Az energiarendszerek terhelési módjai és az erőművek közötti optimális terheléselosztás
Az energiafelhasználás módja és ezért a rendszerek terhelése egyenetlen: jellemző egy napon belüli ingadozások, valamint szezonális ingadozások egy éven belül. Ezeket az ingadozásokat elsősorban a vállalkozások – a lakossági életritmushoz kapcsolódó villamosenergia-fogyasztók – munkaritmusa határozza meg, kisebb mértékben a földrajzi tényezők.
Általában a napi ciklust mindig az éjszakai fogyasztás kisebb-nagyobb csökkenése jellemzi, az éves ciklusra vonatkozóan – a nyári hónapokban. A terhelési ingadozások mélysége a felhasználók összetételétől függ.
Az éjjel-nappal működő vállalkozások, különösen a folyamatos technológiai folyamatok túlsúlya mellett (kohászat, kémia, szénbányászat), közel azonos fogyasztási módot alkalmaznak.
A fémfeldolgozó és a gépgyártó ipar vállalkozásainál még három műszakos munkavégzés esetén is észrevehető az energiafelhasználás ingadozása, amely az éjszakai műszakban szokásos termelési aktivitás csökkenésével jár. Éjszakai egy vagy két műszakban végzett munka során az energiafogyasztás meredek csökkenése figyelhető meg. A fogyasztás észrevehető csökkenése a nyári hónapokban is megfigyelhető.
Az energiafelhasználás még nagyobb ingadozása az élelmiszer- és könnyűipari vállalkozásokra jellemző, a legnagyobb egyenetlen fogyasztás a háztartási szektorban figyelhető meg.
A rendszer terhelési módja az energiafogyasztás mindezen ingadozásait összegezve és természetesen némileg simított formában tükrözi. A terhelési feltételeket általában terhelési ütemterv formájában mutatják be.
A napi grafikonon az órákat az abszcisszán, a terheléseket MW-ban vagy a maximális terhelés %-ában az ordinátán ábrázoljuk. A maximális terhelés leggyakrabban az esti órákra esik, amikor a világítást a termelési energiafogyasztásra fordítják. Emiatt a maximum pont az éven belül valamelyest eltolódik.
A délelőtti órákban terhelési csúcs van, ami a maximális termelési aktivitást tükrözi. Délután a terhelés csökken, éjszaka erősen csökken.
A hónapok az éves diagramok abszcisszán, a havi kilowattóra mennyiségek vagy a havi csúcsterhelések pedig az ordinátán vannak ábrázolva. A maximális terhelés az év végére esik – az év közbeni természetes növekedés miatt.
Az egyenetlen töltési mód, egyrészt az energiatermelő berendezések sokfélesége, működési és műszaki-gazdasági jellemzői, másrészt komplex feladat elé állítják a rendszer munkatársait az állomások és a termelőegységek közötti optimális terheléselosztás érdekében.
Az áramtermelésnek ára van. Mert termálállomások — ezek üzemanyagköltségek, a szervizszemélyzet karbantartása, berendezésjavítások, értékcsökkenési leírások mellett.
A különböző állomásokon műszaki színvonaluktól, teljesítményüktől, felszereltségüktől függően egy Vt • h fajlagos előállítási költsége eltérő.
Az állomások közötti (és az állomáson belül a blokkok közötti) terheléselosztás általános kritériuma egy adott mennyiségű villamos energia előállításának minimális összköltsége.
Az egyes állomások (egységenként) költségei a töltési módhoz képest funkcionális összefüggésben jeleníthetők meg.
Az összköltség minimumának és ezáltal a rendszerben a terhelések optimális eloszlásának feltétele a következőképpen fogalmazódik meg: a terhelést úgy kell elosztani, hogy az állomások (egységek) egymáshoz viszonyított lépéseinek egyenlősége mindig megmaradjon.
Az állomások és egységek szinte relatív lépéseit különböző terhelési értékekkel a diszpécserszolgálatok előre kiszámítják, és görbékként jelenítik meg (lásd a képet).
Relatív növekedési görbék
A vízszintes vonal ennek a terhelésnek az optimális állapotnak megfelelő eloszlását tükrözi.
A rendszerterhelés állomások közötti optimális elosztásának technikai oldala is van.A terhelési görbe változó részét, különösen az éles felső csúcsokat lefedő egységek gyorsan változó terhelési viszonyok között üzemelnek, esetenként napi leállásokkal.
Modern erős gőzturbinás egységek nem igazodnak ehhez az üzemmódhoz: sok órát vesz igénybe az indítás, a változó terhelésű üzemmód, különösen gyakori leállások esetén, a balesetek számának növekedéséhez és gyorsuló kopáshoz vezet, valamint egy további meglehetősen érzékeny túlfogyasztáshoz is kapcsolódik üzemanyag.
Ezért a rendszerekben lévő terhelési "csúcsok" lefedésére más típusú egységeket használnak, amelyek műszakilag és gazdaságilag jól illeszkednek az élesen változó terhelésű üzemmódhoz.
Ideálisak erre a célra vízierőművek: a hidraulikus egység beindítása és teljes terhelése egy-két percet vesz igénybe, nem jár további veszteséggel és műszakilag meglehetősen megbízható.
A csúcsterhelések fedezésére tervezett vízerőművek látványosan megnövelt kapacitással épülnek: ez 1 kW-tal csökkenti a tőkebefektetést, ami összevethető a nagy teljesítményű hőerőművek fajlagos beruházásával, és a vízkészletek teljesebb kihasználását biztosítja.
Mivel sok területen korlátozottak a vízierőművek építési lehetőségei, ahol a terület domborzata lehetővé teszi kellően nagy magasságok elérését, a terhelési csúcsok fedezésére szivattyús tározós vízerőműveket (PSPP) építenek.
Az ilyen állomás egységei általában megfordíthatók: éjszakai rendszerhiba óráiban szivattyúegységként működnek, magasan elhelyezett tározóban vizet emelve. A teljes terhelési órákban a tartályban tárolt víz energiával történő feltöltésével áramtermelő üzemmódban működnek.
Széles körben használják a gázturbinás erőművek terhelési csúcsainak lefedésére. Beindításuk mindössze 20-30 percet vesz igénybe, a terhelés beállítása egyszerű és gazdaságos. A GTPP csúcsértékek költségadatai is kedvezőek.
Az elektromos energia minőségének mutatói a frekvencia és a feszültség állandóságának mértéke. Az állandó frekvencia és feszültség adott szinten tartása nagyon fontos. A frekvencia csökkenésével arányosan csökken a motorok fordulatszáma, ezért az általuk hajtott mechanizmusok teljesítménye csökken.
Nem szabad azt gondolni, hogy a frekvencia és a feszültség növelése jótékony hatással van. A frekvencia és a feszültség növekedésével minden elektromos gép és eszköz mágneses áramköreiben és tekercseiben a veszteségek meredeken megnövekednek, melegedésük növekszik, a kopás pedig felgyorsul. Ezenkívül a motorok frekvenciájának és így fordulatszámának változása gyakran a termék elutasításával fenyeget.
A frekvencia állandóságát a rendszer primer motorjainak effektív teljesítménye és a mágneses fluxusok és áramok kölcsönhatásából a generátorokban keletkező teljes ellentétes mechanikai nyomaték közötti egyenlőség fenntartása biztosítja. Ez a nyomaték arányos a rendszer elektromos terhelésével.
A rendszer terhelése folyamatosan változik, a terhelés növekedése esetén a generátorokban a fékezőnyomaték nagyobb lesz, mint a főmotorok effektív nyomatéka, fordulatszám- és frekvenciacsökkenés fenyeget. A terhelés csökkentése ellenkező hatást vált ki.
A frekvencia fenntartásához ennek megfelelően módosítani kell a főmotorok teljes effektív teljesítményét: az első esetben növelni, a másodikban csökkenteni. Ezért ahhoz, hogy a frekvenciát folyamatosan egy adott szinten tartsuk, a rendszernek elegendő, rendkívül mobil készenléti tápellátással kell rendelkeznie.
A frekvenciaszabályozás feladata a megfelelő mennyiségű szabad, gyorsan mozgósított teljesítménnyel működő kijelölt állomások feladata. A vízierőművek képesek a legjobban ellátni ezeket a feladatokat.
A frekvenciaszabályozás jellemzőivel és módszereivel kapcsolatos további információkért lásd itt: Frekvenciaszabályozás az elektromos rendszerben