Режимы работы и эксплуатации ТЭС Режимы работы энергосистем. Общая характеристика
Режимы работы и эксплуатации ТЭС Понятие энергосистемы • • • Энергетическая система — совокупность производственных и иных имущественных объектов электроэнергетики, связанных единым процессом производства (в том числе производства в режиме комбинированной выработки электрической и тепловой энергии) и передачи электрической энергии в условиях централизованного оперативно-диспетчерского управления в электроэнергетике. Электрические сети – это система линий электропередачи, а также специального оборудования, которая служит для транспортировки и распределения электрической энергии, конечным звеном которого является абонент электрического потребления. Параллельная работа электростанций в масштабе Единой энергосистемы позволяет реализовать следующие преимущества: снижение суммарного максимума нагрузки ЕЭС России на 5 ГВт; сокращение потребности в установленной мощности электростанций на 10 -12 ГВт; оптимизация распределения нагрузки между электростанциями в целях сокращения расхода топлива; применение высокоэффективного крупноблочного генерирующего оборудования; поддержание высокого уровня надёжности и живучести энергетических объединений.
Режимы работы и эксплуатации ТЭС Основные характеристики энергосистем Одной из основных характеристик электростанций (энергосистем) является их мощность. При этом используется ряд понятий (показателей) мощности электростанций со следующей терминологией. Установленная мощность (Nуст) - сумма номинальных (по паспорту) мощностей всех установленных там первичных двигателей (паровых, газовых или гидравлических турбин или других двигателей) для привода электрических генераторов. Сюда включаются резервные (Np 2), а также находящиеся в ремонте или в реконструкции агрегаты (Nрем). Располагаемая мощность (Nрасп) - установленная мощность за вычетом мощности агрегатов Nрем, находящихся в ремонте или в реконструкции. Дополнительно учитываются технические ограничения Nогр, связанные с конструктивными или технологическими причинами (недостаточная производительность механизмов собственных нужд, тягодутьевых машин у котлов, низкое качество топлива и другое). В результате располагаемая мощность электростанции (энергосистемы) находится по формуле: Nрасп = Nуст – Nрем – Nогр
Режимы работы и эксплуатации ТЭС Рабочая мощность (Nраб) – суммарная по паспортам мощность всех работающих агрегатов. Она получается вычитанием из располагаемой мощности резерва второго рода Np 2 (явного резерва) в виде неработающих, но пригодных к работе агрегатов, пуск которых требует, однако, некоторого времени: Nраб = Nрасп – Nр2 Фактическая мощность (Nфакт) – фактическая в каждый момент времени мощность электростанции (энергосистемы), которая равна рабочей мощности за вычетом скрытого (вращающего) резерва или резерва первого рода Nр1 в виде работающих по графику нагрузки, но не полностью нагруженных агрегатов: Nфак = Nраб – Nр1
Режимы работы и эксплуатации ТЭС Основные параметры и режимы работы энергосистем и их характеристики Под режимами энергосистемы понимается совокупность её состояний и процессов перехода из одного состояния в другое, определяющихся большим количеством её параметров. Основными электрическими параметрами здесь являются частота и напряжение генерируемого тока. Одновременно они являются и показателями качества отпускаемой электроэнергии, устанавливаемыми ГОСТ 13109 -97 «Нормы качества электроэнергии в системах электроснабжения общего назначения» . Частота электрического тока является общесистемным параметром и должна поддерживаться на уровне 50 Гц. В нормальных режимах работы энергосистемы России допускается отклонение частоты тока в среднем ± 0, 1 Гц, что для паротурбинных агрегатов с номинальной частотой вращения в 3000 об/мин соответствует отклонениям скорости их вращения на ± 6 об/мин. Допускается временная работа энергосистемы с отклонениями частоты до ± 0, 2 Гц. Кроме того в переходных режимах работы допускается предельное отклонение частоты до ± 0, 4 Гц (± 24 об/мин).
Режимы работы и эксплуатации ТЭС Напряжение является режимным параметром, характеризующим качество электроэнергии на данном участке энергосистемы. Допустимые отклонения напряжения здесь от нормы устанавливаются в первую очередь его допустимыми отклонениями на приемниках электроэнергии, при которых обеспечивается ее эффективное использование и надежность работы потребителей. На основании этих допущений устанавливаются нормы отклонения напряжений на шинах пунктов питания распределительной сети. ГОСТ 13109 -97 устанавливает нормально-допустимое отклонение в соответствии с «Нормами качества электроэнергии» предельно допустимые отклонения напряжения в 10 %. Напряжение в электрической сети регулируется оперативным персоналом в соответствии с заданными графиками напряжения в основных узлах, служащих контрольными точками.
Режимы работы и эксплуатации ТЭС Графики нагрузки Суточный график нагрузки Суточный электрический график нагрузки энергосистемы обычного рабочего дня (рис. 1) чаще всего имеет два пика нагрузки – утренний и вечерний и два провала – дневной и ночной. Нижнюю часть графика с постоянной нагрузкой принято называть базовой, верхняя часть делится на полупиковую и пиковую зоны. Рис. 1. График нагрузки с выделением рабочих зон.
Режимы работы и эксплуатации ТЭС Недельные графики для летнего и зимнего сезона.
Режимы работы и эксплуатации ТЭС Изменение максимумов нагрузки в течение года
Режимы работы и эксплуатации ТЭС Для оценки степени неравномерности графиков нагрузки используют ряд показателей: - коэффициент неравномерности суточной нагрузки (Кнер), равный отношению минимальной нагрузки (Nmin) к её максимальному значению (Nmax): Кнер = Nmin / Nmax ; - коэффициент плотности (заполнения) графика нагрузки (Кзап), равный отношению суточного потребления электроэнергии (Эсут) к максимально возможному: Кзап = Эсут / (Nmax*24) ; - коэффициент регулирования (Крег), равный отношению разности максимакльной и минимальной суточной нагрузки к максимальной: Крег =( Nmax – Nmin)/ Nmax.
Режимы работы и эксплуатации ТЭС Кроме того существенной характеристикой графиков нагрузки является скорость её изменения WN, представляющая изменение нагрузки в единицу времени или производную от потребляемой мощности во времени. В первую очередь эта величина важна для периода подъема нагрузки: WN ≡ ΔN / Δτ ≡ d. N / dτ. Величина WN в определённые периоды работы энергосистемы может достигать 3% в минуту, что требует высоких маневренных характеристик энергетического оборудования и особенно важно при подъёме нагрузки.
Режимы работы и эксплуатации ТЭС Баланс генерируемой мощности и потребления электроэнергии в энергосистеме Баланс активной мощности В энергосистеме в любой момент времени соблюдается баланс активных мощностей. Баланс активной мощности в условно изолированной энергосистеме в момент времени t имеет вид: где - суммарная генерируемая активная мощность генераторов; - сумма потерь мощности в сети; - суммарная мощность собственных нужд электростанций энергосистемы; - суммарная нагрузка потребителей. Правая часть уравнения – потребляемая мощность (нагрузка), левая – генерируемая активная мощность. Нарушение баланса активной мощности приводит к снижению частоты электрического тока в системе, т. е. к снижению качества электрической энергии. Рассмотрим составляющие этого баланса.
Режимы работы и эксплуатации ТЭС Учитывая, что практически все энергосистемы России взаимосвязаны, для отдельной системы из группы баланс активной мощности будет иметь следующее выражение: где - суммарная мощность, получаемая со стороны в каждый момент времени из других систем; - суммарная мощность, передаваемая в каждый момент времени в другие системы. Оптимизация режима начинается с составления баланса мощности. Для целей эксплуатации такой баланс планируется помесячно и для каждых суток. При планировании режимов работы и развития энергосистемы составляются плановые балансы мощности на более длительный период (годовой, перспективный на несколько лет), которые нужны для периода прохождения годового максимума нагрузки (обычно это последняя декада декабря).
Режимы работы и эксплуатации ТЭС Баланс реактивной мощности Аналогично балансу активной мощности в энергосистемах должен соблюдаться баланс реактивной мощности, который влияет на уровни напряжения: где - реактивная мощность генераторов электростанций; - мощность компенсирующих устройств (регулируемых и нерегулируемых); - зарядная мощность линий электропередачи; - реактивная мощность потребителей; - - потери реактивной мощности. При снижении приходной части баланса реактивной мощности происходит снижение уровня напряжения в электрической сети и, как правило, рост потерь активной мощности. Поэтому, баланс должен быть составлен так, чтобы поддержать во всех узлах допустимые уровни напряжения.
Режимы работы и эксплуатации ТЭС Резервирование мощности Резервом генерирующей мощности называется разность между располагаемой мощностью и её нагрузкой (фактической мощностью) в каждый данный момент времени. По своему функциональному назначению резерв генерирующей мощности разделяется на две составляющие: ремонтный резерв и оперативный резерв. Ремонтный резерв предназначен для компенсации снижения располагаемой мощности системы, вызываемого выводом генерирующего оборудования в предупредительный или плановый (текущий, средний, капитальный) ремонт или на реконструкцию. Этот резерв устанавливается в первую очередь в тех случаях, если «ремонтная площадка» в летние месяцы не обеспечивает проведение полного объёма ремонтных работ. Оперативный резерв предназначен для компенсации небаланса между генерированием и потреблением мощности, вызванного отказами элементов оборудования, непредвиденным увеличением нагрузки, а также её случайными колебаниями. Поэтому при возникновении небалансов мощности оперативный резерв в свою очередь делят на аварийный и нагрузочный. Аварийный резерв служит для компенсации снижения располагаемой мощности системы, вызванного частичными или полными отказами оборудования. Обычно величина аварийного резерва выбирается такой, чтобы быть не меньше мощности самого мощного агрегата. Нагрузочный резерв служит для компенсации покрытия непредвиденного увеличения нагрузки, включая её случайные колебания. Оперативный резерв обычно меньше суммы его арифметических составляющих, поскольку причины, вызывающие необходимость их использования, являются случайными и одновременное их появление маловероятно.
Режимы работы и эксплуатации ТЭС Регулирование частоты и активной мощности в энергосистеме Регулирование активной нагрузки 1. Основная задача регулирования нагрузки в энергосистеме состоит в том, чтобы приводить выработку электроэнергии в соответствии с непрерывно меняющимся потреблением, обеспечивая при этом минимальные суммарные затраты, связанные с производством электроэнергии. Сложность решения данной задачи состоит в том, что практически невозможно в каждый момент времени определить суммарную мощность, потребляемую всеми потребителями в энергосистеме. По существу единственным источником информации о величине несоответствия выработки электроэнергии ее потреблению является отклонение частоты в энергосистеме от номинального значения. Задачи регулирования мощности и частоты в системе решаются совместно службой диспетчерского управления и системой автоматического регулирования частоты и активной мощности. Эта задача решается в несколько этапов. На первом этапе, на основании статистических данных по энергосистеме за предыдущие периоды работы, а также на основании заявок и планов работы различных потребителей разрабатываются планируемые графики нагрузки энергосистемы. Эти графики разрабатываются на длительную перспективу с учетом возможных уровней изменения нагрузки потребителей за этот период, а также суточные и недельные. На втором этапе, на основании анализа состояния энергогенерирующего оборудования, его экономических показателей, а также уровня потребления тепловой нагрузки проводится распределение нагрузки между электростанциями (подробно о методах распределения нагрузки между станциями и агрегатами будет сказано ниже). Далее разрабатываются плановые графики работы электростанций, которые выдаются последним в виде графиков плановых заданий. Если бы фактическое потребление энергии соответствовало бы полностью плановому, то выполнение плановых графиков обеспечило бы поддержание заданных параметров (частоты и напряжения) в энергосистеме. В реальных условиях эксплуатации потребление электроэнергии, как правило, отличается от планового, кроме этого в силу объективных причин (например, отказов) генерация мощности может отличаться от плановой. Все эти перечисленные факторы в первую очередь и приводят к отклонению основных параметров (частоты и напряжения) в системе от нормы. Регулирование мощности таким образом состоит в покрытии неплановых отклонений потребляемой мощности, что по существу является третьим этапом регулирования нагрузки.
Режимы работы и эксплуатации ТЭС Регулирование частоты и активной мощности в энергосистеме В целом регулирование частоты происходит как бы в два этапа: первичное и вторичное регулирование частоты. Первичное регулирование частоты в энергосистеме- совместное регулирование мощности потребителей и электростанций Первичное регулирование электростанций – процесс изменения мощности электростанции под воздействием систем первичного регулирования, вызванной изменением частоты в системе и направленной на уменьшение этого изменения. Первичное регулирование мощности нагрузки потребителей (регулирующий эффект нагрузки по частоте)-изменение мощности потребляемой при изменении частоты вследствие саморегулирования. Первичное участие частоты определяется статической характеристикой регулирования скорости энергоблоков , представляющей собой график зависимости равновесных значений частоты вращения ротора турбины n или соответствующей ей частоты в энергосистеме f от мощности турбины N. Наклон этой характеристики определяется коэффициентом неравномерности = (nmax – nmin) no, где nmax и nmin –максимальное и минимальное значение частоты вращения, соответствующие холостому ходу и полной нагрузке; n 0 - номинальная частота вращения.
Режимы работы и эксплуатации ТЭС Регулирование частоты и активной мощности в энергосистеме Статическая характеристика
Режимы работы и эксплуатации ТЭС Регулирование частоты и активной мощности в энергосистеме Статическая характеристика
Режимы работы и эксплуатации ТЭС Регулирование частоты и активной мощности в энергосистеме Регулирующий эффект нагрузки При отклонении частоты и напряжения в сети от нормы, потребление как активной так и реактивной мощности изменяется. Это явление получило название регулирующего эффекта нагрузки или явлением самовыравнивания. Регулирующий эффект активной нагрузки по частоте выражается в меговаттах на герц или в % изменения суммарной нагрузки системы на 1 % отклонения частоты, а по напряжению в МВт на киловольт или в % изменения суммарной нагрузки на 1 % изменения напряжения. Регулирующий эффект неодинаков для различных систем и в различные часы суток для одной и той же системы и зависит от состава потребителей. С этой точки зрения потребители могут быть разбиты на три категории. К первой категории относятся потребители с нагрузкой, имеющей характер активного сопротивления (эл. печи, осветительные и бытовые нагревательные приборы). Активная мощность потребителей этой категории не зависит от частоты и при изменении частоты их нагрузка остается постоянной: P 1 = const В этом случае d. P 1 / df = 0
Режимы работы и эксплуатации ТЭС Регулирование частоты и активной мощности в энергосистеме Ко второй категории относятся синхронные и асинхронные электродвигатели с постоянным моментом на валу (двигатели металлообрабатывающих станков, барабанных углеразмольных мельниц, подъемных кранов и др. ), активная мощность которых меняется пропорционально первой степени частоты. В этом случае момент на валу двигателя остается постоянным M 2 = const. Нагрузка на валу двигателя пропорциональна моменту и скорости вращения: P 2 = M 2 где – угловая скорость вращения, с-1 В этом случае изменение мощности прямо пропорционально относительному изменению частоты Р 2=Р 20*f 2/f 0
Режимы работы и эксплуатации ТЭС Регулирование частоты и активной мощности в энергосистеме Асинхронные двигатели, приводящие в движение механизмы вентиляторного типа (вентиляторы, дымососы, центробежные и лопастные водяные насосы), относятся к третьей категории потребителей. Момент сопротивления таких механизмов изменяется в зависимости от значения статического напора с полуторной, второй, третьей и даже четвертой степенью частоты (n). Соответственно мощность двигателей этой категории изменяется пропорционально второй, третьей, четвертой или пятой степени частоты. В этом случае, мощность на валу двигателя зависит от частоты Р 2=Р 20*(f 2/f 0) n+1
Режимы работы и эксплуатации ТЭС Регулирование частоты и активной мощности в энергосистеме Регулирующий эффект нагрузки по напряжению Регулирующий эффект активной нагрузки по напряжению также приводит к уменьшению потребления активной мощности в системе на 0, 5% (при большом наличии в составе нагрузки асинхронных и синхронных двигателей, активная мощность которых почти не зависит от напряжения) и на 2, 0 -2, 5 % (при большом количестве в составе нагрузки потребителей первой категории, сильно зависящих от напряжения) на 1 % понижения напряжения β Р 1=Р 0(U 1/U 0) Здесь β – показатель степени, равный для ламп накаливания 1, 6, для печей – 2, 0, и в среднем = 1, 8. Следовательно, на 1 % понижения напряжения изменение потребляемой мощности составляет приблизительно 1, 8 %.
Спасибо за внимание!
Скачать презентацию Режимы работы и эксплуатации ТЭС Режимы работы энергосистем
Режимы - лекция 1.pptx