Belastingsmodi van energiesystemen en optimale belastingsverdeling tussen energiecentrales
De manier waarop energie wordt verbruikt en daarmee de belasting van de systemen is ongelijk: het kent karakteristieke schommelingen binnen een dag, maar ook seizoensfluctuaties binnen een jaar. Deze schommelingen worden voornamelijk bepaald door het werkritme van de ondernemingen — consumenten van elektriciteit, in mindere mate gerelateerd aan dit levensritme van de bevolking — door geografische factoren.
Over het algemeen wordt de dagelijkse cyclus altijd gekenmerkt door een meer of mindere vermindering van het verbruik 's nachts, voor de jaarcyclus - in de zomermaanden. De diepte van deze belastingfluctuaties is afhankelijk van de samenstelling van de gebruikers.
Ondernemingen die de klok rond werken, vooral met overwegend continue technologische processen (metallurgie, chemie, kolenmijnindustrie), hebben bijna dezelfde consumptiewijze.
Bedrijven uit de metaalverwerkende en machinebouwindustrie, zelfs met drieploegendienst, hebben merkbare schommelingen in het energieverbruik die verband houden met de gebruikelijke afname van de productieactiviteit tijdens nachtdiensten. Bij het werken in één of twee ploegen 's nachts wordt een sterke daling van het energieverbruik waargenomen. Ook in de zomermaanden is een merkbare daling van het verbruik waar te nemen.
Nog sterkere schommelingen in het energieverbruik zijn kenmerkend voor bedrijven in de voedings- en lichte industrie.De grootste ongelijke consumptie wordt waargenomen in de sector huishoudens.
De belastingsmodus van het systeem weerspiegelt al deze fluctuaties in energieverbruik in een gesommeerde en natuurlijk enigszins afgevlakte vorm. Belastingscondities worden meestal weergegeven in de vorm van een belastingsschema.
Op de daggrafiek worden de uren op de abscis uitgezet en de belastingen in MW of % van de maximale belasting op de ordinaat. De maximale belasting valt meestal in de avonduren, wanneer de verlichting bovenop het productie-energieverbruik komt. Daarom verschuift het maximale punt binnen het jaar wat.
Er is een belastingspiek in de ochtenduren, die een weerspiegeling is van maximale productieactiviteit. 'S Middags neemt de belasting af,' s nachts neemt deze sterk af.
Maanden worden uitgezet op de abscis van jaargrafieken, en maandelijkse kilowattuurhoeveelheden of maandelijkse piekbelastingen worden uitgezet op de ordinaat. De maximale belasting daalt aan het einde van het jaar - vanwege de natuurlijke toename gedurende het jaar.
Aan de ene kant de ongelijke laadmodus, de verscheidenheid aan energieproductieapparatuur en de operationele en technisch-economische kenmerken ervan, vormen een complexe taak voor het systeempersoneel voor een optimale verdeling van de belasting tussen stations en opwekkingseenheden.
Energieopwekking heeft een prijs. Voor thermische stations — dit zijn brandstofkosten, naast het onderhoud van servicepersoneel, reparaties aan apparatuur, afschrijvingen.
Op verschillende stations, afhankelijk van hun technisch niveau, vermogen, uitrustingstoestand, zijn de specifieke productiekosten van één Vt • h verschillend.
Het algemene criterium voor de verdeling van de belasting tussen stations (en binnen een station tussen blokken) zijn de minimale totale bedrijfskosten voor de productie van een bepaalde hoeveelheid elektriciteit.
Per station (elke eenheid) kunnen kosten gepresenteerd worden in functionele relatie tot de laadmodus.
De voorwaarde voor het minimum van de totale kosten en daarmee de voorwaarde voor een optimale verdeling van belastingen in het systeem is als volgt geformuleerd: de belasting moet zo worden verdeeld dat de gelijkheid van de relatieve stappen van de stations (eenheden) altijd behouden blijft.
Vrijwel relatieve stappen van stations en eenheden bij verschillende waarden van hun belastingen worden vooraf berekend door verzenddiensten en worden weergegeven als curven (zie afbeelding).
Relatieve groeicurven
De horizontale lijn geeft de verdeling van deze belasting weer die overeenkomt met de optimale toestand.
De optimale verdeling van de systeembelasting tussen de stations heeft ook een technische kant.De units die het variabele deel van de belastingscurve dekken, met name de scherpe bovenste pieken, worden gebruikt onder snel veranderende belastingsomstandigheden, soms met dagelijkse stop-starts.
Moderne krachtige stoomturbine eenheden zijn niet aangepast aan een dergelijke manier van werken: ze hebben vele uren nodig om te starten, werking in een variabele belastingsmodus, vooral met frequente stops, leidt tot een toename van ongevallen en versnelde slijtage, en gaat ook gepaard met een extra nogal gevoelig overmatig verbruik van brandstof.
Om de "pieken" van de belasting in de systemen te dekken, worden daarom eenheden van een ander type gebruikt, die technisch en economisch goed zijn aangepast aan een werkingsmodus met een scherpe variabele belasting.
Hiervoor zijn ze ideaal waterkrachtcentrales: het opstarten van de hydraulische eenheid en zijn volledige belasting duurt één tot twee minuten, gaat niet gepaard met extra verliezen en is technisch vrij betrouwbaar.
Waterkrachtcentrales die zijn ontworpen om piekbelastingen op te vangen, worden gebouwd met een drastisch verhoogde capaciteit: dit vermindert de kapitaalinvestering met 1 kW, wat het vergelijkbaar maakt met de specifieke investering in krachtige thermische centrales en zorgt voor een vollediger gebruik van waterbronnen.
Aangezien de mogelijkheden om waterkrachtcentrales te bouwen in veel gebieden beperkt zijn, waar de topografie van het gebied het mogelijk maakt om voldoende hoofden te verkrijgen, worden waterkrachtcentrales met pompaccumulatie (PSPP) gebouwd om de belastingspieken te dekken.
De eenheden van zo'n station zijn meestal omkeerbaar: tijdens systeemstoringen 's nachts werken ze als pompeenheden, waardoor water wordt opgepompt in een hoog geplaatst reservoir. Tijdens vollasturen werken ze in de elektriciteitsopwekkingsmodus door het water in de tank van energie te voorzien.
Ze worden veel gebruikt om de belastingspieken van gasturbine-energiecentrales te dekken. Het opstarten duurt slechts 20-30 minuten, het aanpassen van de belasting is eenvoudig en economisch. Ook de kostencijfers van piek-GTPP's zijn gunstig.
Indicatoren voor de kwaliteit van elektrische energie zijn de mate van constantheid van frequentie en spanning. Het handhaven van een constante frequentie en spanning op een bepaald niveau is van groot belang. Naarmate de frequentie afneemt, neemt de snelheid van de motoren proportioneel af, waardoor de prestaties van de door hen aangedreven mechanismen afnemen.
Men moet niet denken dat het verhogen van de frequentie en spanning een gunstig effect heeft. Naarmate de frequentie en spanning toenemen, nemen de verliezen in magnetische circuits en spoelen van alle elektrische machines en apparaten sterk toe, neemt hun opwarming toe en versnelt de slijtage. Daarnaast dreigt de verandering in de frequentie en dus in het toerental van de motoren het product vaak af te wijzen.
Frequentieconstantie wordt verzekerd door gelijkheid te handhaven tussen het effectieve vermogen van de primaire motoren van het systeem en het totale tegengestelde mechanische moment dat ontstaat in de generatoren door de interactie van magnetische fluxen en stromen. Dit koppel is evenredig met de elektrische belasting van het systeem.
De belasting van het systeem verandert constant.Als de belasting toeneemt, wordt het remkoppel in de generatoren groter dan het effectieve koppel van de hoofdmotoren, dreigt snelheidsverlaging en frequentieverlaging. Het verminderen van de belasting heeft het tegenovergestelde effect.
Om de frequentie te behouden, is het noodzakelijk om het totale effectieve vermogen van de hoofdmotoren dienovereenkomstig te wijzigen: een toename in het eerste geval, een afname in het tweede. Om de frequentie continu op een bepaald niveau te houden, moet het systeem daarom beschikken over voldoende extreem mobiel standby-vermogen.
De taak van frequentieregeling is toegewezen aan aangewezen stations die werken met voldoende gratis, snel gemobiliseerde stroom. Waterkrachtcentrales kunnen deze verantwoordelijkheden het beste aan.
Zie hier voor meer informatie over functies en methoden voor frequentieregeling: Frequentieregeling in het voedingssysteem