Obremenitveni načini elektroenergetskih sistemov in optimalna porazdelitev obremenitev med elektrarnami

Način porabe energije in s tem obremenitev sistemov je neenakomeren: ima značilna nihanja v enem dnevu, pa tudi sezonska nihanja v enem letu. Ta nihanja v glavnem določajo ritem dela podjetij - porabnikov električne energije, povezanih s tem življenjskim ritmom prebivalstva, v manjši meri - geografski dejavniki.

Na splošno je za dnevni cikel vedno značilno večje ali manjše zmanjšanje porabe ponoči, za letni cikel pa v poletnih mesecih. Globina teh nihanj obremenitev je odvisna od sestave uporabnikov.

Podjetja, ki delajo 24 ur na dan, zlasti s prevlado neprekinjenih tehnoloških procesov (metalurgija, kemija, premogovništvo), imajo skoraj enak način porabe.

Podjetja kovinskopredelovalne in strojegradnje imajo tudi pri triizmenskem delu opazna nihanja v porabi energije, povezana z običajnim zmanjšanjem proizvodne aktivnosti v nočnih izmenah. Pri delu v eni ali dveh izmenah ponoči opazimo močno zmanjšanje porabe energije. Opazno zmanjšanje porabe je opaziti tudi v poletnih mesecih.

Še močnejša nihanja v porabi energije so značilna za podjetja živilske in lahke industrije, največja neenakomerna poraba pa je v sektorju gospodinjstev.

Obremenitveni režim sistema odraža vsa ta nihanja porabe energije v sešteti in seveda nekoliko zglajeni obliki. Obremenitveni pogoji so običajno predstavljeni v obliki razporeda obremenitev.

Na dnevnem grafu so na abscisi ure narisane, na ordinati pa obremenitve v MW ali % največje obremenitve. Največja obremenitev največkrat pade v večernih urah, ko se osvetlitev prekriva s porabo energije proizvodnje. Zato se maksimalna točka med letom nekoliko premakne.

Največja obremenitev je v jutranjih urah, kar odraža največjo proizvodno aktivnost. Popoldne se obremenitev zmanjša, ponoči se močno zmanjša.

Na letnih grafikonih so na abscisi narisani meseci, na ordinati pa mesečne količine kilovatnih ur oziroma mesečne konične obremenitve. Največja obremenitev pade ob koncu leta - zaradi naravnega prirastka med letom.

Neenakomeren način polnjenja na eni strani, raznolikost opreme za proizvodnjo energije ter njene obratovalne in tehnično-ekonomske značilnosti na drugi strani predstavljajo za sistemsko osebje kompleksno nalogo za optimalno porazdelitev obremenitve med postajami in proizvodnimi enotami.

Proizvodnja električne energije ima svojo ceno. Za toplotne postaje — to so stroški goriva, poleg vzdrževanja servisnega osebja, popravil opreme, odbitkov amortizacije.

Na različnih postajah, odvisno od njihove tehnične ravni, moči, stanja opreme, so specifični proizvodni stroški enega Vt • h različni.

Splošno merilo za porazdelitev obremenitve med postajami (in znotraj postaje med bloki) so minimalni skupni obratovalni stroški za proizvodnjo določene količine električne energije.

Za vsako postajo (vsako enoto) je mogoče stroške predstaviti v funkcijski povezavi z načinom zaračunavanja.

Pogoj za najmanjše skupne stroške in s tem pogoj za optimalno porazdelitev obremenitev v sistemu je formuliran takole: obremenitev mora biti porazdeljena tako, da se vedno ohranja enakost relativnih korakov postaj (enot).

Skoraj relativne korake postaj in enot pri različnih vrednostih njihovih obremenitev vnaprej izračunajo dispečerske službe in so prikazane kot krivulje (glej sliko).

Krivulje relativne rasti

Vodoravna črta odraža porazdelitev te obremenitve, ki ustreza optimalnemu stanju.

Optimalna porazdelitev obremenitve sistema med postajami ima tudi tehnično plat.Enote, ki pokrivajo spremenljive dele krivulje obremenitve, zlasti ostre zgornje vrhove, delujejo pri hitro spreminjajočih se pogojih obremenitve, včasih z dnevnimi zaustavitvami in zagoni.

Sodobna močna parne turbinske enote niso prilagojene takšnemu načinu delovanja: zaženejo se več ur, delovanje v spremenljivem obremenitvenem režimu, predvsem s pogostimi postanki, povzroča povečanje nesreč in pospešeno obrabo, povezano pa je tudi z dodatno precej občutljivo prekomerno porabo goriva.

Zato se za pokrivanje "konic" obremenitev v sistemih uporabljajo enote drugega tipa, ki so tehnično in ekonomsko dobro prilagojene načinu delovanja z ostro spremenljivo obremenitvijo.

Za ta namen so idealni hidroelektrarne: zagon hidravlične enote in njena polna obremenitev zahtevata eno do dve minuti, nista povezani z dodatnimi izgubami in sta tehnično precej zanesljivi.

Hidroelektrarne, namenjene pokrivanju koničnih obremenitev, so zgrajene z izrazito povečano zmogljivostjo: s tem se kapitalski vložek zmanjša za 1 kW, kar je primerljivo s specifično investicijo v močne termoelektrarne in zagotavlja popolnejšo izrabo vodnih virov.

Ker so možnosti gradnje hidroelektrarn na mnogih območjih omejene, kjer topografija območja omogoča doseganje dovolj velikih padcev, se črpalne hidroelektrarne (ČHE) gradijo za pokrivanje koničnih obremenitev.

Enote takšne postaje so običajno reverzibilne: med okvarami sistema ponoči delujejo kot črpalne enote in dvigujejo vodo v visoko postavljenem rezervoarju. V urah polne obremenitve delujejo v načinu proizvodnje električne energije z napajanjem vode, shranjene v rezervoarju.

Široko se uporabljajo za pokrivanje konic obremenitev plinskoturbinskih elektrarn. Zagon traja le 20-30 minut, prilagajanje obremenitve je preprosto in ekonomično. Ugodni so tudi stroški konic GTPP.

Kazalniki kakovosti električne energije so stopnja konstantnosti frekvence in napetosti. Ohranjanje stalne frekvence in napetosti na dani ravni je zelo pomembno. Ko se frekvenca zmanjša, se hitrost motorjev sorazmerno zmanjša, zato se zmanjša zmogljivost mehanizmov, ki jih poganjajo.

Ne smemo misliti, da ima povečanje frekvence in napetosti ugoden učinek. Z naraščanjem frekvence in napetosti se izgube v magnetnih tokokrogih in tuljavah vseh električnih strojev in naprav močno povečajo, poveča se njihovo segrevanje in pospeši se obraba. Poleg tega sprememba frekvence in s tem števila vrtljajev motorjev pogosto grozi z zavrnitvijo izdelka.

Konstantnost frekvence je zagotovljena z ohranjanjem enakosti med efektivno močjo primarnih motorjev sistema in skupnim nasprotnim mehanskim momentom, ki nastane v generatorjih zaradi interakcije magnetnih tokov in tokov. Ta navor je sorazmeren z električno obremenitvijo sistema.

Obremenitev sistema se nenehno spreminja.Če se obremenitev poveča, postane zavorni moment v generatorjih večji od efektivnega navora glavnih motorjev, obstaja nevarnost zmanjšanja hitrosti in zmanjšanja frekvence. Zmanjšanje obremenitve ima nasprotni učinek.

Za ohranitev frekvence je treba ustrezno spremeniti skupno efektivno moč glavnih motorjev: v prvem primeru povečanje, v drugem zmanjšanje. Zato mora imeti sistem za stalno vzdrževanje frekvence na dani ravni zadostno zalogo izjemno mobilne energije v stanju pripravljenosti.

Naloga regulacije frekvence je dodeljena določenim postajam, ki delujejo z zadostno količino proste, hitro mobilizirane moči. Hidroelektrarne se najbolje spopadejo s temi odgovornostmi.

Za več informacij o funkcijah in metodah nadzora frekvence glejte tukaj: Regulacija frekvence v elektroenergetskem sistemu