Схемы выдачи мощности электростанций - Расчетные потоки мощности

Снижение необходимой располагаемой генерирующей мощности энергоузлов при их объединении достигается в результате: рационального использования гидроресурсов благодаря созданию дополнительной дешевой резервной мощности; предоставления лучших условий прохождения пиковых нагрузок и ночного минимума; внедрения более крупных и экономичных генерирующих агрегатов; улучшения условий проведения ремонтов и модернизации оборудования; уменьшения набросов на внутрисистемные связи при авариях. При передаче энергетических потоков мощности из одного узла в другой и нецентрализованной экономике возникают факторы, ограничивающие процесс транспорта электроэнергии. Важнейший из них экологический. Электростанции негативно воздействуют на окружающую среду и здоровье людей. В табл. 2.4 дана [84] ожидаемая смертность людей из-за влияния на них пылеугольной электростанции мощностью 800 МВт.
Из табл. 2.4 видно, что самое неблагоприятное воздействие оказано на население, проживающее в зоне ее расположения. Поэтому главным при формировании энергосистем промышленно развитых стран является относительная сбалансированность узлов по производству и потреблению электроэнергии. Этот принцип можно использовать для сохранения благоприятной экологической обстановки в густонаселенных районах. Особенность видна и на региональном уровне государств. Так, сошлемся на Великобританию [40], где еще с 20-30-х годов наметилась тенденция к совмещению центров производства и потребления электроэнергии. Аналогичное обнаружено в других промышленно развитых странах [85]. На электростанциях устанавливается один, максимум два блока и структура сетей характеризуется равномерным распределением генерирующих источников.

Таблица 2.4. Оценка экологического воздействия

По мере ослабления жесткой централизации управления в России возникали прецеденты замораживания строительства электростанций, не требуемых в административно-территориальных образованиях по балансу электроэнергии. С позиций долгосрочной экологической стратегии направленная передача потоков мощности из одного государства в другое не отвечает национальным интересам первого из них и объясняется временной экономической конъюнктурой. В настоящее время нет обоснованных методов оценки экономических потерь из-за экологического воздействия на окружающую среду генерирующих источников всех видов и линий электропередачи сверхвысокого напряжения. Расчет экономической эффективности без учета данного фактора неполный. Ошибка оказывается в пользу принимающего энергию узла, резко снижая выгоду передающего узла от продажи электроэнергии. В то же время их объединение для реализации межсистемного эффекта не отразится на сложившейся экологической обстановке. Перетоки, им обусловленные и имеющие реверсивный характер, непродолжительны, теоретически не более 1-3, максимум 5% расчетного периода. И обмен энергией, но не мощностью, пренебрежительно малый в сравнении с ее общей выработкой в узлах.
Создание объединений для реализации межсистемного эффекта - технико-экономическая задача. Рассмотрим вопрос о выгоде, получаемой каждым объединяемым энергоузлом. В общем случае уровни резервирования мощности в них различны (§ 2.1). На первый взгляд объединение особенно выгодно менее надежным узлам.  Однако это не так. Для определения, допустим по критерию D, оптимального значения Ra взята функция J(χ)=Ζ(ΔP>χ) распределения вероятностей дефицита мощности; Ζ(ΔΡ>χ) — вероятность дефицита мощности ΔР>х, x>0 (рис. 2.1). Для поддержания принятого индекса надежности в ί-м энергоузле (рис. 2.1) установлен резерв Rai. Площадь OBERa, пропорциональна выработке электроэнергии резервными агрегатами. Площадь ВСЕВ пропорциональна свободной (неиспользованной) энергии. Она может производиться резервными агрегатами и при наличии межсистемной связи использоваться для покрытия дефицита мощности в других энергоузлах. Таким образом, их объединение связью пропускной способностью L способствует совместному использованию резервов. Резерв мощности объединения и в общем случае каждой из его частей ниже необходимого резерва при обособленном режиме их работы.

Рис. 2.1. Определение резерва мощности по интегральной кривой вероятностей дефицита мощности

Это естественно, так как резервная мощность в энергоузле при высоком значении D используется меньше за расчетный период и может быть получена из остальной части объединения.

Рис. 2.2. Определение сокращения резерва мощности при объединении узлов с различным уровнем надежности

Неравномерность графиков нагрузки, сдвиги по часовым поясам и неодновременность начала-окончания плановых ремонтов агрегатов электростанций в энергоузлах способствуют при их объединении к возникновению потоков ΔРсовм. Они связаны с совмещением максимумов покрытия нагрузки и ремонтов генерирующих агрегатов. Максимумы определены суммой наибольшей годовой нагрузки и резерва мощности для проведения плановых ремонтов. Лишь в частном случае, когда естественного провала графика месячных максимумов достаточно для проведения капитальных ремонтов агрегатов, можно говорить о совмещении максимумов нагрузки объединяемых узлов. Значение ΔРсовм энергоузлов при бесконечной пропускной способности связи между ними и выполнении (24) эквивалентно установке в объединении резервной мощности такого же значения. Поэтому на каждую единицу пропускной способности связи в двухузловом объединении имеем две единицы сокращения генерирующей мощности, вплоть до использования всего эффекта совмещения максимумов.

Полный поток мощности для дефицитного узла, таким образом, состоит из потоков взаимного использования аварийного резерва, компенсации случайных отклонений от расчетного баланса, совмещения максимумов покрытия нагрузки и ремонтов, балансового. Поток мощности из избыточного энергоузла состоит из потоков взаимного использования аварийного резерва, компенсации случайных отклонений от расчетного баланса, совмещения максимумов покрытия нагрузки и ремонтов, свободной мощности. Балансовый поток мощности конкретного узла формируется за счет свободной мощности ряда других энергоузлов и практически полностью определяет покупные мощность и большую часть электроэнергии. Избыточность и дефицитность энергоузлов определяются эффективностью инвестиций в создание генерирующих мощностей и, в первую очередь, наличием энергоресурсов.
В специфических условиях энергосистем при множестве источников и потребителей, обезличенности связей между ними и ряду других причин обоснование элементов основной сети практически в любой стране ведут с позиций установления значений некоторых граничных условий надежности электроснабжения (§ 2.1). Налицо индексация надежности покрытия генерирующей мощностью нагрузки. Она позволяет распределять и минимизировать инвестиции на генерирующую мощность отдельных регионов. Последнее важно при дефиците средств, когда на развитие основной сети они поступают практически от одного источника - из прибыли РАО «ЕЭС России» [86].
В рыночной экономике стремление собственников к индивидуальной прибыли стимулирует инвестиции в прогрессивные технологии производства энергии. Рассматриваемые инвесторы имеют наивысшую прибыль, в том числе за счет снижения выработки вытесняемых ими менее экономичных установок других собственников. Положение приводит к завышению резервов, что вряд ли рационально с позиций благосостояния общества в целом. Из-за обезличенности для индивидуальных собственников эффекта от сооружения меж- и внутрисистемных связей далеко не полностью используется межсистемный эффект в объединениях промышленно развитых стран. С одной стороны, известна позиция стран Западной Европы при взаимоотношениях друг с другом: принципы солидарности и взаимопомощи - вот главная цель объединения энергосистем; с другой стороны считают, что каждая система или объединение должны рассчитывать на собственные силы в аварийных ситуациях [87, 88].
На основании изложенного сформулируем выводы:

1. основная предпосылка к объединению энергоузлов - реализация межсистемного эффекта; с увеличением протяженности объединения обмен мощностью между его частями целесообразен, если расстояние между ними соответствует (24), что дает возможность создавать крупные объединения;
2. объединение узлов независимо от их размеров и значений показателя расчетной надежности электроснабжения выгодно всем объединяемым энергоузлам;
3. при одинаковых размерах объединяемых энергоузлов, но разных значениях показателя расчетной надежности наибольшую выгоду получает узел с более высокой надежностью;
4. при разных размерах объединяемых энергоузлов и одинаковых значениях показателя расчетной надежности в них наибольший эффект получает узел с меньшей мощностью;
5. в условиях рыночных отношений в электроэнергетике объективно отсутствуют условия для полной реализации межсистемного эффекта;
6. при обосновании и выборе пропускной способности линий выдачи мощности необходим учет потоков реализации межсистемного эффекта, т. е. потоков, не связанных с выдачей мощности электростанции, а обусловленных ведением режима работы энергообъединения в целом.