Коммунально-бытовые потребители электроэнергии, как правило, имеют существенно неравномерный суточный график нагрузки, что связано с особенностями их работы, с резким спадом нагрузки в ночные часы и продолжительностью вечернего максимума не более 4 ч. Нагрузка от системы освещения общедомовых помещений жилых домов незначительно снижает неравномерность суточного графика. Однако широкое внедрение автоматических систем отключения рабочего освещения на ночь приводит к увеличению неравномерности графика. Для лифтовых установок, насосов холодного и горячего водоснабжения также характерен неравномерный график нагрузки с резким спадом в ночные часы. Таким образом, в настоящее время суточные графики нагрузки жилых зданий характеризуются низкими коэффициентами заполнения (до 0,5), что отрицательно влияет на технико-экономические показатели работы городских электрических сетей и системы электроснабжения в целом.
Режимы работы коммунальных предприятий и общественных зданий определяются также укладом жизни населения. Более интенсивно используется технологическое оборудование водопровода, канализации, бань, прачечных, а также предприятий общественного питания, бытового обслуживания, детских, культурно-просветительных и лечебных учреждений в дневные часы. Ночью остаются включенными холодильные и морозильные установки, установки тепло- и газоснабжения, различная противопожарная автоматика, наружное освещение и часть внутреннего освещения, а также ряд специальных технологических установок. Существенное уплотнение графика нагрузки распределительных линий и трансформаторов дает смешанное питание жилых и коммунальных зданий, имеющих различные суточные графики нагрузки. На рис. 8.2 приведен суточный график нагрузки распределительной линии 0,38 кВ, питающей 50 жилых домов коттеджного типа, школу на 400 учащихся с электрифицированным пищеблоком и баню с электрифицированным парильным отделением. Коэффициент заполнения графика в этом случае увеличился до 0,72, однако график имеет ярко выраженный ночной спад нагрузки. Таким образом, присоединяя коммунально-общественные и жилые здания к общим распределительным линиям, можно повысить пропускную способность сети и снизить потери мощности и электроэнергии в сетях за счет уплотнения графика нагрузки в дневные часы.
Большой рост нагрузки в вечерние часы вызывает и увеличение потерь мощности и электроэнергии в сетях. Повысить эффективность работы электрических сетей можно путем выравнивания графика нагрузки потребителей, т. е. переноса части электрической нагрузки потребителей с часов максимума на часы ночного провала, а в ряде случаев и на часы дневного снижения нагрузки. Выравнивание графика нагрузки должно происходить без увеличения расчетной нагрузки в рассматриваемом элементе (трансформаторе, распределительной линии, центре питания), поэтому решать вопрос вывода того или иного потребителя из максимума следует с учетом реального графика нагрузки элемента. В общем случае если вывод потребителя из максимума не увеличивает его расчетную нагрузку в остальные часы рабочей части графика, то решение об изменении характера электропотребления может быть принято непосредственно потребителем и энергоснабжающей организацией без учета режима работы других предприятий, питающихся от городской электросети.
Рис. 8.2. Суточный график зимней нагрузки распределительной линии 0,38 кВ, питающей коммунально-бытовую нагрузку
В противном случае решение должно подтверждаться технико-экономическими расчетами с учетом реальных показателей работы других потребителей электроэнергии, присоединенных к рассматриваемому участку сети (см. гл. 6).
Выравнивание графика нагрузки потребителей с целью улучшения показателей работы городских сетей может включать:
перенос времени работы оборудования с дневных или вечерних часов на другие часы, преимущественно ночные;
отключение части или всей нагрузки потребителей в часы максимума;
уменьшение мощности установленного оборудования с увеличением продолжительности его работы;
применение специальных потребителей — регуляторов, работающих по принудительному графику в часы провала нагрузки.
Внедрение мероприятий по выравниванию графика нагрузки должно стимулироваться системой тарифов на электроэнергию и быть экономически выгодными не только для городской электросети, но и для потребителя. Например, для потребителя, на которого распространяется двухставочный тариф с основной платой за мощность, участвующую в суточном максимуме энергосистемы, выравнивание графика нагрузки приводит к снижению мощности и, следовательно, к уменьшению расходов на оплату электроэнергии. При такой системе тарифов общее выражение годовых расходов на оплату электроэнергии примет вид
(8.2) где Р — требуемая мощность, кВт; а — основная ставка за 1 кВт мощности, руб/кВт; Агод — годовой расход электроэнергии, кВт-ч; b — дополнительная ставка за активную электроэнергию, учтенную счетчиком, руб/ (кВт-ч).
Средняя стоимость I кВт-ч в этом случае
(8.3)
т. е. снижение требуемой мощности приводит к уменьшению стоимости электроэнергии и к экономии у потребителя. В настоящее время такой тариф распространяется на потребителей, приравненных к промышленным.
К ним относятся крупные фабрики-прачечные, котельные, химчистки и ряд других предприятий с собственным годовым максимумом не ниже 100 кВт.
В качестве потребителей — регуляторов графика нагрузки можно использовать аккумуляционные электроводонагреватели и печи с принудительным режимом включения в ночные часы; насосные станции городского водопровода, имеющие собирательные резервуары чис- гой воды; установки стерилизации белья и инструментов, автоклавы в медицинских учреждениях и т. п. Крупные холодильные установки являются перспективными потребителями-регуляторами. Обычные промышленные и полупромышленные холодильные установки в зависимости от типа установленного оборудования, загрузки камер и их температурного режима допускают отключение от сети на время от 1 до 4 ч без заметного нарушения технологического режима. При этом увеличивается продолжительность включения холодильных установок в последующие часы. Если отключать холодильные установки на период вечернего максимума нагрузки, то последующее продолжительное включение придется на ночные часы спада нагрузки. Указанное приводит к выравниванию графика нагрузки сети, а для холодильника — к экономии средств на оплату за электроэнергию, если для него действует тариф за мощность, участвующую в максимуме, или пониженный ночной тариф.
Из более мелких бытовых электроприборов следует отметить автоматические стиральные машины с подогревом моющего раствора. Относительно большая продолжительность стирки по основной программе с кипячением белья (около 3 ч) часто вынуждает население включать машины в вечерние часы, при этом часть времени машина может работать и в часы снижения нагрузки электросети. Однако влияние этих приборов на уплотнение графика пока незначительно из-за малого насыщения ими квартир.
Рис. 8.3. Условный суточный график нагрузки для расчета снижения потерь в электрических сетях при выравнивании графика нагрузки
Одним из важных последствий проведения мероприятий по выравниванию графика нагрузки является снижение потерь мощности и электроэнергии во всех элементах системы передачи и распределения электроэнергии. Рассмотрим это положение на условном суточном графике (рис. 8.3). Потребитель с суточным расходом электроэнергии Асут=360 кВт-ч и cos φ= l работает в течение 6 ч с постоянной расчетной нагрузкой 60 кВт (режим I). При этом потери электроэнергии в сети 0,38 кВ составляют
или удельные потери на 1 кВт-ч переданной мощности
В результате изменения технологического режима работы оборудования максимум нагрузки снизился до 30 кВт за счет удлинения времени работы, например, стерилизаторов до 12 ч (режим II). Потери в сети для этого варианта составляют
т. е. при том же сечении кабеля абсолютные и удельные потери снизились в 2 раза. При равномерном графике нагрузки с Ррасч=15 кВт (режим III) потери в сетях уменьшаются в 4 раза. Аналогично снижаются потери в линиях среднего и высокого напряжения. Потери в трансформаторах снижаются меньше из-за наличия постоянных потерь холостого хода.
Для конкретного предприятия годовой экономический эффект от выравнивания графика нагрузки будет определяться снижением расхода электроэнергии и тарифной ставкой, действующей на данном предприятии. Этот эффект может отличаться от народнохозяйственного (см. гл. 1) за счет разницы между замыкающими затратами на электроэнергию и ценой электроэнергии в действующих системах тарифов для различных групп потребителей. При этом внедрение одинаковых мероприятий для одного предприятия может оказаться рентабельным, а для другого нет. Для возможности сравнения масштабов экономии на разных предприятиях следует считать экономию по среднеотпускной тарифной ставке.
Мероприятия по выравниванию графика нагрузки в большинстве случаев связаны с дополнительными капитальными вложениями на установку приборов автоматического включения электроприемников в заданном режиме, аккумулирующих емкостей или технологического оборудования с другими параметрами работы, а также с усложнением системы расчетов. При необходимости дополнительных капитальных вложений стоимость сэкономленной электроэнергии должна быть больше значений Кдоп(Ен+Еа), где Кдоп— дополнительные капитальные затраты при проведении мероприятий по выравниванию графика; Ен и Еа — нормативный коэффициент окупаемости капитальных затрат и норма амортизационных отчислений от Кдоп.
