» » » ТЭС в регулировании частоты и активной мощности в ОЭС Украины

ТЭС в регулировании частоты и активной мощности в ОЭС Украины

А.Е. Волков, заместитель начальника департамента. ГП "Энергорынок" (Украина)

С.В. Тысленко инженер 2 категории. ГП "Энергорынок" (Украина)

Регулирование частоты в энергосистеме Украины неразрывно связано с регулированием мощности и распределением нагрузок между отдельными агрегатами и электростанциями, поэтому при хорошем качестве прогнозирования и высокой дисциплине выполнения графика нагрузки изменения частоты в ОЭС Украины незначительны. Анализ работы энергосистемы показывает, что внеплановые отклонения от правильно составленных графиков нагрузки не превосходит 2 - 3%. Однако именно эти отклонения вызывают изменение уровня частоты и запланированных перетоков активной мощности по транзитным линиям электропередач, которое необходимо компенсировать регулированием.

После возобновления параллельной работы Объединенной энергосистемы (ОЭС) Украины с Единой энергосистемой (ЕЭС) России задачу регулирования частоты решает Центральное диспетчерское управление ЕЭС России. При этом ГП "НЕК "Укрэнерго" осуществляет регулирование согласованного графика перетоков мощности на связях ОЭС Украины с ЕЭС России с коррекцией по частоте.

На сегодняшний день, ГЭС и ТЭС являются наиболее задействованным в регулировании частоты и активной мощности в ОЭС Украины.

Несмотря на значительную долю АЭС в ОЭС Украины и возможное увеличение её в будущем, проблема привлечения отечественных АЭС к регулированию частоты не решена. Действующие регламенты не допускают участия АЭС в регулировании.

 

Аспекты регулирования активной мощности в ОЭС Украины



Энергоблоки ТЭС привлекаются к регулированию частоты и активной мощности в ОЭС Украины лишь в тех случаях, когда маневренных ресурсов гидроагрегатов ГЭС недостаточно для ликвидации возникшего небаланса в энергосистеме или же для восстановления ранее задействованных резервов первичного и вторичного регулирования, где гидростанции являются наиболее мобильной группой оборудования с точки зрения участия в регулировании частоты и активной мощности ОЭС Украины. Однако ограничение возможности использования их ресурса, как по длительности, так и по величине, особенно в весенний период, значительно снижает возможность использования ГЭС в режиме такого регулирования.

В связи с этим, при нерешённой проблеме привлечения энергоблоков АЭС к регулированию частоты, большая нагрузка в части обеспечения необходимого качества регулирования частоты и активной мощности в ОЭС Украины возлагается на энергоблоки ТЭС.

Аспекты регулирования активной мощности в ОЭС Украины

Рассматривая работу ОЭС Украины с точки зрения регулирования изменения графиков нагрузки (как суточного, так и сезонного) и обеспечения необходимых резервов мощности различными группами генерирующих мощностей, следует отметить, что в этом аспекте каждая группа оборудования характеризуется своими, свойственными только ей режимами работы.

АЭС

Энергоблоки АЭС Украины могут работать только в базовом режиме генерации и не могут обеспечить мобильный резерв мощности в энергосистеме, способный оказать помощь в неплановых режимах работы ОЭС.


При этом, нет никаких ограничений по скорости сброса нагрузки, однако подъем нагрузки осуществляется очень медленно, ступенями с выдержкой по времени на каждой ступени для предотвращения повреждения топлива. Поэтому число разгрузок блоков очень ограничено и предназначено в основном для плановых и аварийных сбросов нагрузки или остановов блоков при повреждении оборудования. По информации НАЭК "Энергоатом" число режимных разгрузок блоков АЭС в течении года колеблется от 0 до 4 - 6.

Режим работы энергосистемы и других групп генерирующего оборудования во многом определяется величиной рабочей мощности атомных электростанций. Например, величина находящейся в работе мощности АЭС влияет на фактический уровень генерируемой мощности других групп оборудования, в т.ч. и обеспечивающих регулирование суточных графиков нагрузки, что связано с соблюдением баланса производства и потребления электроэнергии. Увеличение находящейся в работе мощности АЭС вытесняет из баланса покрытия мощности тепловых электростанций. Группа генерации АЭС также определяет необходимую величину горячего резерва энергосистемы, которая равна мощности наиболее мощного блока, находящегося в работе в системе. Для ОЭС Украины таковыми являются блоки АЭС с реакторами ВВЭР 1000 МВт. При этом изменение величины рабочей мощности АЭС в течение года в основном зависит только от графика плановых ремонтов энергоблоков АЭС, связанных с перезарядкой их свежим ядерным топливом. Так, с одной стороны, увеличение использования установленной мощности атомных электростанций (повышение коэффициента использования установленной мощности - КИУМ АЭС) снижает оптовую цену электроэнергии в оптовом рынке электроэнергии (ОРЭ) Украины за счет более низкой себестоимости ее производства на АЭС (при существующей схеме расчета), что, несомненно, является положительным фактором для экономики страны в целом. Однако с другой стороны, при этом из графика покрытия вытесняются блоки ТЭС, которые и обеспечивают регулирование в системе и поддержание резервов.

ТЕЦ

Режим работы большинства малых ТЭЦ и блокстанций зависит от собственных тепловых потребителей подключенных к коллекторам ТЭЦ. Как правило, эта группа генерирующего оборудования также работает в базовой части графика покрытия и их рабочая мощность зависит от сезона года. Данная группа генерирующих мощностей также не обеспечивает ОЭС Украины резервами. Более того, ее увеличивающийся из года в год удельный вес в балансе выработки электроэнергии оказывает все большее влияние на режимы работы ОЭС Украины, вытесняя из графика покрытия регулирующие мощности. За 2004г. выработка этих станций выросла почти на 7% по сравнению с 2003г., при этом прирост мощности достиг 120 МВт, а сама величина генерируемой мощности соизмерима с мощностью такой крупной станции, как, например, Ровенская АЭС (без учёта введённого в эксплуатацию 4 энергоблока).

ГЭС

Режим работы ГЭС в течение года различается по характерным периодам - паводковому, летнему, осенне-зимнему. В зависимости от многих факторов, таких как рабочая мощность ГЭС, ремонты гидрогенераторов, обеспеченность гидроресурсами, существующие экологические и технологические ограничения, объемы паводка и притоков, изменяются режим работы и возможность использования ГЭС в графике покрытия. Гидростанции являются наиболее мобильной группой оборудования с точки зрения обеспечения резервов мощности. Однако недостатком является ограничение возможности их использования как по длительности, так и по величине. Особым периодом работы ОЭС Украины является период пропуска весеннего паводка на реках Днепр и Днестр, а также период нереста рыбы, когда гидроэлектростанции работают с базовой нагрузкой, величина которой зависит от характеристик паводка, что значительно снижает возможность использования ГЭС в суточном регулировании. В связи с этим весной дополнительно увеличивается нагрузка на блочные ТЭС генерирующих компаний в части обеспечения суточного регулирования.

ТЭС

В реальных условиях работы ОЭС Украины, согласно Правилам Оптового рынка электрической энергии Украины (Правила ОРЭ), именно ТЭС исполняют роль сектора генерации, замыкающего баланс мощности и электроэнергии ОЭС, как при составлении планового суточного диспетчерского графика нагрузок, так и при фактическом ведении режима. При этом на ТЭС возлагается регулирование значительной части диапазона суточного графика нагрузок.

Таким образом, энергоблоки ТЭС не только обеспечивают регулирование суточного графика потребления, но и являются основным источником резервов мощности и источником балансирования производства и потребления электроэнергии в суточном разрезе, играют ведущую роль в регулировании сезонных изменений потребления мощности и электроэнергии.

Так, например, в течение 2004г. нагрузка ТЭС в балансе покрытия изменялась от 4400 МВт (в отдельные дни летнего периода) до 15 500 МВт (в зимний период). Холодные резервы в объемах до 1500-2000 МВт для обеспечения устойчивой работы энергосистемы при внеплановых отключениях блоков, в т.ч. и АЭС, в ремонтных и аварийных схемах сети, а также при погрешностях прогнозов электропотребления обеспечиваются только энергоблоками ТЭС. При этом парк блочного оборудования ТЭС ОЭС Украины в основном представлен "базовыми" блоками. Работа пылеугольных и газо-мазутных блоков в переменных режимах приводит к снижению их экономичности, увеличиваются удельные затраты топлива на выработку электроэнергии, повышаются расход тепла и электроэнергии на собственные нужды блоков и ТЭС в целом при работе в нестационарных режимах. Кроме того, работа блоков в переменных режимах сопровождается интенсивным износом паросилового оборудования, регулирующей арматуры, увеличением количества тепловых циклов - термической усталостью металла узлов и деталей.

Показательным в этом отношении является суточный график покрытия 8 февраля 2005г. - как день с суточным потреблением электрической энергии в 615 млн.кВтч. Минимальное суточное потребление этого дня наблюдалось в 3 часа ночи и составляло 22 440 МВт. При этом уже на утренний максимум на 11 часов потребление достигло 27 000 МВт. А прирост потребления мощности на вечерний максимум относительно ночного потребления составил 6140 МВт, и в 18 часов его уровень был равен 28 580 МВт. Такой значительный прирост потребления был обеспечен соответствующим покрытием для чего были включены дополнительно 8,5 единиц генерирующего оборудования на ТЕС относительно работающего ночью состава энергоблоков (62,5 энергоблока, против 54). Увеличение нагрузки на ТЭС соответственно составило 3700 МВт, на ГЕС - 2440 МВт.

С переходом после августа 2001 года на параллельную работу с ЕЭС России, стабилизацией частоты и отказом от централизованных диспетчерских принудительных отключений потребителей в максимум нагрузок, а так же включением в работу в течении 2004 года достроенных энергоблоков Хмельницкой АЭС и Ровенской АЭС, роль ТЭС как регулятора сальдо внешних перетоков и основного источника резерва существенно увеличилась. В связи с этим количество единиц оборудования, которое вынужденно останавливается на ночной провал, достигает иногда 10-ти и более блоков, с учетом корпусов дубль-блоков. В весенне-летний период, для прохождения ночного минимума нагрузки вынужденно освоен кратковременный режим работы ТЭС ниже минимально-допустимого состава по "живучести" станции, с последующим подъёмом для прохождения вечернего максимума нагрузки 3-4 блоков на 4-6 часов в сутки и остановом в конце суток - т.е. практически базовые блоки ТЭС переведены на работу в пиковых режимах. Информация о неравномерности суточных графиков покрытия и диапазоне регулирования генерирующего оборудования в 2004 году приведены в таблице 1.

Согласно Правилам ОРЭ регулирование неравномерности суточного графика в режиме пуска-останова может осуществлять только энергоблоками мощностью 200 МВт и меньше, а так же дубль блоками 300 МВт (отключением корпусов). Редко практикуется работа в режиме скользящего давления энергоблоками 200 МВт Змиевской ТЭС, а так же в режиме синхронного компенсатора на Добротворской ТЭС. Остальные энергоблоки маневрируют в рамках своего заявленного регулирующего диапазона.

Неравномерность суточных графиков покрытия и диапазон регулирования генерирующего оборудования в 2004 году.

Таблица 1

№ п/п

Показатель

ОЭС Украины

1

Максимальная неравномерность графика покрытия, МВт

5651

2

Минимальная неравномерность графика покрытия, МВт

3478

3

Средняя неравномерность графика покрытия, МВт

4676

4

Средний диапазон регулирования ГЭС, МВт

2732

5

Средний диапазон регулирования ТЭЦ, МВт

238

6

Средний необходимый диапазон регулирования ТЭС, МВт (6=3-4-5)

1706

7

Резерв на разгрузку в % от среднего необходимого диапазона регулирования ТЭС

12

8

Резерв на разгрузку МВт, (8=6*7/100)

205

9

Минимально необходимый диапазон регулирования на ТЭС, МВт (9=6+8)

1911

10

Максимальный расчетный диапазон регулирования на ТЭС в % от минимально необходимого диапазона регулирования на ТЭС

200

11

Максимальный расчетный диапазон регулирования на ТЭС МВт, (11=10*9/100)

3822

В ОЭС Украины на многих ТЭС установлены блоки мощностью 300 МВт и 800 МВт, которые не имеют технической возможности обеспечения такого режима работы с пусками и остановами (например, Зуевская ТЭС, Углегорская ТЭС, Запорожская ТЭС, Ладыжинская ТЭС полностью и блоки на многих других станциях). Таким образом, с учетом того, что Украина задекларировала стремление к параллельной работе с европейским энергообъединением, то уже сейчас необходимо проводить подготовку генерирующего оборудования в соответствии с требованиями UCTE в части обеспечения регулирования и поддержания резервов, особенно изменяя структуру генерации в пользу маневренных мощностей.

Сформировавшаяся структура генерирующих мощностей ОЭС Украины в течение долгого периода во всех аналитических отчетах определяется как неблагоприятная по условиям регулирования графика нагрузок, т.к. не отвечает тем соотношениям базовых и пиковых мощностей, которые необходимы для обеспечения регулирования частоты и графиков внешних перетоков.

Как уже говорилось выше, режим работы ОЭС Украины с точки зрения обеспечения суточного регулирования определяется, с одной стороны, суточной неравномерностью графика потребления мощности, а с другой - наличием и величиной генерирующих мощностей, обеспечивающих регулирование этой неравномерности потребления. В свою очередь, нахождение в работе необходимой величины маневренного оборудования в структуре покрытия определяется величиной находящихся в работе базовых мощностей, в первую очередь - энергоблоков атомных электростанций. Несмотря на то, что в структуре установленных мощностей мощность АЭС почти в 2 раза меньше, чем установленная мощность ТЭС генерирующих компаний, в фактической годовой структуре баланса выработки доля АЭС значительно превышает долю ТЭС.

Это приводит к тому, что из структуры покрытия базовыми мощностями АЭС вытесняются блоки ТЭС, способные обеспечивать регулирование. С достройкой и введением в эксплуатацию 2-х блоков АЭС (блоки №2 Хмельницкой АЭС и №4 Ровенской АЭС), базовая мощность дополнительно повысилась, что усложнило возможность регулирования и потребовало значительное увеличение маневренности ТЭС за счёт их работы составом ниже минимально-допустимого по живучести станций.

Кроме того, увеличились случаи, когда технически невозможно обеспечивать необходимый диапазон регулирования на существующем оборудовании ТЭС, блоки которых практически полностью исчерпали свой ресурс эксплуатации.

В такой ситуации, при оперативном планировании режим работы ОЭС для обеспечения баланса мощности в ОЭС Украины, ГП"Энергорынок" и НЭК "Укрэнерго" вынуждены предусматривать в некоторых периодах течении года ограничение выработки АЭС, даже с работой ТЭС составом оборудования ниже минимально-допустимого по "живучести" станций.

/p
15 июня 2014 /
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Полужирный Наклонный текст Подчеркнутый текст Зачеркнутый текст | Выравнивание по левому краю По центру Выравнивание по правому краю | Вставка смайликов Вставка ссылкиВставка защищенной ссылки Выбор цвета | Скрытый текст Вставка цитаты Преобразовать выбранный текст из транслитерации в кириллицу Вставка спойлера
Введите код: