Energosistēmu slodzes režīmi un optimāls slodzes sadalījums starp elektrostacijām

Enerģijas patēriņa veids un līdz ar to sistēmu slodze ir nevienmērīga: tam ir raksturīgas svārstības dienas laikā, kā arī sezonālas svārstības gada laikā. Šīs svārstības galvenokārt nosaka uzņēmumu — elektroenerģijas patērētāju darba ritms, kas saistīts ar šo iedzīvotāju dzīves ritmu, mazākā mērā — ģeogrāfiskie faktori.

Kopumā dienas ciklu vienmēr raksturo lielāks vai mazāks patēriņa samazinājums naktī, gada ciklam — vasaras mēnešos. Šo slodzes svārstību dziļums ir atkarīgs no lietotāju sastāva.

Uzņēmumiem, kas strādā visu diennakti, īpaši ar nepārtrauktiem tehnoloģiskiem procesiem (metalurģija, ķīmija, ogļu ieguves rūpniecība), ir gandrīz vienāds patēriņa režīms.

Metālapstrādes un mašīnbūves nozaru uzņēmumos, pat strādājot trīs maiņās, ir jūtamas enerģijas patēriņa svārstības, kas saistītas ar ierasto ražošanas aktivitātes samazināšanos nakts maiņās. Strādājot vienā vai divās maiņās naktī, vērojams straujš enerģijas patēriņa samazinājums. Manāms patēriņa samazinājums vērojams arī vasaras mēnešos.

Vēl krasākas enerģijas patēriņa svārstības raksturīgas pārtikas un vieglās rūpniecības uzņēmumiem.Vislielākais nevienmērīgais patēriņš vērojams mājsaimniecību sektorā.

Sistēmas slodzes režīms atspoguļo visas šīs enerģijas patēriņa svārstības summētā un, protams, nedaudz izlīdzinātā veidā. Slodzes nosacījumi parasti tiek parādīti slodzes grafika veidā.

Dienas grafikā stundas tiek attēlotas uz abscisu, un slodzes MW vai % no maksimālās slodzes tiek attēlotas uz ordinātām. Maksimālā slodze visbiežāk iekrīt vakara stundās, kad apgaismojums tiek uzlikts uz ražošanas enerģijas patēriņu. Tāpēc maksimālais punkts gada laikā nedaudz mainās.

Rīta stundās ir slodzes maksimums, kas atspoguļo maksimālo ražošanas aktivitāti. Pēcpusdienā slodze samazinās, naktī strauji samazinās.

Mēneši ir attēloti uz gada diagrammu abscisu, un mēneša kilovatstundu summas vai mēneša maksimālās slodzes tiek attēlotas uz ordinātām. Maksimālā slodze nokrītas gada beigās — tās dabiskā pieauguma dēļ gada laikā.

Nevienmērīgs uzlādes režīms, no vienas puses, enerģijas ražošanas iekārtu daudzveidība un to ekspluatācijas un tehniski ekonomiskie raksturlielumi, no otras puses, sistēmas personālam rada sarežģītu uzdevumu optimālai slodzes sadalei starp stacijām un ģenerējošiem blokiem.

Enerģijas ražošanai ir sava cena. Priekš termālās stacijas — tās ir degvielas izmaksas, papildus apkalpojošā personāla uzturēšanai, iekārtu remontiem, amortizācijas atskaitījumiem.

Dažādās stacijās atkarībā no to tehniskā līmeņa, jaudas, iekārtu stāvokļa viena Vt • h īpatnējā ražošanas pašizmaksa ir atšķirīga.

Vispārējais kritērijs slodzes sadalei starp stacijām (un stacijā starp blokiem) ir minimālās kopējās ekspluatācijas izmaksas noteikta elektroenerģijas daudzuma ražošanai.

Katrai stacijai (katrai vienībai) izmaksas var uzrādīt funkcionālā saistībā ar uzlādes režīmu.

Nosacījums kopējo izmaksu minimumam un līdz ar to nosacījums optimālam slodžu sadalījumam sistēmā formulēts šādi: slodze jāsadala tā, lai vienmēr tiktu saglabāta staciju (agregātu) relatīvo soļu vienlīdzība.

Staciju un agregātu gandrīz relatīvos soļus pie dažādām to slodzes vērtībām dispečerdienesti aprēķina iepriekš un parāda kā līknes (skatīt attēlu).

Relatīvās izaugsmes līknes

Horizontālā līnija atspoguļo šīs slodzes sadalījumu, kas atbilst optimālajam stāvoklim.

Optimālam sistēmas slodzes sadalījumam starp stacijām ir arī tehniskā puse.Iekārtas, kas aptver slodzes līknes mainīgo daļu, īpaši asās augšējās virsotnes, tiek darbinātas strauji mainīgos slodzes apstākļos, dažreiz ar ikdienas apstāšanās-startiem.

Mūsdienu spēcīgs tvaika turbīnu bloki nav pielāgoti šādam darbības režīmam: to iedarbināšana prasa daudzas stundas, darbība mainīgas slodzes režīmā, īpaši ar biežiem apstāšanās gadījumiem, palielina negadījumu skaitu un paātrinātu nodilumu, kā arī ir saistīta ar papildu diezgan jutīgu pārmērīgu patēriņu degvielas.

Tāpēc, lai segtu slodzes "pīķus" sistēmās, tiek izmantoti cita tipa agregāti, kas tehniski un ekonomiski labi pielāgoti darbības režīmam ar krasi mainīgu slodzi.

Tie ir ideāli piemēroti šim nolūkam hidroelektrostacijas: hidrauliskā agregāta iedarbināšana un tā pilna slodze prasa vienu līdz divas minūtes, nav saistīta ar papildu zudumiem un ir tehniski diezgan uzticama.

Maksimālās slodzes segšanai paredzētās hidroelektrostacijas tiek būvētas ar krasi palielinātu jaudu: tas samazina kapitālieguldījumus par 1 kW, kas padara to pielīdzināmu konkrētajam ieguldījumam jaudīgās termoelektrostacijās un nodrošina pilnīgāku ūdens resursu izmantošanu.

Tā kā daudzās teritorijās ir ierobežotas iespējas būvēt hidroelektrostacijas, kur teritorijas reljefs ļauj iegūt pietiekami lielus augstumus, slodzes maksimumu segšanai tiek būvētas sūkņu akumulācijas hidroelektrostacijas (HES).

Šādas stacijas agregāti parasti ir atgriezeniski: sistēmas atteices stundās naktī tie darbojas kā sūknēšanas agregāti, paceļot ūdeni augstu novietotā rezervuārā. Pilnas slodzes stundās tie darbojas elektroenerģijas ražošanas režīmā, barojot tvertnē uzkrāto ūdeni.

Tos plaši izmanto, lai segtu gāzes turbīnu spēkstaciju slodzes maksimumus. To iedarbināšana aizņem tikai 20-30 minūtes, slodzes regulēšana ir vienkārša un ekonomiska. Arī maksimālās GTPP izmaksu rādītāji ir labvēlīgi.

Elektroenerģijas kvalitātes rādītāji ir frekvences un sprieguma noturības pakāpe. Liela nozīme ir nemainīgas frekvences un sprieguma uzturēšanai noteiktā līmenī. Samazinoties frekvencei, motoru apgriezieni proporcionāli samazinās, līdz ar to samazinās to darbināmo mehānismu veiktspēja.

Nevajadzētu domāt, ka frekvences un sprieguma palielināšanai ir labvēlīga ietekme. Pieaugot frekvencei un spriegumam, visu elektrisko mašīnu un ierīču magnētiskajās ķēdēs un spolēs strauji palielinās zudumi, palielinās to sildīšana un paātrinās nodilums. Turklāt dzinēju frekvences un līdz ar to arī apgriezienu skaita izmaiņas bieži vien draud ar produkta noraidīšanu.

Frekvences noturība tiek nodrošināta, saglabājot vienlīdzību starp sistēmas primāro dzinēju efektīvo jaudu un kopējo pretējo mehānisko momentu, kas rodas ģeneratoros magnētisko plūsmu un strāvu mijiedarbības rezultātā. Šis griezes moments ir proporcionāls sistēmas elektriskajai slodzei.

Sistēmas slodze pastāvīgi mainās.Ja slodze palielinās, bremzēšanas moments ģeneratoros kļūst lielāks par galveno dzinēju efektīvo griezes momentu, pastāv apgriezienu un frekvences samazināšanas draudi. Slodzes samazināšana rada pretēju efektu.

Lai uzturētu frekvenci, ir attiecīgi jāmaina galveno dzinēju kopējā efektīvā jauda: pirmajā gadījumā palielinās, otrajā - samazinās. Tāpēc, lai nepārtraukti uzturētu frekvenci noteiktā līmenī, sistēmai ir jābūt pietiekami mobilai gaidīšanas režīma jaudai.

Frekvenču regulēšanas uzdevums tiek uzdots noteiktām stacijām, kas darbojas ar pietiekamu brīvas, ātri mobilizētas jaudas apjomu. Hidroelektrostacijas vislabāk spēj tikt galā ar šiem pienākumiem.

Papildinformāciju par frekvences kontroles funkcijām un metodēm skatiet šeit: Frekvences regulēšana energosistēmā