Особенности составления балансов мошности

Балансы мощности и энергии взаимосвязаны. Любое изменение баланса мощности в системе ведет к изменению баланса энергии. Из этого следует, что балансы энергии и мощности не могут составляться независимо один от другого. Они должны составляться согласованно. При составлении энергетических балансов необходимо решить ряд вопросов.

• 1. Определить место станции в графике нагрузки.
• 2. Определить режимные возможности по мощности.
• 3. Определить возможности станции по энергии.
• 4. Составить баланс мощностей с учетом всех требований к электроснабжению и всех ограничений.
• 5. Составить баланс энергии с учетом всех требований и ограничений.

Все перечисленные вопросы имеют особенно большое значение для смешанных энергосистем. Располагаемая мощность ТЭС в нормальных условиях должна быть всегда обеспечена топливом. Ограничения по ресурсам для ТЭС бывают редко.

Участие ГЭС в балансах зависит не только от того, какая мощность может быть получена, но и от того, какое количество энергии ГЭС может использовать в данный период. Если ГЭС имеет суточное регулирование стока, то она может использовать все количество воды, которое притекает к ее створу за сутки. Приточность меняется от суток к суткам и соответственно меняется возможная выработка электроэнергии ГЭС. Если ГЭС имеет годовое регулирование стока, то ее возможная выработка электроэнергии определяется с учетом перераспределения стока реки водохранилищем в течение года. Поскольку годы бывают различные по водности (многоводные, маловодные, средневодные и пр.), выработка электроэнергии также меняется. Для ГЭС, имеющих длительное регулирование стока, нельзя рассматривать их возможности по выработке электроэнергии независимо от всего периода регулирования. Все суточные балансы за период регулирования (сезон, год, несколько лет) связаны. Это очень осложняет планирование и регулирование балансов мощности и энергии ГЭС и смешанной энергосистемы.

Порядок составления энергетических балансов. В зависимости от структуры мощностей энергосистемы, от ее размеров и особенностей используются различные принципы составления баланса мощностей ЭЭС. Приведем некоторые общие положения.

1. Определяется располагаемая мощность станций системы. Для каждой станции и системы в целом определяется располагаемая мощность, сумма которых дает располагаемую мощность системы:

По величине располагаемой мощности проверяется возможность покрытия максимума нагрузки. Как уже указывалось, система может быть самобалансирующейся, избыточной и дефицитной, что зависит от соотношения максимальной нагрузки и располагаемой мощности.

2. Определяются функции электростанций в системе. В первую очередь — роль станций в обеспечении рабочих мощностей. В базовой части размещаются вынужденные мощности (по тепловому потреблению на ТЭЦ, по требованиям водохозяйственного комплекса на ГЭС, по надежности, техническим ограничениям).

Величины рабочих мощностей рассчитываются с учетом заданных ограничений.

Устанавливается порядок размещения резервов мощности системы (нагрузочного и аварийного).

• 3. Составляется баланс мощностей для максимальной нагрузки. Этот баланс является предварительным, и на последующих этапах расчетов он уточняется. Полученные данные показывают максимальные мощности станций — рабочие и резервные. Станции должны быть готовы к работе с планируемыми максимальными мощностями.
• 4. Составляется баланс мощностей для всего суточного графика нагрузки. Учитываются все ограничения: требования экономичности, себестоимость электроэнергии на ТЭС и др. Например, их размещают в базовой части графика нагрузки. Гидростанции размещаются по принципу максимального вытеснения тепловых станций из пиковой части графика нагрузки. Место ГЭС определяется так, чтобы полностью использовать разрешенный сток воды и получить возможно большую мощность. Этот баланс является допустимым, но не оптимальным. При его составлении не учитывались характеристики станций. На следующем этапе проводится его оптимизация.
• 5. Оптимизация проводится по критерию минимума затрат по ЭЭС и осуществляется на основе специальных программ расчетов режима.
• 6. На основе баланса мощностей составляются плановые графики мощностей электростанций, которые служат основой для управления станциями.
• 7. Составляется баланс выработки электроэнергии, соответствующий балансу мощности. Определяются планы станций по выработке электроэнергии.

Пример, поясняющий порядок составления баланса мощности системы. Пусть в системе имеются такие станции: ГЭС с годовым регулированием стока, для которой заданы интегральные ограничения стока и ограничения по минимальной мощности; АЭС; КЭС с крупноблочными агрегатами и хорошими экономическими показателями; КЭС, которая может регулировать мощность; ТЭЦ, имеющая ограничения по тепловой нагрузке. Известны их располагаемые мощности.

В базу графика нагрузки помещается сначала АЭС из условий надежности работы. Нежелательно менять режим АЭС в течение суток, недели, месяца.

В базе графика нагрузки также размещается вынужденная мощность ГЭС, которая обусловлена требованиями водохозяйственного комплекса. ГЭС не может работать с меньшими мощностями. Например, по условиям работы речного транспорта ГЭС должна давать определенный расход воды в нижний бьеф, а следовательно, и мощность. Нарушение подобных требований недопустимо. На работу в базовом режиме расходуется часть заданного для использования стока.

ТЭЦ также имеет базовую теплофикационную мощность, которая определяется требованиями тепловых потребителей. Это ее обязательная мощность.

Затем размещаются КЭС с крупноблочными агрегатами. Эти станции плохо регулируют свою мощность, и целесообразно ее не менять в течение суток. Кроме того, они экономичны, и по возможности их используют полностью.

Оставшуюся мощность ГЭС целесообразно использовать как регулируемую. ГЭС размещается в графике нагрузки так, чтобы использовать всю энергию, которая обусловлена интегральными ограничениями стока для данных суток, и работать с максимально возможной рабочей мощностью. Ее место в графике нагрузки определяется подбором. Обычно ГЭС работает в пике графика нагрузки и ведет регулирование мощности в соответствии с требованиями потребителей. При работе в пике ГЭС вытесняет из этой зоны ТЭС. Режим ТЭС становится более ровным, и это обеспечивает повышение их надежности и экономичности.

В полупиковом режиме работает КЭС с докритическими параметрами пара, назовем ее КЭС_ср. У нее хуже экономические показатели, чем у крупноблочных КЭС, но она приспособлена к регулированию мощности.

Оставшуюся часть графика нагрузки покрывают конденсационные мощности ТЭЦ. Их экономические показатели существенно хуже, чем на КЭС.

Рис. 5.4. Схема участия различных станций в балансе мощности:

I — ГЭС с заданной выработкой электроэнергии и с соблюдением ограничений по ее минимальной мощности; 2 — КЭС_ср; 3 — крупноблочная КЭС; 4 — ТЭЦ; 5-АЭС При недостатке мощностей станций системы определяются пути его устранения. Если при минимальных нагрузках системы не выполняются условия работы ТЭЦ и ГЭС в вынужденном режиме с требуемыми мощностями, то принимаются специальные меры. В этом случае на ТЭС часть необходимой тепловой энергии может поступать через РОУ (редукционно-охладительное устройство). Для ГЭС при недостатке воды может понижаться уровень воды нижнего бьефа ниже допустимого. Поэтому может рассматриваться вопрос разгрузки в ночное время блочной КЭС, конечно, если это допустимо по надежности.

Размещаются резервы системы. По возможности нагрузочный резерв размещается на ГЭС, а аварийный резерв на различных станциях, имеющих свободные мощности.

Схематично суть приведенного примера показана на рис. 5.4.

Невозможно на простых примерах рассмотреть все особенности составления балансов мощности в различных энергосистемах, поэтому приведенные положения являются чрезвычайно упрощенными.