книги из ГПНТБ / Поспелов, Г. Е. Энергетические системы учеб. пособие

по каким-либо определенным правилам, ее решение требу­ ет сложной творческой работы коллектива проектировщи­ ков. Одна из трудностей сравнения вариантов состоит в том, что количественно не всегда можно оценить все пре­ имущества и недостатки сравниваемых вариантов. Например, иногда не поддаются непосредственной и всесторонней оцен­ ке такие важные показатели, как надежность, гибкость и простота эксплуатации.

Другая трудность метода — большое количество воз­ можных вариантов; перебор всех возможных вариантов даже в условиях современных мощных вычислительных средств требует много времени. Поэтому успех решения задачи, качество рассматриваемых вариантов зависят от искусства и опыта проектировщиков.

При разработке вариантов надо обращать внимание на экономичность решении, наибольшую целесообразность схем. Излишне намечать слишком много вариантов, вполне достаточно после тщательного анализа оставить 4—5 ва­ риантов. При этом следует отдавать предпочтение простоте, выбирая наиболее простые схемы и переходя к более слож­ ным схемам только в том случае, если это вызвано техни­ ческими и экономическими требованиями.

Экономически целесообразно сравнивать между собой только такие варианты, которые в равной степени удовлет­ воряют техническим требованиям. Однако допустимо срав­ нение технически удовлетворительных вариантов, отлича­ ющихся по таким техническим показателям, как надежность электроснабжения н качество электроэнергии, если это приемлемо для потребителей.

Среди намеченных вариантов путем предварительного анализа и оценки отбираются лучшие, конкурентоспособ­ ные и производится их сравнение. При отсутствии достаточ­ ного опыта разработка нескольких обоснованных вариантов и предварительный выбор нанлучшнх — сложная работа. Для примера укажем некоторые рекомендации при выборе схемы электроснабжения. Намечаемые варианты не следует выбирать случайно; каждый вариант должен иметь ведущую идею построения сети (радиальная сеть, кольцевая и т. д.). При разработке вариантов электроснабжения можно ре­

какими путями может быть выполнено это требование.

230

2.Выделить подстанции, расположенные вблизи друг от друга и от центра питания, а также более удаленные под­ станции. Такое разделение даст возможность наметить под­ станции, которые целесообразно объединить общей сетью. Электроснабжение удаленных подстанции можно осущест­ вить отдельными линиями.

3.Определить хотя бы приближенно потоки мощности по отдельным линиям. Не следует допускать малозагруженных линий. Наличие их — признак того, что вариант выбран неудовлетвор11тельно.

4.Необходимо оценить послеаварийные режимы. Рас­ сматриваются аварии, которые приводят к наибольшему уменьшению передаваемой мощности и снижению напряже­ ния.

5.Полезно приближенно определить наибольшие по­ терн напряжения в сети. Так как сечения проводов еще не выбраны, можно определить потери напряжения, исходя из средних значений удельных активного и реактивного со­ противлений линий: г0 = 0,2—0,5 ом/км и х0 = 0,4 ом!км.

При одинаковом напряжении сети предварительный от­ бор вариантов можно производить на основе сравнения длин линий и трасс, протяженностей двухцепных линий, числа выключателей на подстанциях, величин наибольших па­ дений напряжений, надежности электроснабжения потре­ бителей и гибкости сети — возможности производства пе­ реключений без перерывов в электроснабжении, а также дальнейшего расширения сети. Длина линий и трасс опре­ деляется с учетом их непрямолинейности. Действительные длины принимаются на 1 0 % больше длин, измеренных по прямой линии.

Если производится сравнение вариантов с разными на­ пряжениями, дополнительно подсчитываются капиталовло­ жения на их выполнение: стоимость линий, ячеек выклю­ чателей и трансформаторов подстанций.

Решающее значение при сравнении вариантов имеют экономические показатели. В качестве основного эконо­ мического критерия принимаются приведенные затраты. Наивыгоднейшим считается вариант, имеющий наименьшие приведенные затраты.

Непременным условием сопоставимости стоимостных по­ казателей следует считать условие их исчисления в единых ценах и приведение сравниваемых вариантов к одинаково­ му энергетическому эффекту. Следует учитывать, что'срав-

231

ниваемые варианты могут иметь различные расходы энергии на собственные нужды и различные потери при передаче и распределении энергии. Полезный эффект народному хо­ зяйству дает только та энергия, которая доведена до потре­ бителя. Поэтому все сравниваемые варианты энергосистемы должны приводиться к единому полезному отпуску энергии потребителю.

Проектирование энергосистем включает составление ба­ лансов активной и реактивной мощностей и энергии, вы­ бор оптимальных источников энергии и обеспечение доста­ точной надежности работы.

В значительной мере успешное решение задачи проекти­ рования энергосистем зависит от правильного определения основных показателей суммарного потребления энергии.

8.3. Выявление электропотреблешія п методы определения нагрузки

Важнейшим исходным материалом, определяющим в зна­ чительной мере качество проектных задач энергосистем, служат данные о величинах электропотребления и элек­ трических нагрузок на соответствующие проектные рас­ четные уровни. Решения будут целесообразными, если в расчетах учитываются динамика роста нагрузок во време­ ни и развитие систем электроснабжения. Необходимо, что­ бы при проектировании новых электростанций, подстанций и линий развитие энергетических систем рассматривалось

на достаточно значительный период времени (10 — 20 лет) с учетом изменения всех расчетных параметров. Важно най­ ти такой вариант постепенного развития, такую очеред­ ность включения новых энергетических объектов разного назначения, при которых, с одной стороны, была бы обес­ печена возможность надежного электроснабжения всей совокупности намечаемых к присоединению потребителей энергии, а с другой стороны, потребовались бы наименьшие затраты народного хозяйства на протяжении заданного перспективного периода.

Проектирование энергосистемы как весьма сложного комплекса энергообъектов ведется с большим опережением во времени по сравнению с проектированием отдельных про­ мышленных объектов, энергопитание которых должно про­ исходить от проектируемой системы. Поэтому получение достаточно надежных исходных данных относительно роста

232

электропотребления промышленности, транспорта, сель­ ского хозяйства довольно сложно. В каждом конкретном слу­ чае проектирования той или иной энергосистемы выявление электропотребления и составление графиков нагрузки мо­ жет быть проведено лишь как вероятное и обосновывается общими директивными указаниями, работами Госплана и проектно-исследовательских институтов.

Важно определить основные показатели расходной части электробаланса, к которым относятся электропотребление, максимум нагрузки энергосистемы и режим электропотреб­ ления.

Рассмотрим некоторые методы прогнозирования элек­ тропотребления и определения нагрузок.

Метод прямого счета основан на определении ожида­ емого электропотребления по отдельным отраслям народ­ ного хозяйства и последующем суммировании. Электро­ потребление отдельных отраслей может быть подсчитано по методу удельного расхода электроэнергии на единицу про­ дукции. Удельные расходы электроэнергии берутся с уче­ том планируемого улучшения технологии, внедрения ново­ го оборудования, совершенствования организационных

При расчете электропотре.бления системы часто вы­ деляются следующие группы потребителей: промышленность (\Ѵп), транспорт (W't), сельское хозяйство (№с) и ком­ мунально-бытовой сектор (И?к). Суммарное электропо­ требление тогда представится формулой

117, = Wn + WT + WK + Wz.

Наиболее точно прогнозированию поддается потребление электроэнергии промышленностью и транспортом, которое

233

в современных энергосистемах составляет 70—80% общего потребления.

Погрешность метода прямого счета составляет не бо­ лее 5— 10%.

Методы, основанные на непосредственной экстраполяции электропотребления, могут быть использованы при нали­ чии статистической информации о потреблении электроэнер­ гии за прошлые годы. При этом для прогнозирования стара­ ются применять по возможности наиболее простые формулы, позволяющие подсчитать электропотребление в целом для энергосистемы пли для отдельных узлов нагрузки. Эти фор­ мулы обычно содержат известное электропотреблеине в ка­ кой-то период развития энергосистемы и среднегодовой прирост электроіютреблеппя, найденный по статистическим данным прошлых лет. Наибольшее распространение полу­ чила формула сложных процентов, согласно которой элек-

Иногда прогнозирование электропотребления ведут по формуле

или

Имеются методы, основанные на функциональной зави­ симости между электропотреблением и другими — одной или несколькими — переменными величинами. В качестве таких величин принимаются индекс промышленного про­ изводства, национальный дбход, объем промышленной про­ дукции и другие показатели, определяющие потребление электроэнергии в энергосистеме или в отдельном узле на­ грузки.

В Энергетическом институте им. Г. М. Кржижановского предложено следующее выражение для прогнозирования электропотребленпя на 5 лет:

оЧ 5 'ѴВ>

2 3 4

где J b — индекс промышленного производства на 5-летний период;

/с5 — коэффициент для пятилетнего прогнозирования:

*5 = 1 .5 8 - 0 ,3 4 4

Известны и другие выражения для расчета электропо­ требления. Во Франции, например, применяют следующую зависимость:

И ?,= Г о ( А ) 0,4і ,05',

где J 0 и J t — базисный и перспективный индексы промыш­ ленного производства;

t — расчетный период.

Множитель в скобках учитывает снижение темпов при­ роста электропотребления.

Перспективными следует признать разработку экономи­ ко-математических методов и создание математических моде­ лей. Эти методы предполагают установление корреляцион­ ной связи между потреблением энергии и факторами, влияющими на развитие энергетики. Так, например, для прогнозирования потребления электроэнергии угольными шахтами предложены зависимости между удельным электропотреблением, отнесенным к удельной установлен­ ной мощности электроприводов, н производительностью шахт.

Определение расчетных значений на перспективный год суммарной годовой потребности в электроэнергии всех групп потребителей с учетом потерь ее в электрических сетях энергосистемы и расхода на собственные нужды элек­ тростанций позволяет подсчитать основной показатель рас­ ходной части баланса электроэнергии — годовую выработку

представляет значительные трудности. Требования к точ­ ности их определения тем ниже, чем длительней расчетный

235

период, и величина удельных потерь может быть установ­ лена на основе квалифицированного технического прогноза. В проектных организациях величины А Wc и А \ѴСЛ, часто выражают в долях или процентах от Wn, значения которых получают на основе опыта проектирования н эксплуатации с учетом внедрения новой техники и особенностей структуры энергосистемы.

Для определения нагрузок, кроме упомянутого выше метода удельного расхода энергии на единицу продукции, укажем еще следующие.

Метод технологического графика, который заключается в следующем. Для крупных заводских установок бывает известен подробный график технологического процесса, который может быть переведен в график электрической на­ грузки. К таким нагрузкам могут быть отнесены, например, крупные отжигательные печи в машиностроении. Для та­ ких печей технологами тщательно разрабатывается график термической обработки, по которому весьма строго регла­ ментированы время нагрева и охлаждения. Зная рабочие мощности для периодов разогрева и охлаждения, нетрудно построить соответствующий электрический график нагруз­ ки, который может быть распространен на несколько смен и даже суток.

То же можно сказать и о графиках работы прокатных станов, сварочных машин при автоматическом управлении электронными приборами.

Суть метода удельных нагрузок на 1 м2 производственной площади такова. Наиболее постоянная нагрузка на 1 м2 площади цеха создается освещением. Накопившийся опыт проектирования позволяет установить достаточно точные данные по осветительным нагрузкам различных производств. Метод был предложен в 1936 г. Ю . Л . А'іукосеевым [23] для применения к силовой нагрузке машиностроительных пред­ приятий. Этот метод получил распространение в практике проектных организаций при предварительных расчетах для производства с неустановившейся технологией (машино­ строение и др.).

Если принять удельную нагрузку (в вольт-амперах н ваттах) на 1 м2 ру, то при площади цеха F м2 расчетная мак­ симальная нагрузка

236

Чтобы дать представление о величине удельных нагру­ зок, приведем следующие данные [23]:

одна силовая нагрузка 50—250 в ■ а/м2\ одна осветительная нагрузка 20— 80 в ■ а/м2;

силовая и осветительная нагрузки (вместе) 70 — 300 в • а/м2.

Для определения нагрузок городов применяется ста­ тистический метод. Статистика ведет подробный учет по­ требления энергии разными категориями нагрузок. Выра­ батываются нормы потребления; удельные величины по­ требления энергии на 1 жителя или установленной мощ­ ности в киловаттах на 1000 жителей носят более или менее устойчивый характер. К таким потребителям относятся, трамвай, уличное освещение, водопровод и канализация: городская мелкомоторная нагрузка.

Расчетные нагрузки для жилых домов и общественных зданий подсчитываются на основе удельных расчетных на­ грузок жилых домов и значения коэффициента одновре­ менности в зависимости от числа квартир. В табл. 8.1 при­ ведены уточненные значения [32] удельных нагрузок на квартиру (в кв ■ а) для жилых зданий городов.

Таблица 8.1

Указанные в табл. 8.1 удельные нагрузки учитывают осветительную и бытовую нагрузки, но не учитывают кон­ диционирование воздуха, электрическое отопление и элек­ троподогрев воды.

С течением времени нагрузки растут. По данным рабо­ ты [32], ежегодный прирост для жилых домов с газовыми плитами составляет 4,0% , для домов с огневыми плитами — 2,5% . Для нагрузок распределительных сетей напряжением 6— 20 кв ежегодный прирост может быть и более высоким за счет электрификации коммунальных предприятий об­ щественного обслуживания н питания.

237

Важное значение для проектирования энергосистем имеет выяснение второго основного показателя расходной части перспективного электробаланса — максимума суммарной электрической нагрузки энергосистемы Г м. Завышение приведет к увеличению суммарной установленной мощнос­ ти электростанций и неоправданному перерасходу матери­ альных средств, а занижение — к еще большему ущербу из-за недодачи народному хозяйству страны необходимых мощностей.

Непосредственный расчет Р м по числу часов исполь­ зования максимума нагрузки системы 7'м

или годового коэффициента нагрузки уг

может дать только ориентировочное значение. Более точное значение Р „ можно найти на основе построения суммар­ ного графика нагрузки энергосистемы.

8.4. Графики нагрузки и их прогнозирование

Для нахождения оптимального варианта развития энер­ госистемы необходимо иметь развернутую картину режима суммарной нагрузки, отражающую все характерные коле­ бания потребления мощности.

Суммарный график нагрузки энергосистемы отражает режим электропотребления. На режим электропотребления оказывает влияние ряд факторов: состав отраслей народ­ ного хозяйства, входящих в энергосистему, при этом осо­ бенно существенно соотношение между потреблением промышленности и коммунально-бытовым сектором; продол­ жительность рабочей недели и количество смен за сутки; степень загрузки отдельных смен промышленных предпри­ ятий и тенденции в ее изменении.

Определяющее значение для формирования графиков нагрузки имеет состав потребителей. Суточный график ак­ тивной нагрузки системы храктеризует совокупность всех потребителей. Если энергосистема имеет значительную бы­ товую нагрузку, то вечерний максимум значительно боль­ ше утреннего (см. рис. 1.11, а). Эта разница особенно за­

238

метиа в летнее время. Летом максимум наступает позже (точка б), чем зимой (точка а). Летом максимум более пикообразный, чем зимой. Минимальная нагрузка составляет 50—60% максимальной. В энергосистемах с преоблада­ нием промышленной нагрузки имеются два явно выраженных максимума: утренний и вечерний (см. рис. 1.11, б). Суточный график таких систем более ровный, минимальная нагрузка составляет 70—80% максимальной. Значительная часть электропотребления во многих крупных энергосистемах приходится на долю энергоемкой промышленности с не­ прерывным технологическим процессом. В некоторых энер­ госистемах нагрузка утреннего максимума может быть боль­ ше, чем вечернего.

На конфигурацию суточного графика нагрузки влияет освещенность и температура воздуха. При малой осве­ щенности в дневное время нагрузка возрастает и утренний

резерв мощности на электростанциях, и режим минималь­ ных нагрузок, когда надо иметь соответствующие маневрен­ ные станции с малым технологическим минимумом. В на­ стоящее время соотношение минимальной и максимальной нагрузок в энергосистемах составляет 0,5—0,8. Суточные графики реактивной нагрузки энергосистемы в основном определяются током намагничивания н рассеяния асин­ хронных двигателей (примерно 60%) п потерями реактивной мощности в линиях и трансформаторах (около 40%). На суммарные суточные графики реактивной нагрузки энерго­ системы оказывают влияние режим работы линий напряже­ нием 220 кв и выше, перетоки мощности и другие системы, общий уровень компенсации реактивной мощности.

В энергосистемах, имеющих примерно одинаковые ак­ тивные нагрузки в утренний и вечерний пики, утренний пик реактивной мощности выше вечернего (см. рис. 1.13, а), так как при этом преобладает нагрузка включенных двигателей. Если вечерняя активная нагрузка значительно выше утрен­ ней, то, как правило, вечерний пик реактивной мощности значительно выше утреннего (см. рис. 1.13, б). В этом слу­ чае преобладающее значение имеют потери реактивной мощ­ ности в электрических сетях. Во всех случаях реактивная

2 3 Э