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

нагрузка энергосистемы зависит от уровней напряжения и при повышении напряжения увеличивается.

Прогнозирование оперативных суточных графиков на­ грузки рабочего дня энергосистемы производят на основании графика предыдущего дня, графика соответствующего дня недели и прогноза погоды. Графики нагрузки выходных дней (субботы, воскресенья), а также после выходного дня (понедельника) существенно отличаются от графиков обыч­ ных рабочих дней. На предстоящие дин они составляются на основании графиков предыдущих выходных и послевыходных дней, прогноза погоды и других влияющих факторов. Точность построения графика на следующие сутки зависит в некоторой степени от опыта инженера, и погрешность составляет 2—3%.

Построение перспективных суточных графиков нагруз­ ки энергосистемы производится по типовым графикам от-

0

Рис. 8.1. Типовые суточные графики активной нагрузки энергоси­ стемы для характерных дней недели (а — весна; б — лето):

/ — нормального рабочего дня с доверительным интервалом; 2— сокращен­ ного рабочего дня; — выходного дня; 4 — послевыходного дня.

240

дельных потребителей с учетом потерь в сетях и расхода на собственные нужды. Точность построения этих графиков за­ висит от исходных данных. Типовые суточные графики ак­ тивной и реактивной нагрузок энергосистемы имеются в литературе, и методика их получения описана [22, 38]. На рис. 8.1 показаны типовые суточные графики [381 актив­ ной нагрузки энергосистемы для нормальных рабочих дней двух сезонов года.

Для суточного графика различают следующие показа­ тели, характеризующие в определенной мере режим работ: максимум активной нагрузки Т м; максимум реактивной нагрузки QM; коэффициент мощности максимума cos ср; суточный расход активной энергии №а-сут; суточный расход реактивной энергии 1К1)СуТ.

Средневзвешенный за сутки коэффициент мощности

№р. сут

Тсут . сут

Коэффициент заполнения суточного графика активной энергии

114. сут

Р и ■ 24 •

Коэффициент заполнения суточного графика реактив­ ной энергии

lFp. сут

Qm • 24 •

Имея графики активных и реактивных нагрузок рабо­ чих и праздничных суток для различных времен года, можно построить годовые графики. Эти графики строятся по продолжительности — нагрузки в них располагаются в порядке монотонного изменения их величины (убыва­ ния). Для годовых графиков характерны следующие вели­ чины.

Число часов использования максимума активной на­ грузки — отношение годового расхода активной энергии Wa к максимуму активной нагрузки:

Г

а “ Дм '

Аналогично для реактивной нагрузки

Средневзвешенный годовой коэффициент мощности

Между суточным и годовым потреблением существует следующее соотношение:

позволяют правильно выбрать суммарную установленную мощность электростанций, их состав, обеспечивающий до­ статочную надежность при наилучшпх экономических по­ казателях.

Рис. 8.2. Крайние формы суточного графика суммарной электрической нагрузки Э Э С при коэффициенте нагрузки у,т=0,7.

Целесообразность детализации характеристик режима нагрузки на основе графиков можно иллюстрировать рис. 8 .2 , а и б, на которых изображены два суточных графика

242

Для каждого характерного дня недели каждого месяца строится столько графиков, сколько лет рассматривается. Зная формулу графика в относительных единицах и пер­ спективное электропотребление, легко получить ожидаемый график нагрузки в именованных единицах.

Синтетические методы — режим электропотребления находится путем анализа структуры электропотребления и режима потребления каждой группой потребителей. Сум­ мируя суточные графики нагрузки всех отраслей, можно найти суммарный график нагрузки энергосистемы.

изменяются. Поэтому при прогнозировании суточного ре­ жима энергосистемы все дни недели делятся на 4 вида: обычные рабочие дни, понедельники, субботы и воскресенья.

Рис. 8.4. Недельный график нагрузки энергосистемы:

1—7 — дни недели.

214

Рассмотрим тенденцию изменения режимов электропо­ требления при развитии и укрупнении энергосистем. Для этого обратимся к табл. 8 .2 , где показано изменение струк­ туры электропотребления с 1960 по 1967 г. в Единой энерге­ тической системе Европейской части Советского Союза (ЕЭС) и Объединенной энергетической системе СевероЗапада СССР (ОЭС С .-З .).

Из табл. 8.2 видно, что удельный вес электропотребле­ ния промышленности и строительства в общем электропѳтребленип снижается, а транспорта, сельского хозяйства и коммунально-бытового сектора повышается. Это приводит

Рис. 8.5. Суточные графики нагрузки зимнего дня:

а — ЕЭС; б — ОЭС Северо-Запада.

245

к увеличению неравномерности графиков нагрузки. На рис. 8.5 показано изменение конфигурации графиков на­ грузки ЕЭС и ОЭС Северо-Запада, а в табл. 8.3 даны основ­ ные показатели этих графиков.

Таблица 8.3

Табл. 8.2 и рис. 8.5 хорошо иллюстрируют меньшую не­ равномерность графика нагрузки в более крупной энерго­ системе (ЕЭС), чем в менее мощной (ОЭС Северо-Запада).

Увеличение неравномерности графиков приводит к сни­ жению числа часов наибольшей нагрузки. В табл. 8.4 при­ ведены значения этого показателя 7\г

Таблица 8.4

По данным института «Энергосетьпроект», для большин­ ства энергосистем Советского Союза в течение ближайших 10— 15 лет будет расти доля коммунально-бытового потреб­ ления и снижаться доля промышленности, что приведет к увеличению пика нагрузки. Рост пиковой нагрузки со­ провождается увеличением расхода электроэнергии на осве­ щение, городской транспорт, общественные здания и быто­ вые приборы. В дальнейшем ожидается выравнивание су­ точного графика за счет более широкого распространения потребителей с постоянным режимом электропотребления

246

(холодильники, кондиционеры) и снабжения горячей водой путем аккумулирования тепла. Эффективным мероприятием по заполнению ночных провалов и выравниванию графиков нагрузки признают распространение в городах электромо­ билей вместо обычных автомобилей с двигателями внутрен­

8.5. Выбор источников энергии

Развитие энергетики основывается на использовании энергетических ресурсов, известных ранее и вновь откры­ ваемых. Проблемы выбора первичных энергоресурсов и путей наиболее эффективного их применения рассматри­ ваются в плане перспективных энергетических балансов. Приведем пример [25].

Электроэнергию, которую будут вырабатывать гидро­ электростанции районов Сибири и тепловые электростан­ ции Казахстана и Сибири на дешевых углях, целесообраз­ но передавать по высоковольтным линиям на Урал. Тогда дешевая электроэнергия, переданная на Урал нз Сибири и Казахстана, позволит уменьшить подачу к нему нефти из Татарии и газа из Средней Азии и направить их в западные районы страны, где они будут использованы более рацио­ нально. Нефть и газ заменят там дорогое местное топливо, а на Урале, они вытеснили бы энергию, получаемую из деше­ вых углей Экибастуза в Казахстане или Канского и Ачин­ ского месторождений в Сибири [25]. Иначе говоря, ценными видами топлива — нефтью и газом — лучше заменить до­ рогие топлива на западе, а не дешевые на востоке. Электро­ энергия, передаваемая из Сибири и Казахстана на Урал, позволяет направить наиболее выгодно потоки топлива.

Построение энергетического баланса только одного рай­ она без связи с другими районами, произвольное исполь­ зование энергоресурсов в настоящее время недопустимо. С каждым днем становятся теснее энергетические связи меж­ ду экономическими районами и энергосистемами. Энерго­ балансы СССР и Единой энергетической системы должны строиться как единые для всего Союза на базе разработок перспективных планов и балансов экономических районов страны.

247

При перспективном проектировании развития энерго­ системы выбор источников энергии должен основываться на возможной структуре топливного баланса, возможном раз­ мере получения видов топлива, дефицитных в данном райо­ не, и возможности использования местных энергоресурсов (гидроресурсы, сланцы и т. п.).

Электростанции энергосистемы выбираются из условия необходимости удовлетворения потребителей как по мощ­ ности, так и по энергии. Условие выбора установленной мощности электростанций состоит в достижении достаточ­ ной надежности энергоснабжения при минимальных едино­ временных и годовых эксплуатационных затратах. Выбор установленной мощности электростанций еще не обеспе­ чивает ни достаточной надежности электроснабжения, ни минимума затрат. Эти показатели в большой степени зави­ сят от структуры энергосистемы — состава электрических станций и схемы электрических сетей высокого напряжения. Приведенные затраты на развитие энергосистемы зависят от вида сооружаемых электростанций, их размещения и от рода экономических показателей используемого топлива. Для обеспечения надежности, помимо требуемой величины резерва, необходимы достаточно высокие маневренные ка­ чества агрегатов и электростанций, предназначенных для выполнения функций оперативного резерва.

При покрытии графиков нагрузки энергосистемы наи­ большие трудности встречаются в режимах максимальных и минимальных нагрузок. Для обеспечения электроснаб­ жения в этих режимах электростанции энергосистемы должны иметь достаточную маневренность. На рис. 1.14 показаны возможные варианты покрытия графика нагрузки энергосистемы. В зависимости от обеспечения ГЭС водой пиковую часть графика нагрузки покрывают ГЭС или тепло­ вые электростанции. При недостатке воды на ГЭС (например, в зимнее время) в базисной части графика работают ТЭЦ с нагрузкой, определяемой тепловыми потребителями, и нерегулируемые ГЭС (см. рис. 1.13, а). Пиковая часть по­ крывается регулируемыми ГЭС, КЭС, и атомные электро­ станции в максимумы нагрузки также работают на полную мощность. При избытке воды на ГЭС, например в период паводка, в базисной части графика располагают ТЭЦ по пару и все ГЭС, которые работают с полной мощностью по водотоку. В этом случае пиковую часть покрывают газо­ турбинные электростанции совместно с КЭС. Возможны так­

248

же и другие варианты покрытия графиков нагрузки в за­ висимости от сочетания и мощности электростанций раз­ личных типов в энергосистеме.

Каждой из электростанций в энергосистеме стремятся выделить ту долю суммарного графика нагрузки, при ко­ торой получается наибольший экономический эффект. Обыч­ но замыкающим типом электростанций бывают КЭС, по­ этому первой задачей выбора структуры энергосистемы является экономическое обоснование электростанций дру­ гих типов — строительство ТЭЦ и ГЭС. Мощность ТЭЦ , как известно, определяется тепловыми потребителями, а ГЭС — водотоком и мощностью энергосистемы. Так, на­ пример, при проектировании ГЭС на р. Даугаве мощность Плявинской ГЭС по работе в Латвийской энергосистеме была определена в 120 М ет . В процессе проектирования Объеди­ ненной энергосистемы Северо-Запада была выявлена воз­ можность и экономическая целесообразность увеличения мощности этой ГЭС по крайней мере до 600 М ет без сущест­ венного увеличения капиталовложений [9].

Из тепловых электростанций наиболее маневренными,' пригодными для покрытия пиков являются газотурбинные установки. В зависимости от сложности тепловой схемы и мощности агрегатов время пуска газотурбинной установки составляет от 3 до 30 мин вместо нескольких часов у паро­ турбинных агрегатов.

С точки зрения маневренных качеств и возможностей участия в регулировании графика нагрузки энергосистем представляют интерес парогазовые установки. В СССР

основное внимание уделяется парогазовым установкам с высоконапорными парогенераторами. В СШ А используются схемы парогазовых установок со сбросом отработавших в газовой турбине газов в паровой котел. Парогазовые уста­ новки обоих типов обладают лучшей маневренностью, не­ жели паросиловые установки; на первой в СССР парогазо­ вой установке пуск осуществляется за 1 ч 20 мин.

В некоторых странах (Швейцария, Австрия, Италия и др.) для снятия пиков применяются насосно-аккумулирую- щие станции. Агрегаты этих станций в часы провалов, ко­ гда в системе имеется свободная мощность, работают в ре­ жиме насосов — закачивают воду в верхний бьеф ГЭС, а затем в часы пик отдают запасенную энергию, работая в генераторном режиме. Таким образом, насоснѳ-аккумули- рующие станции выравнивают суточный график и созда­

249