3.2. Производство и распределение электрической энергии

Электроэнергетика – отрасль промышленности, занимающаяся производством электроэнергии на электростанциях и передачей её потребителям – является также одной из базовых отраслей тяжёлой промышленности.

Энергетика является основой развития производственных сил в любом государстве. Энергетика обеспечивает бесперебойную работу промышленности, сельского хозяйства, транспорта, коммунальных хозяйств. Стабильное развитие экономики невозможно без постоянно развивающейся энергетики.

Современное производство электрической энергии концентрируется на крупных электрических станциях, объединенных с помощью высоковольтных линий электропередачи в мощные электроэнергетические системы, куда входят также трансформаторные подстанции разного напряжения, обеспечивающие распределение энергии между отдельными потребителями (энергосистема – группа электростанций разных типов и мощностей, объединенная линиями электропередач и управляемая из единого центра). Эти системы соединены между собой линиями электропередачи межсистемной связи (рис. 3.2) более высокого напряжения, которые должны обладать необходимой пропускной способностью перетоков мощности как в нормальных, так и особенно в аварийных режимах.

Соединение энергосистем линиями межсистемной электрической связи увеличит в несколько раз использование установленного оборудования и позволит иметь намного меньше резерв мощности электростанций, а также сглаживать «пики» графика нагрузки, возникающие в результате изменений суточных и сезонных режимов производства и потребления электроэнергии в экономических районах, перераспределяя её между менее нагруженными электростанциями отдельных энергосистем. От энергетических систем получают питание потребители экономических районов и электрических железных дорог.

В настоящее время наиболее распространенными спо­собами производства электрической энергии являются преобразование тепловой энергии, полученной от сжигания твердого жидкого или газообразного топлива в топках паровых котлов, а также использование энергии падающей воды в турбинах гидроэлектростанций.

Рис. 3.2. Принципиальная схема двух энергосистем ЭС1 и ЭС2, соединённых линиями межсистемных связей: ТЭС – тепловая, ГЭС – гидравлическая и АЭС – атомная электростанции; 1 – линии межсистемной связи; 2 – линии электропередачи энергосистемы; 3 – районная трансформаторная подстанция; 4 – линия электропередачи от районной трансформаторной подстанции к тяговой; 5 – тяговая подстанция; 6 – питающая линия; 7 – отсасывающая линия; 8 – контактная сеть; 9 – рельсы; 10 – эпс

Преобладающим источником электроэнергии, по-прежнему, остаются тепловые электростанции, работающие на органическом топливе. Сейчас их продукция составляет более 80 % электробаланса страны. Гидроэнергетика также развивается высокими темпами, особенно в азиатской части страны, где сосредоточены основные гидроэнергоресурсы. Осуществляется широкая программа строительства атомных электростанций, предусматри­вающая ввод их в действие мощностью 30 млн. кВт, в основном в тех районах страны, где ограничены энергетические ресурсы, а потребление электроэнергии велико. Ядерное горючее содержит громадное количество тепловой энергии и легко транспортируется. Для производства электроэнергии расходуется 200 г урана, что эквивалентно 600 т угля.

Объективной особенностью продукции электроэнергетики является невозможность ее складирования или накопления, поэтому основной задачей энергосистемы является наиболее рациональное использование продукции отрасли. Электрическая энергия, в отличие от других видов энергии, может быть конвертирована в любой другой вид энергии с наименьшими потерями, причем ее производство, транспортировка и последующая конвертация значительно выгоднее прямого производства необходимого вида энергии из энергоносителя. Отрасли, чаще всего не использующие электроэнергию напрямую для своих технологических процессов, являются крупнейшими потребителями электроэнергии. ЕЭС России – сложнейший автоматизированный комплекс электрических станций и сетей, объединенный общим режимом работы, с единым центром диспетчерского управления (ДУ). Основные сети единой энергетической системы России напряжением от 330 до 1150 кВт объединяют в параллельную работу 65 региональных энергосистем, от западной границы до Байкала. Структура ЕЭС позволяет функционировать и осуществлять управление на трех уровнях: межрегиональном (ЦДУ в Москве), межобластном (объединенные диспетчерские управления) и областном (местные ДУ). Такая иерархическая структура в сочетании с противоаварийной интеллектуальной автоматикой и новейшими компьютерными системами позволяет быстро локализовать аварию без значительного ущерба, в том числе и для местных потребителей. Центральный диспетчерский пункт в Москве полностью контролирует и управляет работой всех станций, подключенных к нему.