naudingumo koeficientas yra 66%, iš kurio skaičiuojame faktinį kuro poreikį:
13500 / 0,66 = 20500 kWh.
Jei 1 kg medienos energetinė vertė yra apie 4 kWh, tai mėnesinis malkų kiekis turėtų būti
20500 / 4 = 5125 kg,
tie. 8-10 m3 malkų.
Kiti efektyvios šildymo sistemos komponentai
Jei turite užduotį greitas šildymas oro namo kambariuose, tuomet reikia kalbėti apie šildymo sistemos efektyvumą. Ir čia ne apie šildymo įrenginį, o apie įrenginį, kuris naudoja aušinimo skysčio energiją orui šildyti – radiatorius, grindų šildymo sistemas ir kt. Kuo greičiau radiatorius gamins šilumos mainus tarp vandens ir oro, tuo efektyvesnė visa sistema.
Prieinamumas efektyvi sistemašildymas be "džiaugsmų" taip pat sukelia "bėdų". Juk būtina užtikrinti, kad radiatorius, kuris paverčia vandens šilumą į šiltas oras, pats neatšąla, o vanduo prie radiatoriaus išleidimo angos nebūtų per šaltas, antraip katilas susidėvės, ir tai nepriimtina. Šiose „bėdose“ tai labai padeda cirkuliacinis siurblys, išlaikant tokį vandens cirkuliacijos greitį, kuris leis radiatorius išlaikyti dešinėje temperatūros režimas, ir grąžinkite vandenį į katilą neperšaldytą.
Čia yra keletas šildymo sistemų, pagrįstų natūrali cirkuliacija aušinimo skystis. Šios sistemos yra neefektyvios. Jie neefektyvūs pirmiausia dėl savo inercijos: čia cirkuliacijos greitis tiesiogiai priklauso nuo vandens temperatūros. Pirmiausia laukiame, kol įkais vanduo katile, šildamas pamažu pradeda kilti aukštyn stove, o iš ten per radiatorius. Tačiau pasiekus juos, procesas vėl sulėtėja: karštas vanduo radiatoriuje yra viršuje, jis nenukris, kol neatvės. Koks čia efektyvumas?
Taigi, išsiaiškinome – įjungę cirkuliacinį siurblį pašalinome visus natūralius kamščius, susijusius su temperatūros skirtumu. Dabar mūsų sistemoje cirkuliuoja bet koks vanduo – šaltas, karštas, labai šaltas ir labai karštas, nepriklausomai nuo to, ar jis spėjo atvėsti ar sušilti – vanduo patenka į sistemą ir grįžta atgal į katilą tokiu pat greičiu.
Šio straipsnio motyvus įkvėpė netikėta diskusija duomenų centrų serverių įrangos efektyvumo tema (žr. straipsnio komentarus). Reikia toliau paaiškinti, ką iš tikrųjų reiškia efektyvumo ir efektyvumo sąvokos, ypač susijusios su serverių įranga ir visu duomenų centru. Taigi,…
Terminai ir apibrėžimai
Atrodo logiškiausia pradėti nuo vartojamų terminų apibrėžimo.
Efektyvumo koeficientas (COP) yra atlikto naudingo darbo (energijos) ir bendro sunaudoto darbo (energijos) santykis.
Tobulumas yra dabartinės (realios) parametro vertės ir teorinio didžiausio, galimo tomis pačiomis sąlygomis, santykis.
Šių sąvokų skirtumus labai gerai galima iliustruoti oro kondicionavimo sistemų pavyzdžiu. Taigi, pavyzdžiui, kompresoriaus efektyvumas yra apie 85%. Likę 15% išleidžiama trinčiai, alyvos judėjimui, nutekėjimui, šildymui ir t. šilumokaičiai ir kt.
Tačiau modernaus oro kondicionieriaus tobulumas – tik kiek daugiau nei 10 proc. Faktas yra tas, kad už 1 kW sunaudotos elektros oro kondicionierius turėtų pagaminti beveik 30 kW šalčio (standartinėmis sąlygomis 27,5 kW), o realus aušinimo pajėgumas yra tik 3-4 kW. Šių skaičių santykis šaldant vadinamas „ciklo termodinaminio tobulumo laipsniu“ arba, paprasčiau tariant, „tobulumu“.
Taigi, efektyvumas ir tobulumas yra visiškai skirtingos sąvokos, o vieneto efektyvumas yra 70%, jo tobulumas gali būti tik 10%.
Duomenų centro efektyvumas
Kalbant apie duomenų centrą, reikėtų apsispręsti dėl naudingo ir visapusiško duomenų centro darbo bei jo maksimumo galimas darbas tomis pačiomis sąlygomis.
Ne paslaptis, kad duomenų centro skaičiavimo galią generuoja IT įranga, o visa duomenų centro inžinerinė ir architektūrinė infrastruktūra yra skirta IT įrangos talpinimui ir jos našumo užtikrinimui. Dėl to IT įrangos galia priimama kaip naudingas darbas, ir tai yra klaida. IT įranga skaičiavimo galiai yra tik būdas juos gauti.
Tikrai naudingu duomenų centro darbu reikėtų vadinti tik duomenų centro skaičiavimo galią, t.y. tie elektros signalai, kurie buvo gauti duomenų centre vartotojų prašymu iš išorės ir išsiųsti į jį.
Deja, labai sunku įvertinti tokių signalų galią. Tik žinoma, kad dideliame duomenų centre jis matuojamas vatais ir yra nežymus, lyginant su megavatų galia, sunaudojama duomenų centro funkcionavimui. Padalinę vieną iš kito, gauname, kad duomenų centro efektyvumas yra nežymiai mažas ir, tiesą sakant, lygus nuliui.
Duomenų centro efektyvumas ≈ 0%.
Nedidelį efektyvumą lemia keli veiksniai:
- Technologijos netobulumas: nereikšmingas serverio aparatinės įrangos efektyvumas. Šiuolaikinės technologijos leidžia sukurti nuostabią skaičiavimo galią, tačiau energijos sąnaudos jiems yra keliomis eilėmis didesnės nei gaunamų signalų galia. Pagrindinė problema yra p-n sandūrų, ant kurių pastatytas visas skaičiavimo procesas, energijos suvartojimas. Problema gali būti išspręsta naudojant kitas medžiagas (kurią riboja nepalyginamai didesnė jų kaina) arba naujas technologijas (pagrindinė – aukštatemperatūrinio superlaidumo efekto panaudojimas remiantis naujomis medžiagomis (intermetaliniais junginiais), tačiau šiandien kalba „aukšta temperatūra“ slepia apie 150 K (-120С) temperatūrą, o tai mašinų skyriams vėlgi yra nepasiekiamai maža. Dėl to artimiausiais metais padėties pokyčių tikėtis neverta.
- Daug šalutinių procesų ir poreikis naudoti keletą kitų įrenginių. Taigi, norint sudaryti bet kokį skaičiavimą, reikia kreiptis į procesorių (t. y. jis turi būti įjungtas), į duomenų bazę, esančią disko masyve (ir ji turi būti maitinama), į laisvosios kreipties atmintis(ir jis taip pat nepastovus) ir kt. Dėl to norint gauti vieną signalą, reikia sugeneruoti keletą pagalbinių, kurių kiekvieną taip pat reikia apdoroti. Dėl to „veikėjų“ ratas labai platus ir kiekvienas toks „žmogus“ turi savo energijos sąnaudas. Žinoma, šiuolaikinis visų elementų miniatiūrizavimas teigiamai veikia jų energijos suvartojimą, todėl pažanga šioje srityje akivaizdi.
Apskritai, didelis atstumas tarp duomenų centro efektyvumo ir nulinis ženklas nereikia tikėtis.
Tačiau patogumo dėlei prasminga duomenų centro efektyvumą skaidyti į inžinerijos efektyvumą ir IT efektyvumą.
Duomenų centro inžinerinis efektyvumas = IT pajėgumas / akivaizdus duomenų centro pajėgumas
IT efektyvumas = skaičiavimo galia / IT galia
Tada duomenų centro efektyvumas = inžinerinis efektyvumas * IT efektyvumas.
Dėl minėtų priežasčių IT efektyvumas yra apie 0% ir ypatingo susidomėjimo nekelia, nes artimiausiu metu nėra galimybių jį padidinti.
Savo ruožtu didžiausią susidomėjimą kelia duomenų centro inžinerijos efektyvumas, jis yra pagrindinis duomenų centro efektyvumo rodiklis ir, kaip taisyklė, svyruoja nuo 35 iki 95%. Toks platus paplitimas paaiškinamas oro kondicionavimo sistemos veikimo režimu: veikimo metu šaldymo ciklas diapazonas susiaurinamas iki 35-55%, o esant laisvo aušinimo režimui, gauname 75-95%.
Efektyvumo ir priimtų rodiklių ryšys
Verta atkreipti dėmesį, kad duomenų centro efektyvumas vertinamas pagal visuotinai pripažintą PUE koeficientą (Power Utilization Effectiveness, Energy utilization efektyvumas) ir DCiE koeficientą (Data Cetner infrastruktūros efektyvumas, duomenų centro infrastruktūros efektyvumas). Abu jie yra tiesiogiai susiję su inžinerijos efektyvumu:
DCiE = duomenų centro inžinerinis efektyvumas
PUE = 1 / duomenų centro inžinerinis efektyvumas
DCiE = 1 / PUE.
Taigi, kuo didesnis efektyvumas, tuo didesnis DCiE ir mažesnis PUE, tuo geriau.
Duomenų centro tobulumas
Kaip minėta aukščiau, tobulumas yra praktiškumo santykis naudingas poveikis iki teorinio maksimumo. Tai atsižvelgia į konkrečią technologiją, kad būtų pasiektas teigiamas poveikis.
Taigi skaičiavimams atlikti nėra kitos technologijos, išskyrus puslaidininkių ir p-n sandūrų naudojimą. Neliečiant aukštos temperatūros superlaidumo srities šiandieninių serverių tobulumas gali būti įvertintas 60 proc.(paveikslas netikslus, nepatvirtintas, paimtas iš atitinkamų specialistų). Tai reiškia, kad atlikus tuos pačius skaičiavimus, IT įrangos energijos sąnaudas galima sumažinti 40%.
Štai du iliustruojantys pavyzdžiai:
- Procesorių galia auga lėčiau nei jų našumas:
Pentium II – maksimalus 450MHz esant 30W
Pentium III – maksimalus 1,4 GHz dažnis esant 40 W
Pentium IV – maksimalus 3,8 GHz dažnis esant 120 W
Pentium Dual-Core – 3,1GHz @ 65W
- Pastebimai sumažėjo standžiųjų diskų energijos sąnaudos: jei anksčiau suvartojama srovė viršydavo 1A, tai dabar – apie 0,5A.
Tobulumas inžinerinė infrastruktūra Duomenų centras drastiškai sumažintas dėl oro kondicionavimo sistemų (kaip minėta pradžioje, jų tobulumas yra apie 10%, tiksliau - 12,2% esant pilnai apkrovai).
Tuo pačiu metu elektros paskirstymo sistemų tobulumas yra gana aukštas (apie 98%).
Dėl to inžinerijos tobulumas vertinamas 12%, o viso duomenų centro - 7,2%.
Gauname, kad su daug didesniu efektyvumu duomenų centrų inžinerijos tobulumas pralaimi IT tobulumui.
Dar įdomesnė situacija yra laisvo aušinimo atveju. Apskaičiuota, kad laisvo aušinimo tobulumas yra apie 70%. Tuomet inžinerijos tobulumas bus 68,6%, o bendras duomenų centras – 41,1%.
Freecooling naudojimas leidžia padidinti tiek duomenų centro efektyvumą, tiek jo tobulumą.
Elektros energijos gamyba ir paskirstymas.
Regioninėje (t. y. arti energijos šaltinių) elektrinėje elektrą dažniausiai gamina elektros mašinų generatoriai. Siekiant sumažinti nuostolius jo perdavimo ir paskirstymo metu, generatoriaus išėjimo įtampą padidina transformatorinė pastotė. Tada elektra aukštos įtampos perdavimo linijomis (TL) perduodama dideliais atstumais, kurie gali būti matuojami šimtais kilometrų. Prie elektros perdavimo linijos prijungta nemažai skirstomųjų pastočių, nukreipiančių elektrą į vietinius elektros vartojimo centrus. Kadangi tada elektra perduodama gatvėmis ir gyvenamomis vietovėmis, įtampa pastotėse dėl saugumo vėl mažinama transformatoriais. Linijos, sujungtos su pastočių žeminamaisiais transformatoriais stuburinis tinklas. Patogiose šio tinklo vietose įrengiami elektros vartotojų skirstomųjų tinklų atšakos.
Elektrinės.
elektrinės skirtingi tipai, esančios skirtingose vietose, aukštos įtampos elektros linijomis gali būti sujungtos į elektros sistemą. Šiuo atveju pastovią (bazinę) apkrovą, suvartojamą per dieną, prisiima atominės elektrinės (AE), didelio efektyvumo garo turbina šiluminės elektrinės ir elektrines (TEP ir CHP), taip pat hidroelektrines (HE). Padidintos apkrovos valandomis prie bendro energetikos sistemos elektros perdavimo tinklo papildomai prijungiamos siurblinės (BAE), dujų turbininiai blokai (GTU) ir mažiau efektyvios šiluminės elektrinės, veikiančios iškastinį kurą.
Energijos tiekimas iš elektros sistemų turi reikšmingų pranašumų, palyginti su tiekimu iš izoliuotų elektrinių: pagerėja elektros energijos tiekimo patikimumas, geriau išnaudojami vietovės energijos ištekliai, sumažėja elektros energijos sąnaudos dėl ekonomiškiausio apkrovos paskirstymo tarp elektrinių, sumažinama reikiama rezervinė galia ir kt.
apkrovos koeficientas.
Vartotojų apkrova skiriasi priklausomai nuo paros laiko, metų mėnesio, oro ir klimato, geografinės padėties ir ekonominių veiksnių.
Maksimalus (piko) apkrovos lygis gali būti pasiektas vos kelias valandas per metus, tačiau elektrinės ar elektros sistemos pajėgumai turi būti suprojektuoti maksimaliai apkrovai. Be to, norint išjungti atskirus maitinimo blokus, būtinas galios perteklius arba rezervas Priežiūra ir remontuoti. Atsarginė galia turėtų būti apie 25% visos instaliuota galia.
Jėgainės ir elektros sistemos naudojimo efektyvumą galima apibūdinti per metus faktiškai pagamintos elektros energijos (kilovatvalandėmis) procentais iki didžiausio galimo metinio našumo (tais pačiais vienetais). Apkrovos koeficientas negali būti lygus 100%, nes maitinimo blokų prastovos planinei priežiūrai ir remontui avarinio gedimo atveju yra neišvengiamos.
elektrinės efektyvumą.
Angliu kūrenamos elektrinės šiluminis naudingumo koeficientas gali būti apytikslis pagal anglies masę kilogramais, kuri sudeginama norint pagaminti vieną kilovatvalandę elektros energijos. Šis indikatorius ( specifinis suvartojimas degalai) nuolat mažėjo nuo 15,4 kg/kWh XX a. XX a. iki 3.95 kg/kWh septintojo dešimtmečio pradžioje, bet palaipsniui didėjo iki 4,6 kg/kWh iki XX a. dešimtojo dešimtmečio. Taip yra daugiausia dėl to, kad buvo pradėti naudoti dulkių surinkėjai ir dujiniai plovikliai. iki 10% elektrinės išėjimo galios, taip pat perėjimas prie švaresnės anglies (su mažu sieros kiekiu), kuriai daugelis elektrinių nebuvo skirtos.
Procentais šiuolaikinės šiluminės elektrinės šiluminis naudingumo koeficientas neviršija 36%, daugiausia dėl šilumos nuostolių, kuriuos nuneša išmetamosios dujos – degimo produktai.
Atominėms elektrinėms, veikiančioms daugiau nei žemos temperatūros ir slėgių, šiek tiek mažesnis bendras efektyvumas – apie 32 proc.
Dujų turbinų jėgainės su atliekų šilumos katilu (garo generatoriumi, kuris naudoja išmetamųjų dujų šilumą) ir papildoma garo turbina gali turėti daugiau nei 40 proc.
Garo turbinos elektrinės šiluminis naudingumo koeficientas yra didesnis, tuo aukštesnė darbo temperatūra ir garo slėgis. Jei XX amžiaus pradžioje šie parametrai buvo 1,37 MPa ir 260 ° C, tada šiuo metu įprastas slėgis virš 34 MPa ir aukštesnė nei 590 ° C temperatūra (AE veikia žemesnėje temperatūroje ir slėgyje nei didžiausios šiluminės elektrinės, nes standartai riboja maksimalų leistina temperatūra reaktoriaus šerdis).
Šiuolaikinėse garo turbininėse elektrinėse turbinoje iš dalies atidirbęs garas paimamas jo tarpiniame taške pakartotiniam pašildymui (tarpiniam perkaitinimui) iki pradinės temperatūros ir gali būti numatyti du ar daugiau pakaitinimo etapų. Garai iš kitų turbinos taškų nukreipiami į garo generatorių tiekiamo vandens pašildymui. Tokios priemonės labai padidina šiluminį efektyvumą.
Elektros energijos pramonės ekonomika.
Lentelėje pateikiami orientaciniai duomenys apie elektros suvartojimą vienam gyventojui kai kuriose pasaulio šalyse.
| METINIS ELEKTROS VARTOJIMAS VIENAM GYVYNIUI (kWh, 1990 m. pradžia) |
|||
| Norvegija | 22485 | Brazilija | 1246 |
| Kanada | 14896 | Meksika | 1095 |
| Švedija | 13829 | Turkija | 620 |
| JAV | 10280 | Liberija | 535 |
| Vokietija | 6300 | Egiptas | 528 |
| Belgija | 5306 | Kinija | 344 |
| Rusija | 5072 | Indija | 202 |
| Japonija | 5067 | Zairas | 133 |
| Prancūzija | 4971 | Indonezija | 96 |
| Bulgarija | 4910 | Sudanas | 50 |
| Italija | 3428 | Bangladešas | 39 |
| Lenkija | 3327 | Čadas | 14 |
GARŲ TURBINĖS JĖGAINĖS
Didžioji dalis pasaulyje pagaminamos elektros energijos pagaminama garo turbininėse jėgainėse, veikiančiose anglimi, mazutu ar gamtinėmis dujomis.
Garo generatoriai.
Garo turbininės elektrinės, veikiančios iškastiniu kuru, garo generatorius yra katilo agregatas su krosnimi, kurioje deginamas kuras, garuojančiais paviršiais, kurių vamzdžiuose vanduo virsta garais, perkaitintuvas, pakeliantis garo temperatūrą prieš jam patenkant į turbina iki 600 °C, tarpiniai (antriniai) perkaitintuvai, skirti pakartotinai pašildyti iš dalies turbinoje išleistą garą, ekonomaizeris, kuriame įleidžiamasis tiekiamas vanduo šildomas išmetamosiomis dūmų dujomis, ir oro pašildytuvas, kuriame dūmtakis dujos atiduoda savo likutinę šilumą į krosnį tiekiamam orui.
Degimui reikalingo oro tiekimui į krosnį naudojami ventiliatoriai, kurie sukuria joje dirbtinę arba priverstinę trauką. Vienuose garo generatoriuose trauką sukuria išmetimo ventiliatoriai (dūmų ištraukikliai), kituose - tiekimo (slėgio) ventiliatoriai, o dažniausiai abu, kurie suteikia vadinamąjį. subalansuota trauka su neutraliu slėgiu krosnyje.
Deginant kurą, ant dugno nusėda nedegios sudedamosios dalys, kurių kiekis gali siekti 12–15 % bendro bituminių ir 20–50 % rusvųjų anglių tūrio. degimo kamerašlako arba sausų pelenų pavidalu. Likusi dalis praeina per krosnį dulkių pavidalu, kurios, prieš išleidžiant jas į atmosferą, turėtų būti išvalytos nuo išmetamųjų dujų. Dulkių ir pelenų valymas atliekamas ciklonais ir elektrostatiniais nusodintuvais, kuriuose dulkių dalelės įkraunamos ir nusėda ant kolektoriaus laidų ar plokščių su priešingo ženklo krūviu.
Naujų elektrinių reglamentai riboja ne tik kietųjų dalelių, bet ir sieros dioksido emisiją. Todėl prieš pat kaminą dujų kanaluose yra numatyti cheminiai šveitikliai, dažnai įrengiami po elektrostatinių nusodintuvų. Skruberiai (šlapieji arba sausieji) taiko įvairius cheminius procesus, kad pašalintų sierą iš išmetamųjų dujų.
Dėl didelio reikiamo dulkių ir pelenų valymo laipsnio šiuo metu taip pat naudojami medžiaginiai maišelių filtrai su kratymu ir atbuliniu praplovimu, kuriuose yra šimtai didelių medžiaginių maišelių – filtrų elementų.
Elektros generatoriai.
Elektros mašinos generatorius varomas vadinamuoju. pagrindinis variklis, pvz., turbina. Variklio besisukantis velenas mova yra sujungtas su elektros generatoriaus velenu, kuriame dažniausiai yra magnetiniai poliai ir žadinimo apvijos. Mažo pagalbinio generatoriaus arba puslaidininkinio įtaiso (žadintuvo) žadinimo apvijoje sukuriamas srovės magnetinis laukas kerta statoriaus (stacionarios generatoriaus rėmo) apvijos laidininkus, dėl ko šioje apvijoje indukuojama kintamoji srovė, kuri pašalinamas iš generatoriaus išėjimo gnybtų. Dideli trifaziai generatoriai sukuria tris atskiras, bet suderintas sroves trijose atskirose laidų sistemose, kurių įtampa siekia 25 kV. Laidininkai prijungti prie trifazio pakopinio transformatoriaus, iš kurio išėjimo elektra trifazėmis aukštos įtampos elektros linijomis perduodama į vartojimo centrus.
Turi galingus šiuolaikinius turbogeneratorius uždara sistema vėdinimas naudojant vandenilį kaip aušinimo dujas. Vandenilis ne tik pašalina šilumą, bet ir sumažina aerodinaminius nuostolius. Darbinis slėgis vandenilis yra nuo 0,1 iki 0,2 MPa. Intensyvesniam generatoriaus aušinimui vandenilis taip pat gali būti tiekiamas esant slėgiui į tuščiavidurius statoriaus laidus. Kai kuriuose generatorių modeliuose statoriaus apvijos aušinamos vandeniu.
Siekiant padidinti aušinimo efektyvumą ir sumažinti generatoriaus dydį, tiriama galimybė sukurti skystu heliu aušinamą generatorių.
Garo turbinos.
Garai iš garo generatoriaus perkaitintuvų, patenkantys į turbiną, praeina per profiliuotų įleidimo antgalių sistemą (purkštukų aparatą). Tokiu atveju sumažėja garų slėgis ir temperatūra, o greitis labai padidėja. Didelio greičio garo purkštukai atsitrenkia į ant turbinos rotoriaus sumontuotų darbinių menčių (su aerodinaminiu profiliu) vainiką, o garo energija paverčiama rotoriaus sukimosi energija.
Garai praeina per eilę kreiptuvų ir darbinių mentelių grotelių, kol jo slėgis nukrenta iki maždaug 2/3 atmosferos slėgio, o temperatūra nukrenta iki lygio (32–38 °C), minimalaus, reikalingo garų kondensacijai išvengti.
Turbinos išleidimo angoje garai teka aplink kondensatoriaus vamzdžių ryšulius, per kuriuos jis pumpuojamas saltas vanduo, ir, atiduodamas šilumą vandeniui, kondensuojasi, dėl ko čia išlaikomas nedidelis vakuumas. Kondensatas, besikaupiantis kondensatoriaus apačioje, išpumpuojamas siurbliais ir, praėjęs per šildymo gyvatukus, grąžinamas į garų generatorių, kad ciklas vėl pradėtų. Garas šiems šildymo šilumokaičiams paimamas iš skirtingų turbinos garo kelio taškų vis daugiau ir daugiau aukštos temperatūros pagal grįžtamojo kondensato srauto temperatūros kilimą.
Kadangi kondensatoriui reikia daug vandens, dideles šilumines elektrines patartina statyti prie didelių vandens telkinių. Jei vandens tiekimas ribotas, statomi aušinimo bokštai. Aušinimo bokšte vanduo, naudojamas kondensatoriuje esantiems garams kondensuoti, pumpuojamas į bokšto viršų, iš kur nuteka daugybe pertvarų, plonu sluoksniu paskleisdamas didelį plotą. Oras, patenkantis į bokštą, pakyla dėl natūralios traukos arba priverstinės traukos, kurią sukuria galingi gerbėjai. Oro judėjimas pagreitina vandens išgaravimą, kuris aušinamas garuojant. Tokiu atveju prarandama 1–3% aušinimo vandens, kuris garų debesies pavidalu patenka į atmosferą. Atvėsintas vanduo grąžinamas atgal į kondensatorių ir ciklas kartojamas. Aušinimo bokštai taip pat naudojami tais atvejais, kai vanduo imamas iš rezervuaro, kad šiltas vanduo nepatektų į natūralų vandens baseiną.
Didžiausių garo turbinų galia siekia 1600 MW. Aukšto, vidutinio ir žemo slėgio pakopos gali būti pagamintos ant to paties rotoriaus, o tada turbina vadinama vieno veleno. Tačiau didelės turbinos dažnai gaminamos dviejų velenų konstrukcijoje: tarpinio ir žemo slėgio pakopos yra sumontuotos ant rotoriaus atskirai nuo pakopos. aukštas spaudimas. Maksimali temperatūra Garas prieš turbiną priklauso nuo plieno, naudojamo garo linijoms ir perkaitintuvams, tipo ir paprastai yra 540–565 °C, bet gali siekti ir 650 °C.
Reguliavimas ir valdymas.
Visų pirma, būtina tiksliai palaikyti standartinį generuojamos kintamosios srovės dažnį. Srovės dažnis priklauso nuo turbinos ir generatoriaus veleno sukimosi greičio, todėl būtina reguliuoti garo srautą (srauto) turbinos įleidimo angoje visiškai atsižvelgiant į išorinės apkrovos pokyčius. Tai atlieka labai tiksliai kompiuteriu valdomi reguliatoriai, veikiantys turbinos įvado valdymo vožtuvus. Mikroprocesoriniai valdikliai koordinuoja skirtingų jėgainės blokų ir posistemių darbą. Centrinėje valdymo salėje esantys kompiuteriai automatiškai paleidžia ir sustabdo garo katilus ir turbinas, apdorodami duomenis iš daugiau nei 1000 skirtingų jėgainės taškų. Automatizuotos sistemos valdymo sistemos (ACS) stebi visų energetikos sistemos elektrinių darbo sinchroniškumą, reguliuoja dažnį ir įtampą.
KITŲ RŪŠIŲ ELEKTRINĖS
Hidroelektrinės.
Apie 23% elektros energijos visame pasaulyje pagaminama hidroelektrinėse. Jie transformuosis kinetinė energija krintantis vanduo mechaninė energija turbinos sukimosi, o turbina varo elektros mašinos srovės generatorių. Upėje esančiame Itaipu įrengtas didžiausias pasaulyje hidroelektrinės blokas. Parana, kur ji skiria Paragvajų ir Braziliją. Jo galia yra 750 MW. Itaipu HE iš viso sumontuota 18 tokių blokų.
Hidroakumuliacinėse elektrinėse (HES) įrengti agregatai (hidraulinės ir elektrinės mašinos), kurie pagal savo konstrukciją gali veikti tiek turbininiu, tiek siurbliniu režimu. Mažos apkrovos valandomis HAE, vartodama elektrą, pumpuoja vandenį iš žemupio rezervuaro į aukštupio rezervuarą, o padidėjusios elektros sistemos apkrovos valandomis sukauptą vandenį naudoja didžiausios energijos generavimui. Paleidimo ir režimo perjungimo laikas yra kelios minutės.
Dujų turbinų įrengimai.
GTU gana plačiai naudojami mažose elektrinėse, priklausančiose savivaldybėms ar pramonės įmonėms, taip pat kaip „piko“ (atsarginiai) blokai – didelėse elektrinėse. Mazutas arba gamtinių dujų, o aukštos temperatūros, aukšto slėgio dujos veikia turbinos ratus panašiai kaip garai garo turbinoje. Besisukantis dujų turbinos rotorius varo elektros generatorių, taip pat oro kompresorius, kuris atneša degimui reikalingą orą į degimo kamerą. Maždaug 2/3 energijos sugeria kompresorius; karštos išmetamosios dujos po turbinos išleidimo į kaminą. Dėl šios priežasties dujų turbinų efektyvumas nėra labai didelis, tačiau kapitalo sąnaudos taip pat yra mažos, palyginti su tokios pat galios garo turbinomis. Jei piko metu dujų turbina naudojama tik kelias valandas per metus, tai dideles eksploatavimo išlaidas atsveria mažos kapitalo sąnaudos, todėl dujų turbinos panaudojimas iki 10% visos jėgainės produkcijos yra ekonomiškas. įmanoma.
Kombinuotose garo ir dujų turbininėse elektrinėse (CCP) aukštos temperatūros dujų turbinos išmetamosios dujos nukreipiamos ne į kaminą, o į atliekų šilumos katilą, kuris gamina garą garo turbina. Tokio įrenginio efektyvumas yra didesnis nei geriausios garo turbinos, imant atskirai (apie 36%).
Jėgainės su vidaus degimo varikliais.
Komunalinės ir pramoninės elektrinės dažnai naudoja dyzelinius ir benzininius vidaus degimo variklius elektros generatoriams varyti.
Vidaus degimo variklių efektyvumas yra mažas, o tai siejama su jų termodinaminio ciklo specifika, tačiau šį trūkumą kompensuoja mažos kapitalo sąnaudos. Didžiausių dyzelinių variklių galia siekia apie 5 MW. Jų pranašumas – nedidelis dydis, leidžiantis patogiai išsidėstyti šalia elektros energiją vartojančios sistemos savivaldybėje ar gamykloje. Jiems nereikia daug vandens, nes išmetamųjų dujų nereikia kondensuotis; užtenka cilindrams ir tepalinei alyvai atvėsti. Įrenginiuose, kuriuose yra daug dyzelinių ar benzininių variklių, jų išmetamosios dujos surenkamos į kolektorių ir siunčiamos į garo generatorių, o tai žymiai padidina bendrą efektyvumą.
Atominės elektrinės.
Atominėse elektrinėse elektra gaminama taip pat, kaip ir įprastose šiluminėse elektrinėse, deginančiose iškastinį kurą – naudojant elektrinių mašinų generatorius, varomus garo turbinomis. Tačiau garai čia susidaro dalijantis urano ar plutonio izotopams, vykstant kontroliuojamai grandininei reakcijai, branduolinis reaktorius. Aušinimo skystis, cirkuliuojantis reaktoriaus aktyviosios zonos aušinimo keliu, pašalina išsiskyrusią reakcijos šilumą ir yra tiesiogiai arba per šilumokaičius panaudojamas garui gaminti, kuris tiekiamas į turbinas.
Atominės elektrinės statybos kapitalo sąnaudos yra itin didelės, palyginti su tokio paties galingumo iškastinį kurą kūrenančia elektrine – JAV vidutiniškai kainuoja apie 3000 USD/kWh, o anglimi kūrenamų elektrinių – 600 USD/kWh. Tačiau atominės elektrinės sunaudoja labai mažus branduolinio kuro kiekius, o tai gali būti labai reikšminga šalims, kurios kitu atveju turėtų importuoti įprastą kurą. BRANDUOLIŲ DALIS; ATOMINĖ ENERGIJA; LAIVŲ JEIKLOS ĮRENGINIAI IR VARIKLIAI.
Saulės, vėjo, geoterminės elektrinės.
Saulės energiją tiesiogiai į elektros energiją paverčia puslaidininkiniai fotovoltinės srovės generatoriai, tačiau šių keitiklių ir jų įrengimo kapitalo sąnaudos yra tokios, kad įrengtos galios kaina yra kelis kartus didesnė nei šiluminėse elektrinėse. Yra nemažai veikiančių didelių saulės elektrinių; didžiausias iš jų, 1 MW galios, yra Los Andžele (Kalifornija). Konversijos koeficientas yra 12–15%. Saulės spinduliuotę taip pat galima panaudoti elektrai gaminti, sutelkiant saulės spindulius su didelė sistema veidrodžiai, valdomi kompiuteriu, ant bokšto centre įrengto garo generatoriaus. Tokio tipo bandomoji 10 MW galios elektrinė buvo pastatyta vnt. Naujasis Meksikas. Saulės elektrinės JAV per metus pagamina apie 6,5 mln. kWh.
JAV pastatytų 4 MW vėjo jėgainių statytojai susidūrė su daugybe iššūkių dėl jų sudėtingumo ir dideli dydžiai. Kalifornijos valstijoje buvo pastatyta nemažai „vėjo laukų“ su šimtais mažų vėjo jėgainių, prijungtų prie vietinio elektros tinklo. vėjo jėgainės apsimoka tik tuo atveju, jei vėjo greitis didesnis nei 19 km/h, o vėjai pučia daugmaž nuolat. Deja, jie labai triukšmingi, todėl negali būti šalia gyvenviečių.
Geoterminė energija aptariama ENERGIJOS IŠTEKLIAI straipsnyje.
JEIGOS PARDAVIMAS
Generatoriaus pagaminta elektra per masyvius, standžius varinius arba aliuminio laidininkus, vadinamus šynomis, tiekiama į pakopinį transformatorių. Kiekvienos iš trijų fazių šyna ( pažiūrėkite aukščiau) izoliuojamas atskirame metaliniame apvalkale, kuris kartais užpildomas izoliuojančiomis SF6 dujomis (sieros heksafluoridu).
Transformatoriai padidina įtampą iki verčių, būtinų efektyviam elektros energijos perdavimui dideliais atstumais.
Generatoriai, transformatoriai ir šynos tarpusavyje sujungiami per aukštos įtampos atjungimo įtaisus – rankinius ir grandinės pertraukikliai, leidžianti izoliuoti įrangą remontui ar keitimui ir apsauganti nuo trumpojo jungimo srovių. Apsaugą nuo trumpojo jungimo srovių užtikrina grandinės pertraukikliai. Alyvos grandinės pertraukikliuose lankas, atsirandantis atidarius kontaktus, užgęsta alyvoje. Oro grandinės pertraukikliuose lankas pučiamas suspaustas oras arba taikomas „magnetinis pūtimas“. Naujausiuose lanko gesinimo grandinės pertraukikliuose naudojamos SF6 dujų izoliacinės savybės.
Elektriniai reaktoriai naudojami siekiant apriboti trumpojo jungimo srovių, kurios gali atsirasti avarijų elektros linijose, stiprumą. Reaktorius yra induktorius su keliais masyvaus laidininko posūkiais, nuosekliai sujungtas tarp srovės šaltinio ir apkrovos. Jis sumažina srovę iki grandinės pertraukikliui priimtino lygio.
Ekonominiu požiūriu, iš pirmo žvilgsnio tikslingiausia atrodo daugumos aukštos įtampos šynų atvira vieta ir aukštos įtampos įranga elektrinės. Tačiau vis dažniau naudojami SF6 izoliuoti metaliniai korpusai. Tokia įranga yra itin kompaktiška ir užima 20 kartų mažiau vietos nei lygiavertė atvira įranga. Šis pranašumas yra labai reikšmingas tais atvejais, kai kaina yra didelė. žemės sklypas arba kai reikia padidinti esamos patalpos skirstomosios įrangos galingumą. Be to, daugiau patikima apsauga pageidautina, kai įranga gali būti sugadinta dėl didelės oro taršos.
Elektros perdavimui per atstumą naudojamos oro ir kabelinės elektros linijos, kurios kartu su elektros pastotėmis sudaro elektros tinklus. Neizoliuoti elektros oro linijų laidai pakabinami naudojant izoliatorius ant atramų. Požeminės kabelinės perdavimo linijos plačiai naudojamos miestų ir miestelių elektros tinklų tiesimui. pramonės įmonės. Oro perdavimo linijų vardinė įtampa - nuo 1 iki 750 kV, kabelio - nuo 0,4 iki 500 kV.
GALIOS PASKIRSTYMAS
Ant transformatorinės pastotėsįtampa nuosekliai mažinama iki lygio, reikalingo paskirstyti energijos vartojimo centrams ir galiausiai individualiems vartotojams. Aukštos įtampos elektros linijos per automatinius jungiklius jie prijungiami prie skirstomosios pastotės šynų. Čia įtampa sumažinama iki magistraliniam tinklui nustatytų verčių, paskirstant elektrą gatvėse ir keliuose. Pagrindinio tinklo įtampa gali būti nuo 4 iki 46 kV.
Pagrindinio tinklo transformatorių pastotėse energija yra atšakama į skirstomąjį tinklą. Tinklo įtampa gyvenamiesiems ir komerciniams vartotojams yra nuo 120 iki 240 V. Stambūs pramoniniai vartotojai gali gauti iki 600 V įtampos, taip pat aukštesnės įtampos elektros energiją – pagal 2008 m. atskira eilutė iš pastotės. Skirstomasis (orinis arba kabelinis) tinklas gali būti organizuojamas žvaigždutėmis, žiedais arba kombinuota schema, atsižvelgiant į apkrovos tankį ir kitus veiksnius. Kaimyninių elektros energetikos įmonių elektros perdavimo tinklai bendras naudojimas sujungti į vieną tinklą.
Elektros nuostoliai projektuojamame tinkle proc.
kur yra vartotojų gaunamos elektros energijos kiekis
Elektros perdavimo tinklu kaina:
Bn = 39192,85/312700 = 11,8 kop/kW*h
Maksimalus efektyvumas:
kur yra bendra aktyvioji apkrovų galia;
Bendri aktyviosios galios nuostoliai visuose tinklo elementuose.
Vidutinis svertinis tinklo efektyvumas:
Išvada
Baigęs kursinį disciplinos „Elektros tinklai ir sistemos“ darbą, manau, kad esu įvaldęs elektros tinklų skaičiavimo ir projektavimo klausimus. Iš pradžių buvo nustatyti elektros tinklo ruožo parametrai, pasirinkta ekonomiškai pagrįsta schema, šiam variantui atviras, neperteklinis, radialinis tinklas, kadangi trasoje yra gana trumpas ilgis, todėl tinklo priežiūra ir supaprastinta pastotė. schemos palengvinamos. Dėl techninių ir ekonominių priežasčių, priklausomai nuo oro linijų ilgio ir jomis perduodamos aktyviosios galios didžiausių apkrovų režimu, vardinė tinklo įtampa yra 110 kV. Tada kiekvienai pastotei parinkus transformatorius (PS1 - TRDN -25000/110, PS2 - TDN -16000/110, PS3 - TDN -10000/110) ir nustačius linijų parametrus (laidų skerspjūvius), balansai elektros tiekimo bėgiams buvo suskaičiuotos regiono aktyviosios ir reaktyviosios galios.
Įtampos lygiai tinkle buvo skaičiuojami kiekvienai atkarpai pagal jos pradžios duomenis, pereinant nuo maitinimo magistralių nuo pradžios iki galo, nuo ŠV magistralių iki kiekvienos pastotės LV magistralės. Taigi nustatoma įtampa visuose elektros tinklo taškuose. Pastotės, prie kurios jie prijungti, 10 kV magistralėse paskirstymo tinklai, valdymo įtaisai turi užtikrinti, kad būtų išlaikytas maksimalios apkrovos režimas – ne mažesnis kaip 1,05 U nom. Dviejų apvijų transformatoriuje įtampos reguliavimas dažniausiai atliekamas keičiant reguliavimo apvijos, prijungtos prie aukštos įtampos apvijos neutralios pusės, apsisukimų skaičių. Pasirinkę transformatorių PS1 (n = -7), PS2 (n = -3) ir PS3 (n = -9) atšakų keitiklį, įsitikinome, kad įtampa LV pusėje maksimalios apkrovos režimu atitinka reikalavimus. PUE.
Baigiamojoje darbo dalyje nustatyti elektros tinklo techniniai ir ekonominiai rodikliai. Kapitalinės investicijos į tinklo statybą sudarė 1 148 200 tūkst. Metinės tinklo eksploatavimo išlaidos tūkstančiai rublių. Elektros energijos perdavimo ir skirstymo savikaina 38,1 kapeikos/kWh Taip pat nustatytas tinklo naudingumo koeficientas didžiausių apkrovų režimu: s m = 96,51% ir energijos svertinis metų vidurkis s w = 97,09%. Kadangi vidutinis energijos svertinis efektyvumas per metus yra apie 95%, galima daryti išvadą, kad ši sistema yra ekonomiška.
Maksimalus tinklo efektyvumas.
Vidutinis svertinis tinklo efektyvumas:
1 kWh elektros perdavimo ir paskirstymo kainos nustatymas:
Išvada
Dėl egzekucijos kursinis darbas pagal užduotį buvo sukurta geriausias variantas krovinių zonos elektros tinklas. Palyginimui, iš kelių tinklo konfigūravimo parinkčių buvo pasirinktos dvi pagal mažiausią kainą, didžiausią patikimumą ir naudojimo paprastumą. Toliau plėtojant opcionus ir skaičiuojant jų ekonominį naudingumą diskontuotų kaštų metodu, pasirinktas variantas žiedo schema tinklai.
Projektuojamas tinklas priklauso rajoninių tinklų skaičiui, kurių įtampa yra 220 - 110 kV. Tinklas maitina tris pastotes, kuriose pagal elektros energijos tiekimo patikimumą yra I, II, III kategorijų vartotojai.
Vartotojai maitinami per du transformatorius kiekvienoje pastotėje. Transformatoriai parenkami atsižvelgiant į perkrovos galią:
PS-1 - TRDN - 25000/110/10;
PS-2 – ATDCTN – 125000/220/110/10;
PS-3 – TDN – 16000/110/10.
Įjungiamos 110 kV įtampos elektros linijos gelžbetoninės atramos, linijos su 220 kV įtampa - ant plieninių atramų, abiem atvejais naudotos plieninės-aliuminio vielos. Laidų skerspjūvis parenkamas pagal ekonominį pjūvį, patikrinus leistiną perkrovos srovę avariniu režimu. Atsižvelgiant į pastotės tipą ir jungčių skaičių aukštesnės įtampos pusėje, buvo parinktos schemos elektros jungtys Pastotės skirstomieji įrenginiai:
220 kV SS-2 pusėje - keturkampė schema;
SS-2 110 kV pusėje yra viena veikianti šynų sistema, skirstoma pagal vamzdžių skaičių, transformatorių pajungimas per dviejų jungiklių šakę;
110 kV PS-1, PS-3 šone - tiltelis su jungikliu transformatorių grandinėse ir remonto trumpikliu iš transformatorių pusės;
10 kV pusėje - PS-2, PS-3 - viena šynų sistema, atskirta grandinės pertraukikliu;
10 kV pusėje - PS-1 - dvi vienos šynų sistemos, atskirtos grandinės pertraukikliu;
Elektros kokybę normaliu ir poavariniu režimu užtikrina visų transformatorių reguliavimas esant apkrovai. Įtampai reguliuoti 10 kV SS-2 magistralėse buvo naudojami LTDN-40000/10 tipo reguliavimo transformatoriai.
Pastovūs režimai buvo tiriami ir analizuojami naudojant Energijos programą.
Techniniai ir ekonominiai skaičiavimai davė tokius tinklo rodiklius:
1. Bendros tinklo kapitalo investicijos:
2. Įrangos eksploatavimo išlaidos:
3. Galios ir energijos nuostoliai tinkle:
4. Energijos perdavimo kaina:
5. Maksimalus tinklo efektyvumas:
6. Vidutinis svertinis efektyvumas:
Atsižvelgdami į tai, kad pasirinktas elektros tinklo variantas atitinka jam keliamus reikalavimus, laikome jį optimaliu.
Bibliografija:
1. Elektros tinklų projektavimo žinynas / red. D.L. Faibisovičius – 4-asis leidimas, pataisytas. ir papildomas – M.: ENAS, 2012.-376 p.: iliustr.
2. Elektros instaliacijos įrengimo taisyklės./Red.aut.-M.: Leidykla „Alvis“, 2012.-816 p.
3. MU Nr.128 - Elektros sistemų ir pramonės įmonių pastočių galios transformatorių parinkimas, atsižvelgiant į leistinas apkrovas / D.A. Polkošnikovas, M.I. Sokolovas. - Ivanovas: ISPU, 2009.-24 p.
4. Bushueva O.A., Kuleshov A.I. Elektros tinklas krovinio zona - pamokaį kursinį projektą / ISPU. - Ivanovas, 2006 m. – 72 p.
