Belastningssätt för kraftsystem och optimal lastfördelning mellan kraftverk

Sättet som energi förbrukas och därför är belastningen på systemen ojämn: den har karakteristiska fluktuationer inom ett dygn, såväl som säsongsvariationer inom ett år. Dessa fluktuationer bestäms huvudsakligen av arbetsrytmen i företagen — elkonsumenter, i mindre utsträckning relaterad till denna livsrytm hos befolkningen — av geografiska faktorer.

I allmänhet kännetecknas den dagliga cykeln alltid av en större eller mindre minskning av konsumtionen på natten, för årscykeln — under sommarmånaderna. Djupet av dessa lastfluktuationer beror på användarens sammansättning.

Företag som arbetar dygnet runt, särskilt med en övervägande del av kontinuerliga tekniska processer (metallurgi, kemi, kolgruveindustri), har nästan samma konsumtionssätt.

Företag från metall- och maskinbyggnadsindustrin har, även med treskiftsarbete, märkbara fluktuationer i energiförbrukningen i samband med den vanliga minskningen av produktionsaktiviteten under nattskift. När man arbetar i ett eller två skift på natten observeras en kraftig minskning av energiförbrukningen. En märkbar minskning av konsumtionen observeras också under sommarmånaderna.

Ännu kraftigare fluktuationer i energiförbrukningen kännetecknar livsmedels- och lättindustriföretag, den största ojämna förbrukningen observeras i hushållssektorn.

Systemets belastningsläge återspeglar alla dessa fluktuationer i energiförbrukningen i en summerad och, naturligtvis, något utjämnad form. Lastförhållanden presenteras vanligtvis i form av ett lastschema.

På dygnsgrafen är timmar plottade på abskissan och laster i MW eller % av maximal belastning på ordinatan. Den maximala belastningen faller oftast på kvällstimmarna, när belysningen överlagras på produktionsenergiförbrukningen. Det är därför maxpoängen förskjuts något inom året.

Det finns en belastningstopp på morgontimmarna, vilket återspeglar maximal produktionsaktivitet. På eftermiddagen minskar belastningen, på natten minskar den kraftigt.

Månader plottas på abskissan av årliga diagram, och månatliga kilowattimmar eller månatliga toppbelastningar plottas på ordinatan. Den maximala belastningen faller i slutet av året — på grund av dess naturliga ökning under året.

Ojämnt laddningsläge, å ena sidan, mångfalden av energiproduktionsutrustning och dess driftsmässiga och teknisk-ekonomiska egenskaper, å andra sidan, utgör en komplex uppgift för systempersonalen för optimal lastfördelning mellan stationer och generatorenheter.

Kraftproduktion har ett pris. För termiska stationer — Dessa är bränslekostnader, förutom underhåll av servicepersonal, reparationer av utrustning, värdeminskningsavdrag.

På olika stationer, beroende på deras tekniska nivå, effekt, utrustningsskick, är den specifika produktionskostnaden för en Vt • h olika.

Det allmänna kriteriet för lastfördelning mellan stationer (och inom en station mellan block) är den lägsta totala driftskostnaden för produktion av en given mängd el.

För varje station (varje enhet) kan kostnader presenteras i funktionell relation till laddningsläget.

Villkoret för minimum av de totala kostnaderna och därför villkoret för optimal fördelning av laster i systemet är formulerat enligt följande: lasten måste fördelas så att jämlikheten mellan stationernas (enheterna) relativa steg alltid upprätthålls.

Nästan relativa steg för stationer och enheter vid olika värden på deras belastningar beräknas i förväg av sändningstjänster och visas som kurvor (se bild).

Relativa tillväxtkurvor

Den horisontella linjen speglar fördelningen av denna last som motsvarar det optimala tillståndet.

Den optimala fördelningen av systembelastningen mellan stationerna har också en teknisk sida.Enheterna som täcker den variabla delen av lastkurvan, särskilt de skarpa övre topparna, drivs under snabbt föränderliga lastförhållanden, ibland med dagliga stopp-starter.

Modernt kraftfullt ångturbinenheter är inte anpassade till ett sådant driftsätt: de tar många timmar att starta, drift i ett variabelt belastningsläge, särskilt med frekventa stopp, leder till en ökning av olyckor och accelererat slitage, och är också förknippat med en ytterligare ganska känslig överförbrukning av bränsle.

För att täcka "topparna" av belastningen i systemen används därför enheter av annan typ, som är tekniskt och ekonomiskt väl anpassade till ett driftsätt med skarp variabel belastning.

De är idealiska för detta ändamål vattenkraftverk: uppstarten av den hydrauliska enheten och dess fulla belastning kräver en till två minuter, är inte förknippad med ytterligare förluster och är tekniskt ganska tillförlitliga.

Vattenkraftverk konstruerade för att täcka toppbelastningar byggs med dramatiskt ökad kapacitet: detta minskar kapitalinvesteringen med 1 kW, vilket gör den jämförbar med den specifika investeringen i kraftfulla värmekraftverk och säkerställer en mer fullständig användning av vattenresurserna.

Eftersom möjligheterna att bygga vattenkraftverk i många områden är begränsade, där områdets topografi tillåter att man erhåller tillräckligt stora fallhöjder, byggs pumpade lagringsvattenkraftverk (PSPP) för att täcka belastningstopparna.

Enheterna för en sådan station är vanligtvis reversibla: under systemfelstimmar på natten fungerar de som pumpenheter och höjer vatten i en högt placerad reservoar. Under fullasttimmar arbetar de i elproduktionsläge genom att aktivera vattnet som lagras i tanken.

De används ofta för att täcka belastningstopparna i gasturbinkraftverk. Att starta dem tar bara 20-30 minuter, att justera belastningen är enkelt och ekonomiskt. Kostnadssiffrorna för topp-GTPP är också gynnsamma.

Indikatorer för kvaliteten på elektrisk energi är graden av konstans av frekvens och spänning. Att hålla en konstant frekvens och spänning på en given nivå är av stor vikt. När frekvensen minskar minskar motorernas hastighet proportionellt, därför minskar prestandan hos de mekanismer som drivs av dem.

Man ska inte tro att ökning av frekvens och spänning har en gynnsam effekt. När frekvensen och spänningen ökar, ökar förlusterna i magnetiska kretsar och spolar för alla elektriska maskiner och enheter kraftigt, deras uppvärmning ökar och slitaget accelererar. Dessutom hotar förändringen i frekvensen och därför i antalet varv hos motorerna ofta att avvisa produkten.

Frekvenskonstans säkerställs genom att upprätthålla jämställdhet mellan den effektiva effekten hos primärmotorerna i systemet och det totala motsatta mekaniska momentet som uppstår i generatorerna från interaktionen av magnetiska flöden och strömmar. Detta vridmoment är proportionellt mot systemets elektriska belastning.

Belastningen på systemet förändras hela tiden.Om belastningen ökar blir bromsmomentet i generatorerna större än huvudmotorernas effektiva vridmoment, det finns ett hot om varvtalsminskning och frekvensminskning. Att minska belastningen har motsatt effekt.

För att upprätthålla frekvensen är det nödvändigt att ändra den totala effektiva effekten hos huvudmotorerna i enlighet därmed: en ökning i det första fallet, en minskning i det andra. Därför, för att kontinuerligt upprätthålla frekvensen på en given nivå, måste systemet ha en tillräcklig försörjning av extremt mobil standbykraft.

Uppgiften med frekvensreglering är tilldelad utsedda stationer som arbetar med en tillräcklig mängd gratis, snabbt mobiliserad kraft. Vattenkraftverk klarar bäst av detta ansvar.

För mer information om frekvenskontrollfunktioner och metoder, se här: Frekvensreglering i kraftsystemet