Основные требования к работе ТЭС и АЭС – это обеспечение надежности, безопасности и экономичности их эксплуатации.
Надежность означает обеспечение бесперебойного (непрерывного) снабжения потребителей электрической и тепловой энергией. Данное требование является первостепенным по важности. Особенно это касается электроснабжения, так как даже кратковременное прекращение подачи электроэнергии может привести к масштабным негативным последствиям.
Требование безопасности включает в себя обеспечение безопасной работы персонала электростанций, безопасности для населения и минимизации вредного воздействия работы ТЭС и АЭС на окружающую среду.
Требование экономичности означает достижение оптимальных технико-экономических показателей работы электростанции, что необходимо для ее конкурентоспособности в рыночной экономике.
Какие электрические и тепловые нагрузки могут покрываться тепловыми и атомными электростанциями? Какие существуют графики электрических и тепловых нагрузок?
Электрические нагрузки включают в себя следующие основные составляющие:
- промышленная (производственная) нагрузка, обусловленная работой предприятий;
- обеспечение работы электрифицированного транспорта (трамваи, троллейбусы, метрополитен, электрифицированный железнодорожный транспорт);
- осветительно-бытовая нагрузка (внешнее освещение улиц, внутреннее освещение зданий, электробытовые приборы).
Тепловые нагрузки включают в себя:
- производственную нагрузку (снабжение промышленных предприятий тепловой энергией для обеспечения технологических процессов и работы силовых установок);
- отопительную нагрузку (обеспечение температурного режима во внутренних помещениях промышленных, жилых и общественных зданий);
- горячее водоснабжение в бытовых целях.
Существуют следующие графики электрических нагрузок:
- суточный график, отражающий влияние таких факторов как работа многосменных предприятий, неравномерность в течение суток осветительно-бытовой нагрузки, режимы работы городского электрифицированного транспорта; в течение суток имеется два пика нагрузки – в утренние и вечерние часы, в ночное время наблюдается глубокий спад нагрузки;
- недельный график (в субботние, а особенно в воскресные и общевыходные праздничные дни нагрузка уменьшается, так как часть предприятий не работает);
- годовой график (в летние месяцы нагрузка падает в связи с выводом в ремонт части оборудования; в конце года нагрузка может возрастать при вводе в эксплуатацию новых предприятий);
- годовой график электрических нагрузок по продолжительности (рис. 1).
Рис. 1. Годовой график электрических нагрузок по продолжительности (I, II и III – области пиковых, промежуточных и базовых нагрузок соответственно)
Произвольная точка на этом графике показывает, сколько часов в году имеет место уровень электрической нагрузки не ниже, чем в данной точке. Например, точка А на графике означает, что в течение τА часов в году суммарная электрическая нагрузка будет не меньше, чем NА. Следовательно, годовой график электрических нагрузок по продолжительности показывает, сколько времени в году и какую минимально необходимую рабочую мощность электрогенерирующих агрегатов должна обеспечить энергосистема.
Существуют аналогичные графики тепловых нагрузок – суточный, недельный, годовой, а также годовой график тепловых нагрузок по продолжительности.
Какие существуют показатели режимов производства и потребления электрической и тепловой энергии?
Степень загрузки оборудования характеризуется коэффициентом использования установленной мощности (КИУМ). Он равен отношению фактической годовой выработки энергии (электрической или тепловой) к тому количеству энергии, которое было бы выработано, если бы оборудование проработало все 8760 часов в году на номинальной мощности. Например, для энергоблока с номинальной электрической мощностью 1000000 кВт КИУМ будет равен 0,75 в том случае, когда выработка электроэнергии за год составит 1000000∙8760∙0,75 кВт∙ч.
Для определения степени загрузки оборудования можно также рассчитать число часов использования установленной мощности, т.е. число часов, которое понадобилось бы для выработки фактически произведенного за год количества электроэнергии, если бы оборудование работало только на номинальной мощности.
Каковы возможность и целесообразность аккумулирования электрической и тепловой энергии?
Одним из главных достоинств электрической энергии является возможность ее превращения в другие виды энергии, например, механическую, световую, тепловую, химическую. Но потребление электроэнергии связано с одним весьма жестким ограничением: передаваемая потребителям с помощью электросетей электрическая энергия должна использоваться в тот же момент, когда она произведена (время передачи по сетям можно не принимать во внимание, так как оно ничтожно).
Имеющиеся в настоящее время аккумуляторы электрической энергии имеют высокую стоимость и небольшую емкость, поэтому непосредственное аккумулирование электроэнергии в промышленных масштабах экономически нецелесообразно и технически почти неосуществимо.
Одним из возможных способов решения этой проблемы может стать строительство гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС), желательно в комплексе с ТЭС или АЭС (рис. 2).
Рис. 2. Общая схема ГАЭС
В ночное время, когда происходит спад электрических нагрузок, часть мощности ТЭС или АЭС расходуется на транспортировку (перекачивание) воды по большим трубопроводам из нижнего озера в верхнее – это насосный режим работы ГАЭС. А во время пиковых нагрузок ГАЭС переходит на генераторный режим, т.е. вырабатывает электроэнергию за счет вращения гидрогенераторов водой, стекающей из верхнего озера в нижнее.
Что касается аккумулирования тепловой энергии, то эта проблема менее острая, так как тепловые сети имеют значительную инерционность вследствие их большого объема. Это означает, что прекращение отпуска тепловой энергии сказывается, например, на температурном режиме отапливаемых помещений не сразу, а спустя какое-то время.
На ряде электростанций сооружаются аккумуляторы тепловой энергии в виде больших емкостей, заполняемых нагретой водой. Такие тепловые аккумуляторы в случае их повреждения могут представлять серьезную опасность.