Тема 3. Анализ и регулирование графика электрических нагрузок энергетического объединения

Суточный график электрической нагрузки электроэнергетической систе­мы (ЭЭС) показывает последовательность изменения ее нагрузки в течение су­ток и является результатом совмещения графиков нагрузки отдельных групп потребителей, потерь мощности в электрических сетях и расхода энергии на собственные нужды электростанций системы.

График суммарной электрической нагрузки ЭЭС формируют:

1) промышленная (технологическая) нагрузка Р _тех – потребление элек­троэнергии технологическими установками промышленных предприятий. Эта составляющая имеет наибольший удельный вес в суммарном графике электри­ческой нагрузки ЭЭС;

2) осветительная нагрузка Р _осв – расход электроэнергии на освещение
производственных помещений, улиц и жилых помещений; ее удельный вес со­ставляет 8-25 %;

3) транспортная нагрузка Р _тр – расход электроэнергии на электрифицирован-ный транспорт (городской, пригородный, магистральный); ее удельный
вес – до 8 %;

4) отопительная нагрузка Р _от – расход электроэнергии на отопление и
вентиляцию помещений с использованием электроприборов; в настоящее время ее удельный вес мал, но есть тенденция к увеличению;

5) бытовая и коммунальная нагрузки, Р _быт – потребление электроэнергии
бытовыми электроприборами; ее удельный вес – 15 %;

6) специальные потребители-регуляторы Р _рег, которые могут изменять свою
нагрузку или работать с перерывами, когда это необходимо по суточному или
годовому балансу мощности или энергии ЭЭС (ГАЭС, ирригационные уста­новки, накопители энергии и др.). Их назначение – выравнивание графика нагрузки ЭЭС в часы провалов, в основном ночных;

7) потери в электрических сетях, связанные с потерями на нагрев проводов; их удельный вес составляет до 10 %, потери на нагрев прямо пропорциональны квадрату суммарной нагрузки, а потери на корону – практически постоянны (брутто);

8) расход электроэнергии на собственные нужды электростанций составля­ет 4-11 % и прямо пропорционален суммарной нагрузке энергосистемы (брутто).

Конфигурация суточного графика нагрузки определяется преимущест­венно соотношением технологической, осветительной и коммунально-бытовой нагрузок потребителей.

При анализе суточного графика нагрузки учитываются следующие пара­метры (рис. 1.1, а):

1) Р _mах – максимальная суточная нагрузка,

2) Р _min – минимальная суточная нагрузка,

3) среднесуточная нагрузка равна:

P_cр = или P_cр = , (1.1)

где P_i – нагрузка i -го часа, W _сут – потребление электроэнергии за сутки.

4) число часов использования суточного максимума нагрузки

T_{c max} = ; (1.2)

5) коэффициент заполнения графика нагрузки (коэффициент нагрузки; плотность суточного графика)

= = = ; (1.3)

6) коэффициент неравномерности графика нагрузки (коэффициент ноч­ного провала)

= . (1.4)

В крупных энергосистемах с высокой плотностью нагрева , 1, в ма­лых , < 1.

При анализе суточных графиков нагрузки различают базовую, полупико­вую и пиковые зоны (рис. 1.1, а).

Кроме хронологических суточных графиков нагрузки (рис. 1.1, а) при проектировании, планировании и эксплуатации энергетических систем исполь­зуют производные суточного графика нагрузки. Существует много типов про­изводных графиков: построенные в процентах от суточного максимума нагруз­ки, по продолжительности нагрузки, интегральная кривая нагрузки (выработ­ки), недельных и годовых среднемесячных максимумов нагрузки и др. Для ха­рактеристики режимов нагрузки энергетических объектов наиболее часто ис­пользуются первые три типа графиков.

Хронологические графики в процентах от максимума нагрузки представ­ляют собой наиболее простой тип производных графиков.

Суточный график нагрузки по продолжительности (рис. 1.1, б) показыва­ет суммарную продолжительность времени, в течение которого нагрузка не снижается ниже заданной. Ордината каждой точки графика соответствует оп­ределенному значению нагрузки (от min до max), а абсцисса определяется сум­мированием времени, в течение которого эта нагрузка имеет место. Минималь­ная нагрузка Р _min на графике задается точкой с абсциссой 24 часа. Площади хронологического суточного графика и графика по продолжительности совпа­дают и показывают суточную выработку энергии W _сут.

Интегральная кривая суточного графика нагрузки (рис. 1.1, в) показывает зависимость прироста суточной выработки энергии ∆ W от прироста нагрузки системы ∆ Р. Строится она методом графического интегрирования суточного графика нагрузки по продолжительности или непосредственным подсчетом прироста выработки энергии по площади хронологического суточного графика нагрузки системы. Интегральная кривая суточного графика нагрузки позволяет определить выработку энергии в любой зоне графика. С помощью ин­тегральной кривой устанавливают оптимальную зону работы электростанций различных типов, исходя из их участия в покрытии графика нагрузки энергосисте­мы.

^W

Рис. 1.1. Суточные графики нагрузки: а - хронологический суточный график нагрузки; б - суточный график нагрузки по продолжительности;

в - интегральная кривая для выработки суточного графика на­грузки

 

Значительные суточная и недельная неравномерности электропотребле­ния оказывают отрицательное воздействие на энергетическое оборудование: увеличивается удельный расход топлива, повышается износ оборудования и т.п. Для увеличения эффективности использования энергооборудования произ­водят преднамеренное изменение конфигурации графиков электрических на­грузок энергосистемы – уплотнение. Это изменение (снижение максимума и повышение минимума нагрузки) принято называть также регулированием (вы­равниванием) графиков нагрузки.

Такое регулирование может быть осуществлено различными способами, в том числе:

1) включением ряда энергосистем на параллельную работу, что достига­ется путем строительства межсистемных линий электропередачи;

2) изменением режима работы отдельных групп промышленных пред­приятий (перенос начала работы на более ранние или поздние часы). При этом
меняется конфигурация графика технологической нагрузки и снижается со­вмещенный максимум нагрузки; эффект будет тем выше, чем больше сдвинуты
во времени максимумы нагрузок, при этом существенно улучшаются все параметры суточного графика нагрузки.

К методам регулирования относятся также: перевод часовых стрелок на один час вперед (назад) по сравнению с астрономическим временем на всей территории страны (это мероприятие провели впервые в Англии в 1916 г.); использование потребителей-регуляторов; изменение общеустановленных вы­ходных дней для некоторых групп потребителей; регулирование нагрузки про­мышленных предприятий (введение междусменного интервала в период суточ­ного максимума нагрузки ЭЭС, выполнение ремонтов энергоемкого оборудо­вания в зимний период); введение лимитов мощности и энергии для промыш­ленных потребителей, например, режима 1-2, что означает снижение присое­диненной мощности на 10 % и снижение уровня энергопотребления на 20 %.

Задание 3. На основании данных о фактических суточных графиках суммарной электрической нагрузки энергосистем А и Б (табл. 1.1) и дополни­тельных данных о структуре их нагрузки (табл. 1.2) сопоставить энергетиче­ский эффект от снижения суммарного максимума нагрузки этих систем путем:

1) изменения начала работы промышленных предприятий (технологическая нагрузка) на 1 час раньше или позже в любой из энергосистем;

2) объединения энергосистем А и Б на параллельную работу.

Вычислить параметры суточного графика нагрузки энергосистем и их объединения и построить для одной из энергосистем суточный график нагруз­ки по продолжительности и интегральную кривую нагрузки.

Порядок расчета:

1) Построить хронологический суточный график нагрузок для каждой из
энергетических систем А и Б и для их объединения (по табл. 1.1).

2) Рассчитать число часов использования максимальной нагрузки, коэф-фициенты заполнения и неравномерности графика нагрузки для каждой из
энергосистем и долю их участия в покрытии максимума.

3) Для одной из энергосистем построить график нагрузки но продолжи­тельности и интегральную кривую суточного графика нагрузки.

4) Построить график электрической нагрузки района с преобладающей
осветительной нагрузкой. Считая характер осветительной нагрузки неизменным и используя коэффициент k, перейти к оценке осветительной нагрузки
энергосистем А и Б соответственно Р _осв^А(Б):

k = ^>> 1, (1.5)

где – суточное потребление электроэнергии на освещение в энергосис­теме А (Б) (табл. 1.2); – суточное потребление электроэнергии рай­она с преобладающей осветительной нагрузкой, равное

= , (1.6)

где – электрическая нагрузка района с преобладающей осветитель­ной нагрузкой.

Осветительная нагрузка системы А (Б) равна

= k · , t = (1.7)

5) По данным табл. 1.2 о фактической величине расхода электрической энергии на собственные нужды электрических станций и потерь в сетях определить нагрузку системы нетто . Выделить осветительную и технологическую нагрузки энергосистем А и Б.

= – , (1.8)

= – , t = , (1.9)

где – суммарная электрическая нагрузка энергосистемы А (Б) брутто (табл. 1.1).

6) Изменив время начала работы промышленных предприятий на 1 час (раньше или позже), провести сдвиг графика технологической нагрузки систе­мы (). Для каждого варианта изменения построить график суммарной электрической нагрузки энергосистемы и определить его параметры.

= + + , t = (1.10)

7) Сделать вывод об эффективности принимаемых методов регулирования суточного графика нагрузки.

Таблица 1.1