Režimy zatížení energetických soustav a optimální rozložení zátěže mezi elektrárny

Způsob spotřeby energie a tím i zatížení systémů je nerovnoměrné: má charakteristické výkyvy během dne i sezónní výkyvy během roku. Tyto výkyvy jsou určovány především rytmem práce podniků – spotřebitelů elektřiny, v menší míře souvisejících s tímto rytmem života obyvatelstva – geografickými faktory.

Obecně je denní cyklus vždy charakterizován větším či menším snížením spotřeby v noci, pro roční cyklus — v letních měsících. Hloubka těchto výkyvů zatížení závisí na skladbě uživatelů.

Podniky, které pracují nepřetržitě, zejména s převahou kontinuálních technologických procesů (hutnictví, chemie, těžba uhlí), mají téměř stejný režim spotřeby.

U podniků z kovodělného a strojírenského průmyslu je i při třísměnném provozu patrné kolísání spotřeby energie spojené s obvyklým poklesem výrobní činnosti při nočních směnách. Při práci v jedné nebo dvou směnách v noci je pozorován prudký pokles spotřeby energie. Znatelný pokles spotřeby je pozorován i v letních měsících.

Ještě výraznější výkyvy ve spotřebě energie jsou charakteristické pro podniky potravinářského a lehkého průmyslu, největší nerovnoměrnou spotřebu zaznamenává sektor domácností.

Zátěžový režim systému odráží všechny tyto výkyvy spotřeby energie v sečtené a samozřejmě poněkud vyhlazené podobě. Zatěžovací stavy jsou obvykle prezentovány ve formě rozvrhu zatížení.

Na denním grafu jsou na úsečce vyneseny hodiny a na svislou osu zatížení v MW nebo % maximálního zatížení. Maximální zátěž spadá nejčastěji do večerních hodin, kdy je osvětlení superponováno na spotřebu energie výroby. Proto se maximální bod během roku poněkud posouvá.

V ranních hodinách dochází k zátěžové špičce, která odráží maximální výrobní aktivitu. Odpoledne zátěž klesá, v noci prudce klesá.

Měsíce jsou vyneseny na ose ročních grafů a měsíční množství kilowatthodin nebo měsíční špičkové zatížení jsou vyneseny na ose pořadnice. Maximální zatížení klesá na konci roku — v důsledku jeho přirozeného nárůstu v průběhu roku.

Nerovnoměrný režim nabíjení na jedné straně, rozmanitost zařízení na výrobu energie a jeho provozní a technicko-ekonomické vlastnosti na straně druhé představují pro obsluhu systému komplexní úkol pro optimální rozložení zátěže mezi stanicemi a bloky.

Výroba energie má svou cenu. Pro tepelné stanice — jedná se o náklady na pohonné hmoty, kromě údržby servisního personálu, opravy zařízení, odpočty odpisů.

Na různých stanicích, v závislosti na jejich technické úrovni, výkonu, stavu zařízení, jsou specifické výrobní náklady na jednu Vt • h různé.

Obecným kritériem pro rozložení zátěže mezi stanicemi (a uvnitř stanice mezi bloky) jsou minimální celkové provozní náklady na výrobu daného množství elektřiny.

Pro každou stanici (každou jednotku) lze prezentovat náklady ve funkčním vztahu k režimu nabíjení.

Podmínka minima celkových nákladů a tedy podmínka optimálního rozložení zátěže v systému je formulována následovně: zátěž musí být rozložena tak, aby byla vždy zachována rovnost relativních kroků stanic (jednotek).

Téměř relativní kroky stanic a jednotek při různých hodnotách jejich zatížení jsou předem spočítány dispečerskými službami a jsou zobrazeny jako křivky (viz obrázek).

Křivky relativního růstu

Vodorovná čára odráží rozložení tohoto zatížení, které odpovídá optimálnímu stavu.

Optimální rozložení zátěže systému mezi stanicemi má i technickou stránku.Jednotky, které pokrývají proměnlivou část zatěžovací křivky, zejména ostré horní špičky, jsou provozovány za rychle se měnících podmínek zatížení, někdy s denními stop-starty.

Moderní výkonný jednotky parní turbíny nejsou přizpůsobeny takovému režimu provozu: jejich spuštění trvá mnoho hodin, provoz v režimu proměnného zatížení, zejména s častými zastávkami, vede k nárůstu nehod a zrychlenému opotřebení a je také spojen s dodatečnou poměrně citlivou nadměrnou spotřebou paliva.

Pro pokrytí „špiček“ zátěže v systémech se proto používají jednotky jiného typu, které jsou technicky i ekonomicky dobře přizpůsobeny režimu provozu s ostrým proměnným zatížením.

Pro tento účel jsou ideální vodní elektrárny: spuštění hydraulické jednotky a její plné zatížení vyžaduje jednu až dvě minuty, není spojeno s dalšími ztrátami a je technicky poměrně spolehlivé.

Vodní elektrárny určené k pokrytí špičkového zatížení jsou stavěny s dramaticky zvýšenou kapacitou: to snižuje kapitálovou investici o 1 kW, což je srovnatelné s konkrétní investicí do výkonných tepelných elektráren a zajišťuje úplnější využití vodních zdrojů.

Vzhledem k tomu, že možnosti výstavby vodních elektráren jsou v mnoha oblastech omezené, kde topografie území umožňuje získat dostatečně velké spády, jsou pro pokrytí zátěžových špiček stavěny přečerpávací vodní elektrárny (PSPP).

Jednotky takové stanice jsou obvykle reverzibilní: při poruchách systému v noci pracují jako čerpací jednotky, které zvedají vodu ve vysoko položeném zásobníku. Během hodin plného zatížení pracují v režimu výroby elektřiny tím, že dodávají energii vodě uložené v nádrži.

Jsou široce používány pro pokrytí špiček zatížení elektráren s plynovou turbínou. Jejich spuštění zabere pouhých 20-30 minut, nastavení zátěže je jednoduché a ekonomické. Údaje o nákladech špičkových GTPP jsou také příznivé.

Indikátory kvality elektrické energie jsou stupeň stálosti frekvence a napětí. Udržování konstantní frekvence a napětí na dané úrovni má velký význam. S klesající frekvencí úměrně klesají otáčky motorů, proto klesá výkon jimi poháněných mechanismů.

Nemělo by se myslet, že zvýšení frekvence a napětí má příznivý účinek. S nárůstem frekvence a napětí prudce rostou ztráty v magnetických obvodech a cívkách všech elektrických strojů a přístrojů, zvyšuje se jejich zahřívání a zrychluje se opotřebení. Navíc změna frekvence a tedy i počtu otáček motorů často hrozí vyřazením produktu.

Konstanta frekvence je zajištěna zachováním rovnosti mezi efektivním výkonem primárních motorů systému a celkovým protilehlým mechanickým momentem vznikajícím v generátorech interakcí magnetických toků a proudů. Tento točivý moment je úměrný elektrickému zatížení systému.

Zatížení systému se neustále mění, pokud se zatížení zvyšuje, brzdný moment v generátorech je větší než efektivní točivý moment hlavních motorů, hrozí snížení otáček a snížení frekvence. Snížení zátěže má opačný efekt.

Pro udržení frekvence je nutné odpovídajícím způsobem změnit celkový efektivní výkon hlavních motorů: zvýšení v prvním případě, snížení ve druhém. Proto, aby bylo možné trvale udržovat frekvenci na dané úrovni, musí mít systém dostatečnou zásobu extrémně mobilního pohotovostního výkonu.

Úkolem regulace kmitočtu jsou určené stanice pracující s dostatečným množstvím volného, ​​rychle mobilizovaného výkonu. Tyto povinnosti nejlépe zvládají vodní elektrárny.

Další informace o funkcích a metodách řízení frekvence naleznete zde: Regulace frekvence v energetické soustavě