Понятие об оптимальном распределении активных мощностей между электростанциями

ЭЭС объединяет электростанции разного типа, каждая из которых имеет несколько генераторов. Суммарная мощность установленных генераторов должна превышать нагрузку системы. Возникает вопрос о распределении нагрузки между электростанциями и отдельными генераторами.

Режимы работы электростанций определяются технологическими условиями их эксплуатации и графиками нагрузки энергосистем. На рис. 6.7 приведен суточный график суммарной нагрузки ЭЭС. График нагрузки имеет неравномерность, которую характеризуют коэффициентом неравномерности

где наибольшая и наименьшая мощности суточной нагрузки.

В первом приближении можно считать, что для Украины .

Распределение нагрузки между различными электростанциями производят, учитывая особенности их технологического режима. Покрытие потребления внизу базовой части графика нагрузок обеспечивают те электростанции, мощность которых практически не регулируется. Это гидроэлектростанции (ГЭС) без водохранилищ либо та часть мощности ГЭС с водохранилищами, которая обеспечивает минимально допустимый пропуск воды, необходимый по экологическим и погодно-климатическим условиям.

В базовой части графика также расположены электростанции, мощность которых регулируется очень ограниченно: атомные (АЭС) – по условию устойчивости работы атомных реакторов и теплоэлектроцентрали (ТЕЦ) – в силу привязки графика выработки электроэнергии к графику потребления тепловой энергии. Эти электростанции имеют высокую загрузку, которую характеризует годовое число часов использования установленной мощности

где установленная (номинальная) мощность электростанции;

выработка электроэнергии станцией за год.

Для АЭС обычно .

Режим работы ТЭЦ в наиболее напряженный зимний день полностью определяется условиями теплоснабжения. Изменения потребностей в тепловой энергии в среднем по системе составляют 5 15% в сутки. Для отопительных ТЭЦ , для промышленных ТЭЦ .

В полупиковой части графика работают конденсационные электростанции (КЭС). Эти станции рассчитаны на работу в базисной части графика, но вынужденно привлекаются к покрытию переменной части графика нагрузки. Практикуется останов блоков 150-200 МВт на ночь с последующим пуском к утреннему максимуму. Блоки 300 МВт и более регулируют выдаваемую мощность преимущественно за счет разгрузки.

Предельная разгрузка блоков КЭС без их отключения зависит от типа сжигаемого топлива. Минимальная мощность блоков определяется условиями устойчивости работы котлов и при работе на угле 70 80%, а при работе на газе и мазуте 50 60% от номинальной. На отельные пылеугольных блоках освоен режим разгрузки до 25 30% путем перевода котлоагрегатов на растопочное топливо. Разгрузка неизбежно приводит к снижению экономичности. Так, при разгрузке до: 50% КПД снижается на 5 8%, 40% – на 9 12%, 30% – на 15 17%.

Отключение блоков приводит к дополнительным затратам топлива на разогрев котлов и запуск агрегата. Обычная загрузка КЭС составляет при работе на недефицитных видах топлива и при работе на дефицитных видах топлива.

В верхней – пиковой части – работают ГЭС с водохранилищами и гидроаккумулирующие станции (ГАЭС).

Электростанции, работающие в пиковой части графика нагрузки, регулируют активную мощность, т.е. загружаются позже других и разгружаются раньше. Это маневренные станции, регулирующие частоту и обменные потоки мощности с другими энергосистемами. Они должны иметь достаточный диапазон регулирования и надежное оборудование с хорошо работающей системой вторичного регулирования частоты. В Украине ГЭС работают в сутки. В остальное время они отключены. .

Большая часть выработки электроэнергии ГЭС приходится на период паводка. Режим работы ГЭС во многом, если не в решающей степени, определяется условиями судоходства, водоснабжения, рыболовства, защиты от паводков. Все эти факторы ограничивают возможности использования ГЭС в пиковой части, увеличивая долю выработки электроэнергии в базисной части графика нагрузки.

ГАЭС предназначены для сглаживания графика нагрузки ЭЭС. В часы провала нагрузки создают дополнительное потребление для оставшихся в работе электростанций, уменьшая потребность в отключении или разгрузке агрегатов. Как источники электроэнергии ГАЭС рассчитаны на покрытие пиковых нагрузок, работают до в сутки, .

Для покрытия остропиковой нагрузки могут также использоваться газотурбинные агрегаты мощностью до 100 МВт.

Естественное распределение мощности между станциями (и генераторами) обратно пропорциональное коэффициентам статизма АРС не является оптимальным, так как не учитывает технико-экономические показатели оборудования, стоимость топлива, потери мощности в электрической сети.

Оптимальным называют режим работы энергосистемы, обеспечивающий наименьшие затраты на производство и распределение электроэнергии.

В качестве критерия оптимального распределения мощностей между тепловыми электростанциями у нас в стране принимают минимум суммарного расхода топлива в энергосистеме при соблюдении баланса мощности. Для станций известны расходные характеристики

, (6.17)

показывающие расход топлива в зависимости от мощности.

Расходные характеристики имеют нелинейный характер. В зависимости от выдаваемой мощности изменение этой мощности приводит к разному изменению расхода топлива . Отношение является важным технико-экономическим показателем агрегата (электростанции). Предел отношения

называется относительным приростом расхода топлива.

Значение для каждой электростанции меняется при изменении ее мощности. Естественно, что загружать в первую очередь нужно электростанцию, в которой (при текущем значении нагрузки) εимеет наименьшее значение, а разгружать – электростанцию с наибольшим ε.

Получается, что наименьший расход топлива или оптимальное распределение мощности между электростанциями будет в случае равенства относительных приростов расхода топлива на всех станциях:

(6.19)

Условие оптимальности (6.19) можно получить аналитически через функцию Лагранжа для задачи распределения активной мощности между станциями без учета потерь мощности в сети. Вопросы оптимизации рассматриваются более полно, в том числе и с учетом потерь мощности, в специальном курсе, предусмотренном программой обучения.

Поиск по сайту: