Энергосистема должна быть сбалансирована. А что это значит? Что за баланс такой? И почему так важно его постоянно (фактически ежесекундно!) поддерживать? Об этом и поговорим.
Если мы говорим об электрических процессах, то всегда держим в голове пару особенностей, которые никак нельзя упускать при рассмотрении электроэнергетических систем, а именно:
- быстротечность процессов, практически мгновенность;
- невозможность накапливать электрическую энергию. Здесь мы говорим о масштабах энергосистемы, пока что никакие накопители не могут тягаться с обычными, классическими электростанциями.
Таким образом получается, что в каждый момент времени нужно производить ровно столько электроэнергии, сколько потребляют, плюс энергия на покрытие потерь.
Или по-другому это можно записать как:
Заметьте, что речь идёт о балансе активной мощности. А вот с реактивной всё немножко сложнее, её тоже нужно балансировать, но там всё-таки другая история, там интереснее про снижение потерь и оптимизацию режима по реактивной мощности, но этот вопрос рассмотрим когда-нибудь отдельно.
Частота
С балансом активной мощности энергосистемы неразрывно связана частота.
Если частота держится на одном значении, значит есть баланс генерации и потребления (потери в сети тоже относятся к потреблению, см. пояснение к формуле выше).
Если частота снижается, значит в энергосистеме не хватает активной мощности, имеет место её дефицит, т.е. генерация меньше, чем потребление.
Если частота растёт, значит в энергосистеме генерируется больше, чем потребляется, т.е. есть избыток активной мощности.
Как видите, частота важнейший параметр режима электроэнергетической системы, который в реальном времени показывает, как работает энергосистема.
Вот теперь представьте, такая задачка - у вас в энергосистеме, скажем, пара сотен генераторов, большая сеть и весьма разнообразная нагрузка. Как это всё сбалансировать? Как сделать так, чтобы вырабатывалось ровно столько, сколько нужно?
Непростая задача, и технически она решается, так скажем, в несколько этапов. Во-первых, это планирование режимов. На основании данных о потреблении за предыдущие периоды можно спрогнозировать, сколько мощности в системе будет нужно в такой-то день, в такой-то час. И можно "заготовить" генераторы, которые эту нагрузку готовы будут нести. Но прогноз прогнозом, а реальность преподносит сюрпризы. Тут авария - отключилась линия, там потребление больше, чем ожидали, а ещё где-то - меньше. Да ещё и меняется постоянно это потребление, поди ж ты угадай, когда кому где припрёт чайник, станок или компьютер включить. Можно сказать, что энергосистема "дышит". И для такого, тонкого регулирования, необходима автоматика. И это второй аспект успешного балансирования энергосистемы.
Если мы верно оценили режим в определённый час, то у нас достаточно мощности в горячем резерве, т.е. достаточно машин, которые работают, но не на полную, и в любой момент могут донабрать мощности. Для этого в турбинах есть специальная автоматика, которая корректирует их мощность относительно задания, поддерживая скорость вращения близкой к номинальному значению. Для более точного поддержания частоты на уровне 50 герц, персоналом или системной автоматикой может быть скорректировано задание по мощности для некоторых машин.
Кроме режимного регулирования нужно ещё учитывать и рыночный аспект, энергия и мощность продаётся на рынке, это тоже накладывает ограничения. В общем, как видите, задача балансирования энергосистемы непроста, но с ней успешно справляются. Так, например, в европейской части частоту держат в пределах 49,95-50,05 Гц.
Но и это далеко не всё. Регулирование частоты и перетоков активной мощности - тема большая, сложная и очень интересная, так что к ней ещё вернёмся.
Если возникли какие-то вопросы, пишите в комментариях, попробуем разобраться. Ну и не забывайте ставить лайки и делиться полезным знанием с другими.
Всем тепла и света!