навантаження

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

Найчастіше вони працюють паралельно в енергетичній системі, покриваючи загальне електричне навантаження системи і одночасно теплове навантаження свого району (якщо електростанція не конденсаційна). Однак є електростанції місцевого значення, які обслуговують окремий район, без підключення до загальної енергетичної системи. У цих 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. 11.7 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 споживають 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. 11.7 - 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. 11.8). 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.

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 – m_max. Іноді це відношення називають також коефіцієнтом заповнення графіка електричного навантаження. З цього визначення випливає, що

(11.1)

де Е – загальна кількість виробленої елект­роенергії, кВт×год; – максимальне навантаження, кВт; t_р – кількість годин роботи електростанції.

Чим більше m_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 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. 11.8 - Повний добовий графік електричного навантаження: I, II, III – три-, дво- і однозмінні промислові підприємства відповідно; IV – електрифікований транспорт; V – освітлювально-побутове навантаження; VI – втрати і власні потреби станції

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.

На рис. 11.9 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. 11.9), називають базовими. Електростанції, які використовують тільки протягом частини року для покриття пікового навантаження, називають піковими.

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 (ІІІ) частину графіка. Напівпікові установки зі зменшенням загального електричного навантаження або переводять на знижені 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.

Рис. 11.9 - Графік річних електричних навантажень за тривалістю:
I – базове навантаження; II – проміжне навантаження; III – пікове навантаження

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 m_в.в.п, 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_ев.п:

(11.2)

де t_р = 8760 год – кількість годин у році.

Робота електростанції характеризується також кількістю годин використання встановленої потужності за рік

(11.3)

Із залежностей (11.2) і (11.3) видно, що m_в.в.пі t_в.в.п зв’язані:

(11.4)

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. 11.10.

Рис. 11.10 - 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. 11.11 наведено річний графік опалювального навантаження, а на рис. 11.12 – сумарний річний графік теплового навантаження за тривалістю. Кількість годин використання максимуму цього навантаження визначають зі співвідношення:

(11.5)

де Q_р – загальна кількість теплоти, що відпускає ТЕЦ протягом року, ГДж/рік; Q_max – максимальне теплове навантаження, ГДж/год.

Рис. 11.11 - Річний графік опалювального навантаження:
1 – максимальні значення; 2 – мінімальні значення.

За аналогічними співвідношеннями можна визначити також кількість годин використання максимуму окремо для опалювально-побутового і промислового навантажень. Для промислового навантаження t_mах 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.

Рис. 11.12 - Сумарний річний графік теплового навантаження за тривалістю: I – опалювальний період; II – літній період

Контрольні запитання

1. Теплові електростанції : види, технологічна схема виробництва енергії, основне і допоміжне обладнання.

2. Теплоелектроцентралі: призначення і особливості виробництва енергії.

3. Атомні електростанції: особливості , принципова схема.

4. Графіки електричних і теплових навантажень та способи їх покриття.

5. Коефіцієнт використання встановленої потужності і кількості годин використання встановленої потужності.