Графики электрических нагрузок и проблема их покрытия

Нагрузка энергосистемы в течение суток меняется в зависимости от нагрузки подключенных в данный момент потребителей. Включение и отключение тех или иных потребителей следует за природным суточным циклом и за ритмом жизни общества. Возникает достаточно сложная задача наивыгоднейшего распределения нагрузки между электростанциями различного типа с учётом их манёвренности. Кроме этого необходимо стремиться к минимизации потерь в электрических сетях.

Суточные и годовые графики электрических нагрузок позволяют анализировать и прогнозировать режимы потребления электроэнергии. На рис. 2.7 приведен пример суточного графика нагрузки с утренним и вечерним максимумами. Между ними виден дневной провал потребляемой мощности. По вертикальной оси отложена в относительных единицах активная мощность нагрузки по отношению к её максимальному значению.

Выделим на графике нагрузки три характерные части: базовую, полупиковую и пиковую (на рис. 2.7 обозначены соответственно Б, ПП и П). Базовой частью называется часть графика, расположенная между осью абсцисс и горизонтальной линией, проведенной на уровне минимальной мощности. Полупиковой нагрузкой назовём часть графика, расположенную между двумя уровнями мощности – минимальным и соответствующим дневному провалу нагрузки. Пиковая нагрузка – оставшаяся часть графика, расположенная выше горизонтальной линии, проведенной на уровне дневного провала нагрузки.

Базовую часть графика нагрузки покрывают АЭС, регулирование мощности которых затруднено по технологическим причинам и из соображений безопасности. Кроме того, в базовую часть графика входят крупные ГЭС при условии достаточного запаса воды в водохранилище, особенно во время паводков, чтобы избежать сброса воды помимо гидроагрегатов. Сюда же можно отнести ГЭС, пропуск воды на которых стабилен из-за необходимых условий судоходства и санитарных требований. И, наконец, к базовой части относятся ТЭЦ, работающие по теплофикационному графику, электрическая мощность которых жёстко связана с выработкой тепловой мощности и поэтому не может изменяться в широких пределах.

Полупиковая часть графика покрывается за счёт КЭС, которые должны бóльшую часть времени в сутках работать в стабильном режиме. Это объясняется тем, что с одной стороны выработка электроэнергии на КЭС не связана с выработкой тепловой энергии, а с другой стороны частые пуски и остановы блоков невозможны. Пуск блока КЭС может продолжаться несколько часов, что обусловлено необходимостью плавного прогрева металлических частей турбины и генератора. На рис. 2.7 мощность КЭС резко меняется дважды – в 7 ч и в 23 ч. Привлечение мощных КЭС к регулированию мощности – вынужденная мера, обусловленная большой долей тепловых станций в суммарной мощности ЕЭС. Также в полупиковой части работают некоторые ГЭС.

К покрытию пиковой части нагрузки привлекают наиболее маневренные ГЭС и ГАЭС. В ночном провале графика ГАЭС работает в насосном (то есть двигательном) режиме, накапливая воду в верхнем напорном бассейне. Во время максимумов нагрузки ГАЭС работает в турбинном (то есть генераторном) режиме, выдавая в энергосистему электроэнергию за счёт накопленного за ночь запаса воды. Штриховка на графике подчёркивает роль ГАЭС в выравнивании нагрузки. При отсутствии ГАЭС пришлось бы не только увеличить глубину регулирования КЭС, но и повысить количество воздействий на генераторы КЭС в течение суток.

Также пиковая часть графика нагрузки может покрываться за счёт тепловых электростанций с циклом ГТУ. Как будет показано далее, блоки ГТУ обладают высокой маневренностью, но вместе с тем – высокой себестоимостью производства электроэнергии. Ещё более неэкономичными блоки ГТУ становятся при их неполной нагрузке. Поэтому, в отличие от гидроагрегатов, которые можно разгружать до 100 % и паротурбинных установок с допустимой глубиной разгрузки (40...60) %, мощность газотурбинных установок желательно использовать полностью. На электростанциях, где установлено несколько ГТУ, снижение мощности должно производиться не частичным разгружением работающих агрегатов, а поочередным их отключением.

Рис. 2.7. Суточный график нагрузки энергосистемы