Критерии качества систем энергоснабжения на основе блочно-контейнерных автоматизированных

     Рациональным способом энергоснабжения объектов и технологического оборудования,  в том числе и в нефтегазовой области,  во многих случаях является использование блочно-контейнерных автоматизированных электростанций (БКАЭС). БКАЭС на основе дизельных электроагрегатов успешно применяются не только для   аварийного (резервного) электроснабжения, но и в качестве основных источников электроэнергии. При этом возможна как параллельная работа автономной группы энергетических модулей БКАЭС в локальной сети, так и работа с внешней сетью.

   Существуют проекты энергетических модулей с утилизацией «бросовой» тепловой энергии (БКАЭС-У),  газопоршневыми и газодизельными электроагрегатами. Очевидными аргументами в пользу выбора БКАЭС, как источников энергии,    являются: универсальность их применения по автономности и климатическим условиям; обширная по единичной мощности, типам и опциям номенклатура пакетируемых    электроагрегатов; изначальная приспособленность БКАЭС к транспортированию; максимальная заводская готовность модулей и минимальный объем строительной подготовки на месте применения. Последнее имеет особое значение при необходимости оперативного решения проблемы энергоснабжения в отдаленных от сетевой и транспортной инфраструктуры районах – типичных для нефтегазовой области.   Вместе с тем, именно из-за многовариантности пакетируемых электроагрегатов и их опций; специфичности требований к обитаемости; автономности; электросиловому и переключающему оборудованию; противопожарным и другим обеспечивающим системам постоянно расширяется номенклатура произведенного энергетического оборудования. Такое многообразие, объективно обусловленное необходимостью наиболее полного удовлетворения потребностей Заказчика,  затрудняет   унификацию производимой продукции и порождает свои проблемы. Одним из направлений разрешения данного противоречия является определение взвешенного компромисса, обеспечивающего, с одной стороны необходимое потребительское качество БКАЭС и систем на их основе, а с другой - приемлемую технологичность на основе отработанных в проектировании и производстве решений.       Понятно, что упомянутый компромисс должен быть в основном определен на этапе формирования технического задания (ТЗ) на систему энергоснабжения (СЭ) в целом или конкретно на БКАЭС и окончательно достигнут при проектировании СЭ, так как внесение изменений в конструкцию готового модуля не всегда возможно, но всегда затратно. «Взвесить» упомянутые компромиссные решения невозможно без определенных критериев качества СЭ и БКАЭС и понятной методики их применения.    Обсуждению проблемы критериев качества СЭ и БКАЭС с позиций теории эффективности целенаправленных процессов, квалиметрии и практики проектирования и посвящена данная статья.     Значения названных   показателей приводятся в технической документации и   учитываются   при проектировании, как основной аргумент при выборе конкретных комплектующих элементов. Несмотря на статус «основных»,  эти показатели,  не позволяют непосредственно оценить качество БКАЭС или СЭ в целом. Причина этого состоит в том,  что частных характеристик отдельных элементов недостаточно для системной оценки свойств объектов в целом.     Подходящей методологической основой для оценки тех свойств, которые возникают после интеграции элементов в единый   комплекс - техническую систему,  располагает теория эффективности. В рамках указанной теории качество любой технической системы    характеризуется эффективностью процессов ее функционирования. Эффективность, как наиболее общее свойство любых целенаправленных процессов (операций),  раскрывается через понятие цель операции и объективно выражается степенью достижения этой цели с учетом затрат ресурсов и времени на ее осуществление. Именно результативность, ресурсоемкость и оперативность - как фундаментальные операционные свойства являются критериальными и в совокупности используются на практике при оценивании пригодности, превосходства или оптимальности СЭ. Основа методики оценивания  эффективности при этом состоит в   покомпонентном сопоставлении требуемых и ожидаемых значений показателей целевого результата, а также допустимых и необходимых для этого затрат ресурсов и времени.         Применительно к СЭ на основе БКАЭС существенны три характерных   процесса – этапа ее жизненного цикла:            1. Создание;        2. Эксплуатация;       3. Перемещение на другой объект или утилизация.     Собственно полезный эффект от СЭ – реализация целевых свойств (генерация электрической энергии или комбинированная выработка электроэнергии и тепла) происходит в процессе штатной эксплуатации. Первый и третий этапы являются обеспечивающими.         Процесс создания СЭ начинается при формировании ТЗ на проектирование и содержит такие частные подпроцессы, как: проектирование СЭ в целом и составляющих ее элементов, закупку и изготовление оборудования, транспортирование готовых модулей, монтаж на месте установки, пуско-наладку. При формировании ТЗ   целевой   процесс эксплуатации СЭ является прогнозным, поэтому оценка его эффективности неизбежно априорна и содержит элементы неопределенности. Главным источником неопределенности является влияние на эффективность функционирования проектируемой СЭ внешних факторов, к которым относятся: эксплуатационные режимы, качество технического обслуживания, кондиционность расходных материалов, подготовленность персонала, экстремальные внешние условия. Классическое (модельное) исследование эффективности в такой ситуации затруднено из-за отсутствия необходимых данных и дефицита времени на принятие решения. Тем не менее,  упомянутая оценка принципиально важна именно на данном этапе (до начала изготовления БКАЭС и обеспечивающих модулей), так как корректирующие действия при этом наиболее действенны. В такой ситуации проблема неопределенности разрешается путем   принятия допущения,  состоящего в том, что при применении СЭ все внешние факторы будут находиться в требуемых пределах. При этом фактически происходит замена оценки «классической» эффективности СЭ на оценку ее «потенциальной» эффективности (эффективности в идеальных условиях). В большей степени такая «подмена» правомерна для необслуживаемых элементов автоматики и электросилового оборудования (при внедрении соответствующих защит и блокировок), в меньшей – для электроагрегатов. Поэтому условия   эксплуатации электроагрегатов всегда оговариваются. Практическое значение сделанных выше замечаний и сформулированного допущения состоит, во-первых, в определении условий, на которых системные характеристики свойств СЭ и БКАЭС могут быть «допущены» в качестве    составляющих обобщенной оценки эффективности проектируемых процессов. Во-вторых, в возможности (хотя бы умозрительно - эвристически) составить список трех групп системных свойств (характеристик) элементов СЭ и БКАЭС   по направлениям их влияния: на целевой результат, затраты ресурсов и затраты времени. Формально строго доказать полноту и достаточность составленных таким образом списков существенных свойств и характеристик не представляется возможным. Тем не менее,  это позволяет, по крайней мере, конкретизировать вопросы экспертного опроса, при проведении которого происходит «фильтрация» свойств СЭ и БКАЭС по признаку существенности их влияния на эффективность характерных процессов.   Такая конкретика представляется важной, поскольку множество свойств теоретически неограниченно. Действительно,  списку из N свойств любого объекта с помощью суффикса «ость» всегда можно добавить N+1 свойство. То же самое касается и характеристик (показателей). Указанная же простая «методика деления на троих» позволяет декомпозировать   проблему определения перечня существенных характеристик СЭ на три более простые задачи.  I.  Характеристики результативности (назначения)    Важнейшей системной характеристикой СЭ является главная энергетическая схема. Схема разрабатывается в соответствии с требованиями ПУЭ под заданную мощность потребителей электроэнергии с учетом требуемой категории надежности электроснабжения, режима нейтрали, значений максимальной и минимальной нагрузок, необходимого алгоритма подключения потребителей,  требований к учету электроэнергии и мониторингу состояния элементов схемы. Свои особенности имеют схемы для аварийного, постоянного, резервного или временного электроснабжения потребителей.         Схемы учитывают главную  особенность систем постоянного электроснабжения - обеспечение режима рациональной нагрузки электроагрегатов.  Оптимальным является режим 80-90% нагрузки одиночного электроагрегата. При этом обеспечивается минимальное значение показателя удельного расхода топлива и максимальный технический ресурс приводных двигателей.        Поэтому типовым решением является обеспечение параллельной работы группы электроагрегатов. Такой режим позволяет осуществлять передачу мощности от одних агрегатов к другим при изменении нагрузки,  выключать «лишние» при ее снижении и наоборот – подключать резервные при увеличении. Достаточное количество агрегатов позволяет организовать плановое обслуживание с временным выключением из работы отдельных агрегатов и, при необходимости, организацию их восстановительного ремонта. Вместе с тем,  наличие избыточных агрегатов снижает коэффициент использования генерирующих мощностей, что ухудшает  эффективность СЭ в целом. Минимальное количество электроагрегатов  в классической системе – три. При меньшем количестве неизбежен режим снижения мощности СЭ при выводе любого агрегата из системы. Максимальное количество агрегатов определяется характером графиков суточной и сезонной нагрузок, а также доступной номенклатурой дизель-генераторов. Условие выбора предполагает исключение длительной работы электроагрегата с нагрузкой менее 30%. Для параллельной работы предпочтителен выбор электроагрегатов одного типа. В таком случае легче обеспечить качество переходных процессов, а также минимизировать номенклатуру запасных частей и расходных материалов. В крайнем случае (при особо неравномерном графике нагрузок) целесообразно выбирать электроагрегаты двух номиналов мощности, но снабженные двигателями одной серии, например 4000. В таком случае остается унифицированной, по крайней мере,  головка цилиндров и поршневая группа.  Частные показатели схемных решений системы постоянного электроснабжения: - категория надежности электроснабжения (вторая, первая, особая группа первой категории); - режим нейтрали; - схемные и конструктивные решения, позволяющие отключать элементы схемы без полной остановки электростанции (рубильники и выкатные автоматы) [«да», «нет»]; - полная мощность [кВт]; - количество электроагрегатов [шт.]; - степень автоматизации [II, III]; - количество отходящих фидеров [шт.]; - тип счетчиков электрической энергии; - технический ресурс электроагрегатов [тыс. час].  Обобщенные показатели результативности системы постоянного электроснабжения: - себестоимость генерируемой электроэнергии [руб./кВтч]; - коэффициент использования генерирующей мощности (отношение средней мощности к установленной) [ - ]. 
Михайлин Александр Борисович,
заместитель начальника проектно-конструкторского департамента,  
ООО «Президент-Нева «Энергетический центр»

Для журнала "Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса". Подробные схемы и таблицы приведены журнале.    В нормативно-технической литературе достаточно полно представлена номенклатура показателей качества, имеющих прямое отношение к данной предметной области. В частности, основной стандарт «Электроагрегаты и передвижные электростанции с двигателями внутреннего сгорания» предлагает перечень из 45 позиций. Вместе с тем, в состав только электросиловой части СЭ на основе БКАЭС помимо электроагрегатов входит коммутационная аппаратура, устройства распределения энергии, устройства управления и защиты. «Добавка» номенклатуры показателей относящихся к  этой аппаратуре составляет около двухсот показателей.






Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2019 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.