Modes de càrrega dels sistemes elèctrics i distribució òptima de càrrega entre centrals elèctriques
La forma en què es consumeix l'energia i, per tant, la càrrega dels sistemes és desigual: presenta fluctuacions característiques en un dia, així com fluctuacions estacionals en un any. Aquestes fluctuacions estan determinades principalment pel ritme de treball de les empreses —consumidores d'electricitat, relacionades amb aquest ritme de vida de la població, en menor mesura— per factors geogràfics.
En general, el cicle diari sempre es caracteritza per una major o menor reducció del consum a la nit, per al cicle anual —els mesos d'estiu. La profunditat d'aquestes fluctuacions de càrrega depèn de la composició dels usuaris.
Les empreses que treballen les 24 hores del dia, sobretot amb un predomini de processos tecnològics continus (metal·lúrgia, química, indústria minera del carbó), tenen gairebé la mateixa manera de consum.
Les empreses de les indústries metal·lúrgiques i de construcció de màquines, fins i tot amb treballs de tres torns, presenten fluctuacions notables en el consum d'energia associades a la disminució habitual de l'activitat productiva durant els torns nocturns. Quan es treballa en un o dos torns a la nit, s'observa una forta disminució del consum d'energia. També s'observa una disminució notable del consum als mesos d'estiu.
Les fluctuacions encara més pronunciades en el consum d'energia són característiques de les empreses de la indústria alimentària i lleugera, mentre que el major consum desigual s'observa al sector domèstic.
El mode de càrrega del sistema reflecteix totes aquestes fluctuacions en el consum d'energia d'una forma sumada i, per descomptat, una mica suavitzada. Les condicions de càrrega solen presentar-se en forma d'un calendari de càrrega.
En el gràfic diari, les hores es representen en abscisses, i les càrregues en MW o % de càrrega màxima es representen en l'ordenada. La càrrega màxima cau amb més freqüència a les hores del vespre, quan la il·luminació es superposa al consum d'energia de producció. És per això que el punt màxim canvia una mica dins l'any.
Hi ha un pic de càrrega a les hores del matí, que reflecteix la màxima activitat productiva. A la tarda, la càrrega disminueix, a la nit disminueix bruscament.
Els mesos es representen a l'abscissa dels gràfics anuals, i les quantitats mensuals de quilowatts-hora o les càrregues màximes mensuals es representen en l'ordenada. La càrrega màxima cau al final de l'any, a causa del seu augment natural durant l'any.
El mode de càrrega desigual, d'una banda, la varietat d'equips de producció d'energia i les seves característiques operatives i tècnicoeconòmiques, d'altra banda, suposen una tasca complexa per al personal del sistema per a una òptima distribució de càrrega entre estacions i unitats generadores.
La generació d'energia té un preu. Per estacions tèrmiques — Són els costos de combustible, a més del manteniment del personal de servei, reparacions d'equips, deduccions d'amortització.
A diferents estacions, segons el seu nivell tècnic, potència, estat de l'equip, el cost de producció específic d'un Vt • h és diferent.
El criteri general per a la distribució de càrrega entre estacions (i dins d'una estació entre blocs) són els costos totals d'explotació mínims per a la producció d'una quantitat determinada d'electricitat.
Per a cada estació (cada unitat), els costos es poden presentar en relació funcional amb el mode de càrrega.
La condició per al mínim dels costos totals i per tant la condició per a la distribució òptima de càrregues en el sistema es formula de la següent manera: la càrrega s'ha de distribuir de manera que es mantingui sempre la igualtat dels passos relatius de les estacions (unitats).
Els passos gairebé relatius de les estacions i unitats a diferents valors de les seves càrregues es calculen per endavant pels serveis d'enviament i es mostren com a corbes (vegeu la imatge).
Corbes de creixement relatiu
La línia horitzontal reflecteix la distribució d'aquesta càrrega que correspon a la condició òptima.
La distribució òptima de la càrrega del sistema entre les estacions també té un vessant tècnic.Les unitats que cobreixen la part variable de la corba de càrrega, especialment els pics superiors pronunciats, funcionen en condicions de càrrega que canvien ràpidament, de vegades amb parades i arrencades diàries.
Modern potent unitats de turbines de vapor no s'adapten a aquest mode de funcionament: triguen moltes hores a començar, el funcionament en un mode de càrrega variable, especialment amb parades freqüents, provoca un augment dels accidents i un desgast accelerat, i també s'associa a un consum excessiu addicional força sensible. de combustible.
Per tant, per cobrir els "pics" de càrrega en els sistemes, s'utilitzen unitats d'un altre tipus, que s'adapten tècnicament i econòmicament a un mode de funcionament amb una càrrega variable forta.
Són ideals per a aquest propòsit centrals hidroelèctriques: la posada en marxa de la unitat hidràulica i la seva càrrega completa requereixen d'un a dos minuts, no estan associats a pèrdues addicionals i són tècnicament bastant fiables.
Les centrals hidroelèctriques dissenyades per cobrir pics de càrrega es construeixen amb una capacitat notablement augmentada: això redueix la inversió de capital en 1 kW, la qual cosa la fa comparable a la inversió específica en centrals tèrmiques potents i garanteix un aprofitament més complet dels recursos hídrics.
Atès que les possibilitats de construir centrals hidroelèctriques en moltes zones són limitades, on la topografia de la zona permet obtenir cabals prou grans, es construeixen centrals hidroelèctriques d'emmagatzematge per bombament (PSPP) per cobrir els pics de càrrega.
Les unitats d'aquesta estació solen ser reversibles: durant les hores de fallada del sistema a la nit, funcionen com a unitats de bombeig, aixecant aigua en un dipòsit alt. Durant les hores de càrrega completa, funcionen en mode de generació d'electricitat alimentant l'aigua emmagatzemada al dipòsit.
S'utilitzen àmpliament per cobrir els pics de càrrega de les centrals elèctriques de turbines de gas. Posar-los en marxa només triga 20-30 minuts, ajustar la càrrega és senzill i econòmic. Les xifres de costos dels màxims GTPP també són favorables.
Els indicadors de la qualitat de l'energia elèctrica són el grau de constància de la freqüència i la tensió. Mantenir una freqüència i una tensió constants a un nivell determinat és de gran importància. A mesura que disminueix la freqüència, la velocitat dels motors disminueix proporcionalment, per tant disminueix el rendiment dels mecanismes impulsats per aquests.
No cal pensar que augmentar la freqüència i la tensió té un efecte beneficiós. A mesura que augmenten la freqüència i la tensió, les pèrdues en circuits magnètics i bobines de totes les màquines i dispositius elèctrics augmenten bruscament, augmenta el seu escalfament i s'accelera el desgast. A més, el canvi en la freqüència i per tant en el nombre de revolucions dels motors sovint amenaça de rebutjar el producte.
La constància de la freqüència s'assegura mantenint la igualtat entre la potència efectiva dels motors primaris del sistema i el moment mecànic oposat total que sorgeix en els generadors per la interacció de fluxos i corrents magnètics. Aquest parell és proporcional a la càrrega elèctrica del sistema.
La càrrega del sistema canvia constantment.Si la càrrega augmenta, el parell de frenada dels generadors és més gran que el parell efectiu dels motors principals, hi ha una amenaça de reducció de velocitat i reducció de freqüència. La reducció de la càrrega té l'efecte contrari.
Per mantenir la freqüència, cal canviar la potència efectiva total dels motors principals en conseqüència: un augment en el primer cas, una disminució en el segon. Per tant, per mantenir contínuament la freqüència a un nivell determinat, el sistema ha de tenir un subministrament suficient d'energia en espera extremadament mòbil.
La tasca de la regulació de la freqüència s'assigna a estacions designades que operen amb una quantitat suficient d'energia lliure i de mobilització ràpida. Les centrals hidroelèctriques són les més capacitades per fer front a aquestes responsabilitats.
Per obtenir més informació sobre les característiques i mètodes de control de freqüència, consulteu aquí: Regulació de freqüència en el sistema elèctric