Введение

Изучение настоящего курса имеет целью получение и закрепление студентами знаний о процессах производства, передачи и потребления электрической и тепловой энергии, взаимной связи и объективных закономерностях этих процессов, о различных типах электростанций, их характеристиках, условиях совместной работы и комплексного использования.

На основании этого формируется обобщенное представление о единстве энергетической системы, как органичной части промышленности и экономики в целом.

Изучение курса базируется на знаниях по дисциплинам «Математика», «Физика», «Теоретические основы электротехники», «Электромеханика". Приобретенные знания используются студентами при изучении специальных дисциплин.

1. Производство электрической и тепловой энергии

1.1. Общие положения

Энергетика – это совокупность естественных, природных и искусственных, созданных человеком систем, предназначенных для получения, преобразования, распределения и использования энергетических ресурсов всех видов. Энергоресурсами являются все материальные объекты, в которых сосредоточена энергия для возможного использования ее человеком.

Среди различных видов энергии, используемых людьми, электроэнергия выделяется рядом существенных достоинств. Это относительная простота ее производства, возможность передачи на очень большие расстояния, простота преобразования в тепловую, механическую, световую и иную энергию, что делает электроэнергетику важнейшей отраслью жизнедеятельности человека.

Процессы, происходящие при производстве, распределении, потреблении электрической энергии, неразрывно взаимосвязаны. Также взаимосвязаны и объединены установки по выработке, передаче, приему и преобразованию электроэнергии. Такие объединения называются электроэнергетическими системами (рис.1.1) и являются составной частью энергетической системы. В соответствии с [2] энергетической системой называют совокупность электрических станций, котельных, электрических и тепловых сетей, соединенных между собой и связанных общностью режима в непрерывном процессе производства, преобразования и распределения электроэнергии и теплоты при общем управлении этими режимами.

Рис. 1.1. Упрощенная схема электрической системы:

G – генераторы электроэнергии; Т – трансформаторы; Р – электрические нагрузки;

W – линии электропередачи; АТ – автотрансформаторы

Составной частью электроэнергетической системы является система электроснабжения, представляющая собой совокупность электроустановок, предназначенных для обеспечения потребителей электрической энергией.

Аналогичное определение можно дать системе теплоснабжения.

Развитие человеческого общества, связанное с научно-техническим и социальным процессом, невозможно без увеличения количества потребляемой энергии и освоения новых, более эффективных ее видов. Эти процессы непосредственно связаны между собой, что можно проследить на примере нашей страны за последнее столетие.¹

Перед началом первой мировой войны в 1913 г. Россия производила 2,0 млрд кВт.ч электроэнергии в год и занимала по этому показателю 15-е место в мире. К окончанию войн в 1921 г. Производство электрической энергии снизилось до 0,5 млрд кВт.ч а год. Аналогичные процессы происходили в экономике страны в целом (см. таблицу 1.1). Индустриализация, реализация плана ГОЭЛРО позволили СССР к 1940 г. выйти на третье место в мире после США и Германии по выработке электроэнергии (рис. 1.2). В стране были построены десятки электростанций, введены в эксплуатацию линии электропередачи (ЛЭП) напряжением 110 кВ, созданы первые электроэнергетические системы. Значительные успехи были достигнуты отечественной энергетикой после восстановления народного хозяйства по окончании Великой Отечественной войны. Советский Союз занял второе место в мире по всем основным энергетическим показателям, а по некоторым из них стал мировым лидером. Были построены тепловые электрические станции (ГРЭС), Волжский каскад гидроэлектростанций (ГЭС), крупные ГЭС в Сибири, атомные электростанции (АЭС), введены в строй ЛЭП напряжением 750 кВ от Курской и Чернобыльской АЭС и 1150 кВ Экибастуз-Кокчетав (табл. 1.2). В 1988 г. В СССР было добыто 625 млн тонн нефти и 770 млрд кубометров природного газа, что позволило этим отраслям выйти на первое место в мире. Динамика добычи основных видов органического топлива приведена в табл. 1.3. Последовавшие в конце 80-х годов экономические и политические процессы в стране соответствующим образом отразились и на энергетике (рис. 1.3).

Таблица 1.1. Общие экономические показатели России в 1913…1920 годах.

Показатели	Уровень в %
	1913 г.	1917 г.	1920 г.
Крупная промышленность	100	63	15
Выплавка чугуна	100	70	3
Добыча нефти	100	95	42
Добыча угля	100	108	30
Производство электроэнергии	100	-	25

Таблица 1.2. Электрические станции России.

Название станции	Установленная мощность станции, МВт	Мощность одной турбины, МВт	Примечание
Конаковская ГРЭС	2400	300
Рефтинская ГРЭС	3800	500
Березовская ГРЭС	6400
Рязанская ГРЭС		800
Костромская ГРЭС		1200
Ленинградская АЭС	4000		Мощность реактора 1000МВт
Братская ГЭС	4500	255	р. Ангара, высота плотины 126 м, длина плотины 924 м
Красноярская ГЭС	6000	500	р. Енисей, высота плотины 124 м, длина – 1072 м
Саяно-Шушенская ГЭС	6400	640	р. Енисей, высота плотины 242 м, длина – 1477 м
Саратовская ГЭС	2300	115
Волгоградская ГЭС	2500	115

Таблица 1.3. Добыча органического топлива в СССР.

Топливо	1970 г.	1975 г.	1980 г.	1985 г.	1988 г.	1990 г.
Нефть, млн т	353	491	603	595	625	630
Газ, млрд м3	198	289	435	643	770	830
Уголь, млн т	624	701	716	726	772	780

Рис.1.2. Развитие электроэнергетики страны.

Р ис.1.3.а. Прогноз развития энергетики России:

Потребление электроэнергии, млрд. кВт/ч в год.

Р ис.1.3.б. Прогноз развития энергетики России: Структура топливопотребления.

Прогноз развития энергетики России [3] показывает, что лишь к 1998 г. прекратится спад электропотребления в стране, а к 2005 г. будет достигнут уровень 1990 г., который в 2010 г. будет превышен на 18…20%. Темпы выхода из кризиса и дальнейшего развития отрасли кроме всего прочего определяются и уровнем подготовки новых кадров, в том числе нынешних студентов.