Источник:JASE-W Японские продукты и технологии интеллектуальной энергетики,http://www.jase-w.eccj.or.jp/technologies-r/index.html

E-34ключевое словоY3

оборудование и установкиZ4электричествоE29

электрических машинToshiba CorporationГидроаккумулирующие системы с регулируемой скоростью насосной подачиКлючевые особенности Гидроаккумулирующие электростанции могут хранить большое количество энергии в течение
длительного времени, что дает возможность выровнять уровни потребления электроэнергии иобеспечить эффективную работу всей энергосистемы в целом.
Однако обычные насосы работают только на фиксированных оборотах, поэтому регулировка
производительности (мощности) насосной подачи невозможна.
 Путем использования гидроаккумулирующей системы с регулируемой скоростью насоснойподачи, в которой можно изменять обороты насоса, можно получить следующие
эксплуатационные преимущества.
1) Можно регулировать скорость насосной подачи в ночное время, когда нагрузка на энергосистемунезначительна, поэтому обычные теплоэлектростанции, работающие для регулировки частоты,могут быть остановлены, что вносит вклад в экономичность эксплуатации энергосистемы исокращение выбросов CO2.
2) Можно сгладить колебания выходной мощности от возобновляемых источников энергии, такихкак ветровые или солнечные электрогенераторы, что позволяет повысить стабильностьэнергосистемы.
 Это упрощает адаптацию возобновляемых источников энергии.
3) При эксплуатации турбин на оптимальных оборотах во время пиковых нагрузок можно, вчастности, повысить КПД при неполной загрузке.
4) Быстрая регулировка мощности и напряжения обеспечивает стабилизацию флуктуаций вэнергосистеме.
Базовая концепция

N1 = Nm + N2
N1: Скорость вращения магнитногополя статора
Nm: Скорость вращения ротора
N2: Скорость вращающегосямагнитного поля на роторе
N2 имеет скорость вращения,равную выходной частотесетевого преобразователячастоты.

ТРАНСФОРМАТОРПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬЧАСТОТЫСетевойтрансформаторГЕНЕРАТОРДВИГАТЕЛЬСЕТЕВОЙТРАНСФОРМАТОРТУРБОНАСОССхема гидроаккумулирующей системыс регулируемой скоростью насосной подачиГенератордвигательТрансформаторвозбужденияN1ТурбонасосПоворотныйзатворПреобразовательчастотыАппаратурауправленияОбъяснение принципа работырегулировки скорости1) Генератор имеет цилиндрический ротор с трехфазной обмоткой.
2) Трехфазный переменный ток подается на ротор с преобразователя частоты, генерируявращающееся магнитное поле, а соответствующая скорость вращения (N2) пропорциональнаявыходной частоте преобразователя.
3) Скорость вращения N2 магнитного поля добавляется к скорости вращения ротора Nm,обеспечивая синхронизацию с вращающимся магнитным полем статора N1 в стационарномрежиме, при этом N1 = Nm + N2. Иными словами, даже при изменении оборотов агрегата,разница между синхронной скоростью вращения и скоростью вращения ротора компенсируется
вращающимся магнитным полем, так что на силовом выходе генератора поддерживаетсяпостоянная частота.
4) При изменении оборотов примерно на ±5 - 8% производительность насосной подачи можнорегулировать примерно от 60% до 100%.

Показатели и результаты◆ Появляется возможность остановить дополнительно эксплуатировавшиеся теплоэлектростанции,предназначенные для регулировки частоты системы при малых загрузках, например, в ночное время,таким образом, сократив расход ископаемого топлива, такого как нефть и уголь.
Пояснение: Для регулировки частоты в энергосистеме генерируемая мощность должна быть равнапотребляемой мощности. В то время, когда потребность в электроэнергии невысока, например ночью,многие теплоэлектростанции и гидроэлектростанции останавливаются, снижая таким образом затраты нарегулировку. Исходя из этого, как обычно, пришлось ограничить выходную мощность теплоэлектростанции,которая имеет способность регулирования выходной мощности, и эксплуатировать несколько тепловыхэнергетических агрегатов, и обеспечено регулирование на колебание энергопотребления, гдеэнергетический КПД эксплуатации эффективен. Однако, по результатам внедрения системы ГАЭС спеременной скоростью, поскольку данный ГАЭС имеет регулирующую способность ночного колебанияэнергопотребления, можно приостановить эксплуатацию вышеуказанных теплоэлектростанций, что может
сократить расходы ископаемого топлива.
◆ Во время операции генерирования, установкой можно управлять с более низкой выходной мощностью. Дляэтого необходимо изменить скорость вращения, и диапазон регулирования выходной мощности будетрасширен.
Пояснение: часто считается, что гидроаккумулирующие системы регулируют мощность и могут служить вкачестве стабилизатора систем, чтобы обеспечить необходимое количество энергии, увеличивая выходмощности в случаях, когда другие источники энергии непреднамеренно выходят из работы системы вовремя минимальных операций вывода. Так как гидроаккумулирующие системы с регулируемой скоростьюмогут работать при более низкой выходной мощности, чем традиционные гидроаккумулирующие системы,а также, поскольку они имеют более широкий диапазон регулировки выходной мощности между верхним инижним значением выхода, количество работающих единиц в гидроаккумулирующих системах иколичество мощности, необходимой для следующей операции, может быть уменьшено. Ожидается, чтоблагодаря этому снизятся затраты на топливо и уменьшаться выбросы CO2.
◆ Снижая расход горючего топлива, как описано выше, можно сократить выбросы в атмосферу двуокисиуглерода, при этом выиграв экономически.
◆ Внедрение возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра и солнечная энергия
сопровождается целевым сокращением выбросов CO2. Однако, поскольку используется природная
энергия, вырабатываемая мощность подвержена колебаниям и становится нестабильной из-за погодных ианалогичных факторов, и при повышении доли использования возобновляемых источников энергии
становится затруднительным регулировать частоту в энергосистеме. В частности, в регионах, где много
ветровой электроэнергии генерируется в ночное время, предполагается сглаживать эти колебания частотыгидроаккумулирующими системами с регулируемой скоростью насосной подачи, что помогает
стабилизировать энергосистему.
◆ Путем эксплуатации турбины на оптимальных оборотах для генерации электроэнергии, можно повыситьКПД при неполной нагрузке примерно на 3%.
◆ Путем векторного регулирования можно мгновенно изменять фазу выходного тока преобразователя, и,таким образом, можно мгновенно изменять активную и реактивную мощность генераторов-двигателей (какпри генерации, так и при насосной подаче). В результате можно ограничить колебание электрическойсистемы, и при колебании электрического напряжения, путем увеличения и уменьшения реактивноймощности с помощью быстрого управления какой же как статический компенсатор (SVC), сможемограничить электрического напряжения.
◆ При внедрении гидроаккумулирующей системы с регулируемой скоростью насосной подачи находитпрактическое применение маховиковый генератор для стабилизации частоты в системе. На острове
Окинава (Япония) со своей независимой энергосистемой происходили изменения частоты из-за колебаниймощности, вызванных запуском и остановкой электродуговых печей на сталелитейном заводе. Поэтомупри установке маховикового генератора колебания мощности аккумулируются в виде энергии вращения,которая затем возвращается в сеть, что дает возможность стабилизировать частоту в энергосистеме.

Реализованные и планируемые проектыВ Японии Электростанция TEPCO Yagisawa мощностью 85 МВ•А, запущенная в эксплуатацию в 1990 году,впервые в мире положила начало использованию этого принципа
Электростанция TEPCO Shiobara 360 МВ•А, 1995 годЭлектростанция J-Power Okukiyotsu № 2 мощностью 345 МВ•А, 1996 годГидроаккумулирующая морская электростанция J-Power Yambaru мощностью31,5 МВ•А, 1999 годПодстанция Chujyowan электроэнергетической компании Окинавы с маховиковым генератором
мощностью 26,5 МВ•А, 1996 год (внедрение системы)Электростанция TEPCO Kazunogawa мощностью, блок 4, 475 МВ•А, В июне 2014 г. начатакоммерческая эксплуатацияЭлектростанция Kyogoku, блок 1, электроэнергетической компании Хоккайдо мощностью230 МВ•А, В октябре 2014 г. начало коммерческой эксплуатацииЭлектростанция Kyogoku, блок 2, электроэнергетической компании Хоккайдо мощностью230 МВ•А, В октябре 2015 г. начало коммерческой эксплуатации

Контакты: Toshiba Corporation, Energy Systems & Solutions Company,Hydropower Engineering Department
http://www3.toshiba.co.jp/power/english/hydro/index.htm

E-34