Проблема покрытия неравномерных графиков электропотребления обострилась в связи с исчерпанием возможностей строительства таких эффективных источников пиковой мощности, как ГЭС, и с резким ограничением возможности использования газомазутного топлива для создания эффективных маневренных ТЭС. В будущем эта проблема осложнится в первую очередь тем, что вводы мощностей намечается осуществлять в основном на ТЭС и АЭС, использование которых в переменном режиме трудно и экономически нецелесообразно. Следовательно, актуальная уже в настоящее время проблема обеспечения графика нагрузки ЭЭС является долговременной нуждающейся в постоянном развитии и совершенствовании средств ее решения.
Неравномерность суточного графика нагрузки предъявляет специфические требования как к структуре генерирующих мощностей, так и к самим электростанциям С одной стороны, установленная мощность станций должна обеспечивать дневной и вечерний максимумы нагрузки в течение примерно 6 ч и вращающийся резерв, составляющий 3% от максимума. С другой стороны, необходимо снижение выдаваемой мощности во время прохождения ночного провала нагрузки. В 1980 г. при β = 0,54 около половины всех генерирующих мощностей ЭЭС европейской части СССР были загружены лишь в отдельные часы суток.
Современные ЭЭС включают в себя различные типы генерирующего оборудования: атомные конденсационные и тепловые конденсационные электростанции (АКЭС и КЭС), теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), атомные теплоэлектроцентрали (АТЭЦ) и гидравлические электростанции (ГЭС). Имеется несколько газотурбинных и гидроаккумулирующих электростанций (ГТС и ГАЭС).
Каждому из указанных типов станций в силу их маневренных характеристик отводится определенное место в покрытии графика нагрузок ЭЭС. В соответствии с зонами графика нагрузки классифицируют и генерирующие установки: базисные, полубазовые, полупиковые, пиковые.
Базисные установки — это агрегаты и станции, несущие постоянную (в рабочие дни — номинальную) нагрузку в суточном и недельном разрезах. К ним относятся АКЭС и мощные КЭС из-за практической невозможности и экономической нецелесообразности снижения их нагрузки. Роль базисных станций в зимнее время выполняют ТЭЦ и АТЭЦ, что вызвано необходимостью соблюдения заданного графика отпуска теплоты. При этом чем больше отпуск теплоты из регулируемых отборов ТЭЦ, тем меньше их регулировочный диапазон по выработке электроэнергии. В качестве базисной мощности используется также мощность, получаемая при работе станции на имеющемся стоке воды (среднесуточная обеспеченная мощность ГЭС).
Полубазовые установки — КЭС с агрегатами мощностью 200—300 МВт, предназначенные для работы с разгрузкой мощности в период прохождения ночного провала нагрузки.
Полупиковые установки — КЭС с агрегатами мощностью 100—200 МВт, значительно меняющие отдаваемую мощность не только во время ночного минимума, по п дневных максимумов нагрузки.
Пиковые установки — ГЭС, а также ТЭС с блоками мощностью 25—200 МВт, работающие только в часы покрытия максимума нагрузки. Считается экономичным использование специальных источников пиковой мощности — газотурбинных установок (ГТУ), работающих до 6 ч в сутки, а также ГАЭС.
Особые трудности в эксплуатации вызывает снижение относительного минимума нагрузки, в основном в ночное время, при этом вся тяжесть регулирования приходится на оборудование высокого давления (агрегаты мощностью 100, 150, 200 МВт). При регулировании ночных провалов агрегаты мощностью 150, 200 МВт разгружаются до 60%, а мощностью 100 МВт — до 5—10 МВт. Работа турбогенераторов при таких нагрузках обходится дороже, чем при работе постоянно на полную мощность, что объясняется двумя причинами. Во-первых, электростанция, работающая не на полную мощность, имеет более низкий КПД, следовательно, требуются добавочные расходы на топливо; во-вторых, приходится тратить деньги на эксплуатацию других станций, берущих на себя оставшуюся нагрузку. При этом возникает еще один негативный момент, объясняющийся зависимостью интенсивности эксплуатации электростанции от стоимости вырабатываемой ею энергии. Нагрузка дается в первую очередь на станцию, вырабатывающую более дешевую энергию, поэтому увеличение общего числа работающих электростанций ведет к повышению удельной стоимости энергии всей системы.
Выравнивание суточной нагрузки приводит к уменьшению износа и поломок оборудования на ТЭС и сокращению расходов на техническое обслуживание. Точная величина экономии зависит от ряда факторов, однако ее необходимо учитывать.
Структура генерирующих мощностей изменяется в следующих направлениях:
рост доли КЭС в энергосистемах;
возрастание единичных мощностей агрегатов АЭС и ТЭС (до 800—1500 ГВт) и одновременное снижение их устойчивости и маневренных характеристик; доля же агрегатов мощностью 50—200 МВт неуклонно снижается, большинство их подлежит демонтажу. В результате при нагрузках, составляющих 50% от номинальной, расход топлива увеличивается на 16—26 г/(кВт-ч). В ОЭС Центра, например, только от остановки энергоблоков ежегодно пережигается более 70 тыс. т условного топлива, а дополнительные затраты, связанные с работой блочного оборудования ТЭС в пиковом режиме, составляют 15 млн. руб/год.
Для работы в полубазовой и полупиковой зонах графика был спроектирован специальный маневренный блок мощностью 500 МВт на докритические параметры пара, использующий газомазутное топливо и уголь, не нашедший применения в ЭЭС.
Существует возможность применения оборудования базисных ТЭЦ для покрытия нагрузки в полупиковой и пиковой зонах, которая связана:
- с использованием теплоаккумулирующей способности зданий и сетей. Снижение отпуска теплоты от ТЭЦ в период прохождения максимума электрических нагрузок может быть скомпенсировано внутренним выделением аккумулированной теплоты в зданиях и сетях;
- с принудительной разгрузкой ТЭЦ — переходом от совместной выработки электроэнергии и теплоты к раздельной (теплоснабжению потребителей через редукционно-охладительное устройство). Такая разгрузка связана со значительным перерасходом топлива и раньше, когда развитие ЭЭС осуществлялось в основном за счет ввода ТЭЦ, экономически не оправдывалась. Однако с увеличением масштабов ввода АЭС, имеющих небольшую топливную составляющую, а также дефицитом органического топлива в европейской части страны принудительная разгрузка ТЭЦ экономически оправдана.
Для правильной оценки возможности и целесообразности использования ТЭЦ в полупиковой и пиковой зонах нагрузки необходимо совместное рассмотрение различных способов решения проблемы.
