Характеристика электрической нагрузки ЭЭС. Структура ЭЭС

Особенности энергетического производства обуславливают зависимость режима работы электроэнергетической системы (ЭЭС) и её энергетических объектов – электростанций, подстанций, линий электропередачи – от режима потребления энергии. Режим потребления энергии имеет тенденцию постоянного изменения во времени и характеризуется посредством графиков нагрузки. Графики различают:

1) по видам энергии (электрические, тепловые);

2) по длительности рассматриваемого периода (суточные, недельные, месячные, годовые, многолетние).

Подробнее мы рассмотрим график суточной электрической нагрузки энергосистемы. На эту нагрузку влияют следующие факторы:

1) физические (вращение Земли и естественная освещенность, состояние земного покрова, температура воздуха и почвы, погодные условия);

2) производственные (состав предприятий по отраслям, продолжительность рабочего дня и рабочей недели, организация смен в промышленности и уровень их загрузки и т.д.);

3) бытовые (трудовой и бытовой режим населения, будни и праздничные дни).

Указанные факторы вызывают различные колебания нагрузки, которые классифицируются как синхронные и несинхронные, регулярные и нерегулярные.

Величина нагрузки непрерывно подвержена изменениям во времени и характеризуется минимальным ( ), средним ( ) и максимальным ( ) значением. Кроме того, в графиках нагрузки различают базовую, полупиковую и пиковую зоны. Такое условное расчленение облегчает определение зон работы электростанций различных типов при покрытии суммарного графика нагрузки ЭЭС. Расположение характерных зон и точек в суточном графике нагрузки приведено на рис. 2.1.

Рис. 2.1 График нагрузки энергосистемы

Базовая зона располагается между осью абсцисс и горизонтальной линией, проведенной через точку . Полупиковая зона расположена между горизонтальной линией, отражающей среднюю нагрузку, и горизонтальной линией, проведенной через точку минимальной нагрузки. Пиковая зона расположена выше линии, отражающей среднюю нагрузку.

Структура энергосистемы складывается из электростанций различных типов: КЭС, ТЭЦ, ГЭС, АЭС, ГТУ, ГАЭС. Удельный вес отдельных видов электростанций в покрытии максимальной нагрузки энергосистемы различен. При этом нужно учитывать, что большинство электростанций имеют определенные ограничения по установленной мощности. Так, установленная мощность ТЭЦ ограничивается размерами теплового потребления; мощность ГЭС определяется мощностью водотока; АЭС пока имеют ограниченные районы размещения. ГАЭС и ГТУ представлены в энергосистемах для того, чтобы снять пик нагрузки и частично для регулирования режима электропотребления. Электростанции располагаются в графике нагрузок в порядке относительной экономичности, определяемой достижением максимума экономии топлива в системе (рис.2.2).

Рис. 2.2 График нагрузки энергосистемы электростанциями различного типа

В базисе графика располагаются ГЭС с вынужденной мощностью по условиям водоиспользования (т.е. эти электростанции не имеют зарегулированности стока). Отметим, что данный вид электростанций очень маневренен: запуск из холодного состояния до полной мощности занимает всего 1-3 минуты.

Далее располагаются ТЭЦ, мощность которых также ограничена. ТЭЦ работают по вынужденному электрическому графику, который определяется режимом потребления тепла, так как тепловая нагрузка в течение суток практически не меняется. Также в этой части графика целесообразно использовать АЭС в силу относительно низкой маневренности этого типа станций. Такое использование АЭС объясняется и с экономической точки зрения: при уменьшении числа часов использования установленной мощности АЭС возрастает себестоимость энергии.

Затем оставшуюся базовую и полупиковые зоны занимают КЭС. Это основной тип энергогенерирующей установки в энергосистеме. КЭС покрывает рассматриваемую часть графика за счет своей мощности и принимает на себя все колебания нагрузок.

Пиковую зону суточного графика нагрузки энергосистемы покрывают ГЭС, которые имеют суточные регулирования стока. Большой вклад в покрытие пиковой зоны вносят ГАЭС (гидроаккумулирующие электростанции). Дело в том, что ГАЭС работает в режиме потребления энергии в период провала графика нагрузки энергосистемы (для подъема воды в верхнее водохранилище генераторы ГАЭС работают в режиме двигателей) и производят энергию в период повышенных нагрузок. Заметим, что эффективность использования ГАЭС для покрытия пиков графика нагрузки энергосистемы зависит от себестоимости энергии, используемой в режиме заряда, и КПД цикла аккумулирования.

В связи с разуплотнение суточных графиков нагрузки энергосистемы и возрастанием их максимумов, все большее значение приобретают специальные полупиковые и пиковые установки, роль которых в основном играют ГТУ (газотурбинные установки).