Черный старт - Black start

Чтобы узнать о видах птиц, см. Blackstart.
Горизонты города в сумерках, освещено лишь несколько окон офисных зданий
Торонто во время Северо-восточное затемнение 2003 г., что потребовало пуска электростанций с нуля.

А черный старт идет процесс восстановления электрического электростанция или часть электрическая сеть к эксплуатации, не полагаясь на внешние сеть передачи электроэнергии для восстановления после полного или частичного отключения.[1]

Обычно электроэнергия, используемая на станции, вырабатывается собственными генераторами станции. Если все основные генераторы станции отключены, электроэнергия для обслуживания станции обеспечивается за счет потребления энергии из сети через линию электропередачи станции. Однако во время перебоев в работе сети внешнее электроснабжение недоступно. При отсутствии электросети необходимо выполнить так называемый черный старт, чтобы бутстрап электросеть в эксплуатацию.

Для обеспечения плавного старта на некоторых электростанциях есть небольшие дизельные генераторы, обычно называемый черный запуск дизельного генератора (BSDG), который можно использовать для запуска более крупных генераторов (из нескольких мегаватты мощность), которые, в свою очередь, могут быть использованы для запуска генераторов главной электростанции. Генерирующим станциям, использующим паровые турбины, требуется мощность станции до 10% от их мощности для насосы питательной воды котла, нагнетатели воздуха для горения котлов, и для подготовки топлива. Обеспечение такой большой резервной мощности на каждой станции неэкономично, поэтому питание с черного старта должно подаваться по назначенным соединительным линиям от другой станции. Часто гидроэлектростанция электростанции определены как источники аварийного пуска для восстановления сетевых соединений. Гидроэлектростанции требуется очень небольшая начальная мощность для запуска (достаточно, чтобы открыть заборные заслонки и обеспечить возбуждение ток к обмоткам возбуждения генератора), и может очень быстро подключить большой блок питания, чтобы обеспечить запуск ископаемых или ядерных станций. Определенные виды турбина внутреннего сгорания может быть настроен 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 аккумуляторной системы хранения энергии, чтобы обеспечить запуск с нуля, запустив газовую турбину с комбинированным циклом из состояния простоя.[3]

Последовательность черного старта

Один из методов черного старта (основанный на реальном сценарии) может быть следующим:

  1. А аккумулятор начинается небольшой дизельный генератор установлен на гидроэлектростанции.
  2. Энергия дизель-генератора используется для запуска электростанции.
  3. Ключ коробка передач линии между станцией и другими районами под напряжением.
  4. Электроэнергия станции используется для запуска одной из ядерных / ископаемых базовая нагрузка растения.
  5. Электроэнергия от базовой нагрузки используется для перезапуска всех других электростанций в системе.

Власть наконец снова применена к генералу распределение электроэнергии сети и отправлены потребителям. Часто это происходит постепенно; запуск всей сетки сразу может оказаться невозможным. В частности, после длительного перебоя в работе летом все здания будут теплыми, и если бы электричество было восстановлено сразу, потребность только от кондиционеров была бы больше, чем могла бы обеспечить сеть. В более холодном климате аналогичная проблема может возникнуть зимой при использовании отопительных приборов.

В более крупной сети черный запуск часто включает запуск нескольких «островков» генерации (каждый из которых обеспечивает локальные области нагрузки), а затем синхронизацию и повторное соединение этих островов для формирования полной сети. Участвующие электростанции должны иметь возможность принимать большие скачкообразные изменения нагрузки при повторном подключении сети.

Есть несколько способов начать «черный пуск»: плотины гидроэлектростанций, дизельные генераторы, газовые турбины открытого цикла, накопители сжатого воздуха и так далее. Различные генерирующие сети используют разные подходы, в зависимости от таких факторов, как стоимость, сложность, доступность местных ресурсов (т.е. подходящие долины для плотин), взаимосвязь с другими генерирующими сетями и время отклика, необходимое для процесса черного запуска.

Закупка услуг черного старта

Оператор в ERCOT

в объединенное Королевство, оператор сети имеет коммерческие соглашения с некоторыми производителями о предоставлении мощности для пуска без перерыва, признавая, что объекты с запуском с черного хода часто неэкономичны при нормальной работе сети.[4] Это характерно для электростанций из CEGB эпоха появления ряда газовых турбин открытого цикла (т.е. без модулей рекуперации тепла), которые могут работать на всей станции, необходимой для работы всего энергоблока; они обычно запускаются дизель-генераторами, питаемыми в свою очередь резервными батареями. Когда эти газовые турбины набирают обороты, они способны управлять всей установкой, связанной с остальной частью электростанции, устраняя необходимость в подаче энергии из других источников.

В Северной Америке независимые системные операторы, закупка черного старта несколько различается. Традиционно возможность запуска с нуля обеспечивалась интегрированными коммунальными предприятиями, а затраты включались в общий тариф для возмещения затрат от налогоплательщиков. В тех областях, которые не являются частью организованных рынков электроэнергии, это все еще обычный механизм закупок. В дерегулированной среде это наследие затратных поставок сохранилось, и даже недавние пересмотры практики закупок без предварительного уведомления, такие как ISO Новая Англия, необязательно перешли на конкурентные закупки, даже несмотря на то, что в дерегулированных юрисдикциях есть предвзятое отношение к рыночным решениям, а не к решениям, основанным на стоимости обслуживания (COS).

В Соединенных Штатах в настоящее время существует три метода получения «черного старта». Самый распространенный метод - это стоимость обслуживания, так как это самый простой и традиционный метод. В настоящее время он используется Калифорнийский независимый системный оператор (CAISO), Соединение PJM[5] и Нью-Йоркский независимый системный оператор[6] (NYISO). Хотя точные механизмы несколько различаются, используется один и тот же подход, а именно: единицы идентифицируются для запуска с нуля, 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.[7] (ЯВЛЯЕТСЯ ОДНИМ). Новая методология представляет собой фиксированную выплату, которая увеличивает вознаграждение за черный старт, чтобы стимулировать резервирование. Ежемесячная компенсация, выплачиваемая генератору, определяется путем умножения фиксированной ставки (в долларах за киловатт-год, называемой значением в долларах Y) на ежемесячную заявленную мощность устройства за этот месяц. Целью этого изменения было упростить закупки и стимулировать предоставление услуги «черный пуск».

Последний метод закупок - это конкурсные закупки, используемые Совет по надежности электроснабжения Техаса[8] (ЭРКОТ). В соответствии с этим подходом ERCOT запускает рынок услуг по запуску с нуля. Заинтересованные участники представляют почасовую стоимость ожидания в долларах / час (например, 70 долларов в час), часто называемую ставкой доступности, которая не связана с мощностью устройства. ERCOT оценивает эти предложения с использованием различных критериев, и выбранные единицы оплачиваются как предложения, предполагая, что доступность составляет 85%. Каждый блок с черным запуском должен быть в состоянии продемонстрировать, что он может запустить другой блок в непосредственной близости, чтобы начать изолирование и синхронизацию сети.

В других юрисдикциях существуют другие методы закупок. Системный оператор Новой Зеландии[9] обеспечивает возможность «черного старта» посредством конкурентного тендера. В других юрисдикциях также есть своего рода конкурентные закупки, хотя, возможно, не такие структурированные, как у ERCOT. К ним относятся Оператор электросистемы Альберты,[10] а также независимый системный оператор Онтарио,[11] оба 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. Аккумуляторный завод WEMAG доказал, что может восстанавливать электросеть после серьезного сбоя или отключения электроэнергии.[12]

Ограничения на источники черного старта

Не все генерирующие установки подходят для запуска с нуля. Ветровые турбины не подходят для пуска в черный цвет, потому что при необходимости ветер может отсутствовать.[13] Ветряные турбины, мини-гидро, или же микрогидро растения, часто связаны с индукционные генераторы которые не могут обеспечить питание для повторного включения сети. [14] В 2020 году Дерсаллох мощностью 69 МВт ветряная электростанция часть сетки Шотландии с черным началом, используя виртуальные синхронные машины.[15][16] Блок черного запуска также должен быть устойчивым при работе с большой реактивной нагрузкой длинной линии передачи. Много постоянный ток высокого напряжения (HVDC) преобразовательные подстанции также не могут работать в «мертвой» системе, поскольку они требуют коммутация мощность от системы на стороне нагрузки. А широтно-импульсная модуляция Схема HVDC преобразователя напряжения-источника на основе (ШИМ) такого ограничения не имеет.[17]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Knight, U.G. Энергосистемы в чрезвычайных ситуациях - от планирования действий в чрезвычайных ситуациях до антикризисного управления Джон Уайли и сыновья 2001 ISBN  978-0-471-49016-6 Раздел 7.5 Ситуация «черного старта»
  2. ^ Филип П. Уолш, Пол Флетчер Производительность газовой турбины, Джон Уайли и сыновья, 2004 г. ISBN  0-632-06434-X, стр.486
  3. ^ https://www.energy-storage.news/news/california-batterys-black-start-capability-hailed-as-major-accomplishment-i
  4. ^ Введение в Black Start В архиве 2006-05-21 на Wayback Machine (National Grid plc) Охватывает технический и коммерческий опыт.
  5. ^ См. Тариф PJM: Приложение 6A к тарифам PJM, доступное на сайте: http://www.pjm.com/documents/downloads/agreements/tariff.pdf и Бизнес-правила Blackstart, доступные в Интернете по адресу: http://www.ieso.ca/Documents/consult/se16/se16_DACP-SWG-20060216-pjm-blackstart.pdf В архиве 2014-12-16 в Wayback Machine
  6. ^ 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 Руководство по дополнительным услугам NYISO 2006 г., доступно на «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2008-09-12. Получено 2008-12-24.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)Тарифы NYISO (2006 г.) по тарифному плану 5, начальная страница 91, пересмотренный лист 311 и тарифный план 6, начиная с пересмотренного листа № 269, доступны онлайн по адресу «Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2008-10-12. Получено 2008-12-24.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  7. ^ См. Документ ISO-NE «Заявление о принятии заказа» № ER03-291, Федеральная комиссия по регулированию энергетики, опубликовано 14 февраля 2003 г., доступно на сайте 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, стр. 311, доступно на сайте «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2008-10-25. Получено 2008-12-24.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь) Записка рабочей группы ISO-NE A3 Black Start для Комитета по передаче NEPOOL, 9 мая 2006 г. http://www.iso-ne.com/committees/comm_wkgrps/trans_comm/tariff_comm/mtrls/2006/may162006/index.html
  8. ^ См. Раздел 6 протоколов ERCOT, 2006 г., доступный на сайте: «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2008-11-22. Получено 2008-12-24.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь) Форма заявки ERCOT доступна в Интернете по адресу: http://www.ercot.com/mktrules/protocols/current/22-%28A%29BlackStart-050105.doc
  9. ^ См. Правила управления Комиссии по электроэнергии Новой Зеландии, Приложение C5, 1 ноября 2005 г., стр. 180-182, доступно в Интернете по адресу: «Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2006-10-07. Получено 2008-12-24.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  10. ^ Видеть http://www.aeso.ca/files/Nov05_BlackstartPP_v1.pdf В архиве 2009-03-18 на Wayback Machine
  11. ^ Видеть «Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2008-12-28. Получено 2008-12-24.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  12. ^ https://cleantechnica.com/2017/08/15/first-black-start-germanys-grid/
  13. ^ Фокс, Брендан и др .; Интеграция ветроэнергетики - аспекты подключения и эксплуатации системы, Институт инженерии и технологий, 2007 г. ISBN  978-0-86341-449-7 стр. 245
  14. ^ Джордж Г. Каради, Кейт Э. Холберт, Преобразование и транспортировка электроэнергии: интерактивный компьютерный подход, Джон Уайли и сыновья, 2013, ISBN  1118498038 стр. 9-57
  15. ^ Рид, Скотт (3 ноября 2020 г.). «ScottishPower впервые в мире» после того, как ветряная электростанция была отключена ». www.scotsman.com. Шотландец. В архиве из оригинала 5 ноября 2020 г.
  16. ^ «Инновация». Шотландская держава Возобновляемые источники энергии. 3 ноября 2020. В архиве из оригинала 3 ноября 2020 г.
  17. ^ Бити, Х. Уэйн; Финк, Дональд Г. (редактор) Стандартный справочник для инженеров-электриков (15-е издание), Макгроу-Хилл 2007 ISBN  978-0-07-144146-9 стр. 15-22

дальнейшее чтение

  • 2007: Иземонгер, А.Г. «Жизнеспособность конкурентных закупок Blackstart: уроки RTO» The Electricity Journal Volume 20, Issue 8, October 2007, Pages 60–67 Дои:10.1016 / j.physletb.2003.10.071
  • Брендан Кирби и Эрик Херст, «Поддержание« черного старта системы »на конкурентных рынках оптовых энергоносителей», American Power Conference, Чикаго, Иллинойс, апрель 1999 г., доступно в Интернете по адресу: https://web.archive.org/web/20081206001625/http://www.ornl.gov/sci/btc/apps/Restructuring/pub.htm