Режими на натоварване на електроенергийните системи и оптимално разпределение на натоварването между електроцентралите
Начинът на консумация на енергия и следователно натоварването на системите е неравномерен: той има характерни колебания в рамките на един ден, както и сезонни колебания в рамките на една година. Тези колебания се определят главно от ритъма на работа на предприятията — потребители на електроенергия, свързан с този ритъм на живот на населението, в по -малка степен — от географски фактори.
Като цяло дневният цикъл винаги се характеризира с по -голямо или по -малко намаляване на потреблението през нощта, за годишния цикъл — през летните месеци. Дълбочината на тези колебания в натоварването зависи от състава на потребителите.
Предприятията, които работят денонощно, особено с преобладаване на непрекъснати технологични процеси (металургия, химия, въгледобивна промишленост), имат почти еднакъв режим на потребление.
Предприятията от металообработващата и машиностроителната промишленост, дори с работа на три смени, имат забележими колебания в консумацията на енергия, свързани с обичайното намаляване на производствената активност през нощните смени. При работа на една или две смени през нощта се наблюдава рязко намаляване на консумацията на енергия. Забележимо намаляване на потреблението се наблюдава и през летните месеци.
За предприятията от хранителната и леката промишленост е характерно още по -рязкото колебание в консумацията на енергия.Най -голямо неравномерно потребление се наблюдава в сектора на домакинствата.
Режимът на натоварване на системата отразява всички тези колебания в консумацията на енергия в сумирана и, естествено, донякъде изгладена форма. Условията на натоварване обикновено се представят под формата на графика на натоварване.
На дневната графика часовете са нанесени по абсцисата, а натоварванията в MW или в% от максималното натоварване са нанесени по ординатата. Максималното натоварване най -често пада във вечерните часове, когато осветлението се наслагва върху производствената консумация на енергия. Ето защо максималната точка се измества донякъде в рамките на годината.
В сутрешните часове има пик на натоварване, отразяващ максималната производствена активност. В обед натоварването намалява, през нощта рязко намалява.
Месеците се нанасят върху абсцисата на годишните диаграми, а месечните количества киловатчаси или месечните максимални натоварвания се нанасят върху ординатата. Максималното натоварване пада в края на годината — поради естествения му прираст през годината.
Неравномерност nрежим на зареждане, от една страна, разнообразието на оборудване за производство на енергия и неговите експлоатационни и технико -икономически характеристики, от друга страна, поставят сложна задача за персонала на системата за оптимално разпределение на товара между станциите и генериращите блокове.
Производството на електроенергия е на цена. За термични станции — това са разходи за гориво, освен това за поддръжката на обслужващия персонал, ремонт на оборудване, амортизационни отчисления.
На различни станции, в зависимост от техническото им ниво, мощност, състояние на оборудването, специфичните производствени разходи на еднаVt • h е различно.
Общият критерий за разпределение на товара между станциите (и в рамките на станцията между блоковете) е минималните общи експлоатационни разходи за производството на дадено количество електроенергия.
За всяка станция (всяка единица) разходите могат да бъдат представени във функционална връзка с режима на зареждане.
Условието за минимум на общите разходи и следователно условието за оптимално разпределение на натоварванията в системата е формулирано по следния начин: натоварването трябва да бъде разпределено така, че равенството на относителните стъпки на станциите (агрегати) винаги да е поддържан.
Почти относителните стъпки на станции и звена при различни стойности на техните товари се изчисляват предварително от диспечерските услуги и се изобразяват като криви (виж снимката).
Относителни криви на растеж
Хоризонталната линия отразява разпределението на това натоварване, което отговаря на оптималното състояние.
Оптималното разпределение на натоварването на системата между станциите има и техническа страна. Блоковете, които покриват променливата част на кривата на натоварване, особено острите горни върхове, се експлоатират при условия на бързо променящо се натоварване, понякога с ежедневни спирания — стартирания.
Модерни мощен парни турбинни агрегати не са адаптирани към такъв режим на работа: стартирането им отнема много часове, работата в режим на променливо натоварване, особено при чести спирки, води до увеличаване на произшествията и ускорено износване и освен това е свързано с допълнителен доста чувствителен прекомерен разход на гориво .
Следователно, за да се покрият «върховете» на натоварването в системите, се използват единици от друг тип, които са технически и икономически добре адаптирани към режим на работа с остро променливо натоварване.
Идеални за тази цел са водноелектрически централи: стартирането на хидравличния агрегат и неговото пълно натоварване изискват една до две минути, не са свързани с допълнителни загуби и са технически доста надеждни.
Водноелектрическите централи, проектирани да покриват пиковите натоварвания, се строят с драматично увеличен капацитет: това намалява капиталовите инвестиции с 1 kW, което ги прави съизмерими със специфичната инвестиция в мощни топлоелектрически централи и гарантира по -пълноценно използване на ресурсите на водотока.
Тъй като възможностите за изграждане на водноелектрически централи в много зони са ограничени, където топографията на района позволява да се получат достатъчно големи напори, се изграждат помпени акумулиращи водноелектрически централи (PSPP), които да покриват пиковете на натоварване.
Блоковете на такава станция обикновено са обратими: през часовете на повреда на системата през нощта те работят като помпени агрегати, издигайки вода във високо разположен резервоар. По време на часовете на пълно натоварване те работят в режим на генериране на електричество, като задействат водата, съхранявана в резервоара.
Широк се използват за покриване на пиковете на натоварване на електроцентрали с газови турбини. Стартирането им отнема само 20 — 30 минути, регулирането на натоварването е просто и икономично. Показателите за разходите на пиковите GTPP също са благоприятни.
Показатели за качеството на електрическата енергия са степента на постоянство на честотата и напрежението. Поддържането на постоянна честота и напрежение на дадено ниво е от голямо значение. С намаляване на честотата, скоростта на двигателите се намалява пропорционално, следователно производителността на задвижваните от тях механизми намалява.
Не бива да се мисли, че увеличаването на честотата и напрежението има благоприятен ефект. С увеличаване на честотата и напрежението загубите в магнитни вериги и намотки на всички електрически машини и устройства рязко се увеличават, нагряването им се увеличава и износването се ускорява. В допълнение, промяната в честотата и следователно в броя на оборотите на двигателите често заплашва отхвърляне на продукта.
Постоянството на честотата се осигурява чрез поддържане на равенство между ефективната мощност на първичните двигатели на системата и общия противоположен механичен момент, възникващ в генераторите от взаимодействието на магнитни потоци и токове. Този въртящ момент е пропорционален на електрическото натоварване на системата.
Натоварването на системата се променя постоянно.Ако натоварването се увеличи, спирачният момент в генераторите става по -голям от ефективния въртящ момент на главните двигатели, съществува заплаха от намаляване на скоростта и намаляване на честотата. Намаляването на натоварването има обратен ефект.
За да се поддържа честотата, е необходимо съответно да се промени общата ефективна мощност на главните двигатели: увеличение в първия случай, намаляване във втория. Следователно, за да поддържа непрекъснато честотата на дадено ниво, системата трябва да има достатъчно захранване с изключително мобилна мощност в режим на готовност.
Задачата за регулиране на честотата е възложена на определените за това станции, работещи с достатъчно количество безплатна, бързо мобилизирана мощност. Водноелектрическите централи се справят най -добре с тези отговорности.
За повече информация относно характеристиките и методите на честотно регулиране вижте тук: Регулиране на честотата в електроенергийната система