מצבי עומס של מערכות חשמל וחלוקת עומסים מיטבית בין תחנות כוח

אופן צריכת האנרגיה ולכן העומס על המערכות אינו אחיד: יש לו תנודות אופייניות תוך יום, כמו גם תנודות עונתיות בתוך שנה. תנודות אלו נקבעות בעיקר על ידי קצב העבודה של המפעלים - צרכני החשמל, הקשורים לקצב החיים הזה של האוכלוסייה, במידה פחותה - על ידי גורמים גיאוגרפיים.

באופן כללי, המחזור היומי מאופיין תמיד בהפחתה גדולה או פחותה בצריכה בלילה, עבור המחזור השנתי - בחודשי הקיץ. עומקן של תנודות העומס הללו תלוי בהרכב המשתמשים.

למפעלים שעובדים מסביב לשעון, במיוחד עם דומיננטיות של תהליכים טכנולוגיים מתמשכים (מתכות, כימיה, תעשיית כריית פחם), יש כמעט אותו אופן של צריכה.

למפעלים מתעשיית מתכת ובניית מכונות, אפילו בעבודה בשלוש משמרות, יש תנודות ניכרות בצריכת האנרגיה הקשורות לירידה הרגילה בפעילות הייצור במהלך משמרות לילה. כאשר עובדים במשמרת אחת או שתיים בלילה, נצפית ירידה חדה בצריכת האנרגיה. ירידה ניכרת בצריכה נצפית גם בחודשי הקיץ.

תנודות חדות עוד יותר בצריכת האנרגיה אופייניות למפעלי מזון ותעשייה קלה, הצריכה הלא אחידה הגדולה ביותר נצפית במגזר משקי הבית.

מצב העומס של המערכת משקף את כל התנודות הללו בצריכת האנרגיה בצורה מסוכמת וכמובן חלקה משהו. תנאי העומס מוצגים בדרך כלל בצורה של לוח זמנים לעומס.

בגרף היומי, השעות משורטטות על האבססיס, ועומסים ב-MW או באחוזים מהעומס המרבי משורטטים על הסמטה. העומס המרבי נופל לרוב בשעות הערב, כאשר התאורה מונחת על צריכת האנרגיה בייצור. לכן נקודת המקסימום זזה במקצת בתוך השנה.

יש שיא עומס בשעות הבוקר, המשקף פעילות ייצור מירבית. אחר הצהריים העומס יורד, בלילה יורד בחדות.

חודשים משורטטים על האבססיס של תרשימים שנתיים, וכמויות קילוואט-שעה חודשיות או עומסי שיא חודשיים משורטטים על האורדינאטה. העומס המרבי יורד בסוף השנה - עקב עלייתו הטבעית במהלך השנה.

מצב טעינה לא אחיד, מצד אחד, מגוון ציוד הפקת האנרגיה ומאפייניו התפעוליים והטכניים-כלכליים, מצד שני, מציבים משימה מורכבת עבור צוות המערכת לפיזור עומס מיטבי בין תחנות ויחידות ייצור.

לייצור חשמל יש מחיר. ל תחנות תרמיות — אלו עלויות דלק, בנוסף לאחזקת אנשי שירות, תיקוני ציוד, ניכויי פחת.

בתחנות שונות, בהתאם לרמתן הטכנית, הספק, מצב הציוד, עלות הייצור הספציפית של Vt • h אחת שונה.

הקריטריון הכללי לחלוקת עומסים בין תחנות (ובתוך תחנה בין בלוקים) הוא סך עלויות התפעול המינימליות לייצור כמות נתונה של חשמל.

עבור כל תחנה (כל יחידה), ניתן להציג עלויות ביחס פונקציונלי למצב הטעינה.

התנאי למינימום מסך העלויות ולכן התנאי לפיזור אופטימלי של עומסים במערכת מנוסח כך: יש לחלק את העומס כך שתמיד ישמר שוויון המדרגות היחסיות של התחנות (היחידות).

צעדים כמעט יחסיים של תחנות ויחידות בערכים שונים של עומסיהם מחושבים מראש על ידי שירותי שיגור ומוצגים כעקומות (ראה תמונה).

עקומות גדילה יחסיות

הקו האופקי משקף את התפלגות העומס הזה התואמת את המצב האופטימלי.

לפיזור האופטימלי של עומס המערכת בין התחנות יש גם צד טכני.היחידות המכסות את החלק המשתנה של עקומת העומס, במיוחד הפסגות העליונות החדות, מופעלות בתנאי עומס משתנים במהירות, לעיתים עם עצירה-התחלות יומיות.

מודרני חזק יחידות טורבינת קיטור אינם מותאמים למצב פעולה שכזה: לוקח להם שעות רבות להתחיל, פעולה במצב עומס משתנה, במיוחד עם עצירות תכופות, מביאה לעלייה בתאונות ובלאי מואץ, וכן קשורה לצריכה מופרזת די רגישה נוספת של דלק.

לכן, על מנת לכסות את "שיאי" העומס במערכות, נעשה שימוש ביחידות מסוג אחר, המותאמות היטב מבחינה טכנית וכלכלית לאופן פעולה בעל עומס משתנה חד.

הם אידיאליים למטרה זו מפעלים הידרואלקטרים: ההפעלה של היחידה ההידראולית והעומס המלא שלה דורשים דקה עד שתיים, אינם קשורים להפסדים נוספים ומהימנים מבחינה טכנית למדי.

מפעלים הידרואלקטרים ​​המיועדים לכסות עומסי שיא בנויים בקיבולת מוגברת באופן דרמטי: הדבר מפחית את ההשקעה ההונית ב-1 קילוואט, מה שהופך אותה להשקעה הספציפית בתחנות כוח תרמיות חזקות ומבטיח שימוש מלא יותר במשאבי המים.

מאחר והאפשרויות לבנות תחנות כוח הידרואלקטריות באזורים רבים מוגבלות, כאשר הטופוגרפיה של השטח מאפשרת להשיג ראשים גדולים מספיק, נבנות תחנות כוח הידרואלקטריות שאובות (PSPP) לכיסוי פסגות העומס.

היחידות של תחנה כזו הן בדרך כלל הפיכות: בשעות כשל במערכת בלילה, הן פועלות כיחידות שאיבה, ומעלות מים במאגר במיקום גבוה. במהלך שעות עומס מלא, הם פועלים במצב ייצור חשמל על ידי הפעלת המים המאוחסנים במיכל.

הם נמצאים בשימוש נרחב כדי לכסות את שיאי העומס של תחנות כוח של טורבינות גז. הפעלתם אורכת 20-30 דקות בלבד, התאמת העומס פשוטה וחסכונית. גם נתוני העלות של שיא GTPPs נוחים.

אינדיקטורים לאיכות האנרגיה החשמלית הם מידת הקביעות של התדר והמתח. שמירה על תדר ומתח קבועים ברמה נתונה היא בעלת חשיבות רבה. ככל שהתדירות יורדת, מהירות המנועים יורדת באופן פרופורציונלי, ולכן הביצועים של המנגנונים המונעים על ידם יורדים.

אין לחשוב שלהגדלת התדר והמתח יש השפעה מועילה. ככל שהתדירות והמתח עולים, ההפסדים במעגלים המגנטיים ובסלילים של כל המכונות והמכשירים החשמליים גדלים בחדות, החימום שלהם עולה והבלאי מואץ. בנוסף, השינוי בתדירות ולפיכך במספר הסיבובים של המנועים מאיים פעמים רבות לדחות את המוצר.

קביעות התדר מובטחת על ידי שמירה על שוויון בין הכוח האפקטיבי של המנועים הראשוניים של המערכת לבין סך המומנט המכני המנוגד הנובע במחוללים מאינטראקציה של שטפים וזרמים מגנטיים. מומנט זה פרופורציונלי לעומס החשמלי של המערכת.

העומס על המערכת משתנה ללא הרף.אם העומס גדל מומנט הבלימה בגנרטורים הופך להיות גדול מהמומנט האפקטיבי של המנועים הראשיים, קיים איום של הפחתת מהירות והפחתת תדר. להפחתת העומס יש השפעה הפוכה.

כדי לשמור על התדר, יש צורך לשנות את ההספק האפקטיבי הכולל של המנועים הראשיים בהתאם: עלייה במקרה הראשון, ירידה במקרה השני. לכן, על מנת לשמור ברציפות על התדר ברמה נתונה, המערכת חייבת להיות בעלת אספקה ​​מספקת של כוח המתנה נייד במיוחד.

המשימה של ויסות התדרים מוקצית לתחנות ייעודיות הפועלות עם כמות מספקת של כוח חופשי, מגויס במהירות. מפעלים הידרואלקטריים מסוגלים להתמודד בצורה הטובה ביותר עם אחריות זו.

למידע נוסף על תכונות ושיטות בקרת תדרים, ראה כאן: ויסות תדרים במערכת החשמל