Графики электрических нагрузок и их покрытие генерирующими источниками

Одной из важнейших особенностей энергетического производства является жесткая зависимость режима работы ТЭС от режима потребления энергии, которое изменяется под влиянием ряда факторов: пора года, климат и т.д. ТЭС в каждый момент вырабатывает столько энергии, сколько её необходимо для потребления.

Режимы потребления электроэнергии отдельными видами потребителей и энергосистемой в целом характеризуются графиками нагрузки, отражающими изменение потребляемой мощности в течение определенного отрезка времени (сутки, неделя, год).

Рис.2.1. Суточный график нагрузки

Суточный график электрических нагрузок (рис. 2.1) отличается значительной неравномерностью и обычно является двугорбым, имея два пика: утренний и вечерний максимумы. Нагрузка ночью минимальна (сохраняется работа трехсменных предприятий, ночное освещение и т.д.), а с 6-10 часов утра растет, достигая максимума; в обеденное время снижается, вновь достигая максимума в вечерние часы. Суточный график летнего дня отличается от зимнего дня меньшей величиной максимумов, причем вечерний смещается на более позднее время. Показатели суточного графика: максимальная Nmax, минимальная Nmin и среднесуточная Nср нагрузки: Ncp = Эсут/24 где Эсут -суточное потребление электроэнергии.

Показатели (характеристики) неравномерности суточного графика нагрузки:

- коэффициент неравномерности:

- коэффициент заполнения (плотности) графика нагрузки - отношение суточного потребления электроэнергии к её максимально возможному потреблению:

- регулировочный диапазон мощности в энергосистеме

.

- коэффициент регулирования

.

В большинстве случаев к регулированию графика нагрузки привлекается не всё оборудование в энергосистеме, а его часть, поэтому регулировочный диапазон этой части оборудования должен быть заметно выше.

Коэффициент неравномерности нагрузки в энергосистемах часто составляет k_нер = 0,5-0,65, хорошим приближением к равномерности считается график с k_нер = 0,9.

Неравномерность суточного и недельного потребления энергии усложняет режим эксплуатации, снижает надежность и экономичность работы оборудования в связи с его разгрузкой или частичной остановкой в часы провалов с последующим быстрым нагружением и пуском, поэтому необходимо стремиться к снижению неравномерности графиков нагрузки.

В идеальном случае энергосистема должна располагать энергетическим оборудованием для работы в соответствующей области графика нагрузки (рис. 2.1, 2.2):

А - базовая, расположенная ниже линии минимальной нагрузки (АЭС, ГЭС);

Б - полупиковая, между линиями минимальной и среднесуточной нагрузки (КЭС, ТЭЦ);

В - пиковая, выше линии среднесуточной нагрузки (ГАЭС, ГТУ).

В сумме полупиковая и пиковая зоны образуют зону переменной нагрузки.

Рис.2.2. Покрытие годового графика нагрузки электростанциями различных типов

Использование ТЭС с мощными, дорогостоящими, высокоэкономичными энергоблоками для покрытия полупиковых и пиковых зон графика нагрузки не целесообразно, т.к. всякое недолжное использование высокоэкономичных агрегатов приводит к удорожанию электроэнергии. В базовой зоне используется оборудование АЭС и ТЭЦ, а также наиболее экономичные КЭС. Как показывает опыт эксплуатации, моральное старение оборудования, т.е. снижение его экономических показателей по сравнению с новыми происходит гораздо быстрее, чем физическое старение, т.е. способность выполнять свои функции при сниженных показателях.

Поэтому, как правило, мощное высокоэкономичное оборудование работает в базовом режиме первые 15-20 лет эксплуатации. Далее по мере ввода нового оборудования, старое работает в режиме периодических нагружений и разгружений. Поэтому энергоблоки должны обладать определенным запасом по маневренности, который будет использоваться после 15-20 лет работы.

Лучшим энергетическим оборудованием для покрытия полупиковой и пиковой зон графика нагрузки являются турбоагрегаты ГЭС из-за быстрого пуска и остановки. Однако невысокая их установленная мощность от всей мощности энергосистемы и недостаток воды в водохранилищах не позволяют ГЭС нести нагрузку постоянно. Поэтому для покрытия переменной части графика приходится привлекать КЭС, ТЭЦ и даже АЭС.

Для покрытия пиковой зоны используют оборудование, которое можно быстро пускать и останавливать. Чаще всего это ГТУ, а также устаревшие ПТУ на сниженных начальных параметрах пара. Хотя эти агрегаты обладают значительно меньшей экономичностью, чем базовое их использование в пиковой области оказывается целее сообразно в случае малого числа часов работы в году (500-1000).

Особые проблемы возникают при покрытии полупиковой части графика, т.к. используемое для этой цели оборудование должно быстро пускаться и останавливаться и в тоже время обладать повышенной экономичностью. Целесообразно использование парогазовых установок (ПГУ).

Реальные энергосистемы не обладают идеальной структурой энергетических мощностей, которые обеспечат покрытие графика нагрузки соответствующими агрегатами. В большинстве энергосистем имеется избыток базовых и недостаток полупиковых и пиковых мощностей. Поэтому приходится часть базовых турбоагрегатов переводить в режим частых нагружений и разгружений, неся при этом убытки из-за перерасхода топлива, снижения надежности оборудования.

Для покрытия переменной части суточного графика, в которой наибольшее значение для энергосистемы имеет диапазон изменения эл. нагрузки в характерные часы суток и скорость изменения эл. нагрузки в эти часы. Чем больше значение суточного изменения нагрузки и скорости ее применения, тем в более трудных условиях работает оборудование электростанции.

Если электростанция не успевает отслеживать потребности эл. графика, то в энергосети происходит недопустимый рост или спад частоты, что приводит не только к потерям различного рода у потребителей, но и угрожает надежности работы турбин электростанций.

Для облегчения условий работы оборудования применяют различные методы выравнивания графиков нагрузки, которые можно разделить на две группы.

К первой группе относятся мероприятия по замедлению процесса разуплотнения графиков нагрузки: перевод предприятий на трехсменную работу, перенос времени работы отдельных предприятий и агрегатов на часы провала графика нагрузки энергосистемы, использование разницы поясного времени, введение двух- и многоставочных тарифов на электроэнергию: самая дорогая в часы пик, дешевая – в ночные провалы тарифов (тем самым инициируют экономическую заинтересованность потребителя в потреблении электроэнергии в нужное для энергосистемы время) и др., в том числе принудительное ограничение нагрузки потребителей в определенные часы суток.

Ко второй группе мероприятий относятся ввод в состав энергосистем генерирующих мощностей специальных типов (ГАЭС, ГТУ), а также тепловых, электрических, химических и механических аккумуляторов энергии.