Суточное потребление и производство электроэнергии

Потребление, а вместе с ним и производство неравномерно в течение суток. В ночные часы оно резко падает, создавая, так называемые «провалы» нагрузки. В дневные часы рабочей активности человека потребление также неравномерное. В утренние и вечерние часы нагрузка возрастает, и эти увеличения нагрузок называются «утренним пиком» и «вечерним пиком» нагрузки (см. рис.1.2)

Известно, что коммунально-бытовое электропотребление не поддается директивному регулированию нагрузки. Уменьшить неравномерность графика суточного изменения мощности при воздействии на этот сектор хозяйственной деятельности можно только отключениями электроэнергии (известны веерные отключения электроэнергии), что связано с нарушением гражданских прав населения.

Характер изменения суточных графиков нагрузок вполне закономерен и определяется установившимся процессом жизнедеятельности человека, с чем связывается и существование вечернего и утреннего пиков нагрузки. Такие же закономерности существуют и в сезонных (или годовых) графиках потребления электроэнергии.

На рис.1.3. даны изменения осредненных показателей экстремальных зимнего (1) и летнего (2) суточных графиков нагрузок потребления Ростовской области за несколько лет в период, когда изменялось промышленное производство, а вместе с ним, потребление и производство электроэнергии.

Таблица 1.3 Характеристика электропотребления по региону Северного Кавказа в 2000 г.

На рис.1.3 показаны также разности между средними (3) , минимальными зимним и летним (4) и максимальными зимним и летним (5) значениями нагрузок за период 1991¸1998 гг.

Анализ рис. 1.3 показывает, что, при общей тенденции к уменьшению, как осредненных максимальных и минимальных (кривые 1, 2), так и осредненных годовых нагрузок в период после 1991 г., разности в нагрузках этих графиков практически не изменяются (кривые 3, 4, 5). Изменения указанных величин не превышают 10 % от среднегодовых нагрузок энергосистемы. Незначительные колебания этих разностей нагрузок в эти годы можно объяснить неодинаковыми природными и погодными условиями.

Сезонные изменения суточных графиков нагрузок энергосистем регионов определяются:

- изменениями продолжительности светлого времени суток;

- климатическими изменениями температур в регионе;

- изменениями условий электропотребления;

- возможностями электропроизводства.

Таким образом, среднюю нагрузку за какой-то день в году (например, экстремально летний) можно определить в зависимости от осредненной нагрузки определенного суточного графика (например, максимального зимнего) электропотребления по уравнению

где k_р=k_д k_т k_пот k_пр - коэффициент, характеризующий региональные условия изменения суточных графиков нагрузок в году;

k_д - коэффициент, характеризующий сезонные изменения продолжительности светлого времени суток;

k_т - коэффициент, характеризующий сезонные изменения среднесуточной температуры воздуха в течение года;

k_пот - коэффициент, характеризующий структурные изменения в электропотреблении;

k_пр - коэффициент, характеризующий изменения в системе электропроизводства;

- осредненная нагрузка минимально летнего и максимально зимнего графиков суточного электропотребления (рис. 1.4).

Осредненная за год суточная нагрузка может быть определена как среднеарифметическая:

,

где n - количество дней в году по которым происходит осреднение суточных графиков нагрузок.

Учитывая последнее условие, средняя нагрузка летнего минимума суточного электропотребления может быть определена по уравнению

.

А для зимнего максимума:

.

Исследование коэффициентов, изменяющих суточное электропотребление в течение года, показывает следующее.

Изменение продолжительности светлого времени суток трансформирует график суточных нагрузок электропотребления по временной оси (в горизонтальном направлении). Каждый календарный год, естественно, имеет свои особенности и не может походить на предыдущие и последующие. Эти особенности могут проявляться в меньшей или большей степени количеством осадков, облачностью и т.д. Однако в основном световой день определяется временем восхода и захода солнца, периодичность изменения которого остается постоянным для данного региона. Причем, как показывает анализ экстремальных зимнего и летнего суточных графиков нагрузок, для Ростовской области этот фактор оказывает большее влияние на вечерний максимум нагрузок. Например, утренние пики нагрузок летом и зимой имеют меньшие несовпадения разностей мощностей по годам с 1991 г. по 1998 г. . чем вечерние . Это вызвано, скорее всего, ежегодным сезонным смещением стрелки часов.

Учитывая это можно определить коэффициент, характеризующий сезонное изменение осредненной нагрузки в зависимости от продолжительности светлого времени суток, следующим соотношением

,

где Dt_сд - изменение продолжительности светлого времени суток в зависимости от месяца или сезона относительно дня, взятого за базовый, ч.

Для Ростовской области разница между продолжительностями светового дня зимнего максимума и летнего минимума составляет примерно 8 часов. Поскольку влияние светового дня на суточный график нагрузок ощущается только в вечернее время, то наибольший для этого региона Dt_сд @ 4 ч. Тогда для региона Ростовской области минимальное значение коэффициента k_д можно определить как k_д @ 1 - (Dt_сд / 24) @ 0,83.

Сезонные изменения температуры воздуха учитывают деформацию суточного графика электропотребления по нагрузочной оси, т.е. в вертикальном направлении. Коэффициент k_т, учитывающий эти обстоятельства, зависит, очевидно, от синусоидального изменения температуры окружающей среды в течение года для определенного региона. Затраты энергии возрастают при отклонении температуры воздуха от зоны комфорта. На рис. 1.5 показана синусоида годового изменения температуры окружающей среды для регионов с различной географической широтой: г. Ростов-на-Дону (кривая 2); г. Мурманск (3); республика Алжир (1). Из рис.1.5. видно, что для российских регионов сезонные отклонения температуры от зоны комфорта (площадь 4) имеют место в зимнее и осенне- весеннее время, поэтому затраты энергии в эти периоды существенно возрастают по отношению к лету.

Для географической широты Алжира синусоида температур отклоняется от зоны комфорта и зимой и летом, поэтому затраты энергии здесь необходимы и зимой (на отопление), и летом (на кондиционирование воздуха). Потребление электроэнергии на широте Алжира по климатическим условиям не имеет существенных изменений в течение года. В весенне-осенний периоды здесь электропотребление не падает, так как в это время возрастает активность промышленного и сельскохозяйственного производства. Коэффициент, учитывающий сезонные изменения температуры воздуха для Алжира, можно принимать равным k_т= 1,0.

Годы могут быть с жарким, знойным летом и суровой зимой, что говорит о неповторимости изменений температур в течение ряда лет. Однако существуют среднестатистические данные изменений температур, которые используются для расчетов систем отопления и которые принимаются постоянными для определенного региона. Например, для Ростовской области согласно статистических данных средняя, за многолетний период, температура воздуха самого жаркого дня равна +27,4⁰С, а самого холодного дня -22⁰С. Таким образом, экстремальное среднестатистическое изменение температуры в течение года составляет Dt = 49,4⁰С. Отсюда можно предположить, что сезонные изменения теплового баланса природы, а, значит, и изменения в суточных нагрузках остаются примерно одинаковыми по годам.

На рис.1.4 (площадь между и ) показана суточная разность между осредненными нагрузками электропотребления зимнего максимума и летнего минимума. Рассмотренные выше коэффициенты k_д и k_т определяют эту разность нагрузок и, поскольку они зависят только от географической широты расположения региона и климатических характеристик его, то произведение этих коэффициентов является величиной примерно постоянной для данной местности. Для Ростовской области величина наименьшего в течение года произведения коэффициентов составляет k_д k_т @ 0,64. Отсюда k_т @ 0,77. Эти данные хорошо согласуются с натурными исследованиями (см. рис.1.3).

Коэффициент, характеризующий условия электропотребления определяет форму кривой суточного графика и величину осредненной нагрузки. К таким условиям следует отнести общую мощность необходимую для удовлетворения потребителя электроэнергией, количество рабочих смен на производствах потребляющих электроэнергию, численность населения региона и другие факторы, а также изменение этих условий на протяжении ряда лет.

При сравнении суточных графиков максимальной и минимальной нагрузок в году условия установившегося (или слабоизменяющегося) электропотребления не влияют на разность осредненных нагрузок и площадь между и (рис.1.4), но определяют величину , смещая ее вверх или вниз, и форму кривых 1 и 2 (рис.1.3). Динамично развивающееся электропотребление в энергосистеме может изменить и разность между экстремальными нагрузками в году. Однако, как показывает простой анализ изменение нагрузки в течении года на 100¸150 МВт путем ввода новых энергоёмких предприятий может изменить разность энергосистемы не более чем на 10 %.

Коэффициент, характеризующий условия производства электроэнергии учитывает в основном наличие резерва или дефицита мощности и обеспеченность топливом энергосистемы и ее электростанций. При дефиците энергопроизводства могут происходить отключения (в том числе и веерные), влияющие на форму суточных графиков нагрузок.

Если коэффициент k_пот может определяться логикой вероятностного ожидания, то величина k_пр учитывает трудно предсказуемые явления.

Два первых коэффициента k_д, k_т не могут быть регулируемыми и управляемыми, в то время как коэффициенты k_пот и k_пр полностью зависят от деятельности человека. Они могут и должны поддаваться контролю и регулированию.

Географическая широта расположения региона определяет различие между зимним максимумом и летним минимумом нагрузок. Чем севернее регион, тем больше с одной стороны разность и с другой стороны переменность (изменчивость) графика нагрузок между ними.

Таким образом, переменные режимы работы оборудования электростанций зависят во многом от климатических условий региона, условий энергопотребления и электропроизводства.

Суточные графики нагрузки могут быть разделены по характеру производства электроэнергии на базовую (площадь А, рис.1.4), полупиковую (площадь В) и пиковую (площади С) нагрузки. Базовую нагрузку производят электростанции, которые не могут изменять свою мощность совсем (например, атомные электростанции) или изменяют в небольшом диапазоне нагрузок (чаще всего это ТЭС, работающие на твердом топливе). Полупиковую нагрузку производят в основном тепловые электростанции с паросиловыми установками. Пиковая нагрузка производится гидравлическими электростанциями, а также тепловыми электростанциями, работающими на газомазутном топливе, тем более, если они выполнены с газотурбинными установками.

По характеру базового режима энергоагрегаты работают 24 часа в сутки на полной, установленной мощности не снижая нагрузку и не останавливаясь от ремонта до ремонта. При полупиковом режиме энергоагрегаты могут останавливаться при сезонных колебаниях нагрузках и изменять мощность в течение суток в допустимых пределах по надежности и экономичности работы. При пиковом режиме работы энергоагрегаты (чаще всего это гидротурбины) в течение суток останавливаются и пускаются по мере необходимости.

Дата добавления: 2014-12-09; просмотров: 1045; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!