Состав и характеристика активных электрических нагрузок энергосистемы

Суточный график электрической нагрузки электроэнергетической системы (ЭЭС) характеризует последовательность изменения ее нагрузки в течение суток и является результатом совмещения графиков нагрузки отдельных групп потребителей, потерь мощности в электрических сетях и расхода энергии на собственные нужды электростанций системы.

График суммарной электрической нагрузки ЭЭС формируют следующие виды потребительских нагрузок:

1. промышленная (технологическая) нагрузка – потребление электроэнергии технологическими установками промышленных предприятий; эта составляющая имеет наибольший удельный вес в суммарном графике электрической нагрузки ЭЭС;

2. осветительная нагрузка – расход электроэнергии на освещение производственных помещений, улиц и жилых помещений; ее удельный вес составляет 8 - 25 %;

3. транспортная нагрузка – расход электроэнергии на электрифицированный транспорт (городской, пригородный, магистральный); ее удельный вес – до 8 %;

4. отопительная и вентиляционная нагрузка – расход электроэнергии на отопление и вентиляцию помещений с использованием электроприборов; в настоящее время ее удельный вес мал, но есть тенденция к ее увеличению;

5. бытовая и коммунальная нагрузка – потребление электроэнергии бытовыми электроприборами; ее удельный вес - 15 %;

6. специальные потребители-регуляторы, которые могут изменять свою нагрузку или работать с перерывами, когда это необходимо по суточному или годовому балансу мощности или энергии ЭЭС;

7. потери в электрических сетях, связанные с потерями на нагрев проводов; их удельный вес составляет до 10 %, потери на нагрев прямо пропорциональны квадрату суммарной нагрузки, а потери на корону – практически постоянно брутто;

8. расход электроэнергии на собственные нужды электростанций составляет 4 - 11% и прямо пропорционален суммарной нагрузке энергосистемы (брутто).

Конфигурация суточного графика нагрузки определяется преимущественно соотношением технологической, осветительной и коммунально-бытовой нагрузкой потребителей.

На электрическую нагрузку ЭЭС влияют факторы физического, производственного и бытового характера.

К физическим факторам относят: вращение Земли и естественную освещенность; состояние земного покрова; температуру воздуха и почвы; погодные условия.

К факторам производственного характера относятся: состав предприятий по отраслям народного хозяйства и промышленности; продолжительность рабочего дня, рабочей недели; организация смен в промышленности и уровень их загрузки; изменение качественного и количественного состава токоприемников и т. п.

При преобладании промышленной нагрузки суммарный график нагрузки ЭЭС является более ровным и имеет два явно выраженных максимума — утренний и вечерний. При значительной бытовой нагрузке вечерний максимум обычно больше утреннего. Продолжительность рабочего дня, рабочей недели, организация смен отражаются на последовательности изменения нагрузки в течение суток и на конфигурации графиков нагрузки различных дней недели.

К факторам бытового характера относят трудовой и бытовой режимы населения, которые также оказывают влияние на последовательность изменения нагрузки в течение суток.

Технологическая нагрузка слагается из нагрузки отдельных электроприемников, в которых энергия используется непосредственно или преобразуется в другой вид энергии в соответствии с технологическими целями. Режим работы отдельных приемников определяется характером технологического процесса (непрерывный, постоянный, допускающий остановки; переменный; цикличный) (рис. 2.5.) и производственным режимом работы предприятия в целом (трех-, двух- или односменное) (рис. 2.6.).

Рис. 2.5. График технологической нагрузки за рабочую смену: непрерывной (а), постоянной, допускающей остановки (б), переменной (в) и циклической (г)

Рис. 2.6. Суточный график нагрузки трехсменного (а), двухсменного (б) и односменного (в) производства

Суточный график технологической нагрузки предприятия представляет собой сумму графиков работы нескольких типов агрегатов, различных по технологическому процессу. Разносменность отдельных цехов, несовпадение часов начала и конца каждой смены, времени обеденных перерывов и сглаживание отдельных колебаний приводят к тому, что суммарный график нагрузки крупного промышленного предприятия, а тем более целого района, будет характеризоваться значительной сглаженностью очертаний (рис. 2.7.) и сравнительным постоянством его формы на протяжении года. Однако в течение года коэффициент загрузки будет изменяться в связи с изменением доли постоянной составляющей технологической нагрузки.

Рис. 2.7. Суммарный график технологической нагрузки промышленного района

Осветительную нагрузку формирует большое число электроприемников малой мощности (светильников), которые используются для освещения промышленных, жилых и общественных помещений, улиц. Конфигурация суммарного графика осветительной нагрузки района или системы определяется соотношением мощности указанных групп светильников и периодом естественной освещенности, зависящим от времени года и географической широты. В результате суммарный график осветительной нагрузки, характеризующимся плавностью и постепенностью изменения, будет различным для зимы и лета и для разных широт (рис. 2.8.).

Рис. 2.8. Суточный график осветительной нагрузки системы для северных (а) и южных (б) широт для зимы (сплошная кривая) и лета (штриховая кривая)

Транспортную нагрузку формирует большое число электроприемников, имеющих прерывистый режим работы. Различают следующие виды транспорта:

- городской и пригородный, режим которого определяется производственным режимом промышленности и бытовым укладом населения (рис. 2.9.);

- магистральный электрифицированный железнодорожный транспорт, нагрузка которого строго подчиняется диспетчерскому графику и практически равномерна, за исключением ряда случайных ее колебаний (трогание с места и останов поезда) (рис. 2.9.).

Рис 2.9. Суточный график городского и пригородного транспорта (сплошная кривая) и магистрального электрифицированного (штриховая кривая)

Отопительная и вентиляционная нагрузка. Суточный режим использования электроэнергии для отопления и вентиляции жилых и производственных помещений в общем случае является постоянным. Однако для создания комфортных условий, а также с целью экономии электроэнергии он может характеризоваться ступенчатым графиком, имеющим провал в вечерние и ночные часы.

Бытовая нагрузка обусловлена потреблением электроэнергии электронагревательными и другими бытовыми приборами. Ее режим подчиняется бытовому укладу населения и имеет утренний и вечерний пики (рис.2.10). Электропотребление коммунально-бытовыми учреждениями (бани, прачечные, химчистки и т.д.) в современных условиях по характеру потребления следует отнести к производственной односменной нагрузке.

Рис.2.10. Суточный график бытовой нагрузки

К группе специальных видов потребителей энергии относятся потребители - регуляторы суточного и годового режима энергосистемы, способствующие уплотнению графиков нагрузки энергосистемы. Потребители-регуляторы суточного режима (ирригационные установки, водоснабжающие системы и гидроаккумулирующие установки) допускают суточную неравномерность режима, но требуют постоянства потребляемой за сутки энергии. Потребители-регуляторы годового режима (преимущественно энергоемкие производства) допускают любые остановки в течение года и не требуют восполнения недополученной энергии за время остановки. Однако целесообразность их использования должна быть экономически обоснована.

Кроме перечисленных групп потребителей имеет место также собственное потребление электроэнергии в системе, которое определяется расходом электроэнергии на собственные нужды и потерями в сетях. Однако эти потери могут быть приняты пропорциональными сумме остальных нагрузок системы и практически не меняют конфигурации графика нагрузки системы.