Черный старт
Черный старт — это процесс восстановления работы электростанции , части электрической сети или промышленного предприятия без использования внешней сети передачи электроэнергии для восстановления после полного или частичного отключения. [1]
Электроэнергия для перезапуска электростанции или электростанции может поступать от резервного генератора с аварийным запуском на объекте. Альтернативно, если требуется большое количество электроэнергии, для запуска установки можно использовать соединительную линию с другой электростанцией или с аварийным генератором. После запуска основных энергоблоков можно будет повторно подключить сеть электропередачи и восстановить электрические нагрузки.
Мощность черного запуска может быть обеспечена соглашением, согласно которому конкретному поставщику энергии платят за предоставление мощности черного запуска, когда это необходимо. Не все электростанции подходят для обеспечения сети электропитанием в режиме «черного пуска».
Мощность службы станции
[ редактировать ]Электростанциям требуется электроэнергия для работы систем, необходимых на станции. Например, для работы угольной электростанции требуются конвейеры, дробилки, воздушные компрессоры и вентиляторы воздуха для горения. Для установок парового цикла требуются большие насосы для циркуляции воды для паровых котлов и для охлаждения конденсатной воды. Гидроэлектростанциям требуется энергия для открытия водозаборных затворов и настройки гидравлических турбин для регулирования скорости. Даже ветряной электростанции может потребоваться относительно небольшое количество электроэнергии для таких задач, как регулировка угла наклона и направления лопастей.
Обычно электроэнергия, используемая на станции, обеспечивается собственными генераторами станции. Если все основные генераторы станции отключены, служебная мощность станции обеспечивается за счет отбора энергии из сети через линию электропередачи станции. на обширной территории Однако во время отключения электроэнергии электроэнергия за пределами объекта недоступна. При отсутствии электросети необходимо выполнить так называемый «черный старт» для запуска электросети в эксплуатацию.
Резервные источники питания
[ редактировать ]Чтобы обеспечить черный запуск, на некоторых электростанциях или заводах имеются небольшие дизель-генераторы , обычно называемые дизель-генераторами с черным пуском (BSDG), которые можно использовать для запуска более крупных генераторов (мощностью в несколько мегаватт ), которые, в свою очередь, могут быть используется для запуска главных генераторов электростанции. Генерирующие станции с паровыми турбинами требуют эксплуатационной мощности станции до 10% мощности для насосов питательной воды котлов , воздуходувок котлов с принудительной тягой, а также для подготовки топлива. Обеспечивать такую большую резервную мощность на каждой станции неэкономично, поэтому электроэнергия для полного запуска должна подаваться по выделенным соединительным линиям от другой станции.
Часто гидроэлектростанции назначаются в качестве источников аварийного пуска для восстановления межсетевых соединений. Гидроэлектростанции требуется очень небольшая начальная мощность для запуска (достаточно, чтобы открыть впускные заслонки и подать ток возбуждения на катушки возбуждения генератора) и она может очень быстро подключить к сети большой блок мощности, чтобы обеспечить запуск ископаемого топлива или атомные станции. Некоторые типы турбин внутреннего сгорания могут быть настроены на черный запуск, что дает еще один вариант в местах, где нет подходящих гидроэлектростанций. [2] В 2017 году коммунальное предприятие в Южной Калифорнии успешно продемонстрировало использование системы накопления энергии на основе литий-ионной батареи для обеспечения черного запуска, запуская газовую турбину комбинированного цикла из состояния холостого хода. [3]
Последовательность запуска
[ редактировать ]Один из методов черного старта (основанный на реальном сценарии) может заключаться в следующем:
- Аккумулятор установленный запускает небольшой дизель-генератор, на гидроэлектростанции.
- Мощность дизель-генератора используется для запуска электростанции.
- Ключевые линии электропередачи между станцией и другими районами находятся под напряжением.
- Энергия станции используется для запуска одной из базовых электростанций, работающих на ядерном/ископаемом топливе.
- Мощность электростанции базовой нагрузки используется для перезапуска всех остальных электростанций в системе.
- Наконец, электроэнергия снова подается в общую распределительную сеть и отправляется потребителям.
Часто это происходит постепенно; запуск всей сети одновременно может оказаться невозможным. В частности, после длительного отключения электроэнергии летом все здания будут теплыми, и если бы электроснабжение было восстановлено сразу, потребность только в кондиционерах была бы больше, чем могла бы обеспечить сеть. В холодном климате аналогичная проблема может возникнуть зимой при использовании отопительных приборов.
В более крупной сетке, помимо подхода «единого острова» («снизу вверх»), могут использоваться различные стратегии: [4] [5]
- несколько островов генерации (каждый из которых имеет локальное энергоснабжение, локальные зоны нагрузки), синхронизирующиеся и повторно подключающиеся для формирования полной сети. Задействованные электростанции должны быть способны выдерживать большие ступенчатые изменения нагрузки при повторном подключении к сети; [6]
- якорный («ядерный») остров (тоже снизу вверх); [7]
- «остров магистрали» (снизу вверх): магистраль восстанавливается первой, что позволяет получить помощь извне; [8]
- сверху вниз: позвоночник восстанавливается первым с помощью извне; [9]
- сочетание подходов «сверху вниз» и «снизу вверх». [10]
Существует несколько способов начать черный старт острова: плотины гидроэлектростанций, дизельные генераторы, газовые турбины открытого цикла, аккумуляторные хранилища масштаба сети, хранилища сжатого воздуха и так далее. В разных генерирующих сетях используются разные подходы, в зависимости от таких факторов, как стоимость, сложность, наличие местных ресурсов (например, подходящих долин для плотин), взаимосвязь с другими генерирующими сетями и время реагирования, необходимое для процесса черного запуска.
Закупка услуг по черновому запуску
[ редактировать ]
В Соединенном Королевстве оператор сети заключил коммерческие соглашения с некоторыми производителями на обеспечение мощности полного запуска, признавая, что объекты полного запуска часто неэкономичны при нормальной работе сети. [11] Для электростанций времен Центрального электроэнергетического управления типично иметь несколько газовых турбин открытого цикла (т.е. без прикрепленных модулей рекуперации тепла), которые могут обеспечивать работу всей электростанции, необходимой для работы полного энергоблока; Обычно они запускаются дизельными генераторами, питаемыми, в свою очередь, от резервных батарей. Когда эти газовые турбины наберут скорость, они смогут обеспечить работу всей электростанции, связанной с остальной частью электростанции, устраняя необходимость подачи энергии из других источников.
Северной Америки У независимых системных операторов закупка черного запуска несколько различается. Традиционно возможность черного запуска обеспечивалась интегрированными коммунальными предприятиями, а затраты включались в общий тариф для возмещения затрат налогоплательщиками. В тех регионах, которые не являются частью организованных рынков электроэнергии, это по-прежнему обычный механизм закупок. В дерегулированной среде это наследие предоставления услуг на основе затрат сохранилось, и даже недавние пересмотры практики закупок с черного старта, такие как практика ISO Новой Англии , не обязательно перешли к конкурентным закупкам, даже несмотря на то, что в дерегулированных юрисдикциях существует предпочтение рыночным решениям, а не решениям, основанным на стоимости обслуживания (COS).
В Соединенных Штатах в настоящее время существует три метода обеспечения черного старта. Наиболее распространенным является метод расчета стоимости обслуживания, поскольку он является самым простым и традиционным методом. В настоящее время он используется Независимым системным оператором Калифорнии (CAISO), PJM Interconnection. [12] и Независимый системный оператор Нью-Йорка [13] (НИСО). Конкретные механизмы несколько отличаются: используется тот же подход, а именно: единицы определяются для черного запуска, а их документально подтвержденные затраты затем финансируются и включаются в тариф для возмещения затрат.
Второй метод — это новый метод, используемый Независимым системным оператором Новой Англии. [14] (ИСО-НЕ). Новая методология представляет собой фиксированную ставку, которая увеличивает вознаграждение за «черный старт» для стимулирования предоставления услуг. Ежемесячная компенсация, выплачиваемая генератору, определяется путем умножения фиксированной ставки (в долларах США/киловатт-год и называемой значением Y) на ежемесячную заявленную мощность агрегата за этот месяц. Целью этого изменения было упрощение закупок и поощрение предоставления услуги «старт с нуля».
Последним методом закупок являются конкурсные закупки, используемые Советом по надежности электроснабжения Техаса. [15] (ЭРКОТ). При таком подходе ERCOT управляет рынком услуг аварийного запуска. Заинтересованные участники сообщают почасовую стоимость резервного питания в долларах США в час (например, 70 долларов США в час), часто называемую предложением доступности, которая не связана с мощностью устройства. Используя различные критерии, ERCOT оценивает эти предложения, и выбранные единицы оплачиваются как предложения, предполагая наличие 85%. Каждый блок с черным пуском должен быть в состоянии продемонстрировать, что он может запустить другой блок, находящийся в непосредственной близости, чтобы начать изолирование и синхронизацию сети.
В других юрисдикциях существуют другие методы закупок. Системный оператор Новой Зеландии [16] обеспечивает возможность черного запуска посредством конкурсного тендера. В других юрисдикциях также существуют своего рода конкурентные закупки, хотя, возможно, они не так структурированы, как в ERCOT. К ним относятся Оператор электрической системы Альберты , [17] а также Независимый оператор электросистемы Онтарио, [18] обе из них используют долгосрочный подход «запроса предложений», аналогичный Новой Зеландии и ERCOT.
Первый черный пуск в сети Германии был испытан в 2017 году на аккумуляторной электростанции WEMAG в Шверине в отключенной изолированной сети. Завод по производству аккумуляторов WEMAG доказал, что может восстановить энергосистему после серьезного сбоя или отключения электроэнергии. [19]
Ограничения на источники черного пуска
[ редактировать ]Не все электростанции подходят для возможности полного запуска. Ветровые турбины не всегда подходят для черного запуска, поскольку в случае необходимости ветер может отсутствовать. [20] Ветровые турбины, мини-ГЭС или микро-ГЭС часто подключаются к асинхронным генераторам , которые не способны обеспечить электроэнергию для возобновления работы сети. [21] В 2020 году Дерсаллок мощностью 69 МВт ветряная электростанция запустила часть сети Шотландии с использованием виртуальных синхронных машин . [22] [23] Блок черного пуска также должен быть устойчивым при работе с большой реактивной нагрузкой длинной линии электропередачи. Многие преобразовательные станции высокого напряжения постоянного тока (HVDC) также не могут работать в «мертвой» системе, поскольку им требуется коммутационная мощность. [ нужны разъяснения ] из системы на стороне нагрузки. ограничения . Схема преобразователя напряжения HVDC на основе широтно-импульсной модуляции (ШИМ) не имеет такого [24]
См. также
[ редактировать ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Найт, Энергетические системы UG в чрезвычайных ситуациях - от планирования на случай непредвиденных обстоятельств до антикризисного управления John Wiley & Sons, 2001 г. ISBN 978-0-471-49016-6 раздел 7.5 Ситуация «черного старта»
- ^ Филип П. Уолш, Пол Флетчер Производительность газовой турбины , John Wiley and Sons, 2004 г. ISBN 0-632-06434-X , стр. 486
- ^ «Возможность запуска батареи в Калифорнии с нуля была названа «крупным достижением в энергетической отрасли» » . 17 мая 2017 г.
- ^ Геворгян и др. 2021 , с. 3.
- ^ PJM 2018 , стр. 102–118.
- ^ PJM 2018 , стр. 103–106.
- ^ PJM 2018 , стр. 107–109.
- ^ PJM 2018 , стр. 110–112.
- ^ PJM 2018 , стр. 113–115.
- ^ PJM 2018 , стр. 116–118.
- ^ Введение в Black Start. Архивировано 21 мая 2006 г. в Wayback Machine (National Grid plc). Охватывает техническую и коммерческую информацию.
- ^ См. Тариф PJM: Приложение 6A Тарифа PJM, доступное в Интернете по адресу: http://www.pjm.com/documents/downloads/agreements/tariff.pdf. Архивировано 9 декабря 2008 г. на Wayback Machine иБизнес-правила Blackstart доступны в Интернете по адресу: http://www.ieso.ca/Documents/consult/se16/se16_DACP-SWG-20060216-pjm-blackstart.pdf. Архивировано 16 декабря 2014 г. на Wayback Machine.
- ^ См. Руководство NYISO по бухгалтерскому учету и выставлению счетов, 2006 г., доступное в Интернете по адресу: http://www.nyiso.com/public/webdocs/documents/manuals/administrative/acctbillmnl.pdf. Архивировано 17 февраля 2012 г. на Wayback Machine. Руководство NYISO по вспомогательным услугам, 2006 г., доступно по адресу: «НИСО (Документы – Руководства – Операции)» . Архивировано из оригинала 12 сентября 2008 г. Проверено 24 декабря 2008 г. Тариф NYISO (2006 г.) в Тарифной таблице 5, начиная со стр. 91, Пересмотренной таблице 311 и Тарифной таблице 6, начиная с Пересмотренной таблицы № 269, доступной в Интернете по адресу «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 12 октября 2008 г. Проверено 24 декабря 2008 г.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ) - ^ См. протокол ISO-NE «Заявление о приеме заказа» № ER03-291, Федеральная комиссия по регулированию энергетики, изданный 14 февраля 2003 г., доступен в Интернете по адресу http://www.iso-ne.com/committees/comm_wkgrps/trans_comm/tariff_comm. /mtrls/2006/may162006/index.html Тариф на передачу открытого доступа ISO-NE, 2006 г., стр. 311, доступно онлайн по адресу: «ISO Новая Англия – Тариф на передачу открытого доступа (OATT)» . Архивировано из оригинала 25 октября 2008 г. Проверено 24 декабря 2008 г. Меморандум рабочей группы ISO-NE A3 Black Start для Комитета по передаче NEPOOL, 9 мая 2006 г., доступен на сайте http://www.iso-ne.com/committees/comm_wkgrps/trans_comm/tariff_comm/mtrls/2006/may162006/index. HTML
- ^ См. раздел 6 протоколов ERCOT, 2006 г., доступный в Интернете по адресу: «ERCOT – Текущие протоколы» . Архивировано из оригинала 22 ноября 2008 г. Проверено 24 декабря 2008 г. Форма заявки ERCOT доступна онлайн по адресу: http://www.ercot.com/mktrules/protocols/current/22-%28A%29BlackStart-050105.doc.
- ^ Комиссия по электроэнергетике Новой Зеландии (01 ноября 2005 г.). «Правила управления электроэнергетикой, Приложение C5 — План закупок» (PDF) . стр. 180–182. Архивировано из оригинала (PDF) 7 октября 2006 г. Проверено 24 декабря 2008 г.
- ^ См. http://www.aeso.ca/files/Nov05_BlackstartPP_v1.pdf. Архивировано 18 марта 2009 г. на Wayback Machine.
- ^ См. «Вспомогательные услуги» . Архивировано из оригинала 28 декабря 2008 г. Проверено 24 декабря 2008 г.
- ^ Хейлз, Рой Л. (15 августа 2017 г.). «Первый черный старт в сети Германии» . ЧистаяТехника .
- ^ Фокс, Брендан и др; Интеграция ветроэнергетики - аспекты подключения и эксплуатации системы , Инженерно-технологический институт, 2007 г. ISBN 978-0-86341-449-7 стр. 245
- ^ Джордж Г. Каради, Кейт Э. Холберт, Преобразование и транспорт электрической энергии: интерактивный компьютерный подход , John Wiley & Sons, 2013, ISBN 1118498038 , стр. 9–57.
- ^ Рид, Скотт (3 ноября 2020 г.). «ScottishPower стала «первым в мире новатором» после резкого отключения электроэнергии на ветряной электростанции» . www.scotsman.com . Шотландец . Архивировано из оригинала 5 ноября 2020 года.
- ^ «Инновация» . энергии Шотландии Возобновляемые источники . 3 ноября 2020 г. Архивировано из оригинала 3 ноября 2020 г.
- ^ Бити, Х. Уэйн; Финк, Дональд Г. (редактор) Стандартный справочник для инженеров-электриков (15-е издание) , McGraw-Hill, 2007 г. ISBN 978-0-07-144146-9 стр. 15-22
Источники
[ редактировать ]- Геворгян В.; Шах, С.; Коралевич, П.; Валлен, Р.; Мендиола, Э. (30 марта 2021 г.). «Черный старт из РЭР» (PDF) . nrel.gov . Весенний технический семинар NREL ESIG 2021.
- ПЖМ (2018). «Передача ИТП: Восстановление системы» . pjm.com . Отдел обучения штатов и членов PJM.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- 2007: Айсемонгер, А.Г. «Жизнеспособность конкурентных закупок Blackstart: уроки RTO», журнал Electricity Journal, том 20, выпуск 8, октябрь 2007 г., страницы 60–67. doi : 10.1016/j.physletb.2003.10.071
- Брендан Кирби и Эрик Херст, Поддержание аварийного запуска системы на конкурентных рынках электроэнергии, Американская энергетическая конференция, Чикаго, Иллинойс, апрель 1999 г., доступно онлайн по адресу: Publications.
- Линдси Моррис, «Черный старт: готовность к любой ситуации», энергетика, том 115, выпуск 7, июль 2011 г., доступно онлайн по адресу: « Черный старт: готовность к любой ситуации».
- Ребекка Смит, Техасская энергосистема приблизилась к еще большей катастрофе из-за заморозков, The Wall Street Journal, 28 мая 2021 г., доступно онлайн по адресу: Техасская энергосистема приблизилась к еще большей катастрофе во время февральских заморозков