Суточные графики нагрузки

Главный закон функционирования любой энергосистемы – непрерывное обеспечение баланса спроса и предложения на электроэнергию путем оперативного покрытия графика нагрузки соответствующей выработкой электроэнергии на генерирующих источниках с гарантированной поставкой ее в узлы потребления. В случае нарушения этого закона в энергосистеме изменяются частота сети переменного тока и расчетные уровни напряжения, что может привести к массовым отключениям потребителей или выходу из строя генерирующего, передающего и распределительного оборудования и электроустановок потребителей.

График нагрузки суточной нагрузки. Наиболее широко используются графики, характеризующие изменение нагрузки (мощности) энергосистемы в течение суток, недели, года. Графики, характеризующие изменение нагрузки энергосистемы в течение суток, называются суточными графиками нагрузки энергосистемы; они показывают, какую суммарную мощность в каждый момент времени суток необходимо иметь на зажимах генераторов электростанций, работающих в рассматриваемой энергосистеме. Площадь суточного графика нагрузки энергосистемы характеризует необходимую суточную выработку электрической энергии на электростанциях системы.

Характерными суточными графиками нагрузки являются: график максимального дня (показывает наибольшую суточную нагрузку энергосистемы), график среднего дня (характеризует среднюю нагрузку) и график минимального дня (характеризуют минимальную, нагрузку).

Рисунок Типовой суточный график нагрузки энергосистемы

Ось X (время): Представляет 24 часа, обычно разбивается на равные интервалы, например, по часам или получасам.

Ось Y (уровень нагрузки): киловатт-час или мегаватт-час.

В суточном графике нагрузки выделяют три характерные зоны: базис, полупик и пик графика. Базисом называется часть графика, расположенная между осью абсцисс и горизонтальной линией, проведенной на уровне минимальной мощности. Полупиком называется часть графика, расположенная между горизонтальными линиями, проведенными на уровне минимальной и средней мощности. Пиком называется часть графика, расположенная выше горизонтальной линии, проведенной на уровне средней мощности.

В общем случае СГН имеет чередующиеся между собой провалы, подъемы, спады и пики, которые определяют в целом его неравномерный (неровный) характер.

Проблема покрытия неравномерных графиков электрической нагрузки характерна

для любой энергосистемы мира. Как правило, она решается тремя основными путями:

– созданием в энергосистеме оптимальной структуры генерирующих мощностей;

– использованием перетоков между соседними энергосистемами;

– привлечением потребителей к выравниванию графика нагрузки энергосистемы

Установленная мощность белорусской энергосистемы, по данным на 1 сентября, составляет 10107 МВт. «Что касается установок, работающих с использованием возобновляемых источников энергии, то этот показатель равен 486,7 МВт. Их доля — 4,8%

Рисунок – мощность ОЭС РБ

При анализе данных по установленной мощности ОЭС Беларуси можно отметить следующее:

Установленная мощность значительно превышает пиковые значения потребления ОЭС Беларуси (за последние 10 лет оно не превысило значения в 6595 МВт (8 января 2024 года на фоне сильных морозов максимум потребления электрической мощности в стране достиг рекордного показателя - 6595 МВт, что на 204 МВт больше предыдущего максимального значения, зафиксированного 8 декабря 2023 года), что позволяет обеспечивать самосбалансированную работу энергосистемы и возможность экспорта электроэнергии; доля КЭС (Березовская ГРЭС, Лукомльская ГРЭС, ТЭЦ-5 составляет 57,73 % и 44,59 % относительно установленной мощности энергосистемы без учета и с учетом Белорусской АЭС соответственно; доля ТЭЦ (все основные и малые ТЭЦ) составляет 50,26 % и 38,82 % относительно установленной мощности энергосистемы без учета и с учетом Белорусской АЭС соответственно.

Изменения структуры генерации ОЭС (объединенная энергосистема) относительно аналогичной структуры генерации до ввода БелАЭС связано с замещением генерации КЭС и частичным замещением генерации ТЭЦ на генерацию БелАЭС (рис. 1, 2).

После ввода АЭС существенно осложнился режимы работы ТЭЦ, кардинально снижен объем выработки электроэнергии по комбинированному циклу, совместно с отпуском тепловой энергии, длительный период времени ТЭЦ будут работать на техническом минимуме.

Замещение выработки ТЭЦ в основном обусловлено фактом работы АЭС в базовой части графика покрытия потребления, не привлечением АЭС к регулированию посредством изменения активной мощности, и, как следствие, вынужденными и более длительными разгрузками ТЭЦ ниже теплового графика (рис. 3).

Рисунок 3 График тепловой нагрузки

В связи с этим, а также исчерпанием паркового ресурса некоторых единиц генерирующего оборудования к 2025 году согласно проекту Программы комплексной модернизации производств энергетической сферы до 2025 года планируется: вывод из эксплуатации мощностей на КЭС ГПО «Белэнерго» – 1030 МВт (2 энергоблока К-300, 2 – ПГУ-215), на ТЭЦ ГПО «Белэнерго» – 152 МВт; ввод пиково-резервных источников суммарной мощностью 800 МВт.

Для балансирования в ночные часы предусмотрено использование электрических котлов как в отопительный период с целью отпуска тепловой энергии для отопления и горячего водоснабжения, так и в межотопительный период с целью горячего водоснабжения.

Для резервирования энергосистемы строятся пикорезервные источники суммарной мощностью 800 МВт. Для этого сейчас есть несколько площадок: Лукомльская ГРЭС (150 МВт), Новополоцкая ТЭЦ (100 МВт), Минская ТЭЦ-5 (300 МВт), Березовская ГРЭС (250 МВт).

При существующем уровне электропотребления после ввода в работу двух энергоблоков БелАЭС будет резко сокращаться выработка электроэнергии на КЭС, в том числе на современных парогазовых энергоблоках Лукомльской ГРЭС, Березовской ГРЭС и Минской ТЭЦ-5. Остальные энергоблоки КЭС будут переведены в холодный резерв с включением в работу в основном в периоды плановых остановок энергоблоков АЭС.

Проблема неравномерных графиков электрической нагрузки и связанный с ней перерасход топлива характерны для большинства энергосистем.

Работа энергосистемы по неравномерному графику нагрузки также связана с дополнительными издержками (в виде пережога топлива и наличия избыточных генерирующих мощностей с сопутствующими им другими лишними ресурсами), которые закладываются в тариф на электроэнергию в целях сохранения экономичности энергосистемы. При этом одновременно увеличиваются издержки потребителей.

Эффект от возможного выравнивания графика нагрузки может и должен получать каждый из трех участников этого процесса: государство, энергосистема и потребители. В связи с этим выравнивание графика нагрузки энергосистемы не может быть самопроизвольным случайным процессом, а требует проведения целенаправленных мероприятий с соответствующим материальным и финансовым обеспечением.

Сложились основные пути решения указанной задачи, среди которых создание оптимальной структуры энергогенерирующих мощностей и привлечение потребителей электроэнергии к выравниванию графиков нагрузки. Новые решения связаны с распределенными когенерационными источниками.

Оной из проблем является обеспечения покрытия переменной части суточного графика и максимума нагрузки. Чисто маневренными мощностями, которые могут быть использованы для покрытия пиковой режимной зоны, могут быть ГТУ и ГЭС. Они быстро загружаются и разгружаются, первые от нуля, вторые - от минимальной загрузки до номинальной

Предполагается создание вблизи АЭС новых энергоэффективных производств, а также внедрение в управление электроэнергетической отраслью принципов концепции умных сетей с тем, чтобы обеспечивать эффективное распределение электроэнергии. Естественно, что эти обстоятельства, а также мировые тенденции роста мощности и эффективности ВИЭ, требуют соответствующей корректировки энергетической стратегии Беларуси.

Существенное снижение генерируемой теплофикационной электрической мощности (примерно в 3-4 раза) в летнее время из-за снижения тепловой грузки и вывода в плановые ремонты основного оборудования ТЭЦ оказывает решающее влияние на выбор величины установленной мощности маневренных генерирующих источников.

Значительные объемы работ выполнены по модернизации и строительству электрических сетей. В первую очередь это относится к выдаче мощности от АЭС и, в частности, восьми ЛЭП напряжением 330 кВ, а также переводом ЛЭП 220 кВ на 330 кВ и ЛЭП 35 кВ на 110 кВ. Постепенно осуществляется оснащение основной и распределительной сети интеллектуальными системами управления

Для существующих ТЭЦ должны быть выявлены пути их модернизации и развития с учетом прогнозируемого роста тепловой нагрузки. Выбору подлежит величина мощности газотурбинных энергетических установок предназначенных для покрытия пиковой зоны графика, и при этом она должна определяться в увязке с выбором установленной мощности парогазовых агрегатов с учетом технической возможности последних к разгрузке в ночное время суток и обеспечения резервирования в электрогенерирующей системе

Вывод из эксплуатации генерирующего оборудования должен осуществляться с учетом необходимости обеспечения значительного резерва мощности после ввода АЭС на случай ее остановки. Это касается, в частности оборудования Лукомльской ГРЭС. Одновременно, вводятся в эксплуатацию ряд ГЭС и ветроэнергоустановок

Использование возобновляемых источников энергии. Если энергоисточники с использованием ВИЭ будут привлекаться к графику регулирования дневных максимумов, то, естественно, их будет больше. В развитых странах ветряки и солнечные батареи создаются, прежде всего, для того, чтобы продавать энергию в сеть.

Для эффективного использования существующих мощностей необходим рост потребления электрической энергии до 47–50 млрд кВтꞏч в год (за 2023 год потребление составило 41 млрд кВтꞏч). Для обеспечения данного роста потребления электрической энергии необходимо широкое использование электроэнергии для нужд теплоснабжения, развитие электромобильного транспорта, создание энергоемких промышленных производств. Также рост электропотребления должен стимулироваться соответствующей тарифной политикой, направленной на выравнивание суточного графика нагрузки.

Формирование белорусской энергетической стратегии основывается как на особенностях национальной энергетики, так и на анализе мировых тенденций в энергетике, к числу которых мы отнесли следующие:

- изменения в энергетическом балансе, связанные с переходом от твердых и жидких видов минерального топлива к газу, атомной энергии и ВИЭ (темпы роста энергии от ВИЭ превышают темпы роста производства энергии на основе газа, нефти, угля);

- развитие систем передачи, распределения и потребления электроэнергии в направлении интеллектуализации и повышения доступности для потребителей энергетической инфраструктуры, в том числе, за счет интеллектуального подключения предприятий и индивидуальных потребителей к электросетям (умные счетчики);

- разделение услуг по генерации, передаче и распределению электроэнергии между различными операторами (формирование умных цепочек производство-распределение-потребление);