Elektrisüsteemide koormusrežiimid ja optimaalne koormuse jaotus elektrijaamade vahel

Energia tarbimise viis ja seetõttu süsteemide koormus on ebaühtlane: sellel on iseloomulikud kõikumised päeva jooksul, samuti hooajalised kõikumised aasta jooksul. Need kõikumised on peamiselt määratud ettevõtete — elektritarbijate — töörütmiga, mis on seotud elanikkonna sellise elurütmiga, vähemal määral — geograafiliste teguritega.

Üldiselt iseloomustab igapäevast tsüklit alati suurem või väiksem tarbimise vähenemine öösel, aastatsükli puhul - suvekuudel. Nende koormuse kõikumiste sügavus sõltub kasutajate koosseisust.

Ööpäevaringselt töötavatel ettevõtetel, eriti kus domineerivad pidevad tehnoloogilised protsessid (metallurgia, keemia, söekaevandustööstus), on peaaegu sama tarbimisrežiim.

Metallitööstus- ja masinaehitustööstuse ettevõtetes on isegi kolmes vahetuses tööl märgatavad energiatarbimise kõikumised, mis on seotud tavapärase tootmisaktiivsuse vähenemisega öövahetustes. Öösel ühes või kahes vahetuses töötades on märgata energiatarbimise järsku langust. Märkimisväärset tarbimise vähenemist täheldatakse ka suvekuudel.

Veelgi järsemad kõikumised energiatarbimises on iseloomulikud toiduaine- ja kergetööstusettevõtetele, kõige suurem ebaühtlane tarbimine on täheldatav kodumajapidamiste sektoris.

Süsteemi koormusrežiim kajastab kõiki neid energiatarbimise kõikumisi summeeritud ja loomulikult mõnevõrra silutud kujul. Koormustingimused esitatakse tavaliselt koormusgraafiku kujul.

Päevagraafikul on tunnid kantud abstsisstellidele ja koormused MW-des ehk % maksimaalsest koormusest ordinaadile. Maksimaalne koormus langeb kõige sagedamini õhtutundidele, mil valgustus on tootmisenergia tarbimise peal. Seetõttu nihkub maksimumpunkt aasta sees mõnevõrra.

Hommikutundidel on koormustipp, mis peegeldab maksimaalset tootmisaktiivsust. Pärastlõunal koormus väheneb, öösel väheneb järsult.

Kuud on kantud aastagraafikute abstsissile ja igakuised kilovatt-tundide kogused või kuu tippkoormused on kantud ordinaadile. Maksimaalne koormus langeb aasta lõpus — selle loomuliku iibe tõttu aasta jooksul.

Ebaühtlane laadimisrežiim, ühelt poolt energiatootmisseadmete mitmekesisus ning nende töö- ja tehnilis-majanduslikud omadused, teiselt poolt seavad süsteemipersonalile keeruka ülesande optimaalse koormuse jaotamiseks jaamade ja tootmisüksuste vahel.

Elektritootmisel on oma hind. Sest soojusjaamad — need on kütusekulud, lisaks teeninduspersonali ülalpidamine, seadmete remont, amortisatsiooni mahaarvamine.

Erinevates jaamades, olenevalt nende tehnilisest tasemest, võimsusest, seadmete seisukorrast, on ühe Vt • h spetsiifiline tootmiskulu erinev.

Koormuse jaotuse üldkriteeriumiks jaamade vahel (ja jaamasiseselt plokkide vahel) on minimaalsed tegevuskulud teatud koguse elektri tootmiseks.

Iga jaama (iga üksuse) kulud saab esitada funktsionaalses seoses laadimisrežiimiga.

Tingimus kogukulude miinimumiks ja seega ka koormuste optimaalseks jaotamiseks süsteemis on sõnastatud järgmiselt: koormust tuleb jaotada nii, et jaamade (ühikute) suhteliste sammude võrdsus säiliks alati.

Jaamade ja üksuste peaaegu suhtelised sammud nende koormuste erinevatel väärtustel arvutatakse dispetšerteenistuste poolt eelnevalt välja ja kuvatakse kõveratena (vt pilti).

Suhtelised kasvukõverad

Horisontaalne joon peegeldab selle koormuse jaotust, mis vastab optimaalsele seisundile.

Süsteemi koormuse optimaalsel jaotusel jaamade vahel on ka tehniline pool.Koormuskõvera muutuvat osa, eriti teravaid ülemisi tippe, katvaid agregaate käitatakse kiiresti muutuvates koormustingimustes, mõnikord igapäevaste seiskamis-käivitustega.

Moodne võimas auruturbiini seadmed ei ole sellisele töörežiimile kohandatud: nende käivitamine võtab palju tunde, töötamine muutuva koormusega režiimis, eriti sagedaste peatumiste korral, põhjustab õnnetuste sagenemist ja kiirenenud kulumist ning on seotud ka täiendava üsna tundliku ületarbimisega kütusest.

Seetõttu kasutatakse süsteemide koormuse "tippude" katmiseks teist tüüpi agregaate, mis on tehniliselt ja majanduslikult hästi kohandatud järsu muutuva koormusega töörežiimile.

Need sobivad selleks otstarbeks ideaalselt hüdroelektrijaamad: hüdroagregaadi käivitamine ja selle täiskoormus nõuavad üks kuni kaks minutit, ei ole seotud lisakadudega ja on tehniliselt üsna töökindlad.

Tippkoormuse katmiseks mõeldud hüdroelektrijaamad ehitatakse hüppeliselt suurenenud võimsusega: see vähendab kapitaliinvesteeringut 1 kW võrra, mis teeb selle võrreldavaks konkreetse investeeringuga võimsatesse soojuselektrijaamadesse ja tagab veeressursi terviklikuma kasutamise.

Kuna paljudes piirkondades on hüdroelektrijaamade rajamise võimalused piiratud, kus piirkonna topograafia võimaldab saada piisavalt suuri tõstekõrgusi, rajatakse koormustippude katteks pumphüdroelektrijaamu (PSPP).

Sellise jaama agregaadid on tavaliselt pööratavad: öistel süsteemirikketundidel töötavad nad pumpamisseadmetena, tõstes vett kõrgel asuvasse reservuaari. Täiskoormusega tundidel töötavad need elektritootmise režiimis, andes energiat paagis hoitavale veele.

Neid kasutatakse laialdaselt gaasiturbiinelektrijaamade koormustippude katmiseks. Nende käivitamine võtab aega vaid 20-30 minutit, koormuse reguleerimine on lihtne ja ökonoomne. Soodsad on ka tipptaseme GTPP-de kulunäitajad.

Elektrienergia kvaliteedi näitajad on sageduse ja pinge püsivuse aste. Konstantse sageduse ja pinge säilitamine antud tasemel on väga oluline. Sageduse vähenedes väheneb proportsionaalselt mootorite kiirus, mistõttu väheneb nende poolt juhitavate mehhanismide jõudlus.

Ei tasu arvata, et sageduse ja pinge suurendamisel on kasulik mõju. Sageduse ja pinge kasvades suurenevad järsult kaod kõigi elektrimasinate ja -seadmete magnetahelates ja mähistes, nende kuumenemine suureneb ja kulumine kiireneb. Lisaks ähvardab mootorite sageduse ja seega ka pöörete arvu muutumine sageli toote tagasilükkamisega.

Sageduse püsivus tagatakse süsteemi primaarmootorite efektiivse võimsuse ja generaatorites magnetvoogude ja voolude koosmõjul tekkiva summaarse vastandliku mehaanilise momendi vahelise võrdsuse säilitamisega. See pöördemoment on võrdeline süsteemi elektrilise koormusega.

Süsteemi koormus muutub pidevalt Koormuse suurenemisel muutub pidurdusmoment generaatorites suuremaks kui peamootorite efektiivne pöördemoment, tekib kiiruse ja sageduse vähenemise oht. Koormuse vähendamisel on vastupidine mõju.

Sageduse säilitamiseks on vaja vastavalt muuta peamasinate efektiivset koguvõimsust: esimesel juhul suurenemine, teisel juhul vähenemine. Seetõttu peab sageduse pidevaks hoidmiseks etteantud tasemel süsteemil olema piisav varu äärmiselt mobiilse ooterežiimi toiteallikaga.

Sageduse reguleerimise ülesanne on määratud jaamadele, mis töötavad piisava hulga vaba, kiiresti mobiliseeritava võimsusega. Hüdroelektrijaamad saavad nende kohustustega kõige paremini hakkama.

Lisateavet sageduse juhtimise funktsioonide ja meetodite kohta leiate siit: Sagedusregulatsioon elektrisüsteemis