電力系統の負荷モードと発電所間の最適な負荷分散

エネルギーの消費方法、つまりシステムへの負荷は不均一です。1 日の中でも特有の変動があり、また 1 年の中で季節変動もあります。これらの変動は主に、企業（電気の消費者）の仕事のリズムによって決定され、程度は低いですが、地理的要因によって人口の生活リズムに関連します。

一般に、毎日のサイクルは常に、年間サイクル、つまり夏の間、夜間の消費量が多かれ少なかれ減少するという特徴があります。この負荷変動の深さはユーザーの構成によって異なります。

24 時間体制で働く企業、特に継続的な技術プロセス (冶金、化学、石炭鉱業) が主流の企業は、ほぼ同じ消費形態をとっています。

金属加工および機械製造業界の企業は、3 交替勤務であっても、通常、夜勤中の生産活動の低下に関連して、エネルギー消費量に顕著な変動が見られます。夜間に 1 つまたは 2 つのシフトで働くと、エネルギー消費量の急激な減少が観察されます。夏の間も消費量の顕著な減少が観察されます。

エネルギー消費量の変動がさらに激しいのは食品および軽工業企業の特徴であり、最も大きな消費の不均一性が見られるのは家庭部門である。

システムの負荷モードは、エネルギー消費におけるこれらすべての変動を合計した、そしてもちろんある程度平滑化された形で反映します。負荷条件は通常、負荷スケジュールの形式で表示されます。

日次グラフでは、横軸に時間がプロットされ、MW または最大負荷の % 単位での負荷が縦軸にプロットされます。最大負荷は、照明が生産エネルギー消費に重なる夕方の時間帯に最も多くなります。そのため、最高点が年内に多少ずれるのです。

負荷のピークは午前中にあり、最大の生産活動を反映しています。午後になると負荷が減少し、夜になると急激に減少します。

年間グラフの横軸は月、縦軸は月のキロワット時量または月のピーク負荷を表します。年間を通じて自然に増加するため、最大負荷は年末に低下します。

不均一な充電モードでは、一方ではさまざまなエネルギー生産装置とその運用上および技術的経済的特性により、ステーションと発電ユニットの間で負​​荷を最適に分散するためのシステム担当者にとって複雑なタスクが課せられます。

発電には代償が伴います。ために サーマルステーション — これらには、サービス要員の維持費、機器の修理費、減価償却費に加えて、燃料費がかかります。

ステーションが異なれば、技術レベル、電力、設備の状態に応じて、1 Vt・h の具体的な生産コストは異なります。

ステーション間 (およびブロック間のステーション内) の負荷分散の一般的な基準は、所定の量の電力を生産するための最小総運用コストです。

各ステーション (各ユニット) について、コストを充電モードと関数的に関連付けて表示できます。

総コストの最小値の条件、つまりシステム内の負荷の最適な分散の条件は、次のように定式化されます。負荷は、ステーション (ユニット) の相対ステップの均等性が常に維持されるように分散されなければなりません。

さまざまな負荷値におけるステーションとユニットのほぼ相対的なステップは、ディスパッチサービスによって事前に計算され、曲線として表示されます（図を参照）。

相対成長曲線

水平線は、最適な条件に対応するこの荷重の分布を反映しています。

ステーション間のシステム負荷の最適な分散には技術的な側面もあります。負荷曲線の変動部分、特に鋭い上部ピークをカバーするユニットは、急速に変化する負荷条件下で動作し、場合によっては毎日停止/始動が行われます。

モダンでパワフルな 蒸気タービンユニット このような運転モードには適応していません。始動に何時間もかかります。特に頻繁に停止する変動負荷モードでの運転は、事故の増加や摩耗の加速につながり、さらにかなり敏感な過剰消費にもつながります。燃料の。

したがって、システムの負荷の「ピーク」をカバーするために、負荷が急激に変化する動作モードに技術的かつ経済的によく適合する別のタイプのユニットが使用されます。

この目的に最適です 水力発電所: 油圧ユニットの始動とその全負荷には 1 ～ 2 分かかりますが、追加の損失は発生せず、技術的には非常に信頼性があります。

ピーク負荷に対応するように設計された水力発電所は、容量が大幅に増加して建設されます。これにより設備投資が 1 kW 削減され、強力な火力発電所への特定投資に匹敵し、水資源のより完全な使用が保証されます。

多くの地域では水力発電所を建設できる可能性が限られているため、その地域の地形により十分な落差が得られる場合には、負荷のピークをカバーするために揚水発電所（PSPP）が建設されます。

このようなステーションのユニットは通常、可逆的です。夜間のシステム障害時間中は、ポンプユニットとして機能し、高所にある貯水池に水を汲み上げます。全負荷時間中は、タンクに蓄えられた水を通電して発電モードで動作します。

ガスタービン発電所の負荷ピークをカバーするために広く使用されています。起動にかかる時間はわずか 20 ～ 30 分で、負荷の調整も簡単で経済的です。ピーク GTPP のコスト数値も良好です。

電気エネルギーの品質を示す指標は、周波数と電圧の一定度です。一定の周波数と電圧を所定のレベルに維持することは非常に重要です。周波数が低下すると、モーターの速度も比例して低下するため、モーターによって駆動される機構のパフォーマンスが低下します。

周波数と電圧の増加が有益な効果をもたらすとは考えるべきではありません。周波数と電圧が増加すると、あらゆる電気機械や装置の磁気回路やコイルの損失が急激に増加し、発熱が増加し、摩耗が加速します。さらに、周波数の変化、したがってエンジンの回転数の変化により、製品が不合格になる恐れがよくあります。

周波数の一定性は、システムの主モーターの有効出力と、磁束と電流の相互作用によって発電機に生じる反対方向の機械モーメントの合計との間の等しさを維持することによって確保されます。このトルクはシステムの電気負荷に比例します。

システムにかかる負荷は常に変化しており、負荷が増加すると発電機の制動トルクが主機関の実効トルクよりも大きくなり、速度低下や周波数低下が生じる恐れがあります。負荷を減らすと逆効果になります。

周波数を維持するには、主エンジンの総有効出力をそれに応じて変更する必要があります。前者の場合は増加し、後者の場合は減少します。したがって、周波数を所定のレベルに継続的に維持するには、システムは非常にモバイルな待機電力を十分に供給する必要があります。

周波数調整のタスクは、十分な量の自由で迅速に動員された電力で動作する指定されたステーションに割り当てられます。水力発電所はこれらの責任を最もよく処理できます。

周波数制御の機能と方法の詳細については、ここを参照してください。 電力システムの周波数調整