МОДУЛЬНЫЙ КАРКАСНЫЙ КОНТЕЙНЕР С ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СИСТЕМОЙ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ И ТЕПЛОРЕГУЛИРОВАНИЯ

Полезная модель относится к электроэнергетике, а именно к электротехническим устройствам автономного электроснабжения полной заводской готовности и предназначено для организации рабочих условий функционирования электротехнических устройств, размещаемых в местах доступа к источнику природного газа, в условиях отсутствия внешнего электроснабжения или в условиях его низкой надежности. Известно блочно-комплектное устройство электроснабжения (варианты) [Патент РФ №89784, МПК H02J 9/00, H02B 7/00, 2009 год], содержащее блок-бокс, внутреннее пространство которого разделено перегородками по крайней мере на два отсека, снабженные отдельными входами; основной и резервный источники электроснабжения (ИЭ); коммутирующее устройство, на которое подается напряжение от основного и резервного ИЭ, при этом в первом отсеке размещен основной ИЭ, во втором отсеке размещен резервный ИЭ. В качестве основного ИЭ могут быть использованы фотоэнергетическая система, содержащая солнечные модули, блок сопряжения и управления, блок аккумуляторных батарей; или ветроэнергетическая установка, содержащая ветроагрегат, блок сопряжения и управления, блок аккумуляторных батарей; или паротурбогенератор с замкнутым циклом. В качестве резервного ИЭ, в зависимости от типа основного ИЭ, используются дизель-генератор; или ветроэнергетическая установка, содержащая ветроагрегат, блок сопряжения и управления, блок аккумуляторных батарей; или фотоэнергетическая система, содержащая солнечные модули, блок сопряжения и управления, блок аккумуляторных батарей; или детандергенератор с клапаном управления; или газопоршневую электростанцию.
Недостатком полезной модели является комплектность устройства, не предполагающая размещение в блок-боксе электротехнического оборудования, являющегося потребителем генерируемой электроэнергии.
Наиболее близким техническим решением является блочно-комплектное устройство электроснабжения (варианты) [Патент РФ №68800, МПК H02J 9/00, H02B 7/00, 2007 год], содержащее модульный каркасный контейнер в виде блок-бокса, внутреннее пространство которого разделено перегородками по крайней мере на два отсека, снабженные отдельными входами; основной и резервный ИЭ; коммутирующее устройство, на которое подается напряжение от основного и резервного ИЭ, при этом в первом отсеке размещен основной ИЭ, во втором отсеке размещен резервный ИЭ. В качестве основного и резервного ИЭ использует дизель-генератор, комплектную трансформаторную подстанцию, микротурбинную установку в различных сочетаниях. Блок-бокс предполагает возможность размещения дополнительного оборудования - потребителей электроэнергии, в качестве которых могут быть станции катодной защиты и/или устройства автоматики газотранспортного оборудования или устройства электропитания оборудования автоматики, телемеханики и связи.
Недостатком прототипа является отсутствие системы регулирования теплового режима в блок-боксе, что необходимо для создания условий работы размещаемого оборудования. В холодный период года для корректной работы оборудования необходимо устанавливать электронагревательные приборы, которые будут потреблять значительную часть генерируемой электроэнергии. В случае использования дизель-генераторной установки в качестве резервного источника электроснабжения, ее запуск возможен только при положительной температуре воздуха окружающей среды, обусловленный техническими характеристиками данного типа двигателей, что накладывает значительные ограничения в автономности использования данного блочно-комплектного изделия. Помимо этого, дизель-генератор и микротурбинная установка требуют частого технического обслуживания, а применение комплектных трансформаторных подстанций не обеспечивают автономность применения таких изделий и требуют обязательного наличия вдольтрассовых линий электропередач.
В основу полезной модели положена задача разработки комплектного модульного каркасного контейнера, снабженного интеллектуальной системой энергоснабжения и теплорегулирования, предназначенного для размещения электротехнического оборудования различного назначения. Устройство должно обеспечивать длительный автономный режим работы в местах отсутствия источников центрального энергоснабжения или в условиях его низкой надежности, использующее газ магистрального газопровода в качестве топлива.
Поставленная задача достигается тем, что модульный каркасный контейнер с интеллектуальной системой энергоснабжения и теплорегулирования включающий в себя модульный каркасный контейнер, внутреннее пространство которого разделено перегородками на отсеки, снабженные отдельными входами, содержащий источник электроэнергии, дополнительно оснащен центральным блоком управления, комплексом датчиков контроля безопасности эксплуатации установки и интеллектуальной системой энергоснабжения и теплорегулирования. Интеллектуальная система энергоснабжения и теплорегулирования включает в себя электрогенераторную установку, являющейся основным источником электроэнергии, модуль управления электрогенераторной установкой, устройство учета и распределения электроэнергии, комплект аккумуляторных батарей, нагрузочный элемент, аппаратуру теплорегулирования, в состав которой входит газовый водонагреватель. Комплект аккумуляторных батарей и нагрузочный элемент подключены к электрогенераторной установке через модуль управления электрогенераторной установкой, подключаемой к устройству учета и распределения электроэнергии, который совместно с аппаратурой теплорегулирования и комплексом датчиков контроля безопасности эксплуатации установки подключены к центральному блоку управления, осуществляющему управление всей системой, при этом электрогенераторная установка и аппаратура теплорегулирования подключены к газопроводу, обеспечивающему снабжение топливным газом.
К устройству учета и распределения электроэнергии, могут быть подключены дополнительные источники энергоснабжения, определяемые внешними условиями.
Электрогенераторная установка и аппаратура теплорегулирования могут быть подключены к газопроводу через устройство подготовки газа.
На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства.
На фиг. 2 представлен вариант конструктивного разделения модульного каркасного контейнера на отсеки (вид сбоку).
На фиг. 3 представлен вариант конструктивного разделения модульного каркасного контейнера на отсеки (вид сверху).
Модульный каркасный контейнер с интеллектуальной системой энергоснабжения и теплорегулирования включает в себя модульный каркасный контейнер 1, в котором размещены центральный блок управления с модулем передачи данных и дистанционного управления 2, имеющий антенну 3; комплекс датчиков контроля безопасности эксплуатации установки 4, включающий датчик утечки топливного газа 5, датчики пожарной сигнализации 6, датчики охранной сигнализации 7; интеллектуальную систему энергоснабжения и теплорегулирования 8, включающую электрогенераторную установку 9; модуль управления электрогенераторной установкой 10, комплект аккумуляторных батарей 11, нагрузочный элемент 12, предназначенный для стабилизации нагрузки электрогенераторной установки 9, устройство учета и распределения электроэнергии 13, к которому подключаются размещаемые в контейнере 1 электрооборудование 14 и/или внешние потребители электроэнергии 15; аппаратуру теплорегулирования 16, включающую газовый водонагреватель 17. Снабжение топливом осуществляется от магистрального газопровода 18, с возможностью использования устройства подготовки газа 19, размещаемым в (или вне) модульного каркасного контейнера 1. В качестве дополнительного источника электроэнергии к устройству учета и распределения энергии 13 могут быть подключены резервная электрогенераторная установка 20, которая может размещаться в (или вне) модульного каркасного контейнера 1, или линия электропередач 21, которая в свою очередь может быть основным или резервным источником энергоснабжения.
Предлагаемый комплекс оборудования позволяет обеспечить бесперебойное электроснабжение оборудования, устанавливаемого в условиях отсутствия доступа к внешним источникам электроснабжения или в условиях их низкой надежности, с использованием природного газа в качестве топлива, при этом оборудование размещается в модульном каркасном контейнере, где обеспечивается его защита от внешних атмосферных воздействий и поддерживается температурный режим в заданном рабочем диапазоне.
Модульный каркасный контейнер 1 выполнен в виде прямоугольного цельнометаллического сварного корпуса с собственным силовым каркасом, воспринимающим нагрузки при транспортировании. Снаружи обшивка стен выполнена из стального оцинкованного профилированного листа с порошковой окраской или полимерным покрытием, образующим ударопрочную антикоррозионную поверхность. Внутреннее пространство разделено перегородками по крайней мере на четыре функциональных отсека, снабженных отдельными входами.
Отсеки 22 и 23 предназначены для размещения преимущественной части оборудования интеллектуальной системы энергоснабжения и теплорегулирования, а именно электрогенераторной установки 9, комплекта аккумуляторных батарей 11, нагрузочного элемента 12, аппаратуры теплорегулирования 16 и входящего в ее состав газового водонагревателя 17. В отдельном отсеке 23 установлен внешний тепловентилятор, который входит в состав аппаратуры теплорегулирования 16.
Отсек 24 предназначен для размещения электротехнического оборудования, в том числе центрального блока управления 2, модуля управления электрогенераторной установки 10, устройства учета и распределения электроэнергии 13, а также для дополнительного электротехнического оборудования - потребителей электроэнергии. В отсеке установлены жидкостные радиаторы, настенные осевые вентиляторы для поддержания рабочего температурного режима воздуха в помещении.
Отсек 25 может быть использован для размещения устройства подготовки газа 19 или использоваться для размещения инструмента и запчастей, при внешнем размещении устройства подготовки газа или в случае, если оно не используется.
Устройство подготовки газа 19 обеспечивает понижение давления топливного газа от рабочего давления в газопроводе 18 до требуемого давления газа, подаваемого на электрогенераторную установку 9 и газовый водонагреватель 17, осуществляет фильтрацию газа, а также обеспечивает подачу газа необходимого для устройств рас хода. Устройство подготовки газа имеет отсечные запорные регулируемые клапаны, обеспечивающие безопасное отключение подачи газа в аварийной или нештатной ситуации, а также оснащено датчиками давления газа на входе и выходе устройства, датчиками расхода и температуры газа, данные которых передаются для оценки на центральный блок управления 2.
Интеллектуальная система энергоснабжения и теплорегулирования 8, размещенная в модульном каркасном контейнере 1 предназначена для обеспечения бесперебойного энергоснабжения электротехнических устройств и поддержания температурного режима внутреннего объема модульного каркасного контейнера в рабочем диапазоне.
Установка работает следующим образом. В автономном режиме работы предусмотрен следующий цикл работы системы. Первоначальное энергоснабжение осуществляется от комплекта аккумуляторных батарей 11, управляемые модулем управления электрогенераторной установкой 10. Распределение электроэнергии между потребителями обеспечивается устройством учета и распределения электроэнергии 13. В холодный период года в этом режиме газовый водонагреватель 17 обеспечивает нагрев рабочей жидкости контура системы теплорегулирования. Распределение тепла обеспечивается аппаратурой теплорегулирования 16, содержащей трубную арматуру, жидкостные радиаторы, внешний тепловентилятор, осевые настенные вентиляторы и датчики контроля температуры рабочей жидкости и воздуха в помещении. Часть тепловой энергии передается на устройство подготовки газа 19 в целях предотвращения замерзания аппаратуры в процессе редуцирования газа. При превышении температуры заданного предела, отвод излишней тепловой энергии обеспечивается внешним тепловенилятором - утилизатором тепла. Воздухообмен в помещении обеспечивается настенными осевыми вентиляторами.
При критическом уровне заряда аккумуляторных батарей 11 модуль управления 10 обеспечивает автоматический запуск электрогенераторной установки 9, использующей газ магистрального газопровода 18, после устройства подготовки газа 19 в качестве топлива. При этом часть вырабатываемой электроэнергии поступает через модуль управления 10 на подзаряд аккумуляторных батарей 11.
Помимо выработки электроэнергии, электрогенераторная установка 9 при работе обеспечивает выработку значительной тепловой энергии, которая используется для нагрева рабочей жидкости контура системы теплорегулирования. В этом случае дополнительный нагрев рабочей жидкости не требуется, и газовый водонагреватель 17 находится в отключенном состоянии.
Для работы электрогенераторной установки любого типа необходимо обеспечить постоянную электрическую нагрузку, рассчитанную на мощность применяемого генератора. С целью поддержания постоянной нагрузки в систему энергоснабжения и теплорегулирования введен нагрузочный элемент 12, на который при необходимости происходит сброс избыточной генерируемой электрической мощности. В этом случае избыточная электроэнергия может использоваться для дополнительных целей.
После полной зарядки аккумуляторных батарей 11 модуль управления 10 отключает электрогенераторную установку 9 и снабжение электроэнергией происходит от комплекта аккумуляторных батарей 11.
Таким образом, в интеллектуальной системе обеспечен переменный режим работы электрогенераторной установки и аккумуляторных батарей для организации автономной бесперебойной электросети, что обеспечивает уменьшение срока непрерывной работы электрогенераторной установки и в целом повышение срока межрегламентного обслуживания установки.
Высокий экономический эффект достигается за счет использования в системе теплорегулирования генерируемой тепловой энергии электрогенераторной установки и газового водонагревателя, также работающих попеременно. При этом в теплый период года, когда дополнительный подогрев помещения не требуется, снижается и общее потребление топливного газа: в периоды работы установки от аккумуляторных батарей потребление топлива не требуется.
В качестве резервирования системы энергоснабжения, к устройству учета и распределения электроэнергии 13 может подключаться резервная электрогенераторная установка 20.
Модульный каркасный контейнер может устанавливается в местах, где обеспечен доступ к центральным линиям электропередач (ЛЭП) 21. В этом случае возможен режим работы установки с использованием ЛЭП в качестве резервного или основного источника энергоснабжения, при котором интеллектуальная система энергоснабжения и теплорегулирования выступает в качестве резерва. При этом линия электропередач 21 подключается к устройству учета и распределения электроэнергии 13.
Согласованную работу устройств, входящих в интеллектуальную систему энергоснабжения и теплорегулирования, а также контроль параметров работы устройства подготовки газа 19, контроль состояния комплекса датчиков безопасности эксплуатации установки 4 обеспечивает центральный блок управления 2.
С целью организации дистанционной связи с модульным каркасным контейнером и размещаемом в нем оборудованием, центральный блок управления оснащен модулем передачи данных и дистанционного управления, который, согласно установленному протоколу обмена, формирует пакет данных, предназначенный для передачи на удаленный диспетчерский пункт, оснащенный автоматизированным рабочим местом. Базовый пакет данных включает параметры телеизмерения и телесигнализации, содержащие информацию о параметрах работы интеллектуальной системы энергоснабжения и теплорегулирования, сигналы возникновения внештатных и аварийных ситуаций. Модуль передачи данных и дистанционного управления предполагает организацию связи с удаленным диспетчерским пунктом проводным (Ethernet, ЛВС, оптоволоконная связь и пр.) или беспроводным (GPRS, радиоканал, спутниковая радиосвязь и пр.) с помощью антенны 3 способами, в зависимости от географических условий размещения контейнера и требований проекта.
Таким образом, предлагаемая конструкция модульного каркасного контейнера с интеллектуальной системой энергоснабжения и теплорегулирования позволяет полностью реализовать поставленные задачи, а именно:
- обеспечить автономное электроснабжение электротехнических устройств, размещаемых в модульном каркасном контейнере, с использованием природного газа магистрального газопровода в качестве топлива;
- продлить срок службы и увеличить интервал регламентного обслуживания электрогенераторной установки благодаря ее периодическому режиму работы в составе интеллектуальной системы энергоснабжения и теплорегулирования;
- обеспечить поддержание температурного режима внутреннего помещения модульного каркасного контейнера в рабочем диапазоне, без потребления генерируемой электроэнергии;
- обеспечить дистанционный доступ к контролю параметров работы оборудования.