Графіки електричних і теплових навантажень

Особливістю роботи електричних станцій є те, що загальна кількість електричної енергії, яку виробляють у кожний момент часу, майже ціл­ком відповідає кількості споживаної.

Електричні станції працюють найчастіше паралельно в енергетичній системі, покриваючи загальне електричне навантаження системи і одно­часно теплове навантаження свого району (якщо електростанція не кон­денсаційна). Однак є окремі електростанції місцевого значення, які об­слуговують окремий район, без підключення до загальної енергетичної системи. У цих нечастих випадках електрична станція бере на себе загаль­не електричне навантаження району.

Загальне електричне навантаження промислового району складаєть­ся переважно з навантаження, пов'язаного із забезпеченням споживача електроенергією для виробничих потреб, приводу електродвигунів заліз­ничного і міського транспорту, а також з витратою енергії на освітлення і побутові потреби.

Складові частини загального навантаження змінюються як протягом доби, так і протягом року. Для п'ятиденного робочого тижня промислове навантаження є основною складовою загального електричного навантажен­ня в робочі дні тижня. У недільні та святкові дні промислове навантаження різко спадає, помітно зменшуючи загальне електричне навантаження.

Графічне зображення залежності електроспоживання від часу нази­вають графік електричного навантаження. На рис. 5.5 наведено типові добові графіки електричного навантаження (промисловий, освітлюваль­но-побутовий і сумарний). Мінімум промислового навантаження спосте­рігають зазвичай у нічний час, коли енергію споживають лише підприєм­ства, які працюють у три зміни. Найбільше навантаження в період від 8 до 16 години, коли енергію подають майже всім підприємствам. У період із 16 до 24 години навантаження має проміжне значення (енергію спожи вають підприємства, які працюють у дві і три зміни). Провал електрично­го навантаження в денний час пов'язаний зі зменшенням споживання електроенергії під час обідніх перерв.

Рис. 5.5. Добові графіки електричного навантаження:
а - промисловий; б - освітлювально-побутовий; в - сумарний; ---зима; --- літо.

 

Якісно літній добовий графік промислового навантаження не відріз­няється від зимового. Освітлювально-побутове навантаження істотно за­лежить від пори року і має найбільше значення у вечірні години взимку. Влітку добовий максимум навантаження (пік) знижується за абсолютним розміром і тривалістю і настає пізніше. Освітлювально-побутове наван­таження містить у собі також навантаження від електропобутових прила­дів, які зазвичай мають різко виражений за розміром максимум у вечірні години. Ранковий пік освітлювально-побутового навантаження пов'я­заний зі збільшенням електроенергії на побутові потреби.

Сумарний графік промислового і освітлювально-побутового наванта­ження має два максимуми споживання електроенергії протягом доби. Якщо цей графік доповнити навантаженням електрифікованого транспор­ту, урахувати витрати енергії на власні потреби станції і втрати в лініях електричних передач, то характер залежності навантаження від часу не зміниться (рис. 5.6). Максимум електричного навантаження, який настає в зимовий час у другій половині дня, визначає загальний добовий макси­мум електричного навантаження і загальної потужності працюючих агре­гатів, потрібних для забезпечення електроенергією всіх споживачів.

Якщо електростанція працює ізольовано, то сумарний графік елект­ричного навантаження цього району має збігатися з електричним наван­таженням електростанції. Якщо ТЕС працює в складі єдиної енергосис­теми, то вона віддає енергію в загальну систему і сумарний графік елект­ричного навантаження характеризує роботу системи (району), а наванта­ження кожної окремої електростанції визначає диспетчерська служба.

Рис. 5.6. Повний добовий графік електричного навантаження: /, //, III-три, дво- і однозмінні промислові підприємства відповідно; IV-електрифікований транспорт;V-освітлювально-побутове наван­таження; VI - втрати і власні потреби станції.

 

Аналіз графіків електричного наван­таження показує, що споживання елект­ричної енергії відбувається нерівномір­но. Відношення кількості виробленої енергії за певний період до тієї кількості енергії, яку виробила б електростанція за той самий час, працюючи з максималь­ним навантаженням, називається коефіці­єнтом використання максимуму - max. Іноді це відношення називають також коефіцієнтом заповнення графіка елект­ричного навантаження. З цього визначен­ня випливає, що

, (5.1)

де Е - загальна кількість виробленої елект­роенергії, кВтгод; N_emax –максимальне навантаження, кВт; _р - кількість годин роботи електростанції.

На рис. 5.7 показано типову криву тривалості зміни річних електрич­них навантажень.

Електростанції, які працюють значну частину року з найбільшим мож­ливим навантаженням і тим самим беруть участь у покритті нижньої час­тини графіка тривалості навантаження (рис. 5.7), називають базовими. Електростанції, які використовують тільки протягом частини року для покриття пікового навантаження, називають піковими.

Чим більше max, тим повніше використовують потужності устаткування. Для системи, яка об'єднує велику кількість електростанцій, коефіцієнт використання максимуму найчасті­ше значно вищий, ніж для окремих електростанцій, які працюють ізольо­вано. У великих системах коефіцієнт використання максимуму зазвичай вищий, ніж для районних енергосистем.

Велике значення мають річні графіки електричного навантаження, які Річний графік навантаження енергосистеми покривають агрегати і електростанції різної економічності. Розподіляти сумарне навантаження між окремими електростанціями (агрегатами) відповідно до загального графіка треба так, щоб забезпечити найекономічнішу роботу системи в цілому. Цього можна досягти, якщо електростанції, які мають менші па­ливні й експлуатаційні витрати, будуть завантажувати на більшу кіль­кість годин використання в році, а електростанції з великими паливними й експлуатаційними витратами - на меншу кількість годин.складають за даними добових графіків. Характер річних графіків протя­гом кількох років змінюється неістотно, у зв'язку з чим полегшується зав­дання їх побудови на майбутній період.

 

Рис. 5.7. Графік річних електричних навантажень за тривалістю: / - базове навантаження; // - проміжне навантаження; Ш - пікове навантаження

Поряд з базовими і піковими в системі є електростанції, які несуть проміжне навантаження між базовим і піковим.

Добовий графік електричного навантаження покривають базові, піко­ві та напівпікові електростанції (агрегати). При цьому базові електроста­нції працюють безупинно з повним (номінальним) навантаженням, а пі­кові включаються тільки в години, коли потрібно покривати верхню (III) частину графіка. Напівпікові установки зі зменшенням загального елект­ричного навантаження або переводять на знижеш навантаження, або ви­водять у резерв. Багато агрегатів, які несуть проміжне навантаження, зу­пиняють на суботу, неділю та святкові дні.

Для покриття пікових навантажень споруджують спеціальні пікові електростанції. їх розміщують поблизу споживачів і пристосовують для частого пуску і зупину. Вартість цих електростанцій має бути значно ни­жча, ніж базових, тому що кількість годин використання їх невелика. ККД пікової установки може бути невисоким, а головною вимогою для них є можливість швидкого пуску і зупину.

Щоб покривати пікові навантаження, можна також використовувати установки, які працюють на дорогому органічному паливі, і електростан­ції із застарілим обладнанням, а також гідроелектростанції. Однак у па­водковий період, коли запаси води досягають граничнодопустимих зна­чень, гідроелектростанціям відводять базове навантаження.

Однією з основних характеристик електростанції є встановлена потуж­ність, яку визначають як суму номінальних потужностей усіх турбогене­раторів. При цьому під номінальною потужністю розуміють найбільшу потужність, з якою турбогенератор може працювати тривалий час у ре­жимах, які залежать від технічних умов.

Щоб оцінити напруженість роботи електростанції і те, як використо­вують основне устаткування, вводять коефіцієнт використання встанов­леної потужності станції и^д, який являє собою відношення кількості виробленої енергії Е протягом року до можливої кількості виробленої енергії за той самий період під час роботи електростанції з встановленою потужністю N_{e в.п} :

, (5.2)

де _р = 8760 год - кількість годин у році.

Робота електростанції характеризується також кількістю годин вико­ристання встановленої потужності за рік

, (5.3)

Із залежностей (5.2) і (5.3) видно, що в.в.п і в.в.п зв'язані:

. (5.4)

Кількість годин використання встановленої потужності залежить від того, у якому режимі працює електростанція, тобто чи є вона базовою, піковою або несе проміжне навантаження Для електростанцій, які пра­цюють з базовим навантаженням, кількість годин використання встанов­леної потужності зазвичай дорівнює 6 000...7 000 год/рік, а для спеціаль­них пікових установок може становити 2 000.. .3 000 год/рік.

Графіки електричних навантажень використовують у плануванні елек­тричних навантажень електростанцій і систем, для розподілу наванта­жень між окремими електростанціями і агрегатами, у розрахунках кількос­ті вахтеного складу робітників і кількості резервного устаткування, ви­значенні потрібної встановленої потужності і резерву, кількості й одини­чної потужності агрегатів, для розробки планів ремонту устаткування і визначення ремонтного резерву, а також для вирішення ряду інших завдань.

Споживачів забезпечують тепловою енергією за графіками теплового навантаження

Теплова енергія потрібна для технологічних процесів у промисловос­ті, для опалення, вентиляції та кондиціонування повітря, а також для по­бутових потреб виробничих, житлових та громадських будинків. Для ви­робничих потреб використовують насичену пару тиском від 0,15 до 1,6 МПа. Однак щоб зменшити втрати під час транспортування й уникну­ти безупинного дренування води з комунікацій електростанції пару від­пускають з невеликим перегрівом. Гарячу воду на опалення, вентиляцію і побутові потреби подають з температурою від 70 до 180 °С.

Теплове навантаження ТЕЦ, зумовлене витратою теплоти на вироб­ничі процеси і побутові потреби (гаряче водопостачання), практично не залежить від зовнішньої температури повітря, хоча влітку вона дещо мен­ша, ніж узимку. Водночас промислове та побутове теплове навантаження різко змінюється протягом доби. Крім того, середньодобове навантажен­ня на побутові потреби наприкінці тижня і в передсвяткові дні значно вище, ніж в інші робочі дні тижня. Типовий графік зміни добового тепло­вого навантаження промислових підприємств наведено на рис. 5.8.

Рис. 5.8. Графік добового теплового навантаження підприємств.

 

Опалювальне теплове навантаження, витрата теплоти на вентиляцію та кондиціювання повітря залежать від температури зовнішнього повітря і мають сезонний характер. Витрата теплоти на опалення найбільша взи­мку, і цілком немає її в літній період, на кондиціювання повітря теплоту витрачають тільки влітку.

На рис. 5.9 наведено річний графік опалювального навантаження, а на рис. 5.10 - сумарний річний графік теплового навантаження за триваліс­тю. Кількість годин використання максимуму цього навантаження визначають зі співвідношення

, (5.5)

де Qp - загальна кількість теплоти, що відпускає ТЕЦ протягом року,

ГДж/рік; Qmax - максимальне теплове навантаження, ГДж/год.

Рис. 5.9. Річний графік опалювального навантаження: 1 - максимальні значення; 2 - мінімальні значення

 

Рис. 5.10. Сумарний річний графік теплового навантаження за тривалістю: /-опалювальний період; Я- літній період

За аналогічними співвідношеннями можна визначити також кількість годин використання максимуму окремо для опалювально-побутового і промислового навантажень. Для промислового навантаження max може досягати 6 000 год/рік, водночас для опалювально-побутового зазвичай знаходиться в межах 2 500...4 000 год/рік.

Отже, від технологічного навантаження збільшується кількість годин використання максимуму загального теплового навантаження. Однак для

великих міських і приміських ТЕЦ основним видом теплового наванта­ження є опалювальне. Кількість годин використання максимуму опалю­вального навантаження менша, ніж електричного.