Баланс мощности и резервы мощности в энергетике

Главным условием обеспечения надежного электроснабжения потребителей является соблюдение в каждый момент времени баланса мощности системы, т.е. выполнение условия равенства потребительской нагрузки (спроса) и мощности, с которой в данный момент времени работают все электростанции (предложения). Для соблюдения баланса мощности в энергетическом объединении необходимо иметь в каждый момент времени определенные запасы энергетических ресурсов (резерв энергии) и дополнительные (не находящиеся в ремонте) энергетические мощности. Без резерва энергии, т.е. запаса топлива на складе или наличия воды в водохранилище, использовать резерв мощности невозможно.

Резерв мощности представляет собой разность между установленной мощностью энергетического объединения N_уст и максимальной нагрузкой потребителей Р_мах в данный момент времени. Установленная мощность энергетического объединения - это сумма номинальных мощностей всех турбоагрегатов энергосистемы. Номинальная мощность турбоагрегата – мощность, которая может быть получена при номинальных параметрах эксплуатации агрегата. В течении года установленная мощность энергосистемы может меняться за счет ввода нового энергетического оборудования или демонтажа старого.

Располагаемая мощность агрегата – наибольшая длительная мощность, которая может быть получена при фактических условиях его эксплуатации. В связи с тем, что фактические условия эксплуатации энергетического оборудования могут отличаться от расчетных, располагаемая мощность N_расп энергетического объединения будет меньше установленной. Фактический резерв мощности в энергетическом объединении будет равен

. (3.1)

Основными видами резервов мощности являются:

R_ав – аварийный резерв, предназначенный для восполнения дефицитов мощности в энергосистеме, связанных с аварийными отказами энергетического оборудования;

R_нагр – нагрузочный резерв, предназначенный для компенсации нерегулярных или непредвиденных колебаний нагрузки потребителей в течении суток;

R_рем – о ремонтный резерв, предназначенный для проведения плановых текущих и капитальных ремонтов энергетического оборудования;

R_нх – народнохозяйственный резерв, который компенсирует возможное повышение нагрузки потребителей сверх запланированной в связи с ростом спроса на электроэнергию.

Минимальный уровень резерва мощности в энергетическом объединении, обеспечивающий надежное энергоснабжение потребителей и равный сумме аварийного и нагрузочного резервов, называется оперативным резервом R_опер и находится в оперативном распоряжении диспетчера энергосистемы

_. (3.2)

Для приближенной оценки народнохозяйственного и аварийного резервов мощности используются следующие формулы:

_, (3.3)

_. (3.4)

Определение аварийного резерва осуществляется по методике, разработанной в Северо-Западном отделении института «Энергосеть-проект» с использованием характеристик удельного аварийного резерва. Для этого рассчитывается удельная единичная мощность каждого агрегата N_{уд.ед. i}:

, (3.5)

где N_{ед i} - единичная номинальная мощность i-го агрегата.

Далее определяется удельный аварийный резерв r_уд для каждого агрегата в зависимости от его удельной единичной мощности и вероятности нахождения агрегата в аварийном простое q_{ав i}:

а) если N_{уд.ед i.} находится в диапазоне от 1 до 5 %, то величина r_{уд i} в процентах может быть приближенно определена по выражению

(3.6)

б) если N_уд.ед.i меньше 1% или больше 5 %, то величина r_{уд i} определяется графически r_уд = f(N_уд.ед., q_ав).

Величина полного аварийного резерва R_ав в энергосистеме рассчитывается по формуле:

, (3.7)

где n_i - количество агрегатов i-го типа в энергосистеме.

Резерв для выполнения текущих ремонтов R_{тек.рем.} предусматривается только для электростанций, имеющих блочную структуру

, (3.8)

где q_т.р.i - вероятность нахождения i-го агрегата в текущем ремонте.

Плановый капитальный ремонт основного энергетического оборудования проводят в период летнего снижения нагрузки энергосистемы. Для этого вычисляют площадь естественного провала годового графика нагрузки (S) в месяцах. Для каждого из кварталов (j) эта величина равна

если ,

то , (3.9)

если , то S = 0. (3.10)

Резерв для проведения капитального ремонта R_{кап.рем.} определяется путем сопоставления суммарной мощности выводимых в капитальный ремонт агрегатов энергосистемы в текущем годе и провала годового графика нагрузки S по формуле:

, (3.11)

где N_{ед i} – единичная мощность i-го агрегата, n_{кр i} – количество агрегатов i-го типа на электростанции, одновременно находящихся в капитальном ремонте, t_{кр i}.— норма простоя в капитальном ремонте в месяцах; 0,9 – коэффициент, учитывающий, что не вся величина S используется для капитального ремонта.

Величина n_{кр i} считается исходя из количества агрегатов данного типа на электростанции и периодичности проведения капитальных ремонтов.

Рассчитанная величина R_{кап.рем.} может быть как положительной, так и отрицательной. Отрицательное величина означает, что дополнительный резерв для проведения капитального ремонта в энергосистеме не нужен. Все запланированные работы пройдут при естественном снижении графика нагрузки потребителей. Положительная величина R_{кап.рем.} сигнализирует о невозможности в данной энергосистемы провести капитальный ремонт за счет внутренних ресурсов. Эту ситуацию можно разрешить тремя способами: путем отключения потребителей по согласованному графику; переноса части ремонтов на следующий год или покупки энергии в требуемом размере на оптовом рынке энергии и мощности.