Лекции - word / Tema1

Тема.1. Графики электрических нагрузок и их влияние на режим работы электростанций

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). Наибольшее значение для работы энергосистем и электростанций имеют суточные графики нагрузки. Различают отчетные суточные графики, используемые для анализа режимов работы энергосистем и электростанций в процессе эксплуатации, и расчетные или перспективные графики, необходимые для планирования работы. Отчетные графики изображаются в виде не­прерывной кривой или ломаной линии С рис.1.1, позиции 1,2), а перспективные - в виде ступенчатого графика (позиция 3).

Рис.1.1. Суточный график нагрузки.

Форма суточного графика нагрузки зависит от времени года, дня недели (рабочего, нерабочего), соотношения потребления электроэнергии основными видами потребителей (промышленность, строительство, осветительно-бытовые установки, транспорт, сельское хозяйство). Изменение структуры потребления электроэнергии в последнее время характеризуется значительным ростом энергопотребления в сельском хозяйстве и на коммунально-бытовые нужды. Это, а также изменение организации производства на предприятиях и условий технологичеких процессов привели к значительному росту неравномерности графиков электропотребления во всех энергообъединениях.

От режима электропотребления зависят режимы работы основного оборудования электростанций, линий электропередач, трансформаторов, электроподстанций. Разуплотнение графиков нагрузки приводит к необходимости значительных разгрузок энергоблоков, вывода части из них в резерв путем остановки или перевода в моторный режим

Рис.1.2.Покрытие годового графика нагрузки электростанциями различных типов.

Отсутствие возможности хранения выработанной электрической энергии на складе до момента потребления приводит к необходимости приведения выработки электрической мощности в соответствие с уровнем её потребления в каждый момент времени. Это предопределяет работу генерирующего оборудования в переменных режимах, которые включают в себя работу на пониженных нагрузках, полный останов части оборудования в часы провала нагрузки и его полную загрузку и даже перегрузку в часы пикового потребления. Поэтому одной из важнейших проблем энергетики является проблема наиболее эффективного покрытия переменной части графика нагрузки (обеспечения наименьшего расхода топлива и других средств в энергосистеме).

Современные энергетические системы включают в себя различные типы электростанций: АЭС, ГЭС, ТЭЦ, КЭС, ГАЭС, газотурбинные станции. Каждый тип оборудования в силу его конструкционных и других специфических особенностей должен занимать определённое место в покрытии графика электрической нагрузки энергосистемы. Неравномерность потребления электрической энергии в суточном и недельном разрезах оказывает непосредственное влияние на формирование расчётных режимов работы оборудования и выбор структуры генерирующих мощностей.

Суточный график нагрузки характеризуется рядом показателей. К их числу относятся максимальная N max, минимальная Nmin и среднесуточная Nср нагрузки ( рис. 1.1). Среднесуточная нагрузка определяется по формуле

Ncp = Эсут/24, (1.1)

где Эсут -суточное потребление электроэнергии .

В качестве характеристики неравномерности суточного графика нагрузки используются следующие показатели:

• коэффициент неравномерности суточного трафика электрической нагрузки:

;

• коэффициент заполнения (плотности) графика нагрузки, равный отношению суточного потребления электроэнергии к её максимально возможному потреблению:

;

Разность между максимальной нагрузкой и минимальной представляет собой регулировочный диапазон мощности в энергосистеме:

.

Отношение регулировочного диапазона к максимальной нагрузке оборудования называется коэффициентом 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. Если к регулированию привлекается часть оборудования, составляющая долю от (), то регулировочный диапазон этого оборудования должен быть увеличен в раз, т.е. .

Весьма важным показателем графика является скорость подъема (снижения) нагрузки V

V=N/

где N - изменение нагрузки в энергосистеме за время .

Суточный график электрической нагрузки (рис.1.1) делится на три характерные зоны:

А - базовую, расположенную ниже линии мини­мальной нагрузки;

Б - полупиковую, между линиями минимальной и среднесуточной нагрузки;

В- пиковую, выше линии среднесуточной нагрузки.

Коэффициент неравномерности нагрузки в энергосистемах России в настоящее время составляет 0,5-0,65, а в некоторых системах Европейской части страны достигает значений, что характеризует резко-переменный характер режима работы энергооборудования.

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 дневного и ночного тарифов на электроэнергию и др.

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

Первая группа мер по выравниванию графиков нагрузки имеет временный характер, поскольку с течением времени их влияние исчерпывается. Вторая группа имеет пока ограниченное применение, и процесс разуплотнения графиков нагрузки продолжается.

Рассмотрим место и роль отдельных типов электростанций в покрытии графиков электрической нагрузки энергосистем.

Имеющееся в наличии современных энергосистем оборудование кон­денсационных электростанций ориентировано на базисный режим работы с ограниченными возможностями peгулирования в суточном и недельном разрезах. Увеличение маневренности этих агрегатов требует разработки и внедрения дополнительных мероприятий. В настоящее время КЭС с поперечными связями, блочное оборудование на докритические параметры (160 и 210 МВт), а в ряде энергосистем и энергоблоки на сверхкритические параметры пара (300 и 800 МВт) вынужденно привлекаются к регулированию графиков энергопотребления, что значительно снижает экономичность и надежность их работы.

ТЭЦ в энергосистемах обычно работают по вынужденному электрическому графику нагрузки, определяемому режимом теплопотребления в течение суток, недели, года. Турбины 'ГЭЦ типа ПТ и Т, имеющие конденсаторы, технически возможно использовать и по свободному электрическому графику нагрузки, когда электроэнергия частично или полностью вырабатывается на конденсационном режиме. Это создает возможность использовать свободную конденсационную мощность ТЭЦ для покрытия полупиковой части графиков электрической нагрузки. Имеется возможность привлечения агрегатов ТЭЦ к регулированию электрических графиков нагрузки и при их работе в чисто теплофикационном режиме путем частичной передачи выработки теплоты на пиковые водогрейные котлы с соответствующей разгрузкой теплофикационных отборов пара и переводом их на конденсатор с дополнительной выработкой электроэнергии. Возможен частичный или полный перевод питания сетевых подогревателей с отбора пара на свежий пар через специальную РОУ, что позволит дополнительно увеличивать или снижать электрическую мощность турбины в требуемых пределах.

В любом из этих случаев привлечение агрегатов ТЗЦ к регулированию электрической нагрузки следует рассматривать как вынужденную меру, когда исчерпываются возможности регулирования электри­ческой нагрузки с помощью конденсационных агрегатов.

АЭС в силу высоких удельных капиталовложений и относительно низкой маневренности их оборудования, а также из соображений безаварийности их работы по экономическим и техническим причи­нам целесообразно использовать в базовой части суточных и годо­вых графиков электрической нагрузки.

ГЭС характеризуются высокой маневренностью работы. Время полного набора и снижения нагрузки здесь измеряется минутами. Различают гидроэлектростанции суточного, сезонного и годового регулирования. ГЭС суточного регулирования используется для покрытия пиков суточных графиков нагрузки. В то же время ГЭС, не имеющие зарегулированного стока, а также работающие на обязательном пропуске воды (пропуск воды на ирригацию, санитарно-тех-нический пропуск и т. п.) целесообразно использовать в базовой части графиков нагрузки. Использование ГЭС в энергосистемах, особенно эффективно при соответствующем сочетании их мощности с мощностями ТЭС и АЭС, так как в этом случае появляется возможность маневрирования как в течение суток, так и в продолжение года.

Исходя из изложенных выше особенностей эксплуатации различных типов электростанций, упрощенную схему распределения выработки электроэнергии в суточном и в годовом разрезах можно представить следующим образом (рис.1.2).

В базовой части графика (зона А) размещаются:

а) гидроэлектростанции, не имеющие зарегулированного стока и работающие на постоянном пропуске воды;

б) атомные электростанции;

в) ТЭЦ, работающие по тепловому графику нагрузки;

г) высокоэкономичные конденсационные энергоблоки.

Полупиковую часть графика нагрузки (зона Б) заполняют:

а) конденсационные электростанции;

б) ТЭЦ, работающие по электрическому графику нагрузки в режиме конденсационной выработки электроэнергии.

В пиковом режиме (зона В) работают: а) КЭС с поперечными связями на низкие и средние параметры пара;

б) специальные пиковые энергоустановки: пиковые КЭС, ПГУ, ГТУ и др.;

в) ГЭС, имеющие суточное или годовое регулирование стока.

Изображенная на рис.1.2. схема покрытая годового графика нагрузки является ориентировочной: для каждой энергосистемы задача распределения нагрузки решается в зависимости от наличия в системе того или иного типа электростанций.