stringtranslate.com

Черный старт

Городской пейзаж в сумерках, освещены лишь немногие окна офисных зданий
Торонто во время отключения электроэнергии на северо-востоке страны в 2003 году , которое потребовало отключения электростанций.

Черный пуск — это процесс восстановления работы электростанции , части электросети или промышленного предприятия без использования внешней сети передачи электроэнергии для восстановления после полного или частичного отключения. [1]

Энергия для перезапуска генерирующей станции или завода может поступать от резервного генератора черного старта на месте. В качестве альтернативы, когда требуется большое количество энергии, для запуска объекта может использоваться соединительная линия к другой генерирующей станции или к аварийному генератору. После запуска основных генерирующих блоков можно снова подключить сеть электропередачи и восстановить электрические нагрузки.

Мощность черного старта может быть обеспечена соглашением, в котором определенному поставщику энергии платят за предоставление мощности черного старта, когда это необходимо. Не все генерирующие установки подходят для обеспечения сети мощностью черного старта.

Мощность электроснабжения станции

Электростанции требуют электроэнергии для работы систем, необходимых на станции. Например, работающей на угле станции требуются конвейеры, дробилки, воздушные компрессоры и вентиляторы воздуха для горения. Паровым установкам требуются большие насосы для циркуляции воды для паровых котлов и для охлаждения конденсатной воды. Гидроэлектростанциям требуется электроэнергия для открытия впускных ворот и для регулировки гидравлических турбин для регулирования скорости. Даже ветряной турбине может потребоваться относительно небольшое количество электроэнергии для таких вещей, как регулировка шага и направления лопастей.

Обычно электроэнергия, используемая на станции, вырабатывается собственными генераторами станции. Если все основные генераторы станции отключены, электроэнергия для обслуживания станции обеспечивается за счет отбора электроэнергии из сети через линию электропередачи станции. Однако во время отключения электроэнергии на большой территории электроэнергия из сети недоступна. При отсутствии электроэнергии из сети необходимо выполнить так называемый черный запуск, чтобы запустить электросеть в работу.

Резервные источники питания

Для обеспечения черного пуска некоторые электростанции или заводы имеют небольшие дизельные генераторы на месте , обычно называемые дизельными генераторами черного пуска (BSDG), которые могут использоваться для запуска более крупных генераторов (мощностью в несколько мегаватт ), которые, в свою очередь, могут использоваться для запуска основных генераторов электростанции. Генерирующие установки, использующие паровые турбины, требуют мощности обслуживания станции до 10% от их мощности для насосов питательной воды котла , воздуходувок для сжигания воздуха с принудительной тягой котла и для подготовки топлива. Неэкономично обеспечивать такую ​​большую резервную мощность на каждой станции, поэтому мощность черного пуска должна подаваться по выделенным соединительным линиям с другой станции.

Часто гидроэлектростанции назначаются в качестве источников черного запуска для восстановления сетевых взаимосвязей. Гидроэлектростанции требуется очень мало начальной мощности для запуска (достаточно, чтобы открыть впускные затворы и обеспечить ток возбуждения катушек возбуждения генератора) и она может очень быстро выдать большой блок мощности, чтобы обеспечить запуск станций на ископаемом топливе или атомных станций. Некоторые типы турбин внутреннего сгорания могут быть настроены для черного запуска, что обеспечивает еще один вариант в местах, где нет подходящих гидроэлектростанций. [2] В 2017 году коммунальное предприятие в Южной Калифорнии успешно продемонстрировало использование системы хранения энергии на основе литий-ионного аккумулятора для обеспечения черного запуска, запустив газовую турбину комбинированного цикла из состояния простоя. [3]

Последовательность запуска

Один из методов запуска из черного состояния (основанный на реальном сценарии) может быть следующим:

  1. Аккумуляторная батарея запускает небольшой дизельный генератор, установленный на гидроэлектростанции.
  2. Для приведения электростанции в действие используется электроэнергия дизель-генератора.
  3. Основные линии электропередачи между станцией и другими районами находятся под напряжением.
  4. Электроэнергия станции используется для запуска одной из базовых электростанций, работающих на ядерном/ископаемом топливе.
  5. Электроэнергия от базовой электростанции используется для перезапуска всех остальных электростанций в системе.
  6. В конечном итоге электроэнергия снова подается в общую распределительную сеть и направляется потребителям.

Часто это происходит постепенно; запуск всей сети сразу может быть невозможен. В частности, после длительного отключения летом все здания будут теплыми, и если бы питание было восстановлено сразу, спрос от одних только кондиционеров был бы больше, чем могла бы обеспечить сеть. В более холодном климате подобная проблема может возникнуть зимой при использовании отопительных приборов.

В более крупной сетке, в дополнение к подходу «единого острова» («снизу вверх»), могут быть задействованы различные стратегии: [4] [5]

Существует несколько методов запуска черного запуска острова: гидроэлектростанции, дизель-генераторы, газовые турбины открытого цикла, аккумуляторные хранилища сетевого масштаба, хранилища сжатого воздуха и т. д. Различные генерирующие сети используют разные подходы в зависимости от таких факторов, как стоимость, сложность, наличие местных ресурсов (например, подходящие долины для плотин), взаимосвязь с другими генерирующими сетями и время отклика, необходимое для процесса черного запуска.

Закупка услуг по запуску с нуля

Оператор в ERCOT

В Соединенном Королевстве оператор сети имеет коммерческие соглашения с некоторыми генераторами для предоставления мощности черного запуска, признавая, что объекты черного запуска часто неэкономичны при нормальной работе сети. [11] Для электростанций эпохи Центрального совета по производству электроэнергии типично иметь несколько газовых турбин открытого цикла (т. е. без присоединенных модулей рекуперации тепла), которые могут запускать всю установку, необходимую для работы полного генерирующего блока; они обычно запускаются дизельными генераторами, питаемыми в свою очередь от резервных аккумуляторных батарей. После выхода на нужную скорость эти газовые турбины способны запускать всю установку, связанную с остальной частью электростанции, исключая необходимость в получении энергии из других источников.

У независимых системных операторов Северной Америки закупка черного запуска несколько различается. Традиционно возможность черного запуска предоставлялась интегрированными коммунальными службами, а расходы включались в широкий тариф для возмещения расходов плательщиками налогов. В тех областях, которые не являются частью организованных рынков электроэнергии, это по-прежнему обычный механизм закупок. В нерегулируемой среде это наследие предоставления на основе затрат сохранилось, и даже недавние пересмотры практики закупок черного запуска, такие как ISO New England , не обязательно перешли на конкурентные закупки, хотя нерегулируемые юрисдикции имеют уклон в пользу рыночных решений, а не решений на основе стоимости обслуживания (COS).

В Соединенных Штатах в настоящее время существует три метода закупки черного запуска. Наиболее распространенным является метод на основе стоимости обслуживания, поскольку он является самым простым и традиционным. В настоящее время он используется California Independent System Operator (CAISO), PJM Interconnection [12] и New York Independent System Operator [13] (NYISO). Точные механизмы несколько различаются, но используется тот же подход, а именно, что определяются блоки для черного запуска, а затем их документированные затраты финансируются и включаются в тариф для возмещения затрат.

Второй метод — это новый метод, используемый Независимым системным оператором Новой Англии [14] (ISO-NE). Новая методология представляет собой фиксированную ставку, которая увеличивает вознаграждение за пуск из черного состояния для поощрения предоставления услуг. Ежемесячная компенсация, выплачиваемая генератору, определяется путем умножения фиксированной ставки (в $/кВт в год и именуется значением $Y) на заявленную месячную мощность блока за этот месяц. Целью этого изменения было упрощение закупок и поощрение предоставления услуг пуска из черного состояния.

Последний метод закупок — это конкурсные закупки, используемые Советом по надежности электроснабжения Техаса [15] (ERCOT). В рамках этого подхода ERCOT управляет рынком услуг по запуску из черного состояния. Заинтересованные участники представляют почасовую стоимость ожидания в $/час (например, $70 в час), часто называемую заявкой на доступность, которая не связана с мощностью блока. Используя различные критерии, ERCOT оценивает эти заявки, и выбранные блоки оплачиваются в качестве заявки, предполагая доступность в 85%. Каждый блок запуска из черного состояния должен быть в состоянии продемонстрировать, что он может запустить другой блок в непосредственной близости, чтобы начать изолирование и синхронизацию сети.

В других юрисдикциях существуют различные методы закупок. Системный оператор Новой Зеландии [16] закупает возможности черного старта через конкурентный тендер. В других юрисдикциях также, по-видимому, есть своего рода конкурентные закупки, хотя, возможно, не такие структурированные, как у ERCOT. К ним относятся Alberta Electric System Operator [17] , а также Independent Electric System Operator of Ontario [18] , оба из которых используют долгосрочный подход «запроса предложений», аналогичный подходу Новой Зеландии и ERCOT.

Первый черный запуск в сети Германии был испытан в 2017 году на аккумуляторной электростанции WEMAG в Шверине на отключенной, изолированной сети. Аккумуляторная установка WEMAG доказала, что она может восстановить электросеть после серьезного сбоя или отключения электроэнергии. [19]

Ограничения на источники черного старта

Не все электростанции подходят для возможности черного запуска. Ветровые турбины не всегда подходят для черного запуска, поскольку ветер может отсутствовать, когда это необходимо. [20] Ветровые турбины, мини-гидроэлектростанции или микрогидроэлектростанции часто подключаются к индукционным генераторам , которые не способны обеспечить питание для повторного питания сети. [21] В 2020 году ветряная электростанция  Дерсаллок мощностью 69 МВт осуществила черный запуск части сети Шотландии, используя виртуальные синхронные машины . [22] [23] Блок черного запуска также должен быть стабильным при работе с большой реактивной нагрузкой длинной линии электропередачи. Многие преобразовательные станции постоянного тока высокого напряжения (HVDC) также не могут работать в «мертвой» системе, поскольку им требуется коммутационная мощность [ необходимо разъяснение ] от системы на стороне нагрузки. Схема преобразователя напряжения HVDC на основе широтно-импульсной модуляции (ШИМ) не имеет таких ограничений. [24]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Найт, UG Энергетические системы в чрезвычайных ситуациях - от планирования действий в чрезвычайных ситуациях до управления кризисами John Wiley & Sons 2001 ISBN  978-0-471-49016-6 раздел 7.5 Ситуация «черного старта»
  2. ^ Филип П. Уолш, Пол Флетчер, Газовые турбины , John Wiley and Sons, 2004 ISBN 0-632-06434-X , стр. 486 
  3. ^ «Возможность калифорнийского аккумулятора осуществлять пуск из черного состояния расценивается как «крупное достижение в энергетической отрасли». 17 мая 2017 г.
  4. ^ Геворгян и др. 2021, с. 3.
  5. ^ PJM 2018, стр. 102–118.
  6. ^ PJM 2018, стр. 103–106.
  7. ^ PJM 2018, стр. 107–109.
  8. ^ PJM 2018, стр. 110–112.
  9. ^ PJM 2018, стр. 113–115.
  10. ^ PJM 2018, стр. 116–118.
  11. ^ Введение в Black Start. Архивировано 21 мая 2006 г. в Wayback Machine (National Grid plc). Охватывает технические и коммерческие аспекты.
  12. ^ См. Тариф PJM: Приложение 6A к тарифу PJM, доступно в Интернете по адресу: http://www.pjm.com/documents/downloads/agreements/tariff.pdf Архивировано 09.12.2008 на Wayback Machine и Правила ведения бизнеса Blackstart, доступны в Интернете по адресу: http://www.ieso.ca/Documents/consult/se16/se16_DACP-SWG-20060216-pjm-blackstart.pdf Архивировано 16.12.2014 на Wayback Machine
  13. ^ См. Руководство по бухгалтерскому учету и выставлению счетов NYISO, 2006, доступно в Интернете по адресу: http://www.nyiso.com/public/webdocs/documents/manuals/administrative/acctbillmnl.pdf Архивировано 17.02.2012 на Wayback Machine Руководство по вспомогательным услугам NYISO 2006, доступно по адресу "NYISO (Documents - Manuals - Operations)". Архивировано из оригинала 12.09.2008 . Получено 24.12.2008 .Тариф NYISO (2006) в тарифной сетке 5, начиная с 91 страницы, пересмотренный лист 311 и тарифная сетка 6, начиная с пересмотренного листа № 269, доступны онлайн в разделе "Архивная копия" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2008-10-12 . Получено 2008-12-24 .{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )
  14. ^ См. ISO-NE "Order Accepting Application" Docket No. ER03-291, Federal Energy Regulatory Commission, Issued 14 Feb. 2003, доступно онлайн по адресу http://www.iso-ne.com/committees/comm_wkgrps/trans_comm/tariff_comm/mtrls/2006/may162006/index.html ISO-NE Open Access Transmission Tariff 2006 на стр. 311, доступно онлайн по адресу "ISO New England - Open Access Transmission Tariff (OATT)". Архивировано из оригинала 2008-10-25 . Получено 2008-12-24 .Меморандум рабочей группы ISO-NE A3 Black Start Комитету по передаче электроэнергии NEPOOL от 9 мая 2006 г., доступен в Интернете по адресу http://www.iso-ne.com/committees/comm_wkgrps/trans_comm/tariff_comm/mtrls/2006/may162006/index.html
  15. ^ См. раздел 6 Протоколов ERCOT, 2006, доступный в Интернете по адресу: "ERCOT - Текущие протоколы". Архивировано из оригинала 2008-11-22 . Получено 2008-12-24 .Форма заявки ERCOT доступна в Интернете по адресу: http://www.ercot.com/mktrules/protocols/current/22-%28A%29BlackStart-050105.doc
  16. ^ Комиссия по электроэнергии Новой Зеландии (2005-11-01). "Правила управления электроэнергией, Приложение C5 - План закупок" (PDF) . стр. 180–182. Архивировано из оригинала (PDF) 2006-10-07 . Получено 2008-12-24 .
  17. ^ См. http://www.aeso.ca/files/Nov05_BlackstartPP_v1.pdf Архивировано 18.03.2009 на Wayback Machine
  18. ^ См . "Вспомогательные услуги". Архивировано из оригинала 2008-12-28 . Получено 2008-12-24 .
  19. ^ Хейлз, Рой Л. (15 августа 2017 г.). «Первый черный запуск в немецкой сети». CleanTechnica .
  20. ^ Фокс, Брендан и др.; Интеграция ветроэнергетики — аспекты подключения и эксплуатации систем , Институт инженерии и технологий, 2007 ISBN 978-0-86341-449-7 стр. 245 
  21. ^ Джордж Г. Каради, Кит Э. Холберт, Преобразование и транспортировка электроэнергии: интерактивный компьютерный подход , John Wiley & Sons, 2013, ISBN 1118498038 стр. 9-57 
  22. ^ Рид, Скотт (3 ноября 2020 г.). «ScottishPower в „первопроходческом мире“ после повышения уровня электроэнергии в результате отключения электроэнергии на ветряных электростанциях». www.scotsman.com . The Scotsman . Архивировано из оригинала 5 ноября 2020 г.
  23. ^ "Инновации". Scottish Power Renewables . 3 ноября 2020 г. Архивировано из оригинала 3 ноября 2020 г.
  24. ^ Бити, Х. Уэйн; Финк, Дональд Г. (ред.) Стандартный справочник для инженеров-электриков (15-е издание) , McGraw-Hill 2007 ISBN 978-0-07-144146-9 стр. 15-22 

Источники

Дальнейшее чтение