Вопросы для повторения
Какие отрасли входят в ТЭК?
По какому признаку классифицируются виды энергии?
Какова цель построения энергетической цепи? Какой показатель можно определить, используя эту модель?
Назовите основное различие в технологии отраслей ТЭК.
Какие факторы влияют на сложность управления электроэнергетикой?
Чем отличается по своим потребительским свойствам продукция электроэнергетической отрасли от продукции топливодобывающих отраслей?
Каковы технологические особенности энергетического производства?
Какие факторы определяют высокую степень концентрации производства в отраслях ТЭК?
Каковы особенности формирования среднеотраслевой себестоимости в отраслях ТЭК? Обоснуйте особенности издержек производства в отраслях ТЭК.
Какие виды запасов ископаемых ТЭР выделяют, с какой целью?
Виды и классификация ТЭР.
Основные характеристики ТЭР. Проанализируйте их и назовите наиболее высококачественные виды топлива.
Каковы причины скачка цен на мировом рынке нефти?
Какие факторы влияют на формирование цен на мировых рынках нефти и газа? Почему наблюдается корреляция между ценами газа и нефти?
Какие факторы могут способствовать снижению цен на продукцию нефтегазового комплекса?
Глава 2. Технологические основы производства и распределения топливно-энергетических ресурсов
2.1. Основные элементы энергосистемы. Классификация энергогенерирующих установок
Энергетика — одна из ведущих отраслей национальной экономики, охватывающая энергетические ресурсы, выработку, преобразование, передачу и использование различных видов энергии. Основными видами энергии, необходимыми отраслям экономики, являются электрическая и тепловая энергия. Электроэнергия является самым удобным энергоресурсом, именно с рациональным использованием электрической энергии связано ускорение научно-технического прогресса и рост производительности труда.
Предприятия, обеспечивающие экономику электро - и теплоэнергией, образуют отрасль электроэнергетики.
Эта отрасль включает энергогенерирующие, преобразующие и передающие установки.
Энергогенерирующие установки можно классифицировать по ряду основных признаков:
по виду первичных энергоресурсов;
по процессам преобразования энергии;
по видам отпускаемой энергии;
по количеству и типам обслуживаемых потребителей;
по режиму работы.
Предприятие, предназначенное для производства электрической энергии, называется электростанцией.
В настоящее время большая часть электроэнергии вырабатывается на тепловых, атомных и гидравлических электростанциях.
Основным назначением тепловой электростанции (ТЭС) является выработка электроэнергии и теплоты за счет преобразования химической энергии топлива (угля, нефти, газа). По виду отпускаемой энергии (энергетическому назначению) различают конденсационные электростанции (КЭС), отпускающие энергию одного вида — электрическую, и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), отпускающие электроэнергию и тепловую энергию с паром и горячей водой.
По типу основного двигателя для привода электрогенератора различают ТЭС с паровыми и газовыми турбинами (паротурбинные и газотурбинные электростанции).
Атомные электростанции (АЭС) преобразуют энергию расщепления ядер атомов тяжелых элементов в электрическую энергию и теплоту. Атомные электростанции, отпускающие потребителям электрическую и тепловую энергию, называют атомными теплоэлектроцентралями (АТЭЦ).
Так же, как ТЭС и ТЭЦ, АЭС являются паротурбинными электростанциями.
Гидроэлектростанции (ГЭС) преобразуют механическую энергию водного потока в электрическую.
Разновидностью ГЭС являются гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС), потребляющие электроэнергию в периоды снижения электрических нагрузок (ночью) и вырабатывающие ее в периоды максимальных нагрузок, и приливные электростанции (ПЭС), использующие энергию приливов и отливов морской воды.
В технологическом аспекте объединение энергогенерирующих установок и потребителей с помощью электрических и тепловых сетей образуют энергосистему.
Комплекс Единой энергетической системы (ЕЭС) России включает в себя около шестисот тепловых и более ста гидроэлектростанций. Он охватывает около 9/10 территории страны.
Тепловые электростанции на органическом топливе делятся в зависимости от вида используемого топлива на работающие на угле, местных видах топлива (сланцы, торф) и газомазутном топливе.
По применяемым процессам преобразования энергии выделяются электростанции, в которых:
полученная тепловая энергия преобразуется в механическую, а затем в электрическую энергию — ТЭС, АЭС;
полученная солнечная энергия непосредственно превращается в электрическую с помощью фотоэлементов — солнечные электростанции (СЭС);
энергия воды и воздуха превращается в механическую энергию, а затем в электрическую — ГЭС, ГАЭС, ПЭС, ВЭС (ветряные электростанции).
По видам отпускаемой энергии различают электростанции, отпускающие только электрическую энергию — ГЭС, ГАЭС, тепловые конденсационные электростанции (КЭС), атомные КЭС; отпускающие электрическую и тепловую энергию — ТЭЦ, атомные ТЭЦ и др.
Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) кроме электроэнергии вырабатывают тепло. Использование тепла отработавшего пара при комбинированном производстве энергии обеспечивает значительную экономию топлива. Если отработавший пар или горячая вода используется для технологических процессов, отопления и вентиляции промышленных предприятий, то ТЭЦ называются промышленными. При использовании тепла для отопления и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий городов ТЭЦ называются коммунальными (отопительными). Промышленно-отопительные ТЭЦ снабжают теплом как промышленные предприятия, так и население.
Одним из наиболее эффективных способов производства электроэнергии является теплофикация.
Под термином «теплофикация» следует понимать одновременное производство электрической и тепловой энергии в комбинированном цикле, т.е. совместную выработку электрической и тепловой энергии в одном агрегате (паротурбинном, газотурбинном или поршневом). В комбинированной выработке заключается основное отличие теплофикации от раздельного метода теплоэлектроснабжения, когда электрическая энергия вырабатывается на электростанциях, а тепловая — в котельных.
Для определения комбинированного цикла в настоящее время также используется термин когенерация.
По режиму работы различают базовые, маневренные или полупиковые, пиковые электростанции. Базовые электростанции работают в течение года с постоянной нагрузкой. Полупиковые могут снижать нагрузку от нескольких часов до нескольких суток. Пиковые электростанции включаются только на период максимума электрической нагрузки.
К первой группе относятся крупные, наиболее экономичные КЭС, атомные КЭС, ТЭЦ, работающие в теплофикационном режиме; ко второй группе — маневренные КЭС и ТЭЦ; к третьей группе — пиковые ГЭС, ГАЭС, газотурбинные установки ГТУ.
Для каждого типа электростанции имеются также внутренние признаки классификации. Например, КЭС и ТЭЦ различаются по начальным параметрам, технологической схеме (блочные и с поперечными связями), единичной мощности блоков и т.п. АЭС классифицируются по типу реакторов (на тепловых и быстрых нейтронах), конструкции реакторов и др.
При решении проблем экономического развития, выбора рациональной организационной схемы необходимо учитывать специфические особенности основных технологий отрасли.
Технологическими особенностями производства электроэнергии и тепла относят являются следующие.
совпадение во времени процесса производства и потребления энергетической продукции. Ни тепловую, ни электрическую энергию нельзя складировать и запасать. Энергосистемы должны выдавать столько энергии и мощности, сколько требуется в данный момент:
,
где
— произведенная электрическая энергия,
кВт·ч;
—потребленная
электрическая энергия, кВт·ч;
—потери электрической
энергии при транспортировке, кВт·ч;
—произведенная
тепловая энергия, ГДж;
—потребленная
тепловая энергия, ГДж;
—потери тепла
при транспортировке, ГДж.
Эта особенность технологии обуславливает высокие требования к надежности работы энергосистем и качеству электроэнергии. Надежность является одним из важнейших требований в энергетике. Для обеспечения надлежащего уровня надежности в энергосистеме используется резервирование, т.е. создание резервов мощности, которые необходимы для замены вышедших из строя агрегатов, проведения ремонта энергосистем и поддержания качества выдаваемой энергии (частота и напряжение в электрической сети), а также резервные запасы топлива, воды и т.д.
широкая взаимозаменяемость генерирующих установок в энергосистеме. Для производства электроэнергии используются все виды электростанций, а для производства тепла — конденсационные электростанции (КЭС), теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), гидростанции (ГЭС), атомные электростанции (АЭС) и др. Для производства тепла используются ТЭЦ, котельные или утилизационные установки. На этих станциях и котельных могут быть установлены агрегаты различных типов, работающие на разных параметрах пара и использующие различные виды топлива.
Взаимозаменяемость видов продукции, т.е. возможность использования различных энергоносителей в установках, например использование природного газа или электрической энергии в нагревательных печах, использование парового или электрического привода компрессоров и др.
высокая динамичность энергопотребления, обуславливающая высокие требования к маневренности генерирующих установок, так как в каждый момент времени должно быть произведено такое количество энергии, которое требуется потребителю. Маневренность агрегата должна обеспечить возможность работы энергосистемы по заданному графику.
В связи с тем, что система работает с переменным режимом и в течение суток, и в течение недели, месяца, года, генерирующие установки должны обладать широким диапазоном регулирования нагрузки.
Наилучшими маневренными свойствами обладают ГЭС. Запуск в работу гидроагрегата составляет несколько минут. На тепловых станциях, использующих паротурбинные установки, это более длительный процесс — энергетический котел необходимо нагревать или остужать в течение 15―20 ч.
необходимость создания энергосистем, включающих генерирующие установки разных типов.
В результате — повышается надежность, уменьшаются резервы, а следовательно, экономятся средства; увеличивается единичная мощность установок; снижаются годовой и удельный расходы топлива; повышается эффективность ремонтных работ; осуществляется более полное и рациональное использование ресурсов.