124

Лекция 1. Раздел 1. Тема 1.1-1.3 (2 часа) введение. План

1. Краткая историческая справка о развитии электроэнергетики

2. Условные обозначения, система заземления нейтралей. Стандартная шкала мощностей и напряжений

3. Основные типы станций: ТЭЦ, КЭС, ГЭС, АЭС, ГТУ, ПГУ. Возобновляемые источники энергии: ГэоЭС, ВЭС, ПЭС и др.

1. Краткая историческая справка о развитии электроэнергетики

Топливно-энергетический комплекс страны охватывает получение, передачу, преобразование и использование различных видов энергии и энергетических ресурсов.

Электроэнергетика – ведущая составляющая часть энергетики, обеспечивающая электрификацию хозяйства страны на основе рационального производства и распределения электроэнергии.

Основная часть электроэнергии вырабатывается крупными электростанциями. Электростанции объединены между собой и с потребителями высоковольтными линиями электропередачи (ЛЭП) и образуют электрические системы.

Начало применения электричества положили открытие электрической дуги В. В. Петровым (1802 г.), изобретение П. Н. Яблочковым электрической дуговой свечи (1876 г.) и А. Н. Лодыгиным лампы накаливания (18731874 гг.).

Промышленное применение электроэнергии началось с создания Б. С. Якоби первого практически применимого электродвигателя с вращательным движением (18341837 гг.) и изобретения гальванопластики (1838 г.). В 1882 г Н. Н. Бенардос открыл способ электросварки металлов.

Первые центральные электростанции постоянного тока мощностью несколько десятков, а позднее несколько сотен киловатт были сооружены в 80-х и начале 90-х годов XIX в. в Москве, Петербурге, Царском селе (ныне г. Пушкин) и ряде других городов. Эти электростанции почти не имели силовой нагрузки, и только с 1892 г., когда был пущен электрический трамвай в Киеве (первый трамвай в России), появляется некоторая силовая нагрузка у станций постоянного тока.

Небольшое напряжение станций постоянного тока (110220 В) ограничивало радиус их действия, а тем самым и их мощность. Изобретение силового трансформатора (П. Н. Яблочков, 1876 г.) открыло возможность применения переменного тока высокого напряжения и значительно увеличило радиус действия электростанций.

Первые центральные электростанции однофазного переменного тока напряжением 22,4 кВ были сооружены в Одессе (1887 г.), Царском селе (1890 г.), Петербурге (1894 г.) и ряде других городов.

Переломным моментом в развитии электроснабжения вообще и электростанций в частности явилось создание в 18881889 гг. выдающимся русским инженером М. О. Доливо-Добровольским системы трехфазного переменного тока. Им впервые были созданы трехфазные синхронные генераторы, трехфазные трансформаторы и, что особенно важно, трехфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым и фазным ротором

Первая в России электростанция трехфазного тока мощностью 1200 кВА была сооружена инженером А. Н. Щенсновичем в 1893 г. в Новороссийске. Станция предназначалась для электрификации элеватора.

Подводя общие итоги развития электроэнергетики в дореволюционной России, можно сказать, что установленная мощность всех электростанций России в 1913 г. составляла около 1100 МВт при производстве электроэнергии около 2 млрд кВтч в год. По уровню производства электроэнергии Россия занимала 15-е место в мире.

План ГОЭЛРО, принятый в 1920 г., предусматривал увеличение объема промышленного производства в стране примерно в 2 раза по сравнению с 1913 г. Основой такого роста промышленности, было намечавшееся в течение 1015 лет сооружение 30 районных электростанций в различных регионах страны общей мощностью 1750 МВт. Выработку электроэнергии предполагалось довести до 8,8 млрд кВтч в год.

План ГОЭЛРО был выполнен к 1 января 1931 г., то есть за 10 лет. Установленная мощность электростанций и выработка электроэнергии в различные исторические периоды приведены в табл.1.1.

Таблица 1.1

	1913	1931	1940	1950	1960
Руст (млн. кВт)	1,1	2,88	11,2	19,6	66,72
W (млрд. кВт*ч)	2,0	8,8	48,3	91,2	292,27

Продолжение табл. 1.1

	1970	1980	1985	1998-1999
Руст (млн. кВт)	166,2	266,7	315,1	210
W (млрд. кВт*ч	741	1293,9	1544,2	1000

Доля электростанций различных типов в производстве электроэнергии приведена на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Доля различных типов электростанций в производстве электроэнергии в 1995 г.

С начала 90-х годов XX в. в топливно-энергетическом комплексе происходят кризисные явления. В отдельных районах наблюдается дефицит электроэнергии. Возросли требования к охране окружающей среды. России нужна новая энергетическая политика, которая была бы достаточно гибкой. Обязательно должна быть сохранена целостность электроэнергетического комплекса и ЕЭС России. Важна поддержка независимых производителей энергоносителей, ориентированных на использование возобновляемых или местных энергетических ресурсов.

В итоге проведения реформы будут достигнуты следующие результаты:

• Увеличится объем инвестиций в электроэнергетику и как следствие – ускорится процесс модернизации отрасли, повысится ее эффективность.

• Изменения в электроэнергетике будут способствовать развитию смежных отраслей – поставщиков оборудования, топлива и т. д.

• Сократится средний удельный расход электроэнергии.

• Возрастет надежность энергоснабжения потребителей.

• Возникнут рыночные, экономические стимулы для независимого производства электроэнергии и развития межсистемных связей.

Энергетическая стратегия определила объемы вводов на электростанциях России на период до 2020 г. В оптимистическом варианте они оцениваются в 177 млн кВт, в том числе на ГЭС и ГАЭС – 11,2 млн кВт, на АЭС – 23 млн кВт, на ТЭС – 143 млн кВт (рис. 1.2). При этом объемы вводов на замену устаревшего оборудования (техническое перевооружение) должны составить около 76 млн кВт. В умеренном варианте потребность во вводе генерирующих мощностей составит 121 млн кВт, из них 70 млн кВт на техническое перевооружение.

С учетом увеличения экспорта производство электроэнергии к 2020 г. составит 1215–1365 млрд кВтч. При этом намечается значительный рост производства электроэнергии на АЭС со 142 млрд кВтч в 2002 г. до 230–300 млрд кВтч в 2020 г., на ГЭС – со 164 млрд кВтч в 2002 г. до 195–215 млрд кВтч в 2020 г. (рис. 1.3).

Рис. 1.2. Производство электроэнергии на электростанциях России (умеренный и оптимистический варианты)

Как и в настоящее время, в перспективе особенности территориального размещения топливно-энергетических ресурсов будут определять структуру вводов мощностей:

• новые АЭС должны сооружаться в европейских районах и частично на Урале;

• ГЭС целесообразно развивать в основном в Сибири и на Дальнем Востоке, частично – на Северном Кавказе;

• угольные ТЭС будут вводиться в основном в Сибири и на Дальнем Востоке, а также на Урале;

• на электростанциях, сжигающих газ, основным направлением станет замена ПСУ на ПГУ на площадках действующих газомазутных ГРЭС, а сооружение новых газовых ТЭС будет осуществляться исходя из ресурсов газа.

В условиях дефицита топливных ресурсов большое значение имеет программа развития гидроэнергетики.

В перспективе значительный рост выработки электроэнергии на АЭС существенно усложнит задачу покрытия неравномерной части графика электрической нагрузки, особенно в европейской зоне.

Рис. 1.3. Прогноз электропотребления на период до 2020 г.

Для обеспечения надежного функционирования ЕЭС России и компенсации неравномерного потребления электроэнергии в условиях увеличения доли базисных АЭС в европейской части страны необходимо ускоренное сооружение гидроаккумулирующих электростанций.

Энергосберегающая политика подразумевает коренное совершенствование структуры энергопотребления, экономию топлива и энергии во всех отраслях народного хозяйства и переход на энергосберегающие технологии.