Методы электрической генерации
Методы электрической генерации — методы генерации электрической энергии.
Устойчивость и контролируемость генерации[править]
Генерация электроэнергии — специфическая часть производственной деятельности. Одно из ее главных отличий с том, что выработанную энергию нельзя накапливать как на складе и ее необходимо сразу использовать. Для этой области производства характерна одновременность
- производства,
- распределения,
- потребления.
Если электроэнергии будет выработано больше, чем снято потребителями — это может привести к аварии на генерирующих мощностях (электростанции) или в передающих сетях (трансформаторы и т. п.).
Если энергии выработано меньше, чем необходимо потребителям — это может привести к аварийным последствиям у потребителей.
Балансировка выработки и потребления энергии — важный фактор построения энергетической системы территории (страны или группы стран).
Потребление энергии всегда имеет колебания: суточные, сезонные, по дням недели и т. п.
Генерация энергии должна быть подстроена и синхронизирована с потреблением.
Первичная генерация[править]
Способы первичной генерации.
Основные виды электростанций и их характеристики в плане обеспечения устойчивой (стабильной во времени), гибкой (регулируемой) и предсказуемой (прогнозируемой) генерации.
Это определяется статическими и динамическими характеристиками электростанций.
АЭС[править]
АЭС эффективна для работы в стационарных режимах, на мощностях, близких к номинальной.
Стационарная работа АЭС на мощности ниже номинальной не нарушает условий безопасности, но приводит к снижению экономичности.
Работа АЭС в маневровых режимах возможна, но нежелательна, в частности по следующим причинам:
- Изменение режима работы ядерного реактора приводит к изменению температурного режима ТВЭЛов. При быстром изменении температурного режима — возможна их деформация и разгерметизация. В этом случае снижается безопасность активной зоны реактора.
- Изменение температурного режима активной зоны приводит к изменению реактивности реактора, что существенно усложняет работу системы регулирования и управления мощностью реактора.
- Частые изменения температурного режима могут привести к усталостным явлениям в элементах конструкции первого контура, которые являются толстостенными. Как следствие — быстрые изменения мощности (температуры) могут приводить к снижению ядерной безопасности.
- Нестационарное отравление ксеноном при изменениях мощности реактора и влияние на его реактивность. Для компенсации — требуется повышенное начальное обогащение топлива изотопом U235, что удорожает стоимость производства ядерного топлива.
- Изменение мощности и температурного режима турбины вызывает повышенные термические напряжения в конструкциях турбины. Это может приводить к преждевременному термоусталостному разрушению отдельных узлов турбины.
По этим причинам АЭС обычно работают на постоянной мощности и обеспечивают базовую генерацию энергии в энергосистемах. Обычно это составляет 20-30 % от полной возможной пиковой генерации всей энергосистемы (то есть от полной генерации всеми типами электростанций, включая резервные).
Исключения из этого подхода встречаются, но они редки. Например, АЭС Ловийса (Финляндия), реактор ВВЭР 440, которая специально проектировалась для регулировании графика нагрузки в энергосистеме.
Есть страны, в которых доля АЭС значительно превышает 20 %. Например:
- Франция
Но такие страны либо периодически останавливают отдельные блоки АЭС, что экономически невыгодно. Либо, занимаются значительным экспортом электроэнергии. Например, Франция поставляет почти 95 % электроэнергии, необходимой острову Джерси по кабелям, проложенным по дну пролива. Остальное дают местные дизельные электростанции.[1]
ГЭС[править]
Благодаря конструктивным особенностям обладают хорошими маневренными свойствами по генерируемой мощности и относительно легко могут оперативно менять генерируемую мощность. Конструкция ГЭС и гидротурбины позволяют:
- Плавно изменять мощность от первой (минимальной) до максимальной и обратно, и устойчиво работать в этом режиме необходимое время.
- Быстро набирать мощность после подачи воды: от нуля до полной мощности — от 30 секунд до 2 минут.
По этой причине ГЭС, включенная в единую энергосистему, наиболее часто работает в регулируемом режиме (манёвренном режиме) и способна легко сглаживать колебания потребления в 5-10 %, принимая на себя как плановые, так и внеплановые изменения нагрузки.
Техническая (конструктивная) возможность быстро менять генерируемую мощность используется в ГАЭС (Гидроаккумулирующих электростанциях).
Зависит от напора воды и может быть подвержена сезонным колебаниям.
Для снижения сезонных колебаний используются, например, плотины.
ТЭС[править]
В некоторых случаях легко могут оперативно менять генерируемую мощность. По этой причине ТЭС берут на себя функцию регулирования генерации, если не хватает регулирования со стороны ГЭС.
ВЭС[править]
Зависит от погодных условий и не может обеспечить прогнозируемую устойчивую генерацию энергии.
цит. Надёжность генерации .. находится под сомнением. В период морозов в США в 2020 году многие ветряные парки вышли из строя и генерация приостановилась на несколько месяцев, что исключает ВЭС из списка источников, пригодных в качестве основных. Но позволяет рассматривать их в качестве дополнительных источников энергии.
(Список случаев остановки генерации. США, Германия и т. п.)
СЭС[править]
Имеет суточные (день-ночь) и сезонные (лето-зима) колебания генерации энергии.
Методы сглаживания генерации при пиковых нагрузках[править]
Используется несколько основных способов сглаживания пиков потребления и повышения устойчивости энергетической системы. Например:
- Локальное накопление энергии
- Системы перетока энергии
Резервная генерация быстрого включения[править]
Некоторые источники первичной генерации позволяют относительно быстро быть включены и начать генерировать электроэнергию или могут быстро увеличить / уменьшить генерируемую мощность.
К ним относятся, например:
Накопители энергии[править]
ГАЭС[править]
Техническая (конструктивная) возможность быстро менять генерируемую мощность используется в ГАЭС (Гидроаккумулирующих электростанциях).
При снижении потребления — избыточная генерируемая мощность используется для работы насосов для закачки воды.
При пиковом потреблении — работает как обычная ГЭС.
Первые ГАЭС в начале XX века имели КПД не больше 40 %, КПД современных ГАЭС составляет 70—75 %.
Твердотельная аккумулирующая электростанция[править]
Маховичный накопитель энергии[править]
Переток энергии[править]
В больших энергетических системах организуется переток энергии.
Системы могут быть региональные, охватывающие (обслуживающие, покрывающие) относительно небольшую территорию. Например:
Межрегиональные, для обслуживания нескольких близко расположенных или тесно связанных регионов. Например:
Межстрановые. Например:
Аварийное отключение энергопотребления[править]
В ситуации значительного дефицита вырабатываемой электроэнергии, если ее невозможно выработать и подать в сеть в данный момент — часть потребителей может быть отключена от электроэнергетической системы.
Это могут быть как отдельные энергоемкие потребители, так и целые крупные районы энергопотребления.
Это метод контролируемого, но аварийного режима энергопотребления.
См. также[править]
Источники[править]
|
Одним из источников этой статьи является статья в википроекте «Руниверсалис» («Руни», руни.рф), называющаяся «Тема:Сравнение методов электрической генерации». Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC BY-SA. Всем участникам Руниверсалиса предлагается прочитать «Обращение к участникам Руниверсалиса» основателя Циклопедии и «Почему Циклопедия?». |