Вопрос 3: Прогнозирование спроса на электроэнергию

Развитие энергетического хозяйства требует значительных капиталовложений и имеет стратегическое значение для обеспечения экономического роста предприятия, города, региона в соответствии с масштабами рассматриваемой проблемы. Необходимыми условиями обоснованности принятия решений являются полнота и достоверность информации. Поэтому прогнозирование потребности в энергетических ресурсах --- очень важная проблема при решении задач техникоэкономического обоснования вариантов развития энергохозяйства.  Учитывая технологические особенности производства электроэнергии и тепла, технико-экономическое обоснование развития электроснабжающих и теплоснабжающих систем следует проводить, используя информацию о количестве потребляемой электроэнергии и тепла и об изменении их потребления во времени. Такую информацию содержат  перспективные графики нагрузки отдельных потребителей и суммарные графики нагрузки.  Для характеристики энергопотребления предприятий, экономических районов важное значение имеют величины максимальных нагрузок, режимы потребления, отражаемые графиками нагрузок. Графики электроэнергии и тепла показывают изменение нагрузок по времени.  Они различаются по видам потребителей, длительности и сезонам. По видам потребления выделяют графики электрической и тепловой нагрузки, а также расходов топлива. Графики тепловой нагрузки строятся по параметрам и видам энергоносителей. В зависимости от длительности рассматриваемого периода различают суточные, недельные,  месячные, годовые и многолетние графики нагрузок; по сезонам года --- зимние, весенние, летние и осенние.  Графики различаются также по назначению:  • отчетные (для анализа работы потребителей в энергосистеме);  • расчетные (перспективные) для планирования работы энергообъектов системы.

Расчетные графики характеризуют изменения нагрузки во времени, обусловленные регулярно действующими факторами (характер технологического процесса, сезонные изменения температуры наружного воздуха).  При планировании нагрузок пользуются типовыми графиками. Типовые графики составляют для отдельных потребителей (промышленности, сельского хозяйства, коммунально-бытовых потребителей и др.)  и с учетом периодов времени. В типовом графике используются среднеарифметические значения для отдельных периодов. Для характеристики энергопотребления промышленных предприятий вводится ряд показателей.  Максимальная суточная нагрузка Q′_max, ГДж/ч, группы однотипных потребителей теплоты определяется их максимальными мощностями Q′_{max i} и коэффициентами спроса ν_сi:

где n --- количество однотипных потребителей. Коэффициент спроса данного i-го потребителя или группы однотипных потребителей рассчитывается как произведение коэффициента загрузки на коэффициент одновременности:

v_ci =v_3iv_0i

где νз i --- коэффициент загрузки, характеризующий величину максимальной нагрузки потребителя, отнесенной к его максимальной мощности (νз i ≤ 1); νo i --- коэффициент одновременности, характеризующий долю нагрузки потребителей данной группы, одновременно находящихся в работе. Значение коэффициента спроса определяется конкретными особен-  ностями данного производства, в том числе технологическим режимом. При установлении максимальной тепловой нагрузки ряда групп разнотипных потребителей дополнительно вводится коэффициент разновременности (неодновременности) νp, учитывающий несовпадение во времени максимумов тепловых нагрузок, ГДж/ч:

где m --- количество групп однотипных потребителей. Генерируемая тепловая мощность Qг.м (нетто) должна быть больше максимальной тепловой нагрузки на значение потерь при транспортировке и в теплообменниках, ГДж/ч:

где ηтр --- КПД транспорта теплоты от турбины ТЭЦ или котельной до потребителей; ηт --- КПД теплообменников. Значения ηтр и ηт обычно составляют 0,97...0,98 и 0,98...0,99. Суточный график тепловой нагрузки зависит от технологических режимов производственных процессов, сменности, сезона года. Наиболее равномерные суточные графики имеют такие теплоемкие производства, как химические, целлюлозно-бумажные, нефтеперерабатывающие. В качестве иллюстрации на рис. 1.3 приведен суточный зимний график тепловой нагрузки целлюлозно-бумажного комбината. Нагрузка отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха либо остается неизменной в течение суток, либо снижается в нерабочие часы. Нагрузка горячего водоснабжения меняется по часам суток в соответствии с бытовыми нагрузками, нагрузками предприятий общественного питания и др. (рис. 1.4). Конфигурация суточного графика тепловой нагрузки характеризуется минимальной Qmin с, средней Qср.с, максимальной Qmax с нагрузками и  их соотношениями. Коэффициент заполнения суточного графика нагрузки νсут определяется как отношение среднесуточной и максимальной нагрузок:

 

где Q_cут --- суточное потребление теплоты, ГДж/сут.

Коэффициент минимальной нагрузки равен отношению минимальной нагрузки к максимальной:

V_min=Q_{min c}/Q_{max c}

Суточный график тепловой нагрузки может быть разделен на три части: пиковую, полупиковую и базисную. Конфигурация пиковой и полупиковой частей суточного графика нагрузки выражается их коэффициентом заполнения:

В течение года технологическое теплопотребление меняется за счет внутригодового прироста тепловой нагрузки, изменения потерь в окружающую среду, расходов теплоты на разогрев агрегатов после холодных простоев, остановов и ремонтов. Графики отопительно-вентиляционной нагрузки и нагрузки кондиционирования воздуха существенно меняются по сезонам и месяцам года (рис. 1.5).

С уточные и годовые графики нагрузки определенного района тепло-  снабжения могут быть построены суммированием характерных суточных графиков нагрузки отдельных групп потребителей.  Годовой максимум тепловой нагрузки может быть определен из вы ражения

Q_max=Q_год/h_m

где h_м --- годовое число часов использования максимальной нагрузки, ч/год. Этот показатель представляет собой расчетное число часов, за которые была бы использована вся годовая потребность в теплоте, если бы нагрузка поддерживалась максимальной. Величина h_м, ч/год, определяется выражением вида

h_м=v_сутv_недv_месv_год8760,

где v_сутv_недv_мес - среднегодовой коэффициент заполнения суточного, недельного и месячного графиков нагрузки; ν_год --- коэффициент заполнения годового графика нагрузки; 8760 --- количество часов в календарном году.

Коэффициент заполнения недельного графика нагрузки отражает колебания нагрузки внутри отдельных недель по дням (главным образом, за счет выходных и праздничных дней) и определяется из выражения

v_нед = Q_cp.max h/Q_{max h}

где Q_{ср.max н} --- средний за неделю расчетный максимум, ГДж/ч; Q_{max н} --- наибольший за неделю расчетный максимум, ГДж/ч.

Помимо колебаний нагрузки внутри отдельных недель имеют место колебания между неделями, вызываемые изменениями наружной температуры воздуха, температуры нагреваемой воды, приростом нагрузки. Величина ν_мес определяется следующим образом:

v_мес=Q_{ср.max н} /Q_{max m}

где Qср.max м --- средний за месяц расчетный максимум рабочего дня, ГДж/ч; Qmax м --- наибольший за месяц расчетный максимум, ГДж/ч. Коэффициент неравномерности годового теплопотребления определяется по формуле

где Q_{max м i} --- максимальная нагрузка за каждый месяц, ГДж/ч; Q_max год --- годовая максимальная нагрузка, ГДж/ч; 12 --- число месяцев в году. Аналогично может быть определена потребность в сжатом воздухе и электроэнергии и построены графики нагрузки.