ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ, ИХ СТРУКТУРА И ГРАФИКИ НАГРУЗКИ
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
Электрические станции, работающие совместно на общую электрическую сеть, повышающие и понижающие подстанции и линии передачи составляют электроэнергетическую систему (энергосистему). В состав энергосистемы входят также вспомогательные предприятия. Как хозяйственное, объединение электроэнергетическая система называется Районным энергетическим управлением. Высоковольтные линии электропередачи, связывая между собой отдельные системы, позволяют создавать объединенные системы — ОЭЭС. Крупнейшими являются объединенная система Европейской части СССР и объединенная сш стема Центральной Сибири. В 1978 г. эти системы соединены линией электропередачи 500 кВ. Тем самым созданы основы Единой электро-энергетической системы СССР — ЕЭЭС. После подготавливаемого присоединения ОЭЭС Средней Азии и намечаемого в последующем присоединения энергосистемы Дальнего Востока создание ЕЭЭС Советского Союза практически будет завершено. Объединение энергосистем позволяет уменьшить необходимую мощность электростанции за счет несовпадения часов максимума электрической нагрузки в отдельных системах и взаиморезервирования в аварийных ситуациях. Так, например, в 1975 г. суммарный максимум нагрузки Объединенной системы Европейской части СССР, включая Урал, был на 5 млн. кВт меньше ариф-метической суммы максимумов отдельных систем, входящих в Объединение. Необходимый суммарный резерв мощности можно было уменьшить на 5 млн. кВт. Таким образом объединение систем позволило иметь необходимую установленную мощность электрических станций на 10 млн. кВт меньше, чем при раздельной работе энергосистем. При объединении систем возрастает суммарная гарантированная мощность гидроэлектростанций вследствие несовпадения маловодных периодов на разных реках. Например, при объединении систем Закавказья и Северного Кавказа суммарная гарантированная мощность ГЭС увеличилась на 350 МВт, т. е. на 25 %.
Для назначения режима и оперативного управления работой электрических станций и сетей организованы Центральное диспетчерское управление (ЦДУ)—в Москве, Объединенные диспетчерские управления (ОДУ) и диспетчерские управления систем. Происходит объединение энергосистем стран Совета экономической взаимопомощи (СЭВ). Электроэнергетические системы западных районов СССР соединены линиями электропередачи с электроэнергосистемами Польши, ГДР, Венгрии, Чехословакии, Румынии и Болгарии. В Праге создан Единый диспетчерский пункт международной системы «Мир» для управления передачей и обменом энергией Ч Подготавливается объединение систем всех стран СЭВ для параллельной работы их электростанций. Из СССР электрическая энергия передается в Финляндию. Рассматривается вопрос о связи энергосистем СЭВ с системами Западно-Европейских стран.
СОСТАВ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ И ИХ МАНЕВРЕННОСТЬ
Основными типами электрических станций являются: 1) работающие на органическом топливе конденсационные электрические станции (КЭС, ГРЭС); 2) теплоэлектроцентрали (ТЭЦ); 3) атомные электростанции (АЭС); 4) гидроэлектрические станции (ГЭС); 5) гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) и 6) газотурбинные электростанции (ГТЭС). В СССР до настоящего времени преимущественно строились и эксплуатируются первые четыре типа электрических станций, а именно: КЭС, ТЭЦ, АЭС и ГЭС.
Мощность крупнейших КЭС достигла 3600 МВт и в недалеком будущем достигнет 4800 и 6400 МВт. Крупнейшим является турбоагрегат мощностью 1200 МВт. На электростанциях Советского Союза имеются агрегаты по 800 МВт, но преимущественно по 300 МВт. Эти агрегаты строятся на закритические параметры пара 24 МПа (240 кгс/см2) и предназначаются для круглосуточной работы в базисе графика нагрузки энергосистемы. Снижение их мощности в период ночного провала графика нагрузки систем допускается по техническим причинам лишь до 30—40 %. Удельный расход топлива таких КЭС составляет 0,3—0,32 кг условного топлива на 1 кВт-ч. Строятся маневренные турбоагрегаты мощностью 500 МВт с давлением пара 13 МПа (130 кгс/см2). Эти агрегаты могут в течение суток останавливаться.
На ТЭЦ производится комбинированная выработка электроэнергии и пара для промышленного и коммунального теплоснабжения. Режим работы ТЭЦ в основном определяется потребностью потребителей тепла. В 1977 г. крупнейшей в СССР была ТЭЦ-22 Мосэнерго мощностью 1250 МВт.
Мощность агрегата АЭС уже достигла 1000 МВт, а установленную мощность каждой из крупных станций намечается довести до 4000 МВт. Агрегаты АЭС предназначаются преимущественно для круглосуточной работы полной мощностью. Изменение их мощности в течение суток считается экономически невыгодным.
ГЭС обладают высокими маневренными свойствами. Пуск, синхронизацию и набор нагрузки гидроагрегат осуществляет за 1—2 минуты. Крупнейшей в мире в 1976 г. была Красноярская ГЭС мощностью 6000 МВт с 12 агрегатами по 500 МВт.
ГАЭС не только снимают пики нагрузки. Они при работе насосов заполняют также ночные провалы графика, создают благоприятные условия для работы КЭС и АЭС и тем самым еще более повышают свою ценность для энергосистемы. Под Москвой строится крупная Загорская ГАЭС мощностью 1200 МВт.
ГТЭС у нас еще не получили широкого распространения. Они обладают высокой маневренностью, могут в течение суток несколько раз
Международный обмен энергией имеется и в Западной Европе, включаться и останавливаться. Агрегаты ГТЭС пока не превосходят мощности 100 МВт. Недостатком ГТЭС является потребление дефицитного топлива и большой его удельный расход — 0,45—0,50 кг условного топлива на 1 кВт-ч. В 1975 г. по СССР удельный вес тепловых электрических станций, включая атомные электростанции, по мощности составил 81,4%, а гидроэлектростанций 18,6%. По крупным системам наибольший удельный вес ГЭС был в энергосистеме Сибири—-45,0%,. Закавказья — 29,0%, Средней Волги — 28,5%- Две последние системы входят в ЕЭС Европейской части СССР, в которой удельный вес ГЭС составлял 14,3 % вследствие того, что по другим системам, входящим в данную ЕЭС, гидростанции имели малый удельный вес, например по системе Урала всего лишь 6,9 % (см. стр. 5-7).
ГРАФИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ
Электростанции энергосистемы работают на общий график электрической нагрузки. Типичный зимний суточный график нагрузки для промышленного района обычно имеет два пика и два провала (рис. 5-1). Летний график нагрузки имеет обычно три пика — утренний, дневной, наступающий после обеденного перерыва, и вечерний, обусловленный вклю-чением освещения.
В условиях СССР годовой максимум нагрузки довольно часто бывает зимой в один из дней декабря. Для отдельных районов, например с сильно развитым машинным орошением, годовой максимум нагрузки может быть в летний период.
При объединении энергосистем график нагрузки обычно становится более полным по сравнению с графиком отдельных систем,
В графики электрической нагрузки обычно включают потребление энергии, потери энергии в трансформаторах, линиях передачи, местных сетях и расход электроэнергии на собственные нужды электрических станций. Таким образом, суточный график элек-трической нагрузки показывает, какую мощность в каждый момент времени необходимо получить на выводах работающих генераторов системы. Площадь суточного графика на-грузки дает величину необходимой суточной выработки электрической энергии.
Характерными суточными графиками нагрузки недели или месяца считаются: а) гра-фик с наибольшей нагрузкой, который называется графиком максимального дня; б) график среднего рабочего дня и в) график минимального, обычно воскресного дня.
Годовые графики месячных максимумов и годовые графики среднемесячной нагрузки, строятся в предположении равенства нагрузки в начале и конце года — статические гра-фики, а чаще всего с учетом прироста нагрузки в течение года — динамические графики нагрузки. На рис. 5-2 представлен годовой график максимумов нагрузки ОЭЭС.
Отношение годовой выработки электрической энергии Эгод к годовому максимуму нагрузки Ртах называется числом часов (продолжительностью) пользования годовым максимумом нагрузки Ттах = Эгод/Ртах.
Чем больше Гтах, тем равномернее потребление энергии в течение суток, недели, месяца, года. Для крупных электрических систем с большим удельным весом промышленной нагрузки число часов пользования годоеым максимумом нагрузки составляет 5500— 7000 ч.
АНАЛИЗИРУЮЩАЯ КРИВАЯ СУТОЧНОГО ГРАФИКА НАГРУЗКИ
Для размещения суточной выработки энергии и определения суточного режима работы ГЭС пользуются анализирующей кривой. Анализирующей кривой суточного графика нагрузки называют кривую зависимости суточной выработки энергии от мощности 3 = f(P).
Для построения анализирующей кривой разбивают суточный график нагрузки на достаточно большое число одинаковых по мощности горизонтальных полос. Площади этих полос, умноженные на масштабный коэффициент, дают соответствующее им количество энергии.
Зона проектируемой ГЭС на суточном графике нагрузки системы довольно часто выделяется горизонтальными линиями. Суточная выработка энергии Эх на графике размещается ниже линии X — X следующим образом (рис. 5-3) : 1) от точки А пересечения линии X — X с анализирующей кривой откладываем вправо в соответствующем масштабе отрезок АВ, выражающий выработку Эх; 2) из точки В опускаем вниз вертикальную прямую ВС до пересечения с анализирующей кривой; 3) из точки С проводим горизонтальную линию, пересекающую график нагрузки.
В результате узнаем мощность NxPx, с которой должна работать ГЭС. При расчетах суточного регулирования двух- и трехпиковых суточных графиков приходится строить вспомогательные анализирующие кривые для отдельных пиков и отдельных провалов графика нагрузки.