Основы проектирования энергосистем. В 2 ч. Ч. 1

Рис. 4.10. Покрытие суточного графика нагрузки энергосистемы

P

Pпик

Рис. 4.11. Покрытие годового графика нагрузки по продолжительности

284

При установке в системе НЭ потребуется мощность Руст' ,

которая включает прежнюю мощность Рбаз и мощность станций

РНЭ:

Руст' = Рбаз + РНЭ.

Станции мощностью РНЭ при этом будут работать также в базовом режиме. Следовательно, при установке НЭ пиковые и полупиковые станции заменяются базовыми. При этом одновременно умень-шается их суммарная мощность:

РНЭ < Рпп + Рпик.

За счет этого экономия на капитальных затратах может быть определена по выражению

К1 = kу.ппРпп + kу.пикРпик – kу.базРНЭ,

где kу - стоимость единицы установленной мощности полупиковых, пиковых и базовых станций.

Экономия вследствие уменьшения эксплуатационных расходов за счет изменения отчислений на амортизацию и текущий ремонт р составит

И1 = рппkу.ппРпп + рпикkу.пикРпик – рбазkу.базРНЭ.

2. Снижение установленной мощности резерва на электростан-

циях. При отсутствии НЭ резервная мощность выбирается в

долях максимальной потребляемой мощности Руст, причем

она устанавливается на пиковых станциях. При наличии НЭ

285

резервная мощность должна выбираться в долях от Руст' и

устанавливаться на базовых станциях. Заметим, что доли резерва в обоих случаях могут быть различными.

В этих условиях экономия капитальных затрат составит

К2 = rkу.пикРуст – rНЭkу.баз Руст' ,

где r и rНЭ – доли резервной мощности электростанций в системе без НЭ и с НЭ.

Экономия на годовых эксплуатационных расходах достигает

И2 = рпикrkу.пикРуст – рбазrНЭkу.баз Руст' .

3.Снижение стоимости выработки электроэнергии пиковой

иполупиковой частей графика нагрузки энергосистемы. При

установке в системе НЭ выработка энергии на пиковых Эпик и полупиковых станциях Эпп заменяется энергией, вырабатываемой на базовых станциях ЭНЭ (рис. 4.12):

WНЭ = Wпик + Wпп.

286

Рис. 4.12. Составляющие выработки энергии различными типами станций

При этом экономия обусловлена тем, что стоимость выработки энергии на пиковых и полупиковых станциях выше, чем на базовых.

Количественно это можно выразить так:

С1 = (bпикст.пик – bбаз ст.баз) Wпик + (bпп.ср ст.пп – bбаз ст.баз) Wпп,

где bпик, bбаз - удельные расходы топлива на пиковых и базовых станциях;

bпп.ср – средний удельный расход топлива на полупиковых станциях, работающих в переменном режиме;

ст.пик, ст.пп, ст.баз – удельные стоимости топлива для пиковых, полупиковых и базовых станций;

Wпик, Wпп – годовая энергия, вырабатываемая в пиковой и полупиковой частях графика системы без НЭ (см. рис. 4.12).

Заметим, что энергия, вырабатываемая в системе, составляет

W = Pуст Тнб = Руст' Т,

где Тнб – время использования максимальной нагрузки; Т – число часов в году.

287

Определим энергию, вырабатываемую при наличии НЭ с меньшими затратами (см. рис. 4.12):

WНЭ = Wпик + Wпп = W – Wбаз.

4. Экономия топлива за счет сокращения числа режимных пусков агрегатов пиковых и полупиковых станций. При наличии НЭ в системе отпадает необходимость в ежедневных пусках и остановах агрегатов пиковых станций во время вечернего и утреннего максимумов, в пусках и остановах агрегатов полупиковых станций на воскресные и праздничные дни.

Годовую экономию за счет исключения режимных пусков агрегатов можно определить по формуле

где nпик i, nпп j – количество пиковых агрегатов i-го типа и полупиковых агрегатов j-го типа, которые участвуют в покрытии максимумов;

mпик i, mпп j - число пусков в год одного агрегата соответственно i-го и j-го типов;

bп.пик i, bп.пп j – расход топлива на пуск одного агрегата i-го и j-го типов;

r, h - количества разнотипных пиковых и полупиковых агрегатов. Если положить, что в системе имеются пиковые агрегаты только одного типа мощностью Ра.пик и полупиковые агрегаты также только одного типа мощностью Ра.пп, то количества пиковых и

полупиковых агрегатов будут

5. Уменьшение требуемой пропускной способности линий электропередачи, включаемых между станцией и системой с НЭ.

Если в системе отсутствует НЭ, то линия между станцией и

288

системой должна быть выполнена на максимальную нагрузку станции. При этом линия в течение года будет загружена неравномерно в соответствии с графиком нагрузки станции. Если в системе включен НЭ, то мощность станции может быть снижена и пропускная способность линии связи может быть выбрана меньшей. Здесь важно то, что при этом линия будет работать в течение года с постоянной нагрузкой и по ней можно передать то же количество энергии, что и в случае системы без НЭ.

Определим экономию на капитальных затратах:

где kл ij, kлНЭij — удельные стоимости i-й линии от j-й станции,

приходящиеся на единицу длины и единицу мощности соответственно в системе без НЭ и с НЭ; эти величины могут отличаться, так как при установке НЭ может измениться напряжение линии и т.п.;

Рij, РijНЭ - мощности i-й линии от j-й станции в системе без НЭ

и с НЭ;

Lij - длины i-й линии от j-й станции;

j - количество линий, отходящих от i-й станции, на которых уменьшается расчетная пропускная способность;

t - количество станций, снижение мощности которых при установке НЭ позволяет снизить расчетную мощность линий.

Если выдача мощности j-й электростанции производится по одной линии, то в последней формуле вместо Рij и РijНЭ должны быть

представлены мощности станции соответственно без НЭ Рэс j и с НЭ

РэсНЭj .

Если мощность станции выдается в кольцевую сеть системы по нескольким линиям, то должны быть выполнены условия

289

t

Pij Pэс j ;

i 1

t

PijНЭ PэсНЭj .

j 1

Уменьшение эксплуатационных расходов будет иметь место за счет уменьшения отчислений на амортизацию и текущий ремонт

(рл ij и рНЭлij ):

6. Снижение потерь электроэнергии в электрических сетях.

При отсутствии НЭ линия связи станции с системой работает с переменной нагрузкой, но с большим максимумом, чем при наличии НЭ, когда нагрузка в течение года постоянна.

Для отдельной линии потери энергии: без НЭ

с НЭ

W(PНЭ)2 rНЭL .

(U НЭ)2 0

Здесь Р - максимальная нагрузка линии, Р > PНЭ. Для всех линий системы

290

Рij, РijНЭ – максимальная нагрузка i-й линии от j-й станции без НЭ и с НЭ;

Uij, UijНЭ - номинальное напряжение i-й линии от j-й станции без НЭ и с НЭ;

r0ij, r0НЭij - удельное сопротивление i-й линии от j-й станции без

НЭ и с НЭ;

ij – время максимальных потерь.

7. Повышение надежности электроснабжения. Рассмотрим сис-

тему электроснабжения, приведенную на рис. 4.13. Если отсутствует НЭ, то повреждение линии 3 приводит к погашению потребителя 6, повреждение линии 2 - к погашению потребителей 5 и 6 и т.д. Если на шинах потребителя 6 установлен НЭ, то повреждение любой из линий 1, 2 или 3 не приводит к погашению потребителей 4, 5, 6.

НЭ

Рис. 4.13. Система электроснабжения с НЭ

Аналогичная ситуация возникает, если вместо потребителя 6 подключена система. Тогда при повреждении одной из линий 1, 2, 3 и отсутствии НЭ в системе возникает дефицит мощности, который приведет к погашению потребителей системы. При наличии НЭ этого можно избежать.

За счет повышения надежности можно получить экономию

Сз (Wн WнНЭ)yуд,

где Wн, WнНЭ - годовой недоотпуск электроэнергии в системе без НЭ и с НЭ;

291

ууд - удельный ущерб от недоотпуска электроэнергии.

8. Повышение устойчивости электрической системы. При вклю-

чении накопителя электроэнергии (например, сверхпроводящего) вблизи станции он может выполнять функции устройства электрического торможения генераторов. При коротких замыканиях в системе на валу ротора генератора появляется избыточная мощность, которая может поглощаться в НЭ. В результате выбег ротора будет ограничен либо вообще устранен.

Экономический эффект от повышения устойчивости составит

С4 (Wн.у WнНЭ.у )yуд ,

нарушением устойчивости, без НЭ и с НЭ.

9. Уменьшение вредного влияния на окружающую среду. При-

менение НЭ позволяет снизить количество сжигаемого топлива для производства необходимого количества электроэнергии за счет повышения экономичности режимов работы электростанций и сокращения числа пусков и остановов агрегатов. Благодаря этому уменьшается количество дымовых газов, выбрасываемых в атмосферу на ТЭС.

Уменьшение вредного воздействия дымовых газов на окружающую среду дает экономический эффект как по капитальным затратам, так и по эксплуатационным расходам:

где уо.с, со.с - удельный ущерб, наносимый народному хозяйству, соответственно по капитальным затратам и эксплуатационным расходам от выброса в окружающую среду газов при сжигании единицы топлива на электростанциях [16];

В, ВНЭ - количество сжигаемого топлива в энергосистеме без НЭ и с НЭ.

Общая эффективность применения НЭ зависит от его исполнения и места включения в схему электрической системы и

292

определяется совокупностью отдельных составляющих эффекта. Так, напри-мер, при включении НЭ со стороны приемной системы

К = К1 + К2 + К3 + К4;

И = И1 + И2 + И3 + И5 + С1 + С2 + С3.

Пример расчета отдельных составляющих эффекта от сооружения НЭ приведен в [47].

4.12.Задачи

За д а ч а 4.1

Произвести покрытие суточного графика нагрузки энергосистемы, приведенного в табл. 4.2, если наибольшая мощность в ней

Рнб = 10000 МВт.

Таблица 4.2

Суточный график нагрузки

Система содержит различные типы электростанций со следующими их располагаемыми мощностями с учетом выделенного на них заранее резерва мощности: ГЭС – 2000 МВт, в том числе нерегулируемая (базисная) мощность – 1550 МВт; ТЭЦ – 2000 МВт; КЭС – 5100 МВт, в том числе с блоками 300 МВт – 2700 МВт, с блоками 200 МВт – 2400 МВт; ГАЭС в турбинном режиме – 1000 МВт, в насосном режиме – 400 МВт. Суточная располагаемая энергия ГЭС составляет 40000 МВт ч. В ночные часы суток возможно снижение нагрузки ТЭЦ на 15 % от их располагаемой мощности. Снижение нагрузки КЭС с блоками 300 МВт без отключения отдельных блоков возможно на 30 %, а КЭС с блоками 200 МВт – на

293