Τρόποι φόρτωσης συστημάτων ισχύος και βέλτιστη κατανομή φορτίου μεταξύ των σταθμών παραγωγής ενέργειας

Ο τρόπος με τον οποίο καταναλώνεται η ενέργεια και επομένως το φορτίο στα συστήματα είναι άνισος: έχει χαρακτηριστικές διακυμάνσεις μέσα σε μια ημέρα, καθώς και εποχιακές διακυμάνσεις μέσα σε ένα χρόνο. Αυτές οι διακυμάνσεις καθορίζονται κυρίως από τον ρυθμό εργασίας των επιχειρήσεων - καταναλωτών ηλεκτρικής ενέργειας, που σχετίζονται με αυτόν τον ρυθμό ζωής του πληθυσμού, σε μικρότερο βαθμό - από γεωγραφικούς παράγοντες.

Γενικά, ο ημερήσιος κύκλος χαρακτηρίζεται πάντα από μεγαλύτερη ή μικρότερη μείωση της κατανάλωσης τη νύχτα, για τον ετήσιο κύκλο — τους καλοκαιρινούς μήνες. Το βάθος αυτών των διακυμάνσεων φορτίου εξαρτάται από τη σύνθεση των χρηστών.

Οι επιχειρήσεις που εργάζονται όλο το εικοσιτετράωρο, ειδικά με επικράτηση συνεχών τεχνολογικών διεργασιών (μεταλλουργία, χημεία, βιομηχανία εξόρυξης άνθρακα), έχουν σχεδόν τον ίδιο τρόπο κατανάλωσης.

Οι επιχειρήσεις της μεταλλουργίας και της μηχανουργικής βιομηχανίας, ακόμη και με εργασία σε τρεις βάρδιες, έχουν αξιοσημείωτες διακυμάνσεις στην κατανάλωση ενέργειας που συνδέονται με τη συνήθη μείωση της παραγωγικής δραστηριότητας κατά τις νυχτερινές βάρδιες. Όταν εργάζεστε σε μία ή δύο βάρδιες τη νύχτα, παρατηρείται απότομη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας. Αισθητή μείωση της κατανάλωσης παρατηρείται και τους καλοκαιρινούς μήνες.

Ακόμη πιο έντονες διακυμάνσεις στην κατανάλωση ενέργειας είναι χαρακτηριστικές των επιχειρήσεων τροφίμων και ελαφριάς βιομηχανίας.Η μεγαλύτερη άνιση κατανάλωση παρατηρείται στον τομέα των νοικοκυριών.

Η λειτουργία φόρτωσης του συστήματος αντικατοπτρίζει όλες αυτές τις διακυμάνσεις στην κατανάλωση ενέργειας σε αθροιστική και, φυσικά, κάπως εξομαλυνόμενη μορφή. Οι συνθήκες φόρτωσης παρουσιάζονται συνήθως με τη μορφή ενός προγράμματος φόρτωσης.

Στο ημερήσιο γράφημα, οι ώρες απεικονίζονται στην τετμημένη και τα φορτία σε MW ή % του μέγιστου φορτίου απεικονίζονται στην τεταγμένη. Το μέγιστο φορτίο πέφτει τις περισσότερες φορές τις βραδινές ώρες, όταν ο φωτισμός υπερτίθεται στην κατανάλωση ενέργειας της παραγωγής. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ο μέγιστος βαθμός μετατοπίζεται κάπως μέσα στο έτος.

Υπάρχει αιχμή φορτίου τις πρωινές ώρες, που αντικατοπτρίζει τη μέγιστη παραγωγική δραστηριότητα. Το απόγευμα, το φορτίο μειώνεται, τη νύχτα μειώνεται απότομα.

Οι μήνες απεικονίζονται στην τετμημένη των ετήσιων διαγραμμάτων και τα μηνιαία ποσά της κιλοβατώρας ή τα μηνιαία φορτία αιχμής απεικονίζονται στην τεταγμένη. Το μέγιστο φορτίο πέφτει στο τέλος του έτους — λόγω της φυσικής του αύξησης κατά τη διάρκεια του έτους.

Ο ανομοιόμορφος τρόπος φόρτισης, αφενός, η ποικιλία του εξοπλισμού παραγωγής ενέργειας και τα λειτουργικά και τεχνικοοικονομικά χαρακτηριστικά του, από την άλλη, αποτελούν σύνθετο έργο για το προσωπικό του συστήματος για βέλτιστη κατανομή φορτίου μεταξύ σταθμών και μονάδων παραγωγής.

Η παραγωγή ενέργειας έχει ένα τίμημα. Για θερμικούς σταθμούς — πρόκειται για κόστος καυσίμων, εκτός από τη συντήρηση του προσωπικού σέρβις, τις επισκευές εξοπλισμού, τις μειώσεις αποσβέσεων.

Σε διαφορετικούς σταθμούς, ανάλογα με το τεχνικό τους επίπεδο, την ισχύ, την κατάσταση εξοπλισμού, το ειδικό κόστος παραγωγής ενός Vt • h είναι διαφορετικό.

Το γενικό κριτήριο για την κατανομή του φορτίου μεταξύ σταθμών (και εντός σταθμού μεταξύ μπλοκ) είναι το ελάχιστο συνολικό κόστος λειτουργίας για την παραγωγή μιας δεδομένης ποσότητας ηλεκτρικής ενέργειας.

Για κάθε σταθμό (κάθε μονάδα), το κόστος μπορεί να παρουσιαστεί σε λειτουργική σχέση με τον τρόπο φόρτισης.

Η προϋπόθεση για το ελάχιστο του συνολικού κόστους και συνεπώς η προϋπόθεση για τη βέλτιστη κατανομή των φορτίων στο σύστημα διαμορφώνεται ως εξής: το φορτίο πρέπει να κατανέμεται έτσι ώστε να διατηρείται πάντα η ισότητα των σχετικών βημάτων των σταθμών (μονάδων).

Σχεδόν σχετικά βήματα των σταθμών και των μονάδων σε διαφορετικές τιμές των φορτίων τους υπολογίζονται εκ των προτέρων από τις υπηρεσίες αποστολής και εμφανίζονται ως καμπύλες (βλ. εικόνα).

Σχετικές καμπύλες ανάπτυξης

Η οριζόντια γραμμή αντικατοπτρίζει την κατανομή αυτού του φορτίου που αντιστοιχεί στη βέλτιστη κατάσταση.

Η βέλτιστη κατανομή του φορτίου του συστήματος μεταξύ των σταθμών έχει και μια τεχνική πλευρά.Οι μονάδες που καλύπτουν το μεταβλητό τμήμα της καμπύλης φορτίου, ειδικά οι αιχμηρές ανώτερες κορυφές, λειτουργούν υπό ταχέως μεταβαλλόμενες συνθήκες φορτίου, μερικές φορές με καθημερινές στάσεις-εκκινήσεις.

Σύγχρονο ισχυρό μονάδες ατμοστροβίλου δεν είναι προσαρμοσμένα σε έναν τέτοιο τρόπο λειτουργίας: χρειάζονται πολλές ώρες για να ξεκινήσουν, η λειτουργία σε λειτουργία μεταβλητού φορτίου, ειδικά με συχνές στάσεις, οδηγεί σε αύξηση των ατυχημάτων και επιταχυνόμενη φθορά και συνδέεται επίσης με μια πρόσθετη μάλλον ευαίσθητη υπερβολική κατανάλωση καυσίμων.

Επομένως, για την κάλυψη των «κορυφών» του φορτίου στα συστήματα, χρησιμοποιούνται μονάδες άλλου τύπου, οι οποίες τεχνικά και οικονομικά προσαρμόζονται καλά σε τρόπο λειτουργίας με απότομο μεταβλητό φορτίο.

Είναι ιδανικά για αυτό το σκοπό υδροηλεκτρικά εργοστάσια: η εκκίνηση της υδραυλικής μονάδας και το πλήρες φορτίο της απαιτούν ένα έως δύο λεπτά, δεν συνδέονται με πρόσθετες απώλειες και είναι τεχνικά αρκετά αξιόπιστα.

Οι υδροηλεκτρικοί σταθμοί που έχουν σχεδιαστεί για να καλύπτουν φορτία αιχμής κατασκευάζονται με δραματικά αυξημένη ισχύ: αυτό μειώνει την επένδυση κεφαλαίου κατά 1 kW, γεγονός που την καθιστά συγκρίσιμη με τη συγκεκριμένη επένδυση σε ισχυρούς θερμοηλεκτρικούς σταθμούς και διασφαλίζει την πληρέστερη χρήση των υδάτινων πόρων.

Δεδομένου ότι οι δυνατότητες κατασκευής υδροηλεκτρικών σταθμών σε πολλές περιοχές είναι περιορισμένες, όπου η τοπογραφία της περιοχής επιτρέπει την απόκτηση αρκετά μεγάλων κεφαλών, κατασκευάζονται υδροηλεκτρικοί σταθμοί αντλίας αποθήκευσης (PSPP) για να καλύπτουν τις κορυφές φορτίου.

Οι μονάδες ενός τέτοιου σταθμού είναι συνήθως αναστρέψιμες: κατά τις ώρες αστοχίας του συστήματος τη νύχτα, λειτουργούν ως μονάδες άντλησης, ανεβάζοντας νερό σε μια δεξαμενή υψηλής θέσης. Κατά τη διάρκεια των ωρών πλήρους φορτίου, λειτουργούν σε λειτουργία παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας ενεργοποιώντας το νερό που είναι αποθηκευμένο στη δεξαμενή.

Χρησιμοποιούνται ευρέως για την κάλυψη των κορυφών φορτίου των σταθμών ηλεκτροπαραγωγής αεριοστροβίλων. Η εκκίνηση τους διαρκεί μόνο 20-30 λεπτά, η ρύθμιση του φορτίου είναι απλή και οικονομική. Τα στοιχεία κόστους των GTPP αιχμής είναι επίσης ευνοϊκά.

Δείκτες της ποιότητας της ηλεκτρικής ενέργειας είναι ο βαθμός σταθερότητας της συχνότητας και της τάσης. Η διατήρηση σταθερής συχνότητας και τάσης σε ένα δεδομένο επίπεδο έχει μεγάλη σημασία. Καθώς η συχνότητα μειώνεται, η ταχύτητα των κινητήρων μειώνεται αναλογικά, επομένως μειώνεται η απόδοση των μηχανισμών που κινούνται από αυτούς.

Δεν πρέπει να πιστεύεται ότι η αύξηση της συχνότητας και της τάσης έχει ευεργετική επίδραση. Καθώς αυξάνεται η συχνότητα και η τάση, οι απώλειες στα μαγνητικά κυκλώματα και τα πηνία όλων των ηλεκτρικών μηχανών και συσκευών αυξάνονται απότομα, η θέρμανση τους αυξάνεται και η φθορά επιταχύνεται. Επιπλέον, η αλλαγή στη συχνότητα και επομένως στον αριθμό των στροφών των κινητήρων συχνά απειλεί να απορρίψει το προϊόν.

Η σταθερότητα της συχνότητας εξασφαλίζεται με τη διατήρηση της ισότητας μεταξύ της πραγματικής ισχύος των πρωτευόντων κινητήρων του συστήματος και της συνολικής αντίθετης μηχανικής ροπής που προκύπτει στις γεννήτριες από την αλληλεπίδραση μαγνητικών ροών και ρευμάτων. Αυτή η ροπή είναι ανάλογη με το ηλεκτρικό φορτίο του συστήματος.

Το φορτίο στο σύστημα αλλάζει συνεχώς Εάν το φορτίο αυξάνεται, η ροπή πέδησης στις γεννήτριες γίνεται μεγαλύτερη από την πραγματική ροπή των κύριων κινητήρων, υπάρχει κίνδυνος μείωσης της ταχύτητας και μείωσης της συχνότητας. Η μείωση του φορτίου έχει το αντίθετο αποτέλεσμα.

Για να διατηρήσετε τη συχνότητα, είναι απαραίτητο να αλλάξετε τη συνολική ενεργή ισχύ των κύριων κινητήρων ανάλογα: αύξηση στην πρώτη περίπτωση, μείωση στη δεύτερη. Επομένως, για να διατηρείται συνεχώς η συχνότητα σε ένα δεδομένο επίπεδο, το σύστημα πρέπει να διαθέτει επαρκή παροχή εξαιρετικά κινητής ισχύος αναμονής.

Το έργο της ρύθμισης συχνότητας ανατίθεται σε καθορισμένους σταθμούς που λειτουργούν με επαρκή ποσότητα ελεύθερης, γρήγορα κινητοποιούμενης ισχύος. Τα υδροηλεκτρικά εργοστάσια είναι καλύτερα σε θέση να χειριστούν αυτές τις ευθύνες.

Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τα χαρακτηριστικά και τις μεθόδους ελέγχου συχνότητας, δείτε εδώ: Ρύθμιση συχνότητας στο σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας