Belastningsformer for kraftsystemer og optimal belastningsfordeling mellem kraftværker

Måden energi forbruges på, og derfor er belastningen på systemerne ujævn: den har karakteristiske udsving inden for en dag, såvel som sæsonbestemte udsving inden for et år. Disse udsving er hovedsageligt bestemt af virksomhedernes arbejdsrytme — forbrugere af elektricitet, relateret til denne livsrytme for befolkningen, i mindre grad — af geografiske faktorer.

Generelt er den daglige cyklus altid kendetegnet ved en større eller mindre reduktion i forbruget om natten, for den årlige cyklus — i sommermånederne. Dybden af ​​disse belastningsudsving afhænger af brugernes sammensætning.

Virksomheder, der arbejder døgnet rundt, især med en overvægt af kontinuerlige teknologiske processer (metallurgi, kemi, kulmineindustri), har næsten samme forbrugsmåde.

Virksomheder fra metal- og maskinbygningsindustrien har, selv med treholdsarbejde, mærkbare udsving i energiforbruget forbundet med det sædvanlige fald i produktionsaktiviteten under nattehold. Når man arbejder i et eller to skift om natten, observeres et kraftigt fald i energiforbruget. Et mærkbart fald i forbruget observeres også i sommermånederne.

Endnu skarpere udsving i energiforbruget er karakteristisk for fødevare- og letindustrivirksomheder, og det største ujævne forbrug ses i husholdningssektoren.

Systemets belastningstilstand afspejler alle disse udsving i energiforbruget i en summeret og selvfølgelig noget udjævnet form. Belastningsforhold præsenteres normalt i form af en belastningsplan.

På den daglige graf er timer plottet på abscissen, og belastninger i MW eller % af maksimal belastning er plottet på ordinaten. Den maksimale belastning falder oftest i aftentimerne, hvor belysningen er overlejret produktionsenergiforbruget. Derfor forskydes maksimumpointet noget inden for året.

Der er en belastningstop i morgentimerne, hvilket afspejler maksimal produktionsaktivitet. Om eftermiddagen aftager belastningen, om natten falder den kraftigt.

Måneder er plottet på abscissen af ​​årlige diagrammer, og månedlige kilowatt-timer eller månedlige spidsbelastninger er plottet på ordinaten. Den maksimale belastning falder i slutningen af ​​året - på grund af dens naturlige stigning i løbet af året.

Ujævn ladetilstand, på den ene side, mangfoldigheden af ​​energiproduktionsudstyr og dets operationelle og teknisk-økonomiske karakteristika, udgør på den anden side en kompleks opgave for systempersonalet for optimal belastningsfordeling mellem stationer og generatorenheder.

Strømproduktion kommer til en pris. Til termiske stationer — disse er brændstofomkostninger, foruden vedligeholdelse af servicepersonale, reparationer af udstyr, afskrivningsfradrag.

På forskellige stationer, afhængigt af deres tekniske niveau, effekt, udstyrstilstand, er de specifikke produktionsomkostninger for én Vt • h forskellige.

Det generelle kriterium for lastfordeling mellem stationer (og inden for en station mellem blokke) er de minimale samlede driftsomkostninger for produktion af en given mængde elektricitet.

For hver station (hver enhed) kan omkostninger præsenteres i funktionel forhold til ladetilstanden.

Betingelsen for minimum af de samlede omkostninger og derfor betingelsen for optimal fordeling af belastninger i systemet er formuleret således: belastningen skal fordeles således, at ligheden af ​​stationernes (enhederne) relative trin altid opretholdes.

Næsten relative trin for stationer og enheder ved forskellige værdier af deres belastninger beregnes på forhånd af forsendelsestjenester og vises som kurver (se billede).

Relative vækstkurver

Den vandrette linje afspejler fordelingen af ​​denne last, der svarer til den optimale tilstand.

Den optimale fordeling af systembelastningen mellem stationerne har også en teknisk side.Enhederne, der dækker den variable del af belastningskurven, især de skarpe øvre toppe, betjenes under hurtigt skiftende belastningsforhold, nogle gange med daglige stop-starter.

Moderne kraftfuld dampturbinenheder er ikke tilpasset til en sådan driftsform: de tager mange timer at starte, drift i en variabel belastningstilstand, især ved hyppige stop, fører til en stigning i ulykker og accelereret slitage og er også forbundet med et yderligere ret følsomt overforbrug af brændstof.

For at dække belastningens "spidser" i systemerne anvendes derfor enheder af en anden type, som teknisk og økonomisk er godt tilpasset en driftsform med skarp variabel belastning.

De er ideelle til dette formål vandkraftværker: opstarten af ​​den hydrauliske enhed og dens fulde belastning kræver et til to minutter, er ikke forbundet med yderligere tab og er teknisk ret pålidelige.

Vandkraftværker designet til at dække spidsbelastninger er bygget med dramatisk øget kapacitet: Dette reducerer kapitalinvesteringen med 1 kW, hvilket gør den sammenlignelig med den specifikke investering i kraftige termiske kraftværker og sikrer en mere fuldstændig udnyttelse af vandressourcerne.

Da mulighederne for at bygge vandkraftværker i mange områder er begrænsede, hvor områdets topografi gør det muligt at opnå store nok hoveder, bygges pumpede lagringsvandkraftværker (PSPP) til at dække belastningstoppene.

Enhederne på en sådan station er normalt reversible: under systemfejltimer om natten fungerer de som pumpeenheder og hæver vand i et højt placeret reservoir. I timer med fuld belastning fungerer de i elproduktionstilstand ved at sætte strøm til vandet, der er lagret i tanken.

De er meget brugt til at dække belastningstoppene på gasturbinekraftværker. Det tager kun 20-30 minutter at starte dem op, justering af belastningen er enkel og økonomisk. Omkostningstallene for peak GTPP'er er også gunstige.

Indikatorer for kvaliteten af ​​elektrisk energi er graden af ​​konstanthed af frekvens og spænding. Det er af stor betydning at opretholde en konstant frekvens og spænding på et givet niveau. Når frekvensen falder, falder motorernes hastighed proportionalt, derfor falder ydeevnen af ​​de mekanismer, der drives af dem.

Man skal ikke tro, at stigning af frekvens og spænding har en gavnlig effekt. Efterhånden som frekvensen og spændingen stiger, stiger tabene i magnetiske kredsløb og spoler i alle elektriske maskiner og enheder kraftigt, deres opvarmning øges, og slid accelererer. Derudover truer ændringen i frekvensen og derfor i antallet af omdrejninger af motorerne ofte med at afvise produktet.

Frekvenskonstans sikres ved at opretholde lighed mellem den effektive effekt af systemets primære motorer og det totale modsatte mekaniske moment, der opstår i generatorerne fra interaktionen af ​​magnetiske fluxer og strømme. Dette drejningsmoment er proportionalt med systemets elektriske belastning.

Belastningen på anlægget ændrer sig konstant Hvis belastningen stiger, bliver bremsemomentet i generatorerne større end hovedmotorernes effektive drejningsmoment, der er trussel om hastighedsreduktion og frekvensreduktion. At reducere belastningen har den modsatte effekt.

For at opretholde frekvensen er det nødvendigt at ændre den samlede effektive effekt af hovedmotorerne i overensstemmelse hermed: en stigning i det første tilfælde, et fald i det andet. For kontinuerligt at holde frekvensen på et givent niveau skal systemet derfor have en tilstrækkelig forsyning af ekstremt mobil standby-strøm.

Opgaven med frekvensregulering er tildelt udpegede stationer, der opererer med en tilstrækkelig mængde fri, hurtigt mobiliseret strøm. Vandkraftværker er bedst i stand til at varetage disse forpligtelser.

For mere information om frekvensstyringsfunktioner og metoder, se her: Frekvensregulering i elsystemet