Электрическая нагрузка энергосистемы выравнивание графика

[pic 1]        [pic 2]

Журнал №5 (53) 2008 год     

        [pic 3]        [pic 4]        [pic 5]

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ НАГРУЗКА ЭНЕРГОСИСТЕМЫ
ВЫРАВНИВАНИЕ ГРАФИКА

Проблема покрытия неравномерных графиков электрической нагрузки характерна для любой энергосистемы мира. Она решается, как правило, тремя основными путями: созданием в энергосистеме оптимальной структуры генерирующих мощностей, использованием перетоков с соседними энергосистемами и привлечением потребителей к выравниванию графика нагрузки энергосистемы за счет административных (ограничивающих) и экономических (стимулирующих) мер. Кто и какой эффект может получить от выравнивания графика нагрузки энергосистемы? Это выявляет анализ, проведенный нашими авторами на примере объединенной энергосистемы Беларуси.[pic 6]

Аркадий Гуртовцев, к.т.н., Евгений Забелло, д.т.н., РУП «БелТЭИ», г. Минск, Республика Беларусь

Графики нагрузки

Типовой суточный график электрической нагрузки (СГН), отражающий суточные ритмы жизни общества и характерный для многих энергосистем (графики различных энергосистем отличаются не столько формой, сколько уровнем нагрузки), приведен на рис. 1. На таком графике выделяют три временные зоны: зону минимальной нагрузки (ночные часы, или ночной провал) с мощностью не более Рмин, зону средней, или полупиковой нагрузки с мощностью Рпп, такой, что Рмин [pic 7] Рпп [pic 8] Рмакс, и зону максимальной, или пиковой нагрузки с мощностью не более Рмакс. Полупиковая зона характеризуется однократным в течение суток значительным возрастанием нагрузки в утренние часы и ее глубоким спадом в конце суток, а пиковая - рядом относительно небольших подъемов (до уровня максимальной нагрузки) и спадов (до уровня полупиковой зоны) нагрузки в дневные часы суток. В ней обычно присутствуют один или два максимума потребления электроэнергии: утренний и вечерний. Первый связан чаще всего с утренней сменой работы промышленных предприятий, а второй представляет собой совмещение потребления вечерней смены предприятий с потреблением электроэнергии в жилом секторе и сфере бытового обслуживания населения. Поэтому второй пик нередко превышает по своей величине первый.
В общем случае СГН энергосистемы имеет чередующиеся между собой провалы, подъемы, спады и пики, которые определяют в целом его неравномерный (неровный) характер.
Для оценки СГН используем следующую систему аналитических характеристик:
1) коэффициент неравномерности α = Рмин / Рмакс ;
2) коэффициент заполнения β = Рср / Рмакс, где Рср = Есут / 24 ч и Есут - потребление электроэнергии за сутки;
3) максимальный диапазон регулирования нагрузки ΔРмакс = Рмакс - Рмин = ΔРп+ ΔРпп ;
4) полупиковый диапазон регулирования нагрузки ΔРпп = Рпп - Рмин;
5) пиковый диапазон регулирования нагрузки ΔРп = Рмакс - Рпп.

[pic 9]

[pic 10]

Очевидно, что для равномерных (ровных) графиков α= β = 1; Рмин = Рмакс = Рсри ΔРмакс = ΔРп = ΔРпп = 0.
Поскольку абсолютно равномерных СГН энергосистем практически не бывает, то хорошим приближением к равномерным графикам считают графики с = 0,9 (неравномерность не более 10 %).
Характеристики СГН энергосистемы зависят не только от суточных ритмов жизни общества, но и от других сопутствующих им ритмов, определяющими из которых являются недельные (рабочие (РД) и выходные (ВД) дни) и сезонные (отопительный (ОП) и меж-отопительный (МОП) периоды для энергосистем с преобладанием ТЭС или зимний, паводковый и летний периоды для энергосистем со значительной долей ГЭС).
С высокой степенью достоверности всё годовое разнообразие СГН энергосистемы с преобладанием ТЭС (а именно такова объединенная энергосистема (ОЭС) Беларуси) можно свести к четырем типам: 1) ОП-РД, 2) ОП-ВД, 3) МОП-РД и 4) МОП-ВД. На рис. 2 представлены типовые СГН ОЭС Беларуси за 2007 год. Чтобы уменьшить при отборе графиков как типовых влияние побочных факторов, выбор был сделан для середины ОП и МОП (декабрь и июнь), для середины месяца (12-13 день) и недели (для рабочих дней - среда). В качестве выходного или праздничного дня выбрано воскресенье (субботний график часто имеет переходный вид между РД и ВД, не характерный для полностью выходного дня). Аналитические характеристики всех четырех графиков приведены в таблице 1.
Как следует из рис. 2 и табл. 1, наибольшей неравномерностью (α= 0,62) отличается график в РД декабря, а наименьшая неравномерность (α= 0,76) наблюдается у графика ВД июня. У этих же графиков и экстремальные максимальные диапазоны регулировки нагрузки: ΔРмакс = 2179 МВт и ΔРмакс = 901 МВт. Соответственно регулировочные диапазоны для этих дней по полупиковой и пиковой зонам составляют 74,4; 25,6 и 72,3; 27,7 % от максимального диапазона регулировки (доли полупика и пика по регулировочному диапазону сохраняются почти неизменными для РД и ВД). 
С целью контроля того, насколько представленные графики являются типовыми для нагрузки Беларуси в 2007 г., можно провести расчет суммарного годового электропотребления по Есут и количеству рабочих и выходных дней в ОП и МОП (ориентировочно РДОП = 148, ВДОП = 64 и РДМОП = 107, ВДМОП = 46). Реальное суммарное потребление электроэнергии в Беларуси в 2007 г. составило 36,1 млрд кВт·ч. Расчет по типовым графикам дает величину 37 млрд кВт·ч (при использовании в качестве модели нагрузки только одного типа графика из 1-4 результаты соответственно дают значения: 41,5; 35,9; 33,5 и 28,4 млрд кВт·ч), т.е. погрешность составляет менее 2,5 %. По графику ОП-РД в течение года потребляется до 47 % годового объема электроэнергии. Именно этот график представляет наибольший интерес для дальнейшего анализа и оценок.
Сопоставление графиков показывает, что в ОП график ВД имеет максимум нагрузки на 894 МВт (на 15,5 %) меньше, чем в РД (причем он формируется только в вечернее время - "отдыхает" промышленность), а общее электропотребление уменьшается в ВД также на 15,5 %. В МОП в РД имеется выраженный максимум в утренне-дневное время, который на 1249 МВт (на 21,6 %) меньше зимнего максимума (в формирование этого максимума вносит вклад как промышленность, так и сфера летнего обслуживания населения). В летний ВД максимум смещается на конец суток и формируется, скорее всего, сферой вечернего обслуживания населения. Абсолютный максимум нагрузки в ОЭС Беларуси в 2007 г. имел место 22 февраля: Рмакс = 5890 МВт, а за последние несколько лет - в феврале 2006 г.
(Рмакс = 6245 МВт). Величина максимума определялась наиболее низкой зимней температурой. Среднегодовое значение коэффициента неравномерности СГН энергосистемы в 2007 г. для РД составило α= 0,67.
На рис. 3 приведен типовой зимний недельный график нагрузки (НГН) ОЭС Беларуси. Из графика следует, что базовое и пиковое потребление электроэнергии постепенно возрастает в энергосистеме к четвергу, затем несколько снижается в пятницу (предвыходной день) и резко падает в выходные дни. НГН четко демонстрирует неравномерность потребления электроэнергии как на суточных (ночные провалы, полупики и пики), так и недельных (РД и ВД) интервалах времени.