Характеристика графиков электрической и тепловой нагрузки. Суммарный график нагрузки в зимние и летние сутки. Определение годовой потребности в электроэнергии. Способы покрытия пиков электрической нагрузки. Понятие аккумулирования (накопления) энергии.
Ее широкое использование обусловлено следующими факторами: - возможность выработки электроэнергии в больших количествах вблизи месторождений и водных источников; - возможность транспортировки на дальние расстояния с относительно небольшими потерями; - возможность трансформации электроэнергии в другие виды энергии: механическую, химическую, теговую, световую; - отсутствие загрязнения окружающей среды; - возможность применения на основе электроэнергии принципиально новых прогрессивных технологических процессов с высокой степенью автоматизации. По форме графиков нагрузок различают пять групп промышленной нагрузки, коммунально-бытовое потребление, электрический транспорт, уличное освещение, сельскохозяйственные нужды. Промышленная нагрузка за счет одно-и двухсменных предприятий снижается в ночное и вечернее время. электрический нагрузка аккумулирование энергия Для облегчения прохождения пиков электрической нагрузки можно использовать выравнивание графиков нагрузки, под которым понимают активное воздействие на режим потребления, приводящее к уменьшению максимумов нагрузки. Для построения годового графика необходимо знать длительность стояния различных температур наружного воздуха в отопительный период для данного климатического пояса, где сооружается ТЭЦ или котельная, определить часовой расход теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение в зависимости от температуры наружного воздуха построить температурный график сети (рис 6) соответственно температурному, графику и продолжительности каждого расхода построить годовой график отпуска теплоты.
Введение
Одним из наиболее совершенных видов энергии является электроэнергия. Ее широкое использование обусловлено следующими факторами: - возможность выработки электроэнергии в больших количествах вблизи месторождений и водных источников; - возможность транспортировки на дальние расстояния с относительно небольшими потерями; - возможность трансформации электроэнергии в другие виды энергии: механическую, химическую, теговую, световую; - отсутствие загрязнения окружающей среды; - возможность применения на основе электроэнергии принципиально новых прогрессивных технологических процессов с высокой степенью автоматизации.
Тепловая энергия широко используется на современных производствах и в быту в виде энергии пара, горячей воды, продуктов сгорания топлива.
Электрическая и тепловая энергия производится на: 1) тепловых электрических станциях на органическом топливе (ТЭС) с использованием в турбинах водяного пара (паротурбинные установки - ПТУ), продуктов сгорания (газотурбинные установки - ГТУ), их комбинаций (парогазовые установки - ПГУ);
Тепловые электрические станции (ТЭС) можно разделить на конденсационные электрические станции (КЭС), производящие только электроэнергию (они называются также ГРЭС - государственные районные электростанции), и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) - электрические станции с комбинированной выработкой электрической и тепловой энергии.
1. Графики электрической и тепловой нагрузки
По форме графиков нагрузок различают пять групп промышленной нагрузки, коммунально-бытовое потребление, электрический транспорт, уличное освещение, сельскохозяйственные нужды. Промышленная нагрузка за счет одно- и двухсменных предприятий снижается в ночное и вечернее время. электрический нагрузка аккумулирование энергия
Коммунально-бытовое потребление, значительно возрастает в утреннее и вечернее время, вечерний пик - более продолжителен. Транспортные перевозки имеют пики в утренние и вечерние часы. Уличное освещение имеет максимум в ночные часы. Сельскохозяйственные графики потребления достаточно равномерны с сезонным изменением его величины.
Суммарный график нагрузок получают путем почасового сложения нагрузок всех потребителей для типично зимних и типично летних месяцев
Рис.1 Суммарный график нагрузки в зимние сутки.
Рис.2 Суммарный график нагрузки в летние сутки.
Зимний график имеет 2 пика (рис 1), летний - 3 (рис 2), что объясняется более длинным, световым днем (освещение включается после окончания работы на односменных предприятиях и снижения транспортных перевозок).
Летние нагрузки меньше по абсолютной величине.
Для определения годовой потребности в электроэнергии используются годовой график продолжительности нагрузок (рис 3)
Продолжительность нагрузки определяют суммированием ее за 210 зимних суток и 155 летних суток. Площадь под кривой годовой продолжительности нагрузок определяет суммарную годовую потребность в электроэнергии.
2. Способы покрытия пиков электрической нагрузки
В связи со значительной неравномерностью электрической нагрузки в течение суток важной задачей является рациональное покрытие относительно кратковременных, но значительных пиков нагрузки. По числу часов использования максимума нагрузки различают базовые, полупиковые и пиковые агрегаты. Для базовых электростанций использование максимума нагрузки составляет в год 6000 - 7500 ч, для полупиковых и пиковых - соответственно 2000 - 6000 и 500 - 2000 ч.
Поскольку существующие КЭС и ТЭЦ не в состоянии обеспечить полностью покрытие переменного графика электрической нагрузки, следует разрабатывать и вводить в действие специальные полупиковые и пиковые агрегаты.
При проектировании к базовым электростанциям предъявляется, прежде всего, требование высокой тепловой экономичности, что определяет повышенные капитальные вложения.
Для ТЭС, работающих относительно небольшое число часов в году (пиковых и полупиковых), основным требованием является высокая маневренность и низкие капитальные вложения, хотя иногда это достигается за счет снижения тепловой экономичности.
Рассмотрим основные способы покрытия пиков электрической нагрузки
1. Использование гидроэлектростанций благодаря простоте пуска, останова и изменения нагрузки является наилучшим способом
2. Использование резерва мощности обычных паротурбинных энергоблоков, работающих в режиме частых пусков и остановов.
3 Применение высокоманевренных агрегатов, таких, как пиковые и полупиковые паротурбинные, газотурбинные и парогазовые гидроаккумулирующие электростанции. Гидроаккумулирующие электростанции в период минимальных электрических нагрузок перекачивают воду из нижнего водохранилища в верхнее, потребляя энергию из сети, а в период максимальных нагрузок работают, как ГЭС
4. Использование временной перегрузки паротурбинных ТЭС за счет режимных мероприятий (изменение параметров пара перед турбиной, отключение ПВД и т д )
5. Аккумулирование энергии путем заполнения газохранилищ для сжатого воздуха, используемого затем в газотурбинных установках, накопление теплоты в виде горячей воды и электроэнергии в электрических аккумуляторах
Для облегчения прохождения пиков электрической нагрузки можно использовать выравнивание графиков нагрузки, под которым понимают активное воздействие на режим потребления, приводящее к уменьшению максимумов нагрузки. Достижению этих целей служат увеличение сменности работы предприятий при использовании поощрительных ночных тарифов на электроэнергию, создание объединенных энергосистем за счет разновременности максимума нагрузки в районах с различной географической долготой, наличие потребителей регуляторов, часы, работы которых определяет энергосистема.
Большое значение для определения режимов работы ТЭЦ и котельных при проектировании систем теплоснабжения имеет годовой график, но продолжительности коммунально-бытовой нагрузки (рис 5). Он показывает изменение теплофикационной нагрузки включающей в себя тепло на отопление и горячее водоснабжение от ее максимального значения до минимального в течение всего года.
Для построения годового графика необходимо знать длительность стояния различных температур наружного воздуха в отопительный период для данного климатического пояса, где сооружается ТЭЦ или котельная, определить часовой расход теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение в зависимости от температуры наружного воздуха построить температурный график сети (рис 6) соответственно температурному, графику и продолжительности каждого расхода построить годовой график отпуска теплоты.
Рис 6.Температурный график сети.
В целях стимулирования рационального использования топливно-энергетических ресурсов осуществляется установление сезонных цен на природный газ и сезонных тарифов на электрическую и тепловую энергию, дифференцированных по времени суток и дням недели тарифов на эти виды энергии, а также других форм стимулирования в порядке, определяемом правительством Республики Беларусь.
Важным моментом экономического стимулирования энергосбережения является переход с одноставочных на двухставочные и зонные тарифы, позволяющие сгладить национальную кривую нагрузки. Это приводит к повышению энергоэффективности на этапе производства электрической и тепловой энергии. График (рис. 7) наглядно показывает, что потребителю чрезвычайно выгодно снижать нагрузку в часы, когда тариф в энергосистеме максимальный.
Рис.7 Суточное электропотребление (кривая 1) и тариф, дифференцированный по времени суток (кривая 2), для электрометаллургического завода в Германии
Тарифы на электрическую энергию (мощность) - системы ценовых ставок, по которым осуществляются расчеты за электрическую энергию (мощность).
Двухставочный тариф - тариф для промышленных и приравненных к ним потребителей, предусматривающий основную плату (за договорную или фактическую величину наибольшей получасовой совмещенной активной мощности, потребляемой в часы максимальных нагрузок энергосистемы) и дополнительную плату (за фактическое количество потребленной активной энергии) за расчетный период.
Основная плата двухставочного тарифа - цена 1 КВТ договорной или фактической величины наибольшей потребляемой активной мощности, принимаемая в соответствии с декларацией об уровне тарифов на электрическую энергию, отпускаемую республиканскими унитарными предприятиями электроэнергетики концерна "Белэнерго".
Дополнительная плата двухставочного тарифа - цена 1 КВТ·ч потребляемой активной энергии, принимаемая в соответствии с декларацией.
Расчетный период - установленный договором энергоснабжения период времени (месяц), за который должна быть учтена и оплачена абонентом потребляемая электрическая энергия и мощность.
График нагрузки - последовательность усредненных значений электрической нагрузки потребителей на определенном временном интервале. Различают суточный, недельный, декадный, месячный, квартальный и годовой графики нагрузки, а также графики нагрузки энергосистемы (суммарный график множества потребителей) и отдельных потребителей.
Выравнивание графика нагрузки - снижение суточного максимума с компенсацией неполученной потребителями электроэнергии во внепиковые часы.
Под аккумулированием (накоплением) энергии понимается ввод какого-либо вида энергии в устройство, оборудование, установку или сооружение - в аккумулятор (накопитель) энергии - для того, чтобы эту энергию оттуда затем в удобное для потребления время снова в том же или в преобразованном виде получить обратно.
В наше время, все больше развитых стран начинают диверсифицировать свою электроэнергетику посредством альтернативных источников энергии. Например, в Германии уже на сегодняшний день около 20% всей вырабатываемой электроэнергии приходится на долю возобновляемых генерирующих мощностей, а к 2020 году планируется довести этот показатель до 30%. Основной же проблемой таких источников, помимо высокой стоимости, является нестабильность вырабатываемых мощностей, а так же рассоглассованность между пиками в потреблении и выработки этой самой электроэнергии. И тут встает вопрос системы ее наиболее эффективной аккумуляции.
Проблема эффективного аккумулирования энергии, вырабатываемой из возобновляемых источников энергии, является одной из важнейших и наиболее сложных задач современной энергетики.
Выбор типа и емкости аккумулирующего устройства по своему существу относится к области оптимизации надежности энергоснабжения путем резервирования.
С помощью аккумулирующих устройств решаются следующие задачи: Литиево-ионная система аккумулирования энергии на 5 МВТ
- выравнивание пульсирующей мощности, которую вырабатывает генерирующая установка в условиях постоянно меняющейся скорости ветра;
- согласование графиков производства и потребления энергии с целью питания потребителей в периоды, когда агрегат не работает или его мощности недостаточно;
- снабжение объекта энергией по заданному графику;
- увеличение суммарной выработки энергии генерирующей установкой;
- повышение эффективности использования возобновляемых источников энергии.
Для реализации большинства задач применяют, как правило, так называемые емкостные аккумулирующие устройства, в которых запас энергии определяется 2-3-суточным потреблением. Они рассчитаны на использование в периоды достаточно длительных спадов в генерации энергии.
При решении вопросов, связанных с аккумулированием энергии, должны приниматься во внимание многие характеристики аккумуляторов: - относительная масса;
- удельные затраты;
- длительность хранения энергии;
- сложность энергетических преобразований;
- безопасность эксплуатации и т.п.
Требуемая емкость аккумулятора зависит от типа и характеристик агрегата, режимов ветра, условий и схемы использования генерирующей установки; мощности нагрузки и схемы потребителя. Она определяется также исходя из технико-экономических показателей, т.к. аккумулирование не должно приводить к большому увеличению затрат на энергоснабжение объекта.
