Спрос на энергию сельскохозяйственных потребителей определяется в основном расходами на производственные моторные и электротепловые установки, бытовые электроприборы и на освещение жилых и общественных зданий и улиц. В зависимости от сочетания этих нагрузок потребление энергии в течение суток происходит неравномерно.
Осветительная нагрузка в сельских условиях является преобладающей и оказывает существенное влияние на характер энергопотребления в течение суток. В ночное время энергия расходуется в небольшом количестве и используется главным образом для освещения; в утренние часы с началом работы сельскохозяйственных предприятий возрастает моторная нагрузка и потребность в электроэнергии увеличивается. Днем осветительная нагрузка невелика; во время обеденного перерыва снижается также и моторная нагрузка. К вечеру потребление заметно увеличивается, так как с производственной нагрузкой совпадает максимум осветительной нагрузки.
Эти колебания энергопотребления в течение суток можно изобразить в виде ступенчатого графика, откладывая по оси абсцисс часы суток, а по оси ординат — потребляемую мощность в киловаттах (рис. 89).
Нетрудно видеть, что площадь графика, ограниченная осями координат и линией нагрузки, выражает суточное потребление энергии в киловатт-часах.
На графиках различают следующие три части: базисную, или базис, лежащую ниже минимальной суточной мощности; полупиковую — среднюю часть графика между минимальной и среднесуточной мощностью и пиковую — лежащую выше среднесуточной мощности.
Количество потребляемой энергии меняется не только в течение суток, но и по сезонам. В весенний и летний периоды расходы энергии на освещение сравнительно невелики, зимой же осветительная нагрузка значительно возрастает и достигает максимума. Наибольшая производственная нагрузка бывает обычно летом и осенью. Исходя из этого, суточные графики потребления строятся для четырех характерных сезонов года: весны, лета, зимы и осени. По данным о среднемесячном потреблении энергии строится годовой график. Эти графики используются при подсчетах выработки энергии гидростанцией для определения потребности в энергии в течение года. Графики изменения мощности гидростанции в течение суток, сезона или года носят соответственно название суточного, сезонного или годового графиков нагрузки ГЭС. В отличие от графика потребления, который характеризует спрос потребителей на электроэнергию, график нагрузки ГЭС определяется спросом на энергию в определенные периоды и возможностью ГЭС развивать требуемую мощность в течение тех же периодов времени. В том случае, когда ГЭС, работая изолированно, полностью покрывает график потребления, последний совпадает с графиком нагрузки ГЭС.
Рис. 89. График потребления энергии. а — суточный для зимних суток, б — годовой.
Однако часто графики потребления и нагрузок ГЭС не совпадают. Для покрытия суточного графика энергопотребления необходимо, чтобы гидростанция развивала в течение суток переменную мощность в соответствии с заданным графиком. Между тем расход воды в реке в течение суток практически не меняется. В силу этого при работе ГЭС на бытовом расходе в часы малой нагрузки гидростанции будет наблюдаться избыток воды; в часы наибольшей суточной потребности, наоборот, будет иметь место ее недостаток.
Таким образом, часть стока в течение суток должна сбрасываться бесполезно, в то время как в часы максимального сброса выработка энергии оказывается недостаточной.
Для оценки суточных графиков нагрузки ГЭС и энергопотребления и степени их неравномерности используются следующие характеристики: максимальная Рмакс, минимальная Рср и среднесуточная Рср мощности по графику, выработка энергии Э, коэффициент суточной неравномерности К и коэффициент плотности графика нагрузки β.
Среднесуточная мощность Pcp определяется делением суточной выработки Э на 24 — число часов, т. е.
кВт.
Коэффициент суточной неравномерности представляет собой отношение пиковой мощности к среднесуточной, т. е.
.
Коэффициент плотности графика β — величина, обратная коэффициенту суточной неравномерности, характеризует собой степень равномерности распределения энергии в течение суток. Для сельскохозяйственных потребителей коэффициент суточной неравномерности обычно колеблется в пределах К=1,5-3,0. Меньшее значение К относится к графикам со значительным удельным весом моторной нагрузки; графики с осветительной нагрузкой обладают более высоким коэффициентом суточной неравномерности. Чем выше плотность графика нагрузки, тем экономичнее работа гидростанции, так как при одной и той же мощности она может выработать большее количество электроэнергии.
В табл. 119 для иллюстрации приведены характеристики суточных графиков потребления проектируемой сельскохозяйственной энергосистемы в различные сезоны года. Как видно из этих данных, плотность графиков сравнительно высока, что объясняется значительным удельным весом постоянных производственных нагрузок. Наиболее плотный график получается в марте, когда осветительная нагрузка уменьшается.
Таблица 119
Колебания потребления вызывают необходимость в изменении режима работы гидростанции, зависящего в свою очередь от режима расходов воды.
Несоответствие между режимами расходов воды в реке и энергопотребления наблюдается и в течение года — по сезонам. Весной, когда в реке имеется избыток воды, гидростанция может обеспечить значительную выработку энергии. Энергопотребление же в этот период обычно невелико, так как потребность в электрическом освещении уменьшается, а сезонные производственные нагрузки еще не достигают заметной величины. В зимний период наблюдается обратная картина: потребление энергии достигает годового максимума, а расход воды в реке имеет минимальную величину.
Таким образом, для того чтобы обеспечить покрытие графиков потребления выработкой энергии гидростанцией в течение суток и в течение года, необходимо перераспределить сток реки. Регулирование стока достигается устройством водохранилищ соответствующей емкости. В период избытка стока последний задерживается в водохранилище; при необходимости увеличения расходов против бытовых для обеспечения покрытия пика графика недостающее количество воды добавляется за счет запаса, накопленного в водохранилище.
Для того чтобы иметь возможность производить необходимые расчеты по регулированию стока в целях его наиболее рационального использования, необходимо располагать данными о притоке воды к створу ГЭС и о характере потребления воды гидростанцией для покрытия графика энергопотребления. Приток к створу ГЭС, определяемый гидрологическими расчетами, представляется в виде гидрографа, а график энергопотребления перестраивается в хронологический график водопотребления.
Ординаты графика водопотребления ГЭС при заданном графике потребления энергии могут быть вычислены по следующей формуле: -
Здесь Q1; Q2, . . ., Qп — расходы воды на соответствующих ступенях графика в м3/сек и Т1, Т2, Т3, . . Тп — продолжительность использования этих расходов в часах.
По вычисленным значениям расходов и их продолжительности строится график потребления воды, который будет подобен графику энергопотребления. Площадь такого графика в соответствующем масштабе выражает суммарную потребность в воде для выработки требуемого количества энергии.
Если суммарный сток в реке за рассматриваемый период (например, сутки) превышает потребность в воде за то же время, то гидростанция может обеспечить выработку энергии в количестве, требуемом по графику (рис. 90).
Рис. 90. График притока и потребления воды при избытке притока.
1 — избыток, 2 — недостаток.
Горизонтальная ось может быть построена также и в масштабе расходов по уравнению
Рис. 91. Графики притока и потребления при недостатке притока. а — график водопотребления, б — интегральная кривая использования стока.
Имея интегральную кривую использования стока, можно по величине расхода воды в реке или по объему суточного стока определить, какая часть графика потребления удовлетворяется водотоком. Для этого на горизонтальной оси откладывается величина бытового расхода в реке Qnp и проводится перпендикуляр до пересечения с интегральной кривой. Горизонтальная линия, проведенная через эту точку пересечения, определит на оси ординат величину наибольшего расхода Q , который можно использовать, работая по данному графику. На графике потребления горизонтальная линия отсекает площадь, лежащую ниже найденного Qмакс , которая может быть покрыта данным бытовым расходом.
