Размещено на http: //www. allbest. ru/

ВНИИЭ - Мосэнерго

Влияние колебаний метеорологических факторов на электропотребление энергообъединений

Макоклюев Б.И. канд.техн.наук, Павликов В.С.,

Владимиров А.И., Фефелова Г.И., инженеры,

 Cущественное влияние на электропотребление оказывают метеорологические факторы (МФ) - в первую очередь температура и освещенность. Они в значительной степени определяют глубокие сезонные колебания и суточную неравномерность графиков потребления. Устойчивые сезонные и суточные циклы колебаний МФ и их влияние могут быть представлены в аналитическом виде и использоваться при разработке прогнозов ожидаемых значений потребления на всех циклах планирования и управления режимами. Коэффициент влияния температуры , используемый энергообъединениями (ЭО) на практике для анализа и прогноза потребления достаточно стабилен - диапазон колебаний 0,5 - 1 % на 1 градус ( С) [1,2]

Вместе с тем, в последние годы возникли два обстоятельства, определяющие необходимость более точного и полного учета влияния МФ при планировании и управлении режимами ЭО.

В первую очередь, это общее изменение структуры потребления - снижение доли промышленной и увеличение коммунально-бытовой и осветительной нагрузки и, как следствие, увеличение влияния МФ на потребление. Второе - возникновение в последние годы устойчивых аномальных отклонений МФ, особенно температуры наружного воздуха. Аномальными считаются значительные отклонения МФ от устойчивых среднемноголетних тенденций. Указанные колебания метеофакторов вызывают резкие скачки электропотребления, заставляющие срочно вводить дополнительные генерирующие мощности со всеми сопутствующими этой ситуации проблемами - нарушениями диспетчерских графиков, внеплановым расходом топлива, снижением надежности и экономичности режимов ЭО.

Аномальные колебания особенно сильно сказываются в весенний и осенний периоды, непосредственно примыкающие к отопительному сезону. В эти периоды эпизодические похолодания заставляют население прибегать к альтернативным источникам тепла, которыми, большей частью, становятся всевозможные виды электронагревателей. Как правило, в большинстве регионов эти похолодания наступали при отключенном центральном отоплении.

В данной статье приведен анализ влияния МФ на электропотребление для различных периодов года. Анализ осуществлялся с помощью программного комплекса планирования режимных параметров «Энергостат» [3].

На Рис 1. показаны графики электропотребления ОЭС Центра в апреле -мае 1999 года и 2000 года.

Рис. 1 Cреднесуточное потребление ОЭС Центра апреля и мая 2000 г.

Рассмотрим более подробно ситуацию периода весны 2000 года. Во второй половине апреля 2000 года стабильно установилась аномально теплая погода с температурой до +25 (среднесуточная составила +17,3). Среднесуточное электропотребление ОЭС Центра в рабочие дни 25 - 28 апреля колебалось в пределах 21740 - 22265 мВт.

Относительно теплая (среднесуточная выше 10 градусов) погода держалась вплоть до 30 апреля, после которого началось резкое похолодание. Следует отметить что действующие нормативы считают необходимым для включения центрального отопления установление среднесуточной температуры +8 градусов в течение трех суток.При этом температура внутри помещений снижается +18 градусов (за счет внутренних тепловыделений - приборы освещения, кухонные плиты, горячее водоснабжение).

Однако, значительная часть населения считает достаточно комфортной комнатную температуру не ниже +20 градусов. Для этого отапливать помещение необходимо уже при устойчивой среднесуточной температуре наружного воздуха +10 градусов. Если централизованное отопление при данной температуре не функционирует, население начинает активно использовать электронагревательные приборы .

30 апреля в ОЭС Центра среднесуточная температура опустилась до +5,3 град, 1 мая - уже до +3,3 градусов. В первый день похолодания сказалась тепловая инерция помещений и по отношению к предыдущему дню (29 апреля) среднесуточное потребление ОЭС Центра возросло всего на 885 мВт ( 188 мВт или 0,7% / С). Здесь и далее зависимость электропотребления от температуры оценивается коэффициентом влияния температуры, показывающим на сколько процентов увеличивается электропотребление при изменении температуры на один градус. На следующий день (2 мая) потребление возросло еще на 1328 мВт, хотя среднесуточная температура практически не изменилась. Коэффициент влияния температуры, подсчитанный для 2 мая, составил уже 1,67%/ С. В последующие два рабочих дня (3 и 4 мая) среднесуточная температура несколько повысилась - до +5,1 и +6,7 градусов, но осталась ниже температуры, начиная с которой должно функционировать центральное отопление.

К мощности электронагревателей, обогревавших в праздничные дни жилые помещения, добавилась нагрузка от нагревателей в производственных помещениях. Рост потребления 4 мая по отношению к ожидаемому потреблению (примерно 22200 мВт) составил около 7,9% или 2,4% / С. Температура воздуха нормализовалась только 5 мая (поднялась до среднесуточной +9,6 град.), но тепловая инерция охлажденных помещений сохранила повышенное электропотребление, которое восстановилось до нормальных значений только 6 мая.

При последующем похолодании (12 мая ) температура опять снизилась до точки, при котором должно включаться отопление. Электропотребление в этот день выше ожидаемого на 1840 мВт. В субботу 13 мая локальное похолодание достигло максимума (среднесуточная температура опустилась до +2,3 градусов и электропотребление в этот день возросло по отношению к показателю субботы 29 апреля на 15% (1,95%С ). 14 мая температура несколько поднялась - до 3,1 градусов, - что сопровождалось незначительным снижением электропотребления, характерным на интервале «суббота - воскресенье». Однако максимальный эффект этой волны проявился с началом рабочей недели 16 мая (на четвертые сутки похолодания). Среднесуточное потребление ОЭС Центра достигло рекордного за этот период значения - 24940 мВт, (+12,3% по отношению к среднему потреблению рабочих дней последней недели апреля или 2,62%/С.). Максимальное суточное потребление мощности превысило 28050 мВт, что характерно для первой половины апреля. К 21 мая температура достигла +11,8 градусов и электропотребление снизилось до нормы.

Из анализа этого показательного периода следует, что учет влияния температуры на электропотребления не может быть выражен простой линейной зависимостью с коэффициентами влияния порядка 0,5 - 1,0 % / С. Целесообразно рассматривать три зоны коррелированности электропотребления по отношению к температуре наружного воздуха

· Летний период (сезон без отопления). Электропотребление слабо зависит от температуры наружного воздуха.

· Зимний период (отопительный сезон). Связь между температурой и электропотреблением существенна и может быть описана достаточно простыми линейными моделями.

· Переходные весенний и осенний периоды.При отключенном центральном и снижении температуры ниже 10 градусов влияние температуры на электропотребление резко возрастает и их связь становится нелинейной - начиная с +8 градусов каждый градус снижения температуры сопровождается все большим приростом электропотребления. Коэффициент влияния колеблется от 1 до 3 % / С..

При математическом моделировании коэффициентов влияния температуры на электропотребление Kpt (t) необходимо учесть следующее:

· при снижении температуры ниже некоторого порога коэффициент влияния Kpt (t) уменьшается и становится нулевым,

· при повышении температуры выше некоторого порога коэффициент влияния становится отрицательным, что свидетельствует об увеличении электропотребления при поышении температуры вследствие включения приборов кондиционирования и охлаждения бытовых помещений,

· коэффициент влияния в области температур от - 20 до + 30 градусов зависит от того, включено или нет отопление, и необходимо моделировать две зависимости Kpt (t) - для условий включенного и отключенного отопления.

Для моделирования зависимости коэффициента влияния от температуры будем использовать функцию сигмоид

Sigm(x)=1/(1+exp(-x)),

параметризованную cледующим образом:

Sigm(x, x0, r, yLeft, yRight) = yLeft+(yRight-yLeft)/(1+exp(-2.7*(x-x0)/r)), (1)

где x0 - положение области наклона (ордината полувысоты области наклона), r - полуширина (радиус) области перехода,

yLeft - значение функции в нижней области насыщения,

yRight - значение функции в верхней области насыщения,

Моделирование коэффициентов влияния производится с использованием суперпозиции двух функций Sigm с различными значениями параметров:

Kpt(t) = Sigm(t, xLeft, rLeft, yLeft-Kmax/2, Kmax/2) + Sigm(t, tRight, rRight, Kmax/2, (2) yRight-Kmax/2)

Статистическая оценка параметров функции для Мосэнерго производилась по данным за 2000-2002 гг..График функции приведен на рис.2 . Значение коэффициента влияния в области низких температур (менее -20 С ) равно 0, в области максимальных температур (более 30 С) - 0.2 %/ С. Максимальная величина коэффициента влияния для условий включенного отопления - 0.6 %/ С, для отключенного отопления - 2,3 %/ С .

Рис. 2 Зависимость коэффициента влияния температуры на электропотребление Мосэнерго от температуры при включенном (К отопительный) и отключенном (К холодный) отоплении

Для энергообъединений с концентрированной коммунально-бытовой и осветительной нагрузкой к температурному влияющему фактору добавляются факторы естественной освещенности (облачности) и некоторых дополнительных - влажность, сила ветра. Рассмотрим это на примере Мосэнерго.

На Рис.3 приведены графики электропотребления в час максимума и соответствующие значения температуры на интервале 1 апреля - 3 июня 2001 года. Здесь так же, как и в предыдущие два года, наблюдалось устойчивое потепление во второй половине апреля - вплоть до первых чисел мая. Но, в отличие от двух предыдущих лет, в мае 2001 года не было такого затяжного похолодания. При этом температура колебалась: трех-пятидневные похолодания, при которых среднесуточная температура опускались ниже +10 градусов (пики похолоданий 13, 23, 26 мая), перемежались относительными, краткими потеплениями.

Рис. 3 Потребление и температура в час максимума АО Мосэнерго для апреля и мая 2001 г.

Несмотря на это, общий уровень электропотребления оказался на 6 - 8 % выше ожидаемого, что особенно заметно на пиковым нагрузкам 30 и 31 мая. В эти, практически летние, дни нагрузка последней апрельской недели была превышена на 10 %, хотя среднесуточная температура за эти дни не была особенно низкой (9,1 и 9,4 градуса соответственно). Например, локальное похолодание 13 и 14 мая, когда среднесуточные температуры были соответственно 5 и 6,7 градусов, отозвалось все-таки не столь высоким повышением электропотребления.

Если весь прирост нагрузки попытаться отнести только за снижения температуры воздуха, получится аномально высокий коэффициент влияния - примерно 10% /С . Для объяснения столь значительного роста нагрузки необходимо принять во внимание также другие влияющие факторы, а не ограничиваться рассмотрением влияния одной лишь температуры. В эти дни относительно небольшое похолодание сопровождалось ненастной дождливой погодой в сопровождении ветра. Устойчивая плотная облачность явилась причиной повышенной осветительной нагрузки, когда, особенно в момент интенсивного выпадания дождя, свет зажигался даже в дневное время.

Вместе с тем, несмотря на относительно небольшие похолодания 30 и 31 мая, все-таки активно использовались нагревательные приборы в жилищах и на рабочих местах, поскольку высокая влажность воздуха и ветер, при достаточно низкой температуре в помещениях - на уровне 17 -18 градусов, создают ощущение дискомфорта и население прибегает к доступным и привычным обогревающим средствам. Поэтому столь высокая нагрузка 30 - 31 мая обязано объясняется совместным одновременным действием нескольких факторов - температуры, облачности , влажности и ветра. Влажность и ветер обычно не рассматриваются, как определяющие для электропотребления, однако они способны значительно усиливать действие основных влияющих факторов - температуры и естественной освещенности.

Более подробно рассмотрим эффект изменений естественной освещенности на примере cуточного графика графика потребления АО Мосэнерго в понедельник 21 мая 2001 г. График приведен в сопоставлении с осредненным графиком рабочих дней мая 2001 года на Рис 4.

Рис. 4 Суточные графики нагрузки АО Мосэнерго среднего рабочего дня и 21 мая 2001 г

На графике понедельника хорошо заметно локальное повышение нагрузки в 15 часов, превышающее ожидаемое значение на 700 мВт, что вызвано низкой плотной облачностью и интенсивным дождем. с одновременным резким локальным снижением температуры на 5 градусов.

Выводы

1. В связи с изменением структуры потребления электроэнергии энергообъединений в последние годы возросло влияние МФ на потребление. Наиболее сущеcтвенно влияние МФ в весенний и осенний периоды при отключенном центральном отоплении. Учет влияния температуры нельзя оценивать простым линейным коэффициентом размерностью 0,5-1 %/ С. Коэффициент влияния можно моделировать нелинейной функцией сигмоид. Максимальные значения коэффициента влияния при отключенном отоплении - 2,3 %/ С .при включенном - 0.6 %/ С.

2. В совокупность факторов необходимо включать данные основных влияющих факторов - температуры, естественной освещенности, а также дополнительных - влажность, сила ветра.

3. Сбор и обработка метеорологической информации должна производиться на уровне энергообъединений с дискретностью фиксации, соответствующей дискретности диспетчерских графиков и суточной ведомости (получасовые или часовые значения). Учет совокупности метеорологических факторов необходим для точного анализа и прогнозирования электропотребления. Введение данных факторов в математические модели, используемые при прогнозировании, позволит существенно повысить точность прогнозов режимных параметров энергообъединений и соответственно повысить эффективность планирования и управления режимами.

метеорологический электрический сеть

1. Сюткин Б.Д., Бордюгов В.М. Влияние метеофакторов на режим потребления электроэнергии. Тезисы докладов на совещании по теме «Оптимизация режимов работы энергосистем». - М.: ВДНХ СССР, 1977

2. Макоклюев Б.И., Федоров Д.А. Оперативное прогнозирование нагрузки ЭЭС с учетом метеофакторов. Советчики диспетчеров по оперативной коррекции режимов работы ЭЭС. Иркутск, 1984.

3. Б.И. Макоклюев. Расчет и планирование режимных параметров, балансов мощности и электроэнергии АО-энерго и предприятий сетей с помощью программных комплексов "Энергостат" и “РБЭ”. Сборник докладов “: Современные методы и средства расчета, нормирования и снижения технических и коммерческих потерь электроэнергии в электрических сетях”, М., НЦ ЭНАС , 2000.

Размещено на Allbest.ru