Нагрузка энергосистемы. 
Энергетические режимы электрических станций и электроэнергетических систем

Графики нагрузки.

Как уже говорилось, графики нагрузки системы определяются режимом потребителей. По конфигурации существуют четыре характерных графика нагрузки: с утренним максимумом, с вечерним максимумом, с одинаковыми утренним и вечерним максимумами нагрузки, с равномерным режимом без явно выраженного максимума нагрузки. Конфигурация графика нагрузки имеет большое значение для режима электростанций. Чаще всего графики нагрузки имеют два максимума — утренний и вечерний и два провала — дневной и ночной. Большое влияние на максимальные нагрузки системы оказывают осветительная и бытовая нагрузки, поэтому в летнее время утренний максимум ниже вечернего, а в зимнее — наоборот. В каждой энергосистеме постоянное внимание уделяется анализу и планированию графиков нагрузки. В различных задачах используются суточные, недельные и годовые графики нагрузки. Суточные графики являются основными, и они используются для построения недельных и годовых графиков при соответствующем усреднении.

Суточные графики нагрузки ЭЭС. Суточный график даст значения мощности на определенных интервалах времени. Чаще всего интервал равен одному часу. Этот интервал получен из практики. В отдельных случаях интервал может быть меньшим. Например, при организации так называемого управления спросом потребителю сообщают цены на энергию на интервалах от 10 до 30 мин. При устойчивой нагрузке интервал может составлять 2…4 часа. Выбор интервала определяется при разработке правил управления системой.

Суточный график имеет три режимные зоны (рис. 2.5): базовую — до Р_тп, полупиковую — от P_min до Р_ср, пиковую — от Р_ср до Р_тт. Электростанции с учетом их технических возможностей размещаются, т. е. несут основную нагрузку, в определенной режимной зоне. Соответственно и их экономические показатели различны в разных зонах графика нагрузки. В базовой зоне выгодно размещать самые экономичные станции. Здесь нет расходов на пускостановку, на регулирование, станции постоянно загружены на располагаемую мощность. В полупиковой зоне станции участвуют в регулировании нагрузки, и у них должна быть такая техническая возможность. Время использования их мощности меньше, чем в базовой зоне. В пиковой зоне могут работать только те станции, которые приспособлены к регулированию и могут достаточно часто менять свой режим. Деление на режимные зоны весьма условно, но оно позволяет планировать режим работы электростанций.

Рис. 2.5. Режимные зоны графика нагрузки.

Примеры суточных графиков нагрузки для летнего и зимнего дня одной из энергосистем показаны на рис. 2.6. Хорошо видно, что зимой имеется утренний максимум нагрузки, летом — вечерний. Плотность графика нагрузки летом выше, чем зимой.

При планировании суточных режимов часто используются характерные графики нагрузок: понедельник, среднерабочий день (вторник, среда, четверг, пятница), суббота, воскресенье. При большом изменении конфигурации типовые графики нагрузки составляются для каждого дня недели. Разработка типовых графиков нагрузки — одна из задач прогнозирования.

Рис. 2.6. Графики нагрузки ЭЭС.

Скорость изменения нагрузки в пиковой зоне. Большое значение для регулирования мощности имеет скорость увеличения или снижения нагрузки в периоды прохождения максимума. Скорость изменения нагрузки составляет.

2… 10% в час. Чем крупнее энергосистема, тем скорость изменения меньше. Нарастание максимума происходит за 3…7 часов. Энергосистема средней мощности имеет максимум нагрузки 2000…3000 МВт, и при таких скоростях возникает необходимость в систематическом подключении-отключении агрегатов или в изменении их нагрузки. Появляются пусковые расходы, расходы на неустановившийся режим, растет загрузка оперативного персонала. Потребители по-разному влияют на регулирование нагрузки и должны оплачивать рост затрат системы в соответствии со своим влиянием.

Показатели суточных графиков нагрузки. Показатели графиков нагрузки применяются для их сравнения. Они отражают требования к режиму станций. Обычно используются показатели в относительных единицах. Наиболее характерны три показателя:

• плотность графика нагрузки.

• неравномерность графика нагрузки

• число часов использования максимальной нагрузки, которое обычно рассчитывается для годового периода:

Показатель плотности у в различных энергосистемах меняется от 0,4 до 0,9. Чем больше доля тяжелой промышленности, тем показатель больше. Например, в энергосистемах Центра он равен примерно 0,5, а в энергосистемах Урала 0,8…0,9. В основном он показывает, как используются установленные мощности электростанций. Показатель неравномерности (3 показывает, какова величина регулируемой мощности. Если минимум существенно отличается от максимума, например, в некоторых системах коэффициент равен 0,3…0,4, то в системе непременно должны быть ГЭС или другие станции, приспособленные к пиковым нагрузкам. Проблема пиковых нагрузок появляется при большой доле бытового потребления и большой доле легкой промышленности с односменным производством.

Показатель Г_1ШХ играет большую роль при выборе структуры установленных мощностей. По значению Т_пт системы подразделяются па три группы:

• 1) с малой плотностью нагрузки Гтах ^ 4000 ч;
• 2) со средней плотностью нагрузки 4000 < Гщах < 6000 ч;
• 3) с высокой плотностью нагрузки Т,па_Х > 6000 ч.

Чем меньше величина Т_шх, тем большую долю должны иметь в структуре установленных мощностей ГЭС и ГТС. Для групп потребителей по величине Гщах существуют типовые графики нагрузок, по которым можно анализировать режим системы, если отсутствуют более достоверные данные.

Две формы задания суточного графика нагрузки. При расчете режимов может задаваться график нагрузки, включающий в нагрузку потери мощности в электрических сетях. При таком задании неизвестно, в какой мере отдельные потребители влияют на потери. Такая форма применяется достаточно часто. Однако при справедливых отношениях купли-продажи потери должны иметь адресность. И конкретный потребитель должен оплачивать ту долю потерь, которая связана с его нагрузкой.

Другой является форма, когда график нагрузки построен как сумма нагрузок потребителей, а потери рассчитываются и распределяются между потребителями. В этом случае известна величина потерь в ЛЭП, по которой осуществляется транспорт энергии к потребителю и можно оценить эффективность транспорта энергии. В вычислительном отношении вторая задача сложнее, но все оптимизационные алгоритмы используют этот подход.

Недельные графики нагрузки. Недельные периоды позволяют выявить процесс изменения электропотребления и нагрузки и разработать мероприятия по управлению энергосистемой, например по пуску-останову агрегатов, по проведению текущих ремонтов на станциях и ЛЭП, по проведению испытаний оборудования. Недельные графики чаще всего представляются таким образом:

• • графики изменения электропотребления по дням недели — Э (т), т — день недели (рис. 2.7);
• • графики изменения максимальных мощностей по дням недели Лшх (т) (рис. 2.7);
• • графики изменения почасовых мощностей в течение недели P (t)_y т. е. последовательность суточных графиков нагрузки за все дни недели.

Рис. 2.7. Изменение нагрузки за неделю

Электропотребление и максимальная мощность к выходным дням снижаются. Максимум нагрузки снижается на 20% и больше, а электропотребление до 40%. Снижение зависит от состава потребителей. При большой доле непрерывного производства (Урал, Сибирь) снижение меньше, чем при большой доле бытового потребления и односменных предприятий. Электростанции должны с учетом этого снижения планировать свой режим и решать вопрос о том, как и в каком режиме будет разгружаться их оборудование в нерабочие дни. Во многих тепловых системах на субботу-воскресенье приходится часть оборудования отключать, а к понедельнику снова включать его в работу. Это связано с определенными затратами. Гидроэнергия водохранилищ обычно используется также неравномерно, и водохранилища осуществляют суточное и недельное регулирование стока, что снижает их КПД.

Недельные максимумы нужны для станций, когда требуется определить их готовность к несению заданной нагрузки, а также для планирования текущих и средних ремонтов. Недельные графики электропотребления используются и для расчета покупной или продаваемой электроэнергии и максимальной мощности на оптовом рынке. Форма представления в этом случае — в виде последовательности суточных графиков.

Графики элсктропотребления Э (т) необходимы для составления баланса энергии, для составления баланса топлива и для рационального использования гидроресурсов из водохранилища ГЭС. Оперативная деятельность системы включает как обязательный этап планирование режима от нескольких суток до недели.

Годовые графики нагрузки системы. Годовые графики нагрузки системы представляются в виде:

• • изменения максимальных месячных мощностей за все месяцы года Ртах (К), где К — номер месяца;
• • электропотребления по месяцам Э (К).

месяцы.

Рис. 2.8. Графики годовых нагрузок

Годовые графики характеризуются значительным летним провалом. Это связано с сезонными изменениями нагрузки. Максимум нагрузки имеет место в зимние периоды и в зависимости от температуры наблюдается в январе, феврале, декабре.

Динамика нагрузки отражает не только сезонные изменения, но и прирост нагрузки за счет ввода новых потребителей или расширения существующих производственных мощностей. Минимальная нагрузка наблюдается в летние месяцы (июль, август) и может снижаться на 10…20% и больше. Решающее значение здесь имеют сезонность и технология производства потребителей.

Графики годовых максимумов используются для планирования ремонтных работ. При снижении летних нагрузок ремонтируется оборудование ТЭС. Период проведения ремонтов на ГЭС определяется с учетом водноэнергетических режимов, и чаще всего ремонты проводятся в весенний (до наступления паводка) или осенний период. Графики годового электропотребления необходимы для составления топливного баланса, для заключения договоров на поставку топлива. Эти же данные используются для разработки долгосрочных договоров на покупку (продажу) электроэнергии на оптовом и региональном рынках.

Область использования различных графиков нагрузки. Подведем некоторые итоги по применению различных видов графиков нагрузки (табл. 2.4). Все задачи, в которых используются данные об электропотреблении и нагрузке, перечислять не имеет смысла. Их очень много. В габл. 2.4 приведены только примеры задач, которые наглядно говорят о необходимости этих данных.

Использование графиков нагрузки при решении задач управления системой

Таблица 2.4.