Способы покрытия пиков электрической нагрузки

В связи со значительной неравномерностью электрической нагрузки в течение суток важной задачей является рациональное покрытие относительно кратковременных, но значительных пиков нагрузки. По числу часов использования максимума нагрузки различают базовые, полупиковые и пиковые агрегаты. Для базовых электростанций использование максимума нагрузки составляет в год 6000 — 7500 ч, для полупиковых и пиковых — соответственно 2000 — 6000 и 500 — 2000 ч.

Поскольку существующие КЭС и ТЭЦ не в состоянии обеспечить полностью покрытие переменного графика электрической нагрузки, следует разрабатывать и вводить в действие специальные полупиковые и пиковые агрегаты.

При проектировании к базовым электростанциям предъявляется, прежде всего, требование высокой тепловой экономичности, что определяет повышенные капитальные вложения.

Для ТЭС, работающих относительно небольшое число часов в году (пиковых и полупиковых), основным требованием является высокая маневренность и низкие капитальные вложения, хотя иногда это достигается за счет снижения тепловой экономичности.

Рассмотрим основные способы покрытия пиков электрической нагрузки.

• 1. Использование гидроэлектростанций благодаря простоте пуска, останова и изменения нагрузки является наилучшим способом
• 2. Использование резерва мощности обычных паротурбинных энергоблоков, работающих в режиме частых пусков и остановов.
• 3 Применение высокоманевренных агрегатов, таких, как пиковые и полупиковые паротурбинные, газотурбинные и парогазовые гидроаккумулирующие электростанции. Гидроаккумулирующие электростанции в период минимальных электрических нагрузок перекачивают воду из нижнего водохранилища в верхнее, потребляя энергию из сети, а в период максимальных нагрузок работают, как ГЭС
• 4. Использование временной перегрузки паротурбинных ТЭС за счет режимных мероприятий (изменение параметров пара перед турбиной, отключение ПВД и т д)
• 5. Аккумулирование энергии путем заполнения газохранилищ для сжатого воздуха, используемого затем в газотурбинных установках, накопление теплоты в виде горячей воды и электроэнергии в электрических аккумуляторах

Для облегчения прохождения пиков электрической нагрузки можно использовать выравнивание графиков нагрузки, под которым понимают активное воздействие на режим потребления, приводящее к уменьшению максимумов нагрузки. Достижению этих целей служат увеличение сменности работы предприятий при использовании поощрительных ночных тарифов на электроэнергию, создание объединенных энергосистем за счет разновременности максимума нагрузки в районах с различной географической долготой, наличие потребителей регуляторов, часы, работы которых определяет энергосистема.

Рис 5. Годовой график продолжительности коммунально-бытовой нагрузки.

Большое значение для определения режимов работы ТЭЦ и котельных при проектировании систем теплоснабжения имеет годовой график, но продолжительности коммунально-бытовой нагрузки (рис 5). Он показывает изменение теплофикационной нагрузки включающей в себя тепло на отопление и горячее водоснабжение от ее максимального значения до минимального в течение всего года.

Для построения годового графика необходимо знать длительность стояния различных температур наружного воздуха в отопительный период для данного климатического пояса, где сооружается ТЭЦ или котельная, определить часовой расход теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение в зависимости от температуры наружного воздуха построить температурный график сети (рис 6) соответственно температурному, графику и продолжительности каждого расхода построить годовой график отпуска теплоты.

Рис 6.Температурный график сети.

В целях стимулирования рационального использования топливно-энергетических ресурсов осуществляется установление сезонных цен на природный газ и сезонных тарифов на электрическую и тепловую энергию, дифференцированных по времени суток и дням недели тарифов на эти виды энергии, а также других форм стимулирования в порядке, определяемом правительством Республики Беларусь.

Важным моментом экономического стимулирования энергосбережения является переход с одноставочных на двухставочные и зонные тарифы, позволяющие сгладить национальную кривую нагрузки. Это приводит к повышению энергоэффективности на этапе производства электрической и тепловой энергии. График (рис. 7) наглядно показывает, что потребителю чрезвычайно выгодно снижать нагрузку в часы, когда тариф в энергосистеме максимальный.

Рис. 7 Суточное электропотребление (кривая 1) и тариф, дифференцированный по времени суток (кривая 2), для электрометаллургического завода в Германии

Тарифы на электрическую энергию (мощность) — системы ценовых ставок, по которым осуществляются расчеты за электрическую энергию (мощность).

Двухставочный тариф — тариф для промышленных и приравненных к ним потребителей, предусматривающий основную плату (за договорную или фактическую величину наибольшей получасовой совмещенной активной мощности, потребляемой в часы максимальных нагрузок энергосистемы) и дополнительную плату (за фактическое количество потребленной активной энергии) за расчетный период.

Основная плата двухставочного тарифа — цена 1 кВт договорной или фактической величины наибольшей потребляемой активной мощности, принимаемая в соответствии с декларацией об уровне тарифов на электрическую энергию, отпускаемую республиканскими унитарными предприятиями электроэнергетики концерна «Белэнерго» .

Дополнительная плата двухставочного тарифа — цена 1 кВт· ч потребляемой активной энергии, принимаемая в соответствии с декларацией.

Расчетный период — установленный договором энергоснабжения период времени (месяц), за который должна быть учтена и оплачена абонентом потребляемая электрическая энергия и мощность.

График нагрузки — последовательность усредненных значений электрической нагрузки потребителей на определенном временном интервале. Различают суточный, недельный, декадный, месячный, квартальный и годовой графики нагрузки, а также графики нагрузки энергосистемы (суммарный график множества потребителей) и отдельных потребителей.

Выравнивание графика нагрузки — снижение суточного максимума с компенсацией неполученной потребителями электроэнергии во внепиковые часы.

Под аккумулированием (накоплением) энергии понимается ввод какого-либо вида энергии в устройство, оборудование, установку или сооружение — в аккумулятор (накопитель) энергии — для того, чтобы эту энергию оттуда затем в удобное для потребления время снова в том же или в преобразованном виде получить обратно.

В наше время, все больше развитых стран начинают диверсифицировать свою электроэнергетику посредством альтернативных источников энергии. Например, в Германии уже на сегодняшний день около 20% всей вырабатываемой электроэнергии приходится на долю возобновляемых генерирующих мощностей, а к 2020 году планируется довести этот показатель до 30%. Основной же проблемой таких источников, помимо высокой стоимости, является нестабильность вырабатываемых мощностей, а так же рассоглассованность между пиками в потреблении и выработки этой самой электроэнергии. И тут встает вопрос системы её наиболее эффективной аккумуляции.

Проблема эффективного аккумулирования энергии, вырабатываемой из возобновляемых источников энергии, является одной из важнейших и наиболее сложных задач современной энергетики.

Выбор типа и емкости аккумулирующего устройства по своему существу относится к области оптимизации надежности энергоснабжения путем резервирования.

С помощью аккумулирующих устройств решаются следующие задачи:

Литиево-ионная система аккумулирования энергии на 5 МВт.

• — выравнивание пульсирующей мощности, которую вырабатывает генерирующая установка в условиях постоянно меняющейся скорости ветра;
• — согласование графиков производства и потребления энергии с целью питания потребителей в периоды, когда агрегат не работает или его мощности недостаточно;
• — снабжение объекта энергией по заданному графику;
• — увеличение суммарной выработки энергии генерирующей установкой;
• — повышение эффективности использования возобновляемых источников энергии.

Для реализации большинства задач применяют, как правило, так называемые емкостные аккумулирующие устройства, в которых запас энергии определяется 2−3-суточным потреблением. Они рассчитаны на использование в периоды достаточно длительных спадов в генерации энергии.

При решении вопросов, связанных с аккумулированием энергии, должны приниматься во внимание многие характеристики аккумуляторов:

• — относительная масса;
• — удельные затраты;
• — длительность хранения энергии;
• — сложность энергетических преобразований;
• — безопасность эксплуатации и т. п.

Требуемая емкость аккумулятора зависит от типа и характеристик агрегата, режимов ветра, условий и схемы использования генерирующей установки; мощности нагрузки и схемы потребителя. Она определяется также исходя из технико-экономических показателей, т.к. аккумулирование не должно приводить к большому увеличению затрат на энергоснабжение объекта.