RU2626182C1 - System of generation of electric and thermal energy - Google Patents

System of generation of electric and thermal energy Download PDF

Info

Publication number
RU2626182C1
RU2626182C1 RU2016123899A RU2016123899A RU2626182C1 RU 2626182 C1 RU2626182 C1 RU 2626182C1 RU 2016123899 A RU2016123899 A RU 2016123899A RU 2016123899 A RU2016123899 A RU 2016123899A RU 2626182 C1 RU2626182 C1 RU 2626182C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
inverter
section
output
generator
turbine
Prior art date
Application number
RU2016123899A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Николаевич Абрамович
Юрий Анатольевич Сычев
Валентин Анатольевич Моренов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет"
Priority to RU2016123899A priority Critical patent/RU2626182C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2626182C1 publication Critical patent/RU2626182C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants

Landscapes

  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention is referred to systems intended for electric energy generation to supply oil- producing machinery and facilities using associated gas as an energy carrier in order to ensure auxiliaries of plants of mineral resources sector located far from the operating power supply systems connected to the united power grid. The electric and heat energy generation system is equipped with two isolated circuits, a steam generation system, a first and a second bus section with a sectional switch, a synchronisation unit, first and second passive filters, and also an active filter.
EFFECT: invention makes it possible to increase the efficiency of the power plant operation in parallel with the network by filtering the higher harmonic components of the current produced by the active filter and synchronising the phase current through the synchronizing device, and also using two isolated energy circulation circuits in the exhaust gas utilisation unit.
1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, тепло- и электроэнергетике, а именно к когенерационным системам получения электрической и тепловой энергии для энергоснабжения машин и комплексов объектов нефтегазодобычи с использованием попутного нефтяного газа в качестве энергоносителя и для обеспечения собственных нужд предприятий минерально-сырьевого комплекса, находящихся вдали от действующих систем централизованного электроснабжения без связи с единой энергосистемой.The invention relates to electrical engineering, heat and electricity, and in particular to cogeneration systems for generating electric and thermal energy for energy supply of machines and complexes of oil and gas production facilities using associated petroleum gas as an energy carrier and for providing own needs of enterprises of the mineral resource complex located far from existing centralized power supply systems without communication with a single power system.

Известна когенерационная газотурбинная энергетическая установка (патент RU №2528214, опубл. 27.05.2014), содержащая компрессоры низкого и высокого давления, камеру сгорания, газовую турбину высокого давления и газовую турбину низкого давления, имеющие между собой газовую связь, теплофикационное устройство и основной электрический генератор, подсоединенный к газовой турбине высокого давления и используемый в качестве полезной нагрузки. Выход компрессора низкого давления присоединен к входу компрессора высокого давления. Теплофикационное устройство установлено между газовыми турбинами, снабжено внутренним горячим каналом, в котором размещен движущийся теплоноситель, представляющий собой частично отработавшие в газовой турбине высокого давления продукты сгорания, а также холодным каналом с помещенным внутри него другим движущимся теплоносителем, отводящим получаемую в результате теплообмена между горячим и холодным каналами внутри теплофикационного устройства тепловую энергию для ее использования вне газотурбинной энергетической установки. В когенерационной газотурбинной энергетической установке дополнительно установлено теплообменное устройство, содержащее взаимодействующие между собой посредством теплообмена горячий и холодный каналы. Вход горячего канала теплообменного устройства подсоединен к выходу из газовой турбины высокого давления, а выход горячего канала теплообменного устройства присоединен к входу горячего канала теплофикационного устройства. В качестве движущегося теплоносителя горячего канала теплообменного устройства использованы частично отработавшие продукты сгорания, поступающие из газовой турбины высокого давления. Вход холодного канала теплообменного устройства подсоединен к выходу из компрессора высокого давления, а выход холодного канала теплообменного устройства присоединен к входу камеры сгорания. В качестве движущегося теплоносителя холодного канала теплообменного устройства использована содержащая окислитель газообразная смесь, поступающая из компрессора высокого давления. Теплофикационное устройство выполнено с регулируемым теплосъемом. К газовой турбине низкого давления подсоединен дополнительный электрический генератор, используемый в качестве полезной нагрузки. Изобретение направлено на обеспечение регулирования режима когенерации, то есть количества вырабатываемой тепловой и электрической энергии, и на повышение коэффициента полезного действия.Known cogeneration gas turbine power plant (patent RU No. 2528214, publ. 05.27.2014), containing low and high pressure compressors, a combustion chamber, a high pressure gas turbine and a low pressure gas turbine having a gas connection, a heating device and a main electric generator connected to a high pressure gas turbine and used as a payload. The output of the low pressure compressor is connected to the input of the high pressure compressor. The heating device is installed between gas turbines, equipped with an internal hot channel in which a moving heat carrier is located, which is combustion products partially spent on a high-pressure gas turbine, as well as a cold channel with another moving heat carrier inside, which removes the heat exchange between the hot and cold channels inside the heating device thermal energy for its use outside the gas turbine power plant. In the cogeneration gas turbine power plant, a heat exchange device is additionally installed, containing hot and cold channels interacting with each other through heat exchange. The inlet of the hot channel of the heat exchanger is connected to the outlet of the high pressure gas turbine, and the outlet of the hot channel of the heat exchanger is connected to the inlet of the hot channel of the heating device. Partially exhausted combustion products from a high-pressure gas turbine are used as a moving heat carrier of the hot channel of the heat exchanger. The input of the cold channel of the heat exchanger is connected to the outlet of the high pressure compressor, and the output of the cold channel of the heat exchanger is connected to the input of the combustion chamber. As a moving coolant of a cold channel of a heat exchanger, a gaseous mixture containing an oxidizing agent coming from a high-pressure compressor was used. The heating device is made with adjustable heat removal. An additional electric generator connected as a payload is connected to the low pressure gas turbine. The invention is aimed at providing regulation of the cogeneration mode, that is, the amount of generated thermal and electrical energy, and at increasing the efficiency.

Недостатком установки является увеличение ее массогабаритных показателей ввиду необходимости использования компрессоров и турбин высокого и низкого давлений и связанных с ними каналов циркуляции горячего и холодного теплоносителей, а также системы автоматизированного распределения выходных параметров установки.The disadvantage of the installation is the increase in its overall dimensions due to the need to use compressors and turbines of high and low pressure and the associated channels for the circulation of hot and cold coolants, as well as an automated distribution system for the output parameters of the installation.

Известна электроэнергетическая установка (патент RU №2363090, опубл. 27.07.2009), снабженная пусковым источником электроэнергии и содержащая двигатель внутреннего сгорания, механически соединенный с электрической машиной с ротором, например, на постоянных магнитах, которая при пуске установки работает как двигатель, а в рабочем режиме - как генератор. Обмотки статора электрической машины через трехфазный мостовой выпрямитель соединены с шинами постоянного тока трехфазного мостового инвертора на полупроводниковых ключах, соединенных с системой управления, реализующей режимы «генерирование» и «пуск». Установка снабжена контакторами, в каждой фазе имеющими по одной входной и двум выходным клеммам. Входные клеммы соединены с силовыми выходами инвертора, а одна из выходных клемм каждой фазы соединена с обмотками статора электрической машины. Другая выходная клемма соединена непосредственно или через блок фильтров с нагрузкой, так что в режиме «пуск» инвертор соединяется с обмотками статора электрической машины, а в режиме «генерирование» - с нагрузками.Known electric power installation (patent RU No. 2363090, publ. 07.27.2009), equipped with a starting source of electricity and containing an internal combustion engine, mechanically connected to an electric machine with a rotor, for example, with permanent magnets, which when starting the installation works as an engine, and in working mode - like a generator. The stator windings of an electric machine through a three-phase bridge rectifier are connected to DC buses of a three-phase bridge inverter on semiconductor switches connected to a control system that implements the "generation" and "start" modes. The unit is equipped with contactors, in each phase having one input and two output terminals. The input terminals are connected to the power outputs of the inverter, and one of the output terminals of each phase is connected to the stator windings of the electric machine. The other output terminal is connected directly or through the filter unit to the load, so that in the "start" mode the inverter is connected to the stator windings of the electric machine, and in the "generation" mode it is connected to the loads.

Недостатком является неполное использование дополнительного источника электроэнергии, необходимого для пуска электрической машины, а также применение дополнительного фильтра, что приводит к увеличению габаритов установки, снижению надежности работы системы электроснабжения.The disadvantage is the incomplete use of an additional source of electricity needed to start the electric machine, as well as the use of an additional filter, which leads to an increase in the dimensions of the installation, and a decrease in the reliability of the power supply system.

Известна система генерирования электроэнергии (патент RU №2480602, опубл. 27.04.2013), содержащая двигатель, в котором окислителем служит воздух, механически соединенный с подвижным валом. Двигатель предназначен для получения смеси воздуха и топлива и сжигания смеси так, что смесь расширяется и создает механическую энергию, которая используется для приведения в движение вала. Содержит топливную систему, соединенную с двигателем и предназначенную для подачи топлива в двигатель, при этом топливная система обеспечивает изменение расхода топлива на двигателе в ответ на сигнал регулирования подачи топлива. Система дополнительно содержит теплообменник, предназначенный для приема сжатого воздуха от компрессорного устройства и выхлопных газов от силового устройства и осуществления теплообмена от выхлопных газов к сжатому воздуху, чтобы обеспечить предварительный подогрев сжатого воздуха перед сгоранием в силовом устройстве. Теплообменник также содержит датчик, предназначенный для измерения переменной, указывающей температуру выхлопных газов, входящих в теплообменник, при этом контроллер соединен с указанным датчиком, связанным с теплообменником, и предназначен для регулирования расхода воздуха на двигателе, чтобы поддерживать температуру выхлопных газов, входящих в теплообменник, ниже заданной максимальной температуры.A known system for generating electricity (patent RU No. 2480602, publ. 04/27/2013), containing a motor in which the oxidizing agent is air, mechanically connected to a movable shaft. The engine is designed to produce a mixture of air and fuel and burn the mixture so that the mixture expands and creates mechanical energy, which is used to propel the shaft. It contains a fuel system connected to the engine and designed to supply fuel to the engine, while the fuel system provides a change in fuel consumption on the engine in response to a fuel supply control signal. The system further comprises a heat exchanger for receiving compressed air from the compressor device and exhaust gases from the power device and for exchanging heat from exhaust gases to compressed air to provide preheating of the compressed air before combustion in the power device. The heat exchanger also includes a sensor for measuring a variable indicating the temperature of the exhaust gases entering the heat exchanger, wherein the controller is connected to the sensor associated with the heat exchanger and is used to control the air flow in the engine to maintain the temperature of the exhaust gases entering the heat exchanger, below the set maximum temperature.

Недостатками являются низкая надежность блока двойного преобразования энергии, что приводит к ухудшению работы устройств защиты и автоматики, а также неполное использование высокотемпературного потенциала выхлопных газов на выходе рекуператорной системы.The disadvantages are the low reliability of the double energy conversion unit, which leads to a deterioration in the operation of protection and automation devices, as well as the incomplete use of the high-temperature potential of the exhaust gases at the outlet of the recuperator system.

Известна многокаскадная турбогенераторная система (патент RU №2361102, опубл. 10.07.2009), принятый за прототип. Изобретение относится к энергетике. Предложена система для выработки электрической энергии с приводом от многоконтурного газотурбинного двигателя, включающего в себя, по меньшей мере, первый и второй каскады. Первый каскад содержит турбину и компрессор, установленные на первом валу, второй каскад имеет, по меньшей мере, турбину, которая установлена на втором валу и механически не связана с первым валом. С одним из каскадов связан основной генератор, и с одним из каскадов также связан вспомогательный генератор-двигатель. Для управления работой двигателя применяется управление частотой вращения каждого из генераторов. Вспомогательный генератор-двигатель может работать либо в режиме генерирования, отбирая энергию из своего каскада, либо в режиме двигателя, сообщая энергию своему каскаду. Изобретение позволяет оптимизировать коэффициент полезного действия двигателя путем управления расходом воздуха через двигатель таким образом, что обеспечивается управление соотношением компонентов топливовоздушной смеси, позволяющее поддерживать высокую пиковую температуру, сообщаемую рабочей текучей среде в двигателе.Known multi-stage turbogenerator system (patent RU No. 2361102, publ. 07/10/2009), adopted as a prototype. The invention relates to energy. A system is proposed for generating electric energy driven by a multi-circuit gas turbine engine, which includes at least the first and second stages. The first stage contains a turbine and a compressor mounted on the first shaft, the second stage has at least a turbine that is mounted on the second shaft and is not mechanically connected to the first shaft. A main generator is connected to one of the cascades, and an auxiliary generator-motor is also connected to one of the cascades. To control the operation of the engine, the speed control of each of the generators is used. The auxiliary generator-engine can operate either in the generation mode, taking energy from its cascade, or in the engine mode, transmitting energy to its cascade. The invention allows to optimize the efficiency of the engine by controlling the air flow through the engine in such a way that the ratio of the components of the air-fuel mixture is controlled to maintain the high peak temperature communicated by the working fluid in the engine.

Недостатками являются недостаточная синхронизация работы системы параллельно с сетью в виду отсутствия фильтрокомпенсирующих устройств в установке, а также неэффективное использование температурного потенциала первичного энергоносителя в теплообменном контуре.The disadvantages are the lack of synchronization of the system’s operation in parallel with the network due to the lack of filter-compensating devices in the installation, as well as the inefficient use of the temperature potential of the primary energy carrier in the heat exchange circuit.

Техническим результатом является повышение эффективности функционирования энергетической установки параллельно с сетью за счет компенсации высших гармонических составляющих вырабатываемого напряжения посредством использования пассивных и активного фильтров и синхронизацией тока по фазе через синхронизирующее устройство, а также использования в блоке утилизации выхлопных газов двух изолированных контуров циркуляции энергоносителя.The technical result is to increase the efficiency of the power plant in parallel with the network by compensating for the higher harmonic components of the generated voltage by using passive and active filters and phase-locked current through a synchronization device, as well as using two isolated energy carrier circuits in the exhaust gas recovery unit.

Технический результат достигается тем, что система генерирования электрической и тепловой энергии, содержащая компрессор, камеру сгорания и турбину газотурбинной установки, установленных на первом валу, теплообменник, сообщающийся с компрессором газотурбинной установки, первый генератор, соединенный с блоком силовой электроники, включающим инвертор и накопительный конденсатор, датчик температуры воздуха, соединенный с контроллером, вторую турбину, механически не связанную с первым валом, установленный на втором валу второй генератор, соединенный с блоком силовой электроники, датчик температуры выхлопных газов, соединенный с контроллером, дополнительно снабжена системой парогенерирования, соединенной с теплообменником для отвода части высокотемпературного потенциала первичного энергоносителя, и второй турбиной, использующей остаточный потенциал первичного энергоносителя, первой и второй секцией шин с секционным выключателем, блоком синхронизации, первым и вторым пассивными фильтрами, и также активным фильтром, при этом блок силовой электроники оснащен вторым инвертором и вторым накопительным конденсатором, а выпрямители в составе блока силовой электроники выполнены активными, причем выход первого активного выпрямителя соединен через первый конденсатор с входом первого инвертора, выход второго активного выпрямителя соединен через второй конденсатор с входом второго инвертора, также выход первого инвертора через первый пассивный фильтр соединен с первой секцией шин, выход второго инвертора через второй пассивный фильтр соединен со второй секцией шин, между первой и второй секциями шин установлен секционный выключатель, а между первой секцией шин и секционным выключателем подключен блок синхронизации.The technical result is achieved by the fact that the system for generating electric and thermal energy, comprising a compressor, a combustion chamber and a turbine of a gas turbine installation installed on the first shaft, a heat exchanger in communication with the compressor of the gas turbine installation, a first generator connected to a power electronics unit including an inverter and a storage capacitor , an air temperature sensor connected to the controller, a second turbine not mechanically connected to the first shaft, mounted on the second shaft of the second generator p connected to the power electronics unit, the temperature sensor of the exhaust gases connected to the controller is additionally equipped with a steam generation system connected to a heat exchanger to remove part of the high-temperature potential of the primary energy carrier, and a second turbine using the residual potential of the primary energy carrier, the first and second section of tires with sectional switch, synchronization unit, first and second passive filters, and also an active filter, while the power electronics unit is equipped with a second the inverter and the second storage capacitor, and the rectifiers in the power electronics block are made active, and the output of the first active rectifier is connected through the first capacitor to the input of the first inverter, the output of the second active rectifier is connected through the second capacitor to the input of the second inverter, and the output of the first inverter through the first passive the filter is connected to the first bus section, the output of the second inverter through the second passive filter is connected to the second bus section, between the first and second bus sections anovlen section switch, and between the first section and the tire section switch connected sync block.

Система генерирования энергии поясняется следующей фигурой:The energy generation system is illustrated by the following figure:

фиг. 1 - схема устройства, где:FIG. 1 is a diagram of a device where:

1 - компрессор газотурбинной установки;1 - compressor of a gas turbine installation;

2 - подвижный вал;2 - movable shaft;

3 - турбина газотурбинной установки;3 - turbine of a gas turbine installation;

4 - камера сгорания;4 - combustion chamber;

5 - клапан дозирования топлива;5 - fuel metering valve;

6 - газотурбинная установка;6 - gas turbine installation;

7 - первый генератор электрической энергии;7 - the first generator of electrical energy;

8 - система парогенерирования;8 - steam generation system;

9 - паропровод паротурбинной установки;9 - steam pipe steam turbine installation;

10 - паровая турбина;10 - steam turbine;

11 - паротурбинная установка;11 - steam turbine installation;

12 - вал;12 - shaft;

13 - второй генератор электрической энергии;13 - the second generator of electrical energy;

14 - датчик температуры потоков воздуха;14 - air flow temperature sensor;

15 - датчик температуры выхлопных газов;15 - exhaust gas temperature sensor;

16 - теплообменник;16 - heat exchanger;

17 - активный выпрямитель первого генератора;17 - active rectifier of the first generator;

18 - активный выпрямитель второго генератора;18 - active rectifier of the second generator;

19 - накопительный конденсатор первого генератора;19 - storage capacitor of the first generator;

20 - накопительный конденсатор второго генератора;20 - storage capacitor of the second generator;

21 - автономный инвертор первого генератора;21 - autonomous inverter of the first generator;

22 - автономный инвертор второго генератора;22 - autonomous inverter of the second generator;

23 - блок силовой электроники;23 - power electronics unit;

24 - пассивный фильтр первого генератора;24 - passive filter of the first generator;

25 - пассивный фильтр второго генератора;25 - passive filter of the second generator;

26 - секционный выключатель26 - section switch

27 - блок синхронизации;27 - block synchronization;

28 - датчик нагрузки;28 - load sensor;

29 - активный фильтр;29 - active filter;

30 - контроллер системы управления;30 - control system controller;

31 - первая секция шин;31 - the first section of tires;

32 - вторая секция шин;32 - the second section of tires;

33 - первый выходной контур;33 - the first output circuit;

34 - второй выходной контур.34 - second output circuit.

Система генерирования энергии состоит из 1 компрессора газотурбинной установки, 3 турбины газотурбинной установки, механически соединенной подвижным валом 2 с первым генератором электрической энергии 7, 5 - клапана дозирования топлива, соединенного с камерой сгорания 4. Система также содержит датчики температуры потоков воздуха и выхлопных газов 14 и 15, соответственно, теплообменник 16, соединенный с газотурбинной установкой 6 через первый выходной контур 33, систему парогенерирования 8, связанную с теплообменником 16 через второй выходной контур 34. Система парогенерирования 8 сообщается паропроводами 9, с паровой турбиной 10 с паротурбинной установкой 11, соединенной валом 12 со вторым генератором электрической энергии 13. Блок силовой электроники 23 выполнен в виде активных выпрямителей первого и второго генераторов 17 и 18, соединенных с генераторами 7 и 13, накопительных конденсаторов первого и второго генераторов 19 и 20, автономных инверторов первого и второго генераторов 21 и 22. Активные выпрямители 17 и 18, построенные на полностью управляемых транзисторах, соединены через накопительные конденсаторы 19 и 20 с автономными инверторами 21 и 22. Автономные инверторы 21 и 22 также выполнены на полностью управляемых транзисторах и через пассивные фильтры первого и второго генераторов 24 и 25 подключены к первой 31 и второй 32 секции шин, соединенных секционным выключателем 26. Блок синхронизации 27 включен параллельно секциям шин и используется для синхронизации вырабатываемого генераторами напряжения по фазе до подключения нагрузки (не показана). К выходу блока синхронизации также подключен активный фильтр 29. Сигналы датчиков температуры 14 и 15, датчика нагрузки 28, блока силовой электроники 23, клапана дозирования топлива 5, теплообменника 16 направляются в контроллер системы управления 30, который контролирует работу узлов системы.The energy generation system consists of 1 compressor of a gas turbine installation, 3 turbines of a gas turbine installation mechanically connected by a movable shaft 2 with a first electric energy generator 7, 5 — a fuel metering valve connected to the combustion chamber 4. The system also contains temperature sensors for air and exhaust gases 14 and 15, respectively, a heat exchanger 16 connected to the gas turbine unit 6 through the first output circuit 33, a steam generation system 8 connected to the heat exchanger 16 through the second output tour 34. The steam generation system 8 is connected by steam pipelines 9, with a steam turbine 10 with a steam turbine installation 11 connected by a shaft 12 to a second electric energy generator 13. The power electronics block 23 is made in the form of active rectifiers of the first and second generators 17 and 18 connected to the generators 7 and 13, storage capacitors of the first and second generators 19 and 20, autonomous inverters of the first and second generators 21 and 22. Active rectifiers 17 and 18, built on fully controllable transistors, are connected through the accumulator capacitors 19 and 20 with autonomous inverters 21 and 22. Autonomous inverters 21 and 22 are also made on fully controllable transistors and are connected to the first 31 and second 32 bus sections through passive filters of the first and second generators 24 and 25, connected by a section switch 26. Block synchronization 27 is connected in parallel to the bus sections and is used to synchronize the phase voltage generated by the generators before connecting the load (not shown). An active filter 29 is also connected to the output of the synchronization unit. The signals of the temperature sensors 14 and 15, the load sensor 28, the power electronics unit 23, the fuel metering valve 5, the heat exchanger 16 are sent to the controller of the control system 30, which controls the operation of the system nodes.

Датчики температуры 14 и 15, связанные с камерой сгорания 4 и теплообменником 16, предназначены для измерения переменной, указывающей температуру воздуха перед его подачей в камеру сгорания и температуру выхлопных газов перед их подачей в теплообменник, при этом контроллер системы управления 30 соединен с клапаном дозирования топлива 5 и осуществляет регулирование расхода топлива на газотурбинную установку 6, чтобы поддерживать величину температуры в зоне допустимых значений.Temperature sensors 14 and 15 associated with the combustion chamber 4 and the heat exchanger 16 are designed to measure a variable indicating the temperature of the air before it is supplied to the combustion chamber and the temperature of the exhaust gases before they are fed to the heat exchanger, while the controller of the control system 30 is connected to the fuel metering valve 5 and regulates the fuel consumption of the gas turbine unit 6 in order to maintain the temperature in the range of permissible values.

Система работает следующим образом. Компрессор газотурбинной установки 1 засасывает воздух из окружающей среды, сжимает его и направляет через первый выходной контур 33, теплообменник 16 и датчик температуры воздуха 14 в камеру сгорания 4. Топливо через клапан дозирования топлива 5 подается в камеру сгорания 4, где оно смешивается с нагретым воздухом и сжигается. Топливовоздушная смесь вводится в турбину газотурбинной установки 3, где она расширяется и создает механическую энергию, которая приводит в движение вал 2, вращающий компрессор газотурбинной установки 1 и первый генератор электрической энергии 7. Выхлопные газы газотурбинной установки 6 проходят по трубопроводу через теплообменник 16, снабженный датчиком измерения температуры 15, для передачи тепла сжатому воздуху, выходящему из компрессора 1. Часть выхлопных газов утилизируется в первом замкнутом контуре для передачи тепла циркулирующему теплоносителю, который используется для обогрева технологических объектов. Оставшаяся часть выхлопных газов направляется в систему парогенерирования 8 через второй выходной замкнутый контур 34 паротурбинной установки 11, где их тепловой потенциал передается промежуточному теплоносителю, в роли которого выступает низкокипящая среда, и образуется пар. Сгенерированный пар поступает по паропроводу 9 на паровую турбину 10, вращающую посредством вала 12 второй генератор электрической энергии 13. Воздействие паровой турбины 10 заставляет генератор 13 вырабатывать переменный электрический ток.The system operates as follows. The compressor of the gas turbine unit 1 draws in air from the environment, compresses it and directs it through the first output circuit 33, the heat exchanger 16 and the air temperature sensor 14 into the combustion chamber 4. Fuel is supplied through the fuel metering valve 5 to the combustion chamber 4, where it is mixed with heated air and burned. The air-fuel mixture is introduced into the turbine of the gas turbine unit 3, where it expands and creates mechanical energy that drives the shaft 2, the rotary compressor of the gas turbine unit 1 and the first electric energy generator 7. The exhaust gases of the gas turbine unit 6 pass through a pipeline through a heat exchanger 16 equipped with a sensor temperature measurement 15, to transfer heat to the compressed air leaving the compressor 1. Part of the exhaust gas is disposed of in a first closed loop for transferring heat to the circulating in the heat carrier, which is used to heat technological objects. The remainder of the exhaust gases is sent to the steam generation system 8 through the second closed loop output 34 of the steam turbine unit 11, where their thermal potential is transferred to the intermediate coolant, which acts as a low-boiling medium, and steam is formed. The generated steam flows through a steam line 9 to a steam turbine 10, rotating by means of a shaft 12 a second electric energy generator 13. The action of the steam turbine 10 causes the generator 13 to generate alternating electric current.

Генератор 7 под воздействием турбины газотурбинной установки 3 также вырабатывает переменный электрический ток. Переменный электрический ток от генераторов 7 и 13 преобразуется блоком силовой электроникой 23 для получения переменного выходного тока и напряжения с заранее определенной фиксированной частотой перед синхронизацией и подачей на нагрузку. Переменный электрический ток от генераторов 7 и 13 преобразуется в постоянный с помощью активных выпрямителей 17 и 18 соответственно, подавление пульсаций напряжений осуществляют накопительными конденсаторами 19 и 20, преобразование постоянного тока в переменный осуществляют автономными инверторами 21 и 22, высшие гармонические составляющие которого сперва компенсируются при помощи пассивных фильтров 24 и 25, далее напряжение по фазе синхронизируется в блоке синхронизации 27, затем происходит окончательная фильтрация остаточных высших гармонических составляющих с помощью активного фильтра 29, после чего напряжение подается на нагрузку. Секционный выключатель 26 служит для изолирования секций 31 и 32 друг от друга в случае использования только одного генератора и утилизации всего температурного потенциала выхлопных газов в первом контуре блока утилизации. Датчик нагрузки 28 передает параметры нагрузки на контроллер системы управления 30.The generator 7, under the influence of a turbine of a gas turbine installation 3, also generates an alternating electric current. The alternating electric current from the generators 7 and 13 is converted by the power electronics unit 23 to obtain an alternating output current and voltage with a predetermined fixed frequency before synchronization and applying to the load. The alternating electric current from the generators 7 and 13 is converted to direct using active rectifiers 17 and 18, respectively, the suppression of voltage ripples is carried out by storage capacitors 19 and 20, the conversion of direct current to alternating current is carried out by autonomous inverters 21 and 22, the higher harmonic components of which are first compensated by passive filters 24 and 25, then the phase voltage is synchronized in the synchronization unit 27, then the final filtering of the residual higher harmonics ble components via the active filter 29, whereupon the voltage supplied to the load. The sectional switch 26 serves to isolate the sections 31 and 32 from each other in the case of using only one generator and utilization of the entire temperature potential of the exhaust gases in the primary circuit of the disposal unit. The load sensor 28 transmits the load parameters to the controller of the control system 30.

В результате генераторы 7 и 13 работают параллельно, обеспечивая электроэнергией нагрузку (не показана).As a result, generators 7 and 13 operate in parallel, providing a load (not shown) with electricity.

Использование системы генерирования энергии позволяет снизить высшие гармонические составляющие тока и напряжения, а также обеспечить эффективное преобразование первичного энергоносителя в электрическую и тепловую энергию, для бесперебойного энергоснабжения отдаленных районов нефтедобычи, предприятий минерально-сырьевого комплекса.The use of the energy generation system allows to reduce the higher harmonic components of current and voltage, as well as to ensure the effective conversion of the primary energy source into electrical and thermal energy, for uninterrupted power supply to remote oil production areas, enterprises of the mineral resource complex.

Claims (1)

Система генерирования электрической и тепловой энергии, содержащая компрессор, камеру сгорания и турбину газотурбинной установки, установленных на первом валу, теплообменник, сообщающийся с компрессором газотурбинной установки, первый генератор, соединенный с блоком силовой электроники, включающим инвертор и накопительный конденсатор, датчик температуры воздуха, соединенный с контроллером, вторую турбину, механически не связанную с первым валом, установленный на втором валу второй генератор, соединенный с блоком силовой электроники, датчик температуры выхлопных газов, соединенный с контроллером, отличающаяся тем, что система дополнительно снабжена системой парогенерирования, соединенной с теплообменником для отвода части высокотемпературного потенциала первичного энергоносителя, и второй турбиной, использующей остаточный потенциал первичного энергоносителя, первой и второй секцией шин с секционным выключателем, блоком синхронизации, первым и вторым пассивными фильтрами, и также активным фильтром, при этом блок силовой электроники оснащен вторым инвертором и вторым накопительным конденсатором, а выпрямители в составе блока силовой электроники выполнены активными, причем выход первого активного выпрямителя соединен через первый конденсатор с входом первого инвертора, выход второго активного выпрямителя соединен через второй конденсатор с входом второго инвертора, также выход первого инвертора через первый пассивный фильтр соединен с первой секцией шин, выход второго инвертора через второй пассивный фильтр соединен со второй секцией шин, между первой и второй секциями шин установлен секционный выключатель, а между первой секцией шин и секционным выключателем подключен блок синхронизации.An electric and thermal energy generation system comprising a compressor, a combustion chamber and a turbine of a gas turbine installation mounted on a first shaft, a heat exchanger in communication with a compressor of a gas turbine installation, a first generator connected to a power electronics unit including an inverter and a storage capacitor, an air temperature sensor connected with a controller, a second turbine not mechanically connected to the first shaft, a second generator mounted on the second shaft, connected to the power electronics unit an exhaust gas temperature sensor connected to a controller, characterized in that the system is further provided with a steam generation system connected to a heat exchanger for removing part of the high-temperature potential of the primary energy carrier, and a second turbine using the residual potential of the primary energy carrier, the first and second tire section with a section switch, synchronization unit, the first and second passive filters, and also an active filter, while the power electronics unit is equipped with a second inverter and the second storage capacitor, and the rectifiers in the power electronics block are made active, with the output of the first active rectifier connected through the first capacitor to the input of the first inverter, the output of the second active rectifier connected through the second capacitor to the input of the second inverter, and the output of the first inverter through the first passive filter connected with the first bus section, the output of the second inverter through the second passive filter is connected to the second bus section, a section is installed between the first and second bus sections onny switch, and between the first section and the tire section switch connected sync block.
RU2016123899A 2016-06-15 2016-06-15 System of generation of electric and thermal energy RU2626182C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016123899A RU2626182C1 (en) 2016-06-15 2016-06-15 System of generation of electric and thermal energy

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016123899A RU2626182C1 (en) 2016-06-15 2016-06-15 System of generation of electric and thermal energy

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2626182C1 true RU2626182C1 (en) 2017-07-24

Family

ID=59495809

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016123899A RU2626182C1 (en) 2016-06-15 2016-06-15 System of generation of electric and thermal energy

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2626182C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5332959A (en) * 1992-01-29 1994-07-26 Asea Brown Boveri Ab Control of constant speed and constant maximum temperature of a gas turbine
US6169332B1 (en) * 1997-12-20 2001-01-02 Alliedsignal, Inc. Constant turbine inlet temperature control of a turbine power generating system
RU2361102C2 (en) * 2003-09-12 2009-07-10 Мес Интернешнл, Инк. Multi-cascade turbogenerator system and method for its control
RU2363090C1 (en) * 2008-01-21 2009-07-27 Николай Николаевич Лаптев Electric generating plant
RU2528214C2 (en) * 2012-11-23 2014-09-10 Автономная некоммерческая организация "Инжиниринговый центр энергетического машиностроения" Gas turbine co-generation power plant

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5332959A (en) * 1992-01-29 1994-07-26 Asea Brown Boveri Ab Control of constant speed and constant maximum temperature of a gas turbine
US6169332B1 (en) * 1997-12-20 2001-01-02 Alliedsignal, Inc. Constant turbine inlet temperature control of a turbine power generating system
RU2361102C2 (en) * 2003-09-12 2009-07-10 Мес Интернешнл, Инк. Multi-cascade turbogenerator system and method for its control
RU2363090C1 (en) * 2008-01-21 2009-07-27 Николай Николаевич Лаптев Electric generating plant
RU2528214C2 (en) * 2012-11-23 2014-09-10 Автономная некоммерческая организация "Инжиниринговый центр энергетического машиностроения" Gas turbine co-generation power plant

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RU 2528214 С2, 10.09.20014. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1881177B1 (en) Modular power generating system
US9614461B2 (en) Bidirectional high frequency variable speed drive for CHP (combined heating and power) and flywheel applications
RU2195763C2 (en) Turbine-generator unit
US8143732B2 (en) Stationary genset power system having turbo-compounding
Guda et al. A simulink-based microturbine model for distributed generation studies
RU2704386C2 (en) Multi-stage gas turbine device
CN104467023A (en) Control method of gas turbine power generation device used for energy storage of natural gas power station super capacitor and gas turbine power generation device
WO2019200975A1 (en) Heavy-duty gas turbine having variable-speed synchronous motor driven compressor
US20140013749A1 (en) Waste-heat recovery system
RU2626182C1 (en) System of generation of electric and thermal energy
CN215213696U (en) Start integral type gas turbine power generation system
RU2567112C2 (en) Electric energy generation system
US20180066547A1 (en) System and method for generation of electricity from any heat sources
RU2671821C1 (en) Device of electrical supply of own needs of power station generating set
US20130121844A1 (en) Variable Speed High Efficiency Gas Compressor System
Srikanth et al. Matlab/simulink based dynamic modeling of microturbine generator for grid and islanding modes of operation
Igbinovia et al. Josef T systems
RU2528214C2 (en) Gas turbine co-generation power plant
RU2419957C1 (en) Electric power plant
RU2480602C1 (en) Power generation system
Kozyaruk et al. An energy-efficient autonomous energy supply system based on an external combustion engine
CN108487946A (en) A kind of radial turbines high-speed power generation unit
RU2737468C1 (en) Device for monitoring and controlling electromechanical and electrical engineering systems of gas turbine plant for production of nitric acid
Torres et al. Dynamic performance of a microturbine connected to a low voltage network
RU139584U1 (en) COMPRESSOR STATION FOR TRANSPORTING NATURAL GAS

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200616