Правильный выбор числа и мощности генераторов СЭС имеет важное значение, так как предопределяет экономичность работы станции, скорость расхода общего моторесурса агрегатов СЭС, объем и вес установки, схему и конструкцию ГРЩ, схему распределения электроэнергии, объем и характер средств автоматизации, объем профилактических и ремонтных работ, трудозатраты на их выполнение и техническое обслуживание (ремонт судна на ходу силами экипажа или на стоянке силами береговых ремонтных бригад и др.).
При выборе числа и мощности генераторов СЭС руководствуются следующими технико-экономическими соображениями.
- Мощность выбираемых Генераторов и их число должны обеспечивать наименьшую среднегодовую себестоимость электроэнергии, вырабатываемой станцией [16].
Эксплуатационные расходы К на выработку электроэнергии за один час при нагрузке Р кВт складываются из расходов а, не зависящих от нагрузки на генераторы (затраты на амортизацию основных фондов — первичных двигателей, генераторов и др.), и расходов b, зависящих от нагрузки на генераторы (затраты на топливо, смазочные материалы и пр.), причем b≈kP, где k— коэффициент, определяемый из нагрузочной характеристики агрегата.
Таким образом,
К = а + kP.
Тогда себестоимость киловатт-часа s выработанной судовыми агрегатами электроэнергии определится как
(1-2)
Из (1.2) следует, что чем больше Р, т. е. чем больше нагрузка на генераторы, тем меньше s. Следовательно, генераторы нужно выбирать так, чтобы в каждом из режимов судна работающие генераторы загружались возможно полнее. Особенно внимательно следует отнестись к загрузке генераторов в ходовом режиме и режиме стоянки без грузовых операций средствами судна, на которые приходится соответственно около 50 и 40% эксплуатационного времени для сухогрузных и 80 и 15% для наливных судов.
В широко автоматизированных установках обеспечить достаточно полную загрузку генераторов и, следовательно, их экономичную работу, а вместе с тем избежать неоправданно частых автоматических изменений числа работающих генераторов и, следовательно, неоправданного расхода моторесурса можно только за счет разумного сочетания числа и мощности работающих генераторов с числом и мощностью подключенных приемников. Для этой цели должно быть предусмотрено автоматическое включение и отключение не только генераторов, но и приемников. Целесообразна постановка отключенных потребителей в очередь с приоритетом на повторное включение, исходя из технологической значимости приемника.
- При выборе мощности генераторов следует исходить из расчетной мощности нагрузки на станцию Р, полученной при помощи нагрузочных таблиц или аналитически, и выбрать по справочным данным пг генераторов равной мощности Рг ном так, чтобы учитывались требования π. 1 и удовлетворялось неравенство
где 0,8 — коэффициент, предусматривающий запас мощности в связи с возможной неравномерностью распределения нагрузок между параллельно работающими генераторами и запас на расширение электрификации судна в процессе его эксплуатации.
3. При выборе числа генераторов следует предусматривать такой резервный агрегат, мощность которого позволила бы заменить при выходе из строя любой из генераторов станции, обеспечивая наиболее напряженные — ходовой или аварийный режимы. Суммарной мощности оставшихся источников должно хватать для запуска самого мощного электрического двигателя с наибольшим пусковым током.
Наблюдающееся в последнее время стремление устанавливать на теплоходах три агрегата одинаковой мощности, из которых любой один может обеспечивать ходовой режим (суда типа «Новгород» и др.), технически весьма перспективно, так как позволяет, согласно требованиям Правил Регистра СССР, второй агрегат держать в резерве, а третий агрегат ремонтировать или осматривать на ходу судна, что полностью согласуется с современными требованиями по максимальному продлению эксплуатационного периода работы судна. Кроме того, комплектация станции, обеспечивающая ходовой режим одним из трех генераторов, сокращает среднегодовое время работы каждого агрегата и, следовательно, годовой расход суммарного моторесурса станции, что увеличивает календарные сроки проведения профилактических осмотров и ремонтов, уменьшает годовые трудозатраты на эти работы.
При большей мощности устанавливаемых агрегатов увеличиваются первоначальные затраты на электростанцию, однако, по данным ЦНИИМФа, первоначальные затраты для разных вариантов комплектации не превышают 11—13% совокупных затрат на СЭС и поэтому не могут иметь решающего значения при выборе варианта комплектации.
На грузовых теплоходах современных типов чаще всего устанавливается три генераторных агрегата, из которых один или два резервные.
На судах с паротурбинными установками преобладают станции с двумя турбоагрегатами одинаковой мощности, один из которых резервный, и одним стояночным дизель-генератором.
По данным ЛЦПКБ, комплектация СЭС четырьмя-пятью агрегатами оправдана только для судов со специфическим режимом работы (рефрижераторы, ледоколы, крупные пассажирские суда и др.), так как при большом числе агрегатов увеличивается объем профилактических и ремонтных работ, выполняемых силами экипажа судна, усложняются схема и конструкция ГРЩ.
- При выборе числа и мощности генераторов надо стремиться к установке агрегатов, равных по мощности и одинаковых по конструкции, что облегчает эксплуатацию станции, позволяет выравнять расход моторесурсов каждым агрегатом, унифицирует потребность в запасных частях и повышает устойчивость параллельной работы генераторов.
- Для уменьшения себестоимости вырабатываемой электроэнергии и существенного улучшения работы дизелей, для которых длительная работа с малыми нагрузками вредна, следует устанавливать стояночные дизель-генераторы.
Рис. 1.7. Пример построения графика годовых эксплуатационных расходов:
1 — годовой график нагрузки по продолжительности; 2 — экономическая характеристика при двух рабочих генераторах; 3 — график годовых эксплуатационных расходов; tм; tх; tг; tб.г — соответственно время маневренного, ходового режимов и время стоянки с грузовыми и без грузовых операций
На теплоходах современных серий дедвейтом до 12 500т, по данным ЛВИМУ, средняя нагрузка на станцию при стоянках в портах СССР без грузовых операций не превосходит 100—150 кВт. Если на судне мощность каждого из устанавливаемых рабочих генераторов 250— 500 кВт или более, то достаточно загрузить генераторы на стоянке невозможно. В связи с этим на судах иногда устанавливают стояночные генераторы небольшой мощности, однако достаточной для пуска мощных потребителей, необходимых при перешвартовке судна, для приема снабжения с берега и др.
Электроснабжение судов с берега в режиме стоянки, широко практикуемое в последнее время в портах СССР, во многих случаях позволяет отказаться от установки стояночного генератора.
6. Для сопоставления различных вариантов комплектации станции удобно воспользоваться графиком годовых эксплуатационных расходов (рис. 1.7). Площадь, ограниченная функцией K=f(t) в постоянном масштабе, характеризует среднегодовую себестоимость электроэнергии на проектируемом судне.
На графике мощность Р в каждом из режимов судна определяется при расчете нагрузки на станцию. Время каждого режима выбирается из статистических данных для судов аналогичного назначения. Экономическая характеристика (K= sP=а+kP) рассчитывается для каждого из рассматриваемых вариантов, следовательно, характеристик должно быть столько, сколько рассматривается вариантов комплектации. Наиболее экономичному оптимальному варианту соответствует график годовых расходов с минимальной площадью. Подчеркнем, что выбирая варианты комплектации электростанции, следует рассмотреть и сопоставить не только варианты установки на судне разного количества генераторов, но и варианты установки различных источников электроэнергии, в частности необходимо рассмотреть экономическую эффективность установки валогенераторов и утилизационных турбогенераторов для электроснабжения потребителей в ходовом режиме.
В заключение обратим внимание на то, что генераторы переменного тока выбирают по активной мощности Р; однако если средневзвешенный коэффициент мощности нагрузки оказывается ниже номинального коэффициента мощности выбираемого генератора, то выбор генераторов производят по полной мощности нагрузки S.
