Особенности электроэнергетического производства и управления

Энергетическое предприятие и его особенности

К энергетическим предприятиям относят электростанции, ко­тельные, предприятия тепловых и электрических сетей. Продук­цией энергетического предприятия является электроэнергия и тепло, а главной задачей — бесперебойное снабжение потребите­лей электроэнергией и теплом в необходимом количестве. Имеют следующие особенности:

• Не только производят продукцию, но и осуществляют ее транспорт (передачу) и распределение. Электроэнергию выраба­тывают электрические станции (конденсационные, атомные, теп­лоэлектроцентрали, гидроэлектростанции, гидроаккумулирующие, геотермальные и т.п.). Передача и распределение электри­ческой энергии осуществляется предприятиями электрических сетей. Тепло производят на ТЭЦ и в котельных, а передачу и рас­пределение его — предприятия тепловых сетей;

• Процесс производства представляет собой непрерывную цепь превращений энергии: 1) производство или превращение энергии используемых энергоресурсов в тот вид энер­гии, который необходим потребителю; 2) транспорт произведен­ной энергии и ее распределение между отдельными приемника­ми; 3) потребление энергии, состоящее в ее преобразовании в другие виды энергии, используемые в различных приемниках, или в изменении параметров энергии.

• Процесс производства, передачи, распределения и потребле­ния энергии протекает практически одновременно и непрерывно. Непрерывность процесса производства энергии, в свою очередь, приводит к следующим отличиям:

1. имеется абсолютная соразмерность производства и потребле­ния энергии, т.е. отсутствуют местные скопления полуфабрика­тов и продукции;

2. исключено бракование продукции и изъятие ее из потреб­ления;

3. отсутствует проблема сбыта, из-за чего невозможно затовари­вание;

4. нет надобности складировать продукцию, так как все, что про­изводится, потребляется в тот же момент.

Невозможность складирования энергии обусловливает прин­ципиальное отличие работы энергетических предприятий, кото­рое состоит в том, что объемы выработки энергии подчинены потребителю и изменяются в соответствии с его потребностями. Невозможность бракования продукции (энергии) и изъятия ее из потребления возлагает на энергетические предприятия особую от­ветственность за постоянное качество энергии, т. е. поддержание в заданных пределах ее параметров, основными характеристиками которого являются:

для электрической энергии — напряжение и частота;

тепловой энергии — давление и температура пара.

Это требование обусловлено тем, что снижение качества энер­гии приводит к снижению качества продукции, выпускаемой потребителями энергии.

Временная иерархия управления технологическим процессом выработки электроэнергии

Кто осуществляет управление	Ступень управления	Время решения проблемы	Функции
Автоматика	Релейная защита	Десятые доли секунды	Защита оборудования
	Противоаварийная автоматика	До секунды	Системная надежность
Компьютер	Первичное регулирование	Секунды	Обеспечить качество электроэнергии
	Вторичное регулирование	До 5 минут	Обеспечить групповое качество электроэнергии
Диспетчер	Оперативное диспетчерское управление	Свыше 5 минут	Обеспечит надежность, качество, экономичность

Основные показатели технологических установок по электропотреблению.

Номинальная мощность P_ном

Электропотребление Э =

Число часов использования мощности

Коэффициент использования мощности

Коэффициент полезного использования электроэнергии

Удельный расход электроэнергии на единицу продукции

Коэффициент мощности

Графики нагрузки.

Для составления баланса мощности используют графики элек­трических нагрузок, отображающие изменение потребляемой мощ­ности в течение рассматриваемого периода времени. Графики на­грузки могут выражать режим электропотребления отдельных пред­приятий, подотраслей, районов, районных и объединенных энер­госистем. От режимов потребления электроэнергии зависят режи­мы работы энергетических установок: основного оборудования электростанций, линий электропередачи и трансформаторных под­станций. Режимы электропотребления могут быть представлены в форме таблиц или в виде графиков. Графики электрической на­грузки рассматриваются как для активной нагрузки, так и для реактивной. Несовпадение конфигураций этих графиков опреде­ляется различиями в режимах потребления активной и реактив­ной мощности отдельными видами потребителей.

В зависимости от длительности рассматриваемого периода раз­личают:

• суточные, недельные, месячные и годовые графики нагрузок;

• зимние, весенние, летние и осенние.

При планировании нагрузок пользуются типовыми (усреднен­ными) графиками. Их составляют для разных групп потребителей (промышленных, сельскохозяйственных, коммунально-бытовых) и заданных периодов времени. В типовом графике каждая ордина­та нагрузки является среднеарифметической величиной для рас­сматриваемого периода.

Суточный график нагрузки

Составляющие части суточного

графика нагрузки

Конфигурация графиков нагру­зок энергосистемы определяется структурой потребителей электро­энергии и их режимами работы.

Графики нагрузки характеризу­ются: конфигурацией; максималь­ной, средней и минимальной на­грузками; соотношениями этих на­грузок.

Для анали­за участия генерирующих мощностей в покрытии суточного гра­фика нагрузки энергосистемы в нем различают три части: пико­вую, полупиковую и базисную.

Часть суточного графика нагруз­ки, находящаяся между макси­мальной и средней нагрузкой, относится к пиковой (I); полупи­ковая — между средней и мини­мальной нагрузкой (II); базисная — ниже минимальной нагрузки су­точного графика (III).

Суточный график электри­ческой нагрузки энергосистемы характеризуется минимальной Р_тin, средней Р_ср, максимальной Р_тах нагрузками и их соотноше­ниями.

Рассматриваются следующие соотношения:

• коэффициент заполнения суточного графика:

где Э_сут – суточное потребление энергии, млн кВт∙ч/сут; Э_п – потенциальное потребление энергии; средняя нагрузка – P_ср=Э_сут/24

• коэффициент минимальной нагрузки:

α_min =Р_min/Р_max.

П

Изменение значений коэффициента заполнения суточ­ного графика

График недельного электропотребления

Годовые графики нагрузки

оказатели (β_сут и α_min отражают режим электропотребления и дают возможность сопоставлять и анализировать графики разных масштабов.

Повышение удельного веса жилищно-коммунальной и сель­скохозяйственной нагрузок, сокращение ночных смен приводят к разуплотнению графиков. Повышение удельного веса непрерыв­ных производств, улучшение загрузки оборудования – к уплот­нению графиков. Значения показателей графика зависят от струк­туры промышленности, климата и других факторов.

Создание объединенных энергосистем, использование двухставочных тарифов за потребление электроэнергии, ввод в действие потребителей-регуляторов (например, работа гидроаккумулирующей электрической станции в насосном режиме), увеличение коэффициента сменности предприятий, искусственное смещение начала суток – все это мероп­риятия, позволяющие снизить неравномерность суточных гра­фиков нагрузки.

Недельный график электри­ческих нагрузок отображает ко­лебание нагрузки по дням неде­ли, главным образом за счет вы­ходных и праздничных дней. Помимо колебаний нагрузки внутри отдельных недель существуют колебания между неделями, вызываемые изменениями продолжительности светлых часов суток, приростом нагрузки. Внутри каждого месяца еженедельное электропотребление не­одинаково:

где Э_нед1i; Э_нед2i, и т.д. — количество электроэнергии, потребляе­мой в первую и вторую недели рассматриваемого i-го месяца.

Месячные графики электрической нагрузки энергосистемы отображают колебание средненедельной нагрузки по неделям меся­ца.

Годовые графики электрической нагрузки показывают колеба­ние среднемесячных Р_ср.мес или среднемесячных регулярных макси­мумов – , регулярных наибольших месячных максимумовP_{max мес i}, абсолютных месячных максимумов P_{мес i} по месяцам года.

Основными показателями годового графика являются:

• коэффициент заполнения годового графика:

где Р_{max месi} – максимальная нагрузка энергосистемы за каждый месяц; Р_{max год} – годовой максимум нагрузки энергосистемы; Р_{max ср.год} – среднегодовая максимальная нагрузка;

• коэффициент роста, характеризующий увеличение максималь­ной нагрузки рассматриваемого года по сравнению с предшеству­ющим:

где Р_тях1i, Р_тахi2 — максимальные месячные нагрузки в январе и декабре рассматриваемого года.

Если k_р = 1, то годовой график нагрузки энергосистемы назы­вается статическим, если k_р > 1 – динамическим, отражающим внутригодовой рост нагрузки;

• годовое число часов использования максимума нагрузки энерге­тической системы:

где Э_год.с — количество энергии, потребляемое энергетической системой за год; P_max._c – максимальная нагрузка системы.

Показатель h_с характеризует расчетное число часов, при кото­ром годовая потребность в электроэнергии покрывается при по­стоянной нагрузке. Он может быть определен как произведение числа часов в году и коэффициентов заполнения суточного, не­дельного, месячного и годового графиков нагрузки, ч:

где β_нед и β_мес — коэффициенты заполнения недельного и месяч­ного графиков нагрузки соответственно.

Если известно значение h_c, найденное при использовании ко­эффициентов неравномерности графиков нагрузки, то годовой максимум электрической нагрузки энергосистемы может быть определен в следующем виде:

Участие электрических станций в графике нагрузки.

• КЭС.Эти электростанции имеют большое число часов использования установленной мощности — 6,5-7 тыс. Вместе с тем мощные КЭС, в особенности работающие на твердом топливе, характеризуются недостаточной мобильностью блоков по времени пуска, набора и сброса нагрузки. У этих блоков технически ограничена минимальная нагрузка и затруднены остановы в часы ночных провалов суточных графиков нагрузки энергосистемы. При работе в переменных режимах заметно ухудшаются экономические показатели эксплуатации (КПД, удельные расходы топлива). Сказанное определяет целесообразность их использования в базе суточных графиков нагрузки энергосистем. Маневренные качества мощных конденсационных блоков улучшаются, если в качестве топлива используется не уголь (сланец), а газомазутное топливо. В этом случае КЭС может работать и в полупиковой зоне суточного графика нагрузки энергосистемы.

• ТЭЦ.В энергосистемах предназначены работать по вынужденному электрическому графику, определяемому режимом теплопотребления в течение суток и года. Однако турбины ТЭЦ, имеющие конденсаторы, технически возможно использовать и по свободному электрическому графику, когда электроэнергия частично или полностью вырабатывается в конденсационном режиме. Это делает возможным в связи с постепенным разуплотнением суточных графиков нагрузки энергосистем и, как следствие этого, необходимостью использования все большей части оборудования ТЭС в переменных режимах работы использовать свободную конденсационную мощность ТЭЦ для покрытия полупиковой зоны графиков. Вынужденная выработка электроэнергии ТЭЦ на базе отпуска тепла размещается в базе суточного графика нагрузки энергосистемы, поскольку тепловые нагрузки на отопление в течение одних суток практически не меняются.

• ГЭС.Характеризуются высокой мобильностью сбора и сброса нагрузки, измеряемой десятками секунд. Использование ГЭС в энергосистеме особенно эффективно при соответствующем сочетании их с ТЭС. В этом случае появляется возможность маневрирования в течение года и суток энергоресурсами и генерирующими мощностями энергосистемы в зависимости от графиков нагрузки, водности, сезона и других факторов. При этом повышается эффективность эксплуатации тепловых станций за счет выравнивания их нагрузок. Гидроэлектростанции, имеющие суточное регулирование, используются для покрытия пиков суточных графиков нагрузки энергосистем. Высокая мобильность гидроагрегатов и возможность регулирования стока реки определяют целесообразность «пользования ГЭС также для аварийного и нагрузочного резервирования в энергосистемах. С учетом технических возможностей и экономической целесообразности может создаваться суточное, сезонное, годовое и многолетнее регулирование стока рек, на которых строятся ГЭС. Наличие годового, а тем более многолетнего регулирования, позволяет свести к минимуму потери паводковых вод и полнее использовать мощности ГЭС. В многоводные периоды года в энергосистемах, имеющих в своем составе крупные ГЭС, можно уменьшить использование ТЭС и на этой основе получить значительную экономию топлива, используя гидростанции в базе суточных графиков нагрузки.

• ГАЭС.Используются для покрытия пиковой части суточных графиков нагрузки энергосистем. Одновременно они позволяют заполнять ночные провалы нагрузки энергосистем за счет подъема воды в верхнее водохранилище при работе генераторов в режиме двигателей.

• АЭС.В силу относительно низкой маневренности их оборудования и высокой капитальной стоимости технически и экономически целесообразно использовать в базовой части суточных графиков нагрузки энергосистем.