Экономика предприятия электроэнергетики. Учебное пособие

ГРАФИКИ НАГРУЗОК

Принятие решений о развитии объектов электроэнергетической системы начинается с анализа предполагаемого спроса на энергию. Учитывая совпадение во времени потребления и производства энергии, важно знать не только объем спроса за какой-то промежуток времени, но и характер спроса. Для характеристики спроса на энергию используются графики нагрузок.

График нагрузки энергосистемы является суммой графиков нагрузки отдельных групп потребителей, каждая из которых имеет свой график нагрузки.
В большинстве случаев суммарный график нагрузки системы получается в результате суммирования ординат графиков нагрузки генераторов станций — график нагрузки брутто.

Составными частями такого графика являются :

1.  спрос потребителей;
2.  потери энергии в распределительных сетях и трансформаторах;
3.  нагрузка собственных нужд станций.

Влияние характера спроса на принятие решений и потребность в ресурсах проиллюстрируем на примере сравнения режимов потребления электроэнергии двумя потребителями (рис.3.1).
Очевидно, что при одинаковом суточном потреблении электроэнергии расходы энергосистемы на покрытие спроса будут неодинаковыми (капиталовложения на создание необходимой генерирующей мощности будут существенно различными).

Рис.3.1. Возможные суточные режимы потребления:
а-потребитель А   ;               б- потребитель Б

От режима потребления зависят структура мощности электростанций энергосистемы, необходимая пропускная способность линий электропередачи и тепловых сетей. Причем от режима потребления зависят не только затраты на развитие энергосистемы, но и затраты по эксплуатации действующего оборудования.

Структура мощностей станций энергосистемы определяет стратегию размещения капиталовложений, а также и стратегию финансирования развития энергосистемы. Очень важно точно определить объем и режим потребления энергии. Занижение потребности ведет к финансовому ущербу, так как приходится покупать недостающую энергию у других поставщиков энергии либо ограничивать потребителей. Завышение потребности также ведет к финансовому ущербу за счет омертвления капитала в не полностью используемом дополнительно установленном оборудовании или за счет приобретения излишнего количества топлива.

Таким образом, режимы потребления и точность их определения существенным образом влияют на результаты деятельности энергетического предприятия. Отсюда ясна необходимость изучения режимов и графиков нагрузки электростанций и других объектов энергосистемы.

Графики электрических нагрузок

Различают хронологические (натуральные) и производные графики электрических нагрузок..

3.1.1. Хронологические графики нагрузок

Хронологические графики нагрузки показывают изменение нагрузки во времени. Из хронологических графиков наиболее используемыми являются суточные, недельные и годовые. Рассмотрим их.

Суточные графики
Суточные графики нагрузки в основном используются для планирования загрузки оборудования станций и электрических сетей. Для целей анализа используются характерные суточные графики для рабочего, предвыходного и выходного дней.
Суточные графики электрических нагрузок могут быть представлены с фиксацией спроса по каждому часу суток (рис.3.2).

Рис.3.2. Ступенчатая форма графика нагрузки

Достаточно часто суточные графики электрических нагрузок показывают в упрощенном виде (рис.3.3).

Рис.3.3.Упрощенная форма графика нагрузки

При изучении суточных графиков нагрузки необходимо иметь в виду следующее:
1. График спроса энергосистемы формируется как сумма графиков спроса отдельных групп потребителей (рис.3.4).

Рис.3.4. Структура графика спроса

Составной частью графика нагрузки энергосистемы кроме спроса потребителей являются потери энергии при ее передаче в распределительных сетях, а также расходы на собственные нужды электростанций системы (рис.3.5).

Составной частью графика нагрузки энергосистемы кроме спроса потребителей являются потери энергии при ее передаче в распределительных сетях, а также расходы на собственные нужды электростанций системы (рис.3.5).

Рис 3.5. Структура графика нагрузки системы

График нагрузки энергосистемы является суммой графиков нагрузки всех работающих в системе станций (рис.3.6).

Рис.3.6.Структура покрытия графика нагрузки

Следует различать график спроса потребителей, расположенных на территории, обслуживаемой энергосистемой, и график нагрузки станций. Для “дефицитных“ энергосистем, покупающих энергию от других поставщиков, соотношение спроса и нагрузки станций представлено на рис. 3.7,а, для «избыточных» — на рис. 3.7,б

а- дефицит мощности; б-избыток мощности

Возможны различные варианты сочетаний “избыточности” и “дефицитности” энергосистемы в течение суток. Например, утром энергосистема избыточна, а вечером дефицитна, и наоборот. Все определяет конфигурация графика нагрузки потребителей в течение суток. Дефицитность и избыточность может также иметь место в недельном и сезонном разрезах времени.
Фактические суточные графики нагрузки потребителей могут быть получены различными способами. Наиболее точными являются суточные графики, записанные на ленту регистрирующего прибора. Однако для анализа режима электропотребления такие графики малопригодны ввиду регистрации всех случайных колебаний нагрузки, затрудняющих получение характерного графика нагрузки данного потребителя. Поэтому необходимо упрощение конфигурации графика, позволяющее выявить основные закономерности режима потребления энергии.
Другим способом получения суточного графика нагрузки является использование показаний учетных приборов, снятых через определенный промежуток времени( 0,5 ; 1,0; 2,0 часа ). Чем больше интервал времени, тем менее точным получается график нагрузки потребителей.
Третьим способом построения суточного графика нагрузки является регистрация объема потребления энергии. В этом случае показания электросчетчика Э записываются через равные интервалы времени Т (обычно через 0,5 часа) и для каждого интервала определяется средняя нагрузка.

Найденные значения средней нагрузки по интервалам времени откладываются на диаграмме в виде горизонтальных площадок, которые соединяются ступенчатой линией в суточный график нагрузки. При правильно выбранном интервале времени средние значения нагрузки оказываются близкими к ее максимальным значениям за данный интервал и суточный график нагрузки получается достаточно точным.
Для целей анализа суточные график нагрузки могут быть разделены на три характерные зоны (рис.3.8) :
-базисную  (3), ограниченную минимальной ночной нагрузкой;
-полупиковую (2), между минимальной ночной и средней нагрузкой за сутки ;
-пиковую (1), между средней и максимальной нагрузками.

Рис. 3.8. Выделение зон графика нагрузки с использованием среднесуточной нагрузки

Применяется и другой способ деления суточного графика нагрузки на характерные зоны (рис.3.9).

Рис. 3.9. Выделение зон графика нагрузки с использованием минимальной дневной нагрузки

Для характеристики конфигурации графиков нагрузки применяется целый ряд относительных показателей:
— коэффициент неравномерности графика нагрузки

— коэффициент заполнения графика нагрузки

;

(3.3)

— коэффициент заполнения переменной части графика нагрузки

.

(3.4)

Конфигурация суточных графиков нагрузки энергосистем зависит от состава и режима работы потребителей электроэнергии. Максимальная неравномерность имеет место в энергосистемах, где преобладает нагрузка односменных предприятий и освещения. Наиболее равномерные графики нагрузки характерны для энергосистем с энергоемкими непрерывными производствами (производство алюминия, электростали). За последние ряд лет происходит разуплотнение суточных графиков нагрузки. Это обусловлено в основном опережающим ростом электропотребления в коммунально-бытовом секторе и снижением потребления промышленными предприятиями.
Годовые графики
Основным назначением годовых графиков нагрузок является определение величины необходимой мощности электростанций, планирование ремонта оборудования. Наиболее применим график месячных максимумов нагрузки, который фиксирует изменения максимальных нагрузок через месяц (рис.3.10).
Величина месячного максимума нагрузки рассматривается как наибольшее из значений суточных максимумов нагрузки за данный месяц.

Рис. 3.10. Принципиальное представление годового графика нагрузки

Конфигурация данного графика месячных максимумов нагрузки характеризуется “провалом” в летние месяцы, что характерно для районов с холодной зимой и преобладанием промышленной нагрузки. Для регионов с жарким летом максимум годовой нагрузки может быть в летние месяцы (большое потребление электроэнергии на кондиционирование воздуха и относительно небольшое потребление электроэнергии промышленной нагрузкой).

3.1.2.Производные графики электрических нагрузок

Эти виды графиков электрических нагрузок используются в основном для целей анализа и проектирования электропотребления, а также построения типовых графиков электрических нагрузок для отдельных групп потребителей.
Самыми простыми из них являются натуральные графики, но построенные в относительных единицах (в долях или процентах от значения максимальной нагрузки за сутки). Такой способ построения натуральных графиков используется для построения типовых графиков электропотребления (рис.3.11).

Рис.3.11. График нагрузки в относительных единицах

Более сложными являются графики, характеризующие продолжительность того или иного значения нагрузки за определенный период времени, — графики по продолжительности. Данные графики показывают длительность времени, в течение которого нагрузка будет не ниже определенного значения. Площадь под графиком соответствует выработке (или потреблению) электроэнергии за определенный период времени.
Суточный график по продолжительности может быть легко получен из соответствующего хронологического графика (рис.3.12).
Длина каждого горизонтального отрезка на правом графике (графике по продолжительности) соответствует сумме длин горизонтальных отрезков под графиком нагрузки на левом графике (хронологическом графике). Соответственно минимальная нагрузка будет иметь место в течение всех 24 часов в сутки, а максимальная нагрузка имеет продолжительность, близкую к нулю.
Для построения годового графика нагрузки по продолжительности необходимо иметь хронологические графики нагрузки для характерных суточных режимов потребления в течение года. В зависимости от требуемой точности построения можно использовать суточные графики нагрузки для рабочих, нерабочих, выходных, предпраздничных и праздничных дней по всем четырем периодам года, но можно обойтись и использованием осредненных (поэтому достаточно условных) суточных графиков для зимнего и летнего периодов.

Рис.3.12. Построение графика нагрузки по продолжительности [4]

Площадь под графиком по продолжительности также определяет выработку (или потребление) электроэнергии за год. Для более точного построения годового графика по продолжительности, естественно, необходимо использовать реальные, не осредненные суточные графики нагрузки.