Режими оптерећења електроенергетских система и оптимална расподела оптерећења између електрана
Начин на који се енергија троши и самим тим оптерећење система је неуједначено: има карактеристичне флуктуације у току једног дана, као и сезонске флуктуације у току године. Ове флуктуације су углавном условљене ритмом рада предузећа — потрошача електричне енергије, везаних за овај ритам живота становништва, у мањој мери — географским факторима.
Генерално, дневни циклус увек карактерише веће или мање смањење потрошње ноћу, за годишњи циклус — у летњим месецима. Дубина ових флуктуација оптерећења зависи од састава корисника.
Предузећа која раде даноноћно, посебно са преовлађујућим континуираним технолошким процесима (металургија, хемија, рударска индустрија), имају скоро исти начин потрошње.
Предузећа из металопрерађивачке и машиноградње, чак и са радом у три смене, имају приметне флуктуације у потрошњи енергије повезане са уобичајеним смањењем производне активности у ноћним сменама. Приликом рада у једној или две смене ноћу, примећује се нагло смањење потрошње енергије. Приметан пад потрошње примећује се и у летњим месецима.
Још оштрија колебања у потрошњи енергије карактеристична су за предузећа прехрамбене и лаке индустрије, а највећа неравномерна потрошња је забележена у сектору домаћинстава.
Режим оптерећења система одражава све ове флуктуације у потрошњи енергије у збирном и, наравно, донекле изглађеном облику. Услови оптерећења се обично приказују у облику распореда оптерећења.
На дневном графикону на апсциси су уцртани сати, а на ординати оптерећења у МВ или % од максималног оптерећења. Максимално оптерећење најчешће пада у вечерњим сатима, када се осветљење преклапа са потрошњом енергије производње. Због тога се максимални поен донекле помера у току године.
У јутарњим сатима постоји врхунац оптерећења, што одражава максималну производну активност. Поподне, оптерећење се смањује, ноћу се нагло смањује.
Месеци су исцртани на апсциси годишњих графикона, а месечни износи киловат-часова или месечна вршна оптерећења су исцртани на ординати. Максимално оптерећење пада на крају године — због природног прираштаја током године.
Неуједначен режим пуњења, с једне стране, разноврсност опреме за производњу енергије и њене оперативне и техничко-економске карактеристике, са друге стране, представљају сложен задатак за особље система за оптималну расподелу оптерећења између станица и производних јединица.
Производња електричне енергије има своју цену. За термалне станице — то су трошкови горива, поред одржавања сервисног особља, поправке опреме, одбитака амортизације.
На различитим станицама, у зависности од њиховог техничког нивоа, снаге, стања опреме, специфична цена производње једног Вт • х је различита.
Општи критеријум за расподелу оптерећења између станица (и унутар станице између блокова) су минимални укупни оперативни трошкови за производњу дате количине електричне енергије.
За сваку станицу (сваку јединицу) трошкови се могу приказати у функционалном односу на начин пуњења.
Услов за минимум укупних трошкова а самим тим и услов за оптималну расподелу оптерећења у систему формулише се на следећи начин: оптерећење мора бити распоређено тако да се увек одржава једнакост релативних корака станица (јединица).
Готово релативни кораци станица и јединица при различитим вредностима њиховог оптерећења се унапред израчунавају од стране диспечерских служби и приказују се као криве (види слику).
Криве релативних раста
Хоризонтална линија одражава расподелу овог оптерећења која одговара оптималном стању.
Оптимална расподела оптерећења система између станица има и техничку страну.Јединице које покривају променљиви део криве оптерећења, посебно оштре горње врхове, раде у условима оптерећења који се брзо мењају, понекад са дневним заустављањем и стартовањем.
Модерна моћна агрегати парне турбине нису прилагођени таквом режиму рада: потребно им је много сати да се покрену, рад у режиму променљивог оптерећења, посебно са честим заустављањима, доводи до повећања незгода и убрзаног хабања, а повезан је и са додатном прилично осетљивом прекомерном потрошњом горива.
Због тога се за покривање „вршкова“ оптерећења у системима користе јединице другог типа, које су технички и економски добро прилагођене режиму рада са оштрим променљивим оптерећењем.
Они су идеални за ову сврху хидроелектране: покретање хидрауличке јединице и њено пуно оптерећење захтевају један до два минута, нису повезани са додатним губицима и технички су прилично поуздани.
Хидроелектране пројектоване да покрију вршна оптерећења граде се са драматично повећаним капацитетом: ово смањује капиталну инвестицију за 1 кВ, што је чини упоредивом са специфичним улагањем у моћне термоелектране и обезбеђује потпуније коришћење водних ресурса.
С обзиром да су могућности изградње хидроелектрана у многим областима ограничене, где топографија подручја омогућава добијање довољно великих падова, граде се акумулационе хидроелектране (ХЕА) које покривају врхове оптерећења.
Јединице такве станице су обично реверзибилне: током сати квара система ноћу, раде као пумпне јединице, подижући воду у високо постављени резервоар. Током сати пуног оптерећења, они раде у режиму производње електричне енергије тако што напајају воду ускладиштену у резервоару.
Они се широко користе за покривање врхова оптерећења гасних турбинских електрана. Покретање траје само 20-30 минута, подешавање оптерећења је једноставно и економично. Цифре трошкова вршних ГТПП-а су такође повољне.
Индикатори квалитета електричне енергије су степен константности фреквенције и напона. Одржавање константне фреквенције и напона на датом нивоу је од велике важности. Како се фреквенција смањује, брзина мотора се пропорционално смањује, па се перформансе механизама које они покрећу смањују.
Не треба мислити да повећање фреквенције и напона има благотворно дејство. Са повећањем фреквенције и напона нагло се повећавају губици у магнетним колима и калемовима свих електричних машина и уређаја, повећава се њихово загревање и убрзава хабање. Поред тога, промена фреквенције, а самим тим и броја обртаја мотора, често прети да одбаци производ.
Константност фреквенције је обезбеђена одржавањем једнакости између ефективне снаге примарних мотора система и укупног супротстављеног механичког момента који настаје у генераторима интеракцијом магнетних флуксова и струја. Овај обртни момент је пропорционалан електричном оптерећењу система.
Оптерећење система се стално мења.Ако се оптерећење повећава, кочиони момент у генераторима постаје већи од ефективног обртног момента главних мотора, постоји претња смањења брзине и смањења фреквенције. Смањење оптерећења има супротан ефекат.
Да би се одржала фреквенција, потребно је сходно томе променити укупну ефективну снагу главних мотора: повећање у првом случају, смањење у другом. Због тога, да би се фреквенција континуирано одржавала на датом нивоу, систем мора да има довољно снабдевања изузетно покретном резервном снагом.
Задатак регулације фреквенције је додељен одређеним станицама које раде са довољном количином слободне, брзо мобилисане снаге. Хидроелектране најбоље могу да се носе са овим одговорностима.
За више информација о функцијама и методама контроле фреквенције, погледајте овде: Регулација фреквенције у електроенергетском систему