Электрическое потребление

Особенностью работы электрических станций является то, что общее количество электрической энергии, вырабатываемой ими в каждый момент времени, почти полностью соответствует потребляемой энергии.

В настоящее время электрические станции работают обычно параллельно в энергетической системе, покрывая общую электрическую нагрузку системы и одновременно тепловую нагрузку своего района (если станция не конденсационная). Однако имеются отдельные электростанции местного значения, предназначаемые для обслуживания района, которые не подсоединены к системе. В этих редких случаях электрическая станция берет на себя общую электрическую нагрузку района.

Во всех случаях суммарная электрическая нагрузка промышленного района складывается в основном из нагрузки, связанной с обеспечением потребителя электроэнергией для производственных целей, привода двигателей железнодорожного и городского транспорта, и нагрузки, связанной с расходом энергии на освещение и бытовые нужды.

Составляющие суммарной нагрузки изменяются как в течение суток, так и в течение года.

Графическое изображение зависимости электропотребления от времени называют графиком электрической нагрузки (рис. 2.1).

 

а)

б)

 

Рис. 2.1. Суточные графики электрической нагрузки:

а – промышленная нагрузка; б – осветительно-бытовая нагрузка

Для выбора мощности электростанции решающее значение имеет максимум электрической нагрузки, определяемый наложением максимумов промышленной и осветительной нагрузок. Для средней полосы нашей страны такое наложение максимумов происходит около 16-17 ч. дня в декабре-январе, когда работает еще дневная смена на промышленных предприятиях и включается освещение.

В зимнем суточном графике нагрузки характерны два максимума - утренний (8 ч. утра) и дневной (абсолютный максимум). В летнем суточном графике (а также в весеннем и осеннем) наблюдается три локальных максимума – утренний и дневной от промышленной и вечерний, более поздний, - от осветительной нагрузки. Площадь под графиком суточной нагрузки определяет суточную выработку электрической энергии, кВт · ч / сут.

 

.

 

Общая нагрузка электрической станции составляется из нагрузок потребителей, а так же расходов электрической энергии на собственные нужды электрической станции и на покрытие потерь в электрических сетях.

Выбор способа снижения мощности электрической станции в периоды ночного провала, а также уменьшения нагрузки в выходные дни – одна из серьезных задач эксплуатации станции.

Максимум электрической нагрузки, наступающий в зимнее время во второй половине дня, определяет общий суточный максимум электрической нагрузки и общую мощность работающих агрегатов, необходимых для обеспечения электроэнергией всех потребителей.

Если станция работает изолированно, то суммарный график электрической нагрузки данного района совпадает с электрической нагрузкой электростанции. Однако обычно электростанция отдает энергию в общую систему, и суммарный график электрической нагрузки характеризует работу системы (района), а нагрузка электростанции определяется тем, как распределяется общая электрическая нагрузка системы по отдельным электростанциям диспетчерской службой.

Отношение ночной минимальной к дневной максимальной нагрузке называют коэффициентом неравномерности суточного графика:

 

_. (2.1)

Характерным для суточного графика является также коэффициент использования максимальной нагрузки.

(2.2)

 

Очень существенен годовой график продолжительности электрических нагрузок. Площадь под этим графиком нагрузки равна годовой выработке электрической энергии

 

, (2.3)

 

где Т _год = 8260 число часов в году (не високосный).

Важной характеристикой является годовое число часов использования максимальной мощности:

 

. (2.4)

 

По N _макс и Т _макс определяют годовую выработку электрической энергии

 

, (2.5)

 

следовательно, коэффициент использования годовой максимальной нагрузки равен

 

, (2.6)

 

Т _год = 8260 ч, Т _макс = 5000 – 5500 ч/год – среднее значение для энергосистем.

Обычно в покрытии годового графика нагрузки системы участвуют агрегаты и электростанции разной экономичности. Распределение суммарной нагрузки по отдельным электростанциям (агрегатам) в соответствии с общим графиком должно вестись так, чтобы обеспечить наиболее экономичную работу системы в целом. Этого можно достичь, если электростанции, имеющие меньшие издержки на топливо и эксплуатационные расходы, будут загружаться на большее число часов использования в году, а электростанции с большими издержками на топливо и большими эксплуатационными расходами – на меньшее число часов.

Электростанции, работающие с возможной наибольшей нагрузкой значительную часть года, называются базовыми, электростанции, используемые только в течение части года для покрытия «пиковой» нагрузки, называются пиковыми.

Наряду с базовыми и пиковыми электростанциями в системе имеется ряд электростанций, которые несут промежуточную нагрузку между базовой и пиковой.

Суточный график электрической нагрузки покрывается базовыми, пиковыми и полупиковыми электростанциями (агрегатами). При этом базовые электростанции работают непрерывно с полной (номинальной) нагрузкой, а пиковые включаются лишь в часы, когда требуется покрывать верхнюю часть графика. Полупиковые установки при уменьшении общей электрической нагрузки либо переводятся на пониженные нагрузки, либо выводятся в резерв. Многие агрегаты, несущие промежуточную нагрузку, останавливаются также на субботу, воскресенье и праздничные дни.

В настоящее время капиталовложения в атомные электростанции выше, чем в тепловые равной мощности, но строятся ТЭС в основном в районах дорогого органического топлива. Поэтому стоимость топлива (ядерного горючего), рассчитанная на 1 кВт ч вырабатываемой электроэнергии, оказывается здесь более низкой, чем на других электростанциях, а амортизационные отчисления более высокими. Следовательно, атомные электростанции надо рассматривать в системе как базовые электростанции. Использование АЭС для покрытия промежуточных электрических нагрузок экономически нецелесообразно. Однако в часы значительного уменьшения электропотребления, особенно если продолжительность такого режима невелика, они могут быть частично разгружены. Оборудование АЭС обычно позволяет разгружать установку и увеличивать мощность ее довольно быстро.

В качестве пиковых могут сооружаться электростанции, специально предназначенные для этой цели. Они должны располагаться вблизи потребителей и быть приспособленными для частого пуска и останова. Стоимость этих электростанций должна быть значительно ниже, чем базовых, так как число часов использования их невелико. Кпд пиковой установки может быть невысоким.

Для покрытия пиковых нагрузок могут также использоваться установки, работающие на дорогом органическом топливе, и электростанции с устаревшим оборудованием, а также гидравлические электростанции. Однако в паводковый период, когда запасы воды достигают предельно допустимых значений, гидроэлектростанциям необходимо отводить базовую нагрузку.

Одной из основных характеристик электростанции является ее установленная мощность, которая определяется как сумма номинальных мощностей всех турбогенераторов. При этом под номинальной мощностью понимают наибольшую мощность, при которой турбогенератор может работать длительное время в режимах, устанавливаемых техническими условиями.

Мощность устанавливаемых в энергосистеме энергетических блоков (так называемая установленная мощность N _уст) включает резерв мощности и превышает максимальную нагрузку N _макс на эту величину, что учитывается коэффициентом резерва

 

.

 

Соответственно с (2.4) и с (2.6) годовое число часов использования установленной мощности

 

,

 

где - коэффициент использования установленной мощности.

Число часов использования установленной мощности зависит от того, в каком режиме работает электростанция, т.е. является ли она базовой, пиковой или несет промежуточную нагрузку. Для электростанций, работающих с базовой нагрузкой, число часов использования установленной мощности обычно равно 6000 – 7000 ч/год, а для специальных пиковых установок может составлять 2000 – 3000 ч/год.

Графики электрических нагрузок используются при планировании электрических нагрузок электростанций и систем, распределении нагрузок между отдельными электростанциями и агрегатами; в расчетах по выбору состава рабочего и резервного оборудования, определению требуемой установленной мощности и необходимого резерва, числа и единичной мощности агрегатов; при разработке планов ремонта оборудования и определении ремонтного резерва, а также для решения ряда других задач.