Režimy zaťaženia energetických systémov a optimálne rozloženie zaťaženia medzi elektrárne

Spôsob spotreby energie a tým aj zaťaženie systémov je nerovnomerné: má charakteristické výkyvy v rámci dňa, ako aj sezónne výkyvy v priebehu roka. Tieto výkyvy sú determinované najmä rytmom práce podnikov – spotrebiteľov elektriny, v menšej miere súvisiacim s týmto rytmom života obyvateľstva – geografickými faktormi.

Vo všeobecnosti je denný cyklus vždy charakterizovaný väčším alebo menším znížením spotreby v noci, pre ročný cyklus — v letných mesiacoch. Hĺbka týchto výkyvov zaťaženia závisí od zloženia užívateľov.

Takmer rovnaký režim spotreby majú podniky, ktoré pracujú nepretržite, najmä s prevahou kontinuálnych technologických procesov (hutníctvo, chémia, uhoľný priemysel).

Podniky z kovospracujúceho a strojárskeho priemyslu aj pri trojzmennej prevádzke majú citeľné výkyvy v spotrebe energie spojené s obvyklým poklesom výrobnej činnosti počas nočných zmien. Pri práci v jednej alebo dvoch zmenách v noci sa pozoruje prudký pokles spotreby energie. Citeľný pokles spotreby pozorujeme aj v letných mesiacoch.

Ešte výraznejšie výkyvy spotreby energie sú charakteristické pre podniky potravinárskeho a ľahkého priemyslu, pričom najväčšia nerovnomerná spotreba je v sektore domácností.

Záťažový režim systému odzrkadľuje všetky tieto výkyvy spotreby energie v súhrnnej a samozrejme trochu vyhladenej podobe. Záťažové stavy sú zvyčajne prezentované vo forme plánu zaťaženia.

Na dennom grafe sú hodiny vynesené na os a zaťaženia v MW alebo % maximálneho zaťaženia sú vynesené na zvislej osi. Maximálne zaťaženie najčastejšie spadá do večerných hodín, kedy sa osvetlenie prekrýva s výrobnou spotrebou energie. Preto sa maximálny bod v priebehu roka o niečo posúva.

V ranných hodinách dochádza k záťažovej špičke, ktorá odráža maximálnu výrobnú aktivitu. Popoludní sa záťaž znižuje, v noci prudko klesá.

Mesiace sú vynesené na osi ročných grafov a mesačné množstvá v kilowatthodinách alebo mesačné špičkové zaťaženia sú vynesené na zvislej osi. Maximálne zaťaženie klesá na konci roka — v dôsledku jeho prirodzeného nárastu počas roka.

Nerovnomerný režim nabíjania na jednej strane, rôznorodosť zariadení na výrobu energie a ich prevádzkové a technicko-ekonomické vlastnosti na strane druhej predstavujú pre zamestnancov systému komplexnú úlohu pre optimálne rozloženie záťaže medzi stanice a bloky.

Výroba energie má svoju cenu. Pre termálne stanice — ide o náklady na pohonné hmoty, okrem údržby servisného personálu, opravy zariadení, odpisy.

Na rôznych staniciach, v závislosti od ich technickej úrovne, výkonu, stavu zariadení, sú špecifické výrobné náklady na jeden Vt • h rozdielne.

Všeobecným kritériom pre rozloženie záťaže medzi stanicami (av rámci stanice medzi blokmi) sú minimálne celkové prevádzkové náklady na výrobu daného množstva elektriny.

Pre každú stanicu (každú jednotku) môžu byť náklady prezentované vo funkčnom vzťahu k režimu nabíjania.

Podmienka minima celkových nákladov a teda podmienka optimálneho rozloženia záťaže v systéme je formulovaná nasledovne: záťaž musí byť rozložená tak, aby bola vždy zachovaná rovnosť pomerných krokov staníc (jednotiek).

Takmer relatívne kroky staníc a jednotiek pri rôznych hodnotách ich zaťaženia sú vopred vypočítané dispečerskými službami a sú zobrazené ako krivky (pozri obrázok).

Relatívne rastové krivky

Vodorovná čiara odráža rozloženie tohto zaťaženia, ktoré zodpovedá optimálnemu stavu.

Optimálne rozloženie zaťaženia systému medzi stanice má aj technickú stránku.Jednotky, ktoré pokrývajú premenlivú časť krivky zaťaženia, najmä ostré horné vrcholy, sú prevádzkované pri rýchlo sa meniacich podmienkach zaťaženia, niekedy s dennými stop-štartami.

Moderný výkonný jednotky parnej turbíny nie sú prispôsobené takémuto režimu prevádzky: ich spustenie trvá mnoho hodín, prevádzka v režime premenlivého zaťaženia, najmä s častými zastávkami, vedie k nárastu nehôd a zrýchlenému opotrebovaniu a je spojená aj s dodatočnou pomerne citlivou nadmernou spotrebou paliva.

Preto sa na pokrytie „vrcholov“ zaťaženia v systémoch používajú jednotky iného typu, ktoré sú technicky a ekonomicky dobre prispôsobené režimu prevádzky s ostrým premenlivým zaťažením.

Na tento účel sú ideálne vodné elektrárne: spustenie hydraulického agregátu a jeho plné zaťaženie vyžadujú jednu až dve minúty, nie sú spojené s dodatočnými stratami a sú technicky celkom spoľahlivé.

Vodné elektrárne určené na pokrytie špičkového zaťaženia sú postavené s dramaticky zvýšenou kapacitou: to znižuje kapitálovú investíciu o 1 kW, čo ju robí porovnateľnou so špecifickou investíciou do výkonných tepelných elektrární a zabezpečuje úplnejšie využitie vodných zdrojov.

Keďže možnosti výstavby vodných elektrární sú v mnohých oblastiach obmedzené, kde topografia územia umožňuje získať dostatočne veľké spády, stavajú sa prečerpávacie vodné elektrárne (PSPP) na pokrytie špičiek zaťaženia.

Jednotky takejto stanice sú zvyčajne reverzibilné: počas hodín zlyhania systému v noci pracujú ako čerpacie jednotky, ktoré zvyšujú vodu vo vysoko umiestnenej nádrži. Počas hodín plného zaťaženia pracujú v režime výroby elektriny tým, že dodávajú energiu vode uloženej v nádrži.

Široko sa používajú na pokrytie špičiek zaťaženia elektrární s plynovou turbínou. Ich spustenie trvá len 20-30 minút, nastavenie záťaže je jednoduché a ekonomické. Údaje o nákladoch špičkových GTPP sú tiež priaznivé.

Ukazovateľmi kvality elektrickej energie sú stupeň stálosti frekvencie a napätia. Udržiavanie konštantnej frekvencie a napätia na danej úrovni má veľký význam. So znižovaním frekvencie úmerne klesajú otáčky motorov, preto klesá výkon nimi poháňaných mechanizmov.

Netreba si myslieť, že zvýšenie frekvencie a napätia má priaznivý účinok. So zvyšovaním frekvencie a napätia sa prudko zvyšujú straty v magnetických obvodoch a cievkach všetkých elektrických strojov a zariadení, zvyšuje sa ich zahrievanie a zrýchľuje sa opotrebovanie. Okrem toho zmena frekvencie a teda počtu otáčok motorov často hrozí odmietnutím produktu.

Frekvenčná stálosť je zabezpečená zachovaním rovnosti medzi efektívnym výkonom primárnych motorov systému a celkovým opačným mechanickým momentom vznikajúcim v generátoroch interakciou magnetických tokov a prúdov. Tento krútiaci moment je úmerný elektrickému zaťaženiu systému.

Zaťaženie systému sa neustále mení, ak sa zaťaženie zvyšuje, brzdný moment v generátoroch je väčší ako efektívny krútiaci moment hlavných motorov, hrozí zníženie otáčok a frekvencie. Zníženie záťaže má opačný efekt.

Na udržanie frekvencie je potrebné zodpovedajúcim spôsobom zmeniť celkový efektívny výkon hlavných motorov: zvýšenie v prvom prípade, zníženie v druhom prípade. Preto, aby bolo možné nepretržite udržiavať frekvenciu na danej úrovni, musí mať systém dostatočnú zásobu extrémne mobilného pohotovostného výkonu.

Úlohou frekvenčnej regulácie sú určené stanice pracujúce s dostatočným množstvom voľného, ​​rýchlo mobilizovaného výkonu. Tieto povinnosti najlepšie zvládajú vodné elektrárne.

Viac informácií o funkciách a metódach riadenia frekvencie nájdete tu: Regulácia frekvencie v napájacej sústave