Электроэнергетика

Электроэнергетика как составная часть ТЭК страны объединяет все процессы генерирования, передачи, трансформации и потребления элек­троэнергии. Она является стержнем материально-технической базы общества.

Производство электроэнергии в каждый момент времени должно со­ответствовать размерам потребления (с учетом нужд самих электростан­ций и потерь в сетях), поэтому возникающие на основе электроэнергети­ки связи обладают постоянством, непрерывностью и осуществляются мгновенно.

Электроэнергетика решающим образом воздействует не только на раз­витие, но и на территориальную организацию хозяйства, в первую оче­редь самой промышленности.

1. Передача электроэнергии на все большие расстояния способствует освоению топливно-энергетических ресурсов независимо от того, на­сколько они удалены от мест потребления.

2. Развитие электронного транспорта расширяет территориальные рамки промышленности. В то же время благодаря возможности проме­жуточного отбора электроэнергии для снабжения тех районов, через ко­торые проходят высоковольтные магистрали, увеличивается плотность размещения промышленных предприятий.

3. На основе массового использования в технологических процессах электроэнергии и тепла (пар, горячая вода) возникают электроемкие (алюминий, магний, титан, ферросплавы и др.) и теплоемкие (глинозем, химические волокна и др.) производства, где доля топливно-энергетиче­ских затрат в себестоимости готовой продукции значительно больше по сравнению с традиционными отраслями промышленности. В частности, мощные гидроэлектростанции притягивают к себе предприятия, специ-ализирующиеся на электрометаллургии, электрохимии, электроэнергетики или на сочетании разных электротехнологических процессов.

4. Электроэнергетика отличается большим районообразующим значе­нием. Так, в Сибири она во многом определяет производственную специ- ализацию районов. Здесь электроэнергетика служит одной из основ фор­мирования территориально-производственных, в том числе промышленных, комплексов.

154

Развитие электроэнергетики России основывается на следующих принципах:

1) концентрация производства электроэнергии путем строительства крупных районных электростанций, использующих дешевое топливо и

гидроэнергоресурсы;

2) комбинированное производство электроэнергии и тепла для тепло­фикации городов и индустриальных центров;

3) широкое освоение гидроэнергоресурсов с учетом комплексного ре­шения задач электроэнергетики, транспорта, водоснабжения, иррига­ции и рыбоводства;

4) развитие атомной энергетики, особенно в районах с напряженным топливно-энергетическим балансом;

5) учет экологических требований при создании объектов электро­энергетики;

6) создание энергосистем, формирующих единую высоковольтную

сеть страны.

Электроэнергетика, наряду с газовой промышленностью, принадлежит отраслям ТЭК, сохранившим стабильность развития. По общему объему производства электроэнергии Россия уступает США в 4 раза. В то же вре­мя она дает электроэнергии столько, сколько Германия и Великобритания

месте взятые. В 1998 г. производство электроэнергии составило 827 млрд кВт/ч, в том числе на тепловых электростанциях — 564, гидроэлектрос­танциях — 159 и атомных электростанциях — 104 млрд кВт'ч.

Размещение электроэнергетики в целом зависит от двух основных факторов: топливно-энергетических ресурсов и потребителей электро­энергии. До появления высоковольтного электронного транспорта элек­троэнергетика ориентировалась главным образом на потребителей, ис­пользуя привозное топливо. Зависимость электроэнергетики от разме­щения основных потребителей сказывается и в настоящее время. Наибольшее количество электроэнергии дают такие развитые в индуст­риальном отношении районы, как Центральный и Уральский. Однако возможность создания высоковольтных линий значительной протяжен-яости освобождает электроэнергетику от одностороннего влияния потре­бительского фактора. Возникли межрайонные связи по «ввозу» и «выво­ду» электроэнергии. Возрастает роль топливно-энергетического фактора в размещении электростанций (рис. 5.4, см. цветную вклейку).

По степени обеспеченности потенциальными топливно-энергетическими ими ресурсами все экономические районы можно условно разделить на три группы:

1) с наиболее высокой степенью обеспеченности топливно-энергетическими ресурсами — Дальний Восток, Восточная Сибирь, а также Западная Сибирь;

2) с относительно высокой степенью обеспеченности топливно-энерге-

тическими ресурсами — Север и Северный Кавказ;

3) с низкой степенью обеспеченности топливно-энергетическими ресурсами — центральные районы европейской части, Северо-Запад, По­волжье и Урал.

155

Первая группа районов (а также в известной мере и вторая) обладает благоприятными предпосылками для создания мощных энергетических баз с массовым производством электроэнергии и энергоемкой продукции для снабжения европейской части страны. Районы третьей группы, наоборот, в большинстве своем имеют напряженный топливно-энергетический баланс, что ограничивает или вообще исключает развитие энер­гоемкой промышленности.

Во всех районах страны среди топливно-энергетических ресурсов преобладает минеральное топливо. Но влияние гидроэнергоресурсов на специализацию промышленности сильнее всего выражено в Восточной Сибири, которая располагает самыми крупными и эффективными ресур­сами гидроэнергии.

В электроэнергетике сложилась тенденция строительства мощных тепловых электростанций на дешевом топливе, атомных электростан­ций, а также экономичных гидроэлектростанций. Более четким стало разделение труда между районами. Так, в европейской части прирост производства электроэнергии до недавнего времени достигался преиму­щественно на атомных и гидравлических (в том числе гидроаккумулирующих) электростанциях. Строительство новых конденсационных теп­ловых электростанций здесь фактически прекращено, но действующие их мощности расширяются в связи с ограничением развития атомной энергетики.

Основные в составе электроэнергетики — тепловые электростанции (без атомных). Они производят свыше ²/₃ всей электроэнергии. Среди тепловых электростанций можно различать конденсационные (КЭС) и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). В свою очередь, по виду используемой энергии имеются установки, работающие на традиционном органическом топливе (уголь, мазут, природный газ, торф), атомные электростанции (АЭС) и геотермические электростанции (ГТЭС). По характеру обслуживания потребителей тепловые электростанции бывают районными — начиная с плана ГОЭЛРО, государственные районные электриче- В ские станции (ГРЭС) — и центральными (расположенными вблизи центра энергетических нагрузок). Гидравлические установки представлены гидроэлектростанциями (ГЭС), гидроаккумулирующими электростанциями (ГАЭС) и приливными электростанциями (ПЭС). По признаку

взаимодействия все электростанции делятся на системные и изолированные (работающие вне энергосистем).

Одна из главных тенденций развития отечественной электроэнергетики — создание мощных тепловых электростанций преимущественно на

дешевом твердом топливе. Особенно велико значение угля открытой добычи.

Первостепенную роль среди тепловых установок играют конденсационные электростанции (КЭС). Тяготея одновременно к источникам топлива и к местам потребления электроэнергии, они обладают самым широким распространением.

Самые крупные тепловые электростанции (по 2 млн кВт и более каждая) расположены в Центральном районе — Конаковская и Костромская

156

ГРЭС, в Поволжье — Заинская ГРЭС, на Урале — Ириклинская, Перм­ская, Рефтинская и Троицкая ГРЭС, в Западной Сибири — Сургутская ГРЭС, в Восточной Сибири — Назаровская ГРЭС. Особенно выделяются своими размерами такие ГРЭС, как Рефтинская (3, 8 млн кВт) и Костром­ская (3, 6 млн кВт). Ряд тепловых электростанций действует на углях от­крытой добычи: канско-ачинском — Березовская ГРЭС-1 (проектная мощность 6, 4 млн кВт), южноякутском — Нерюнгринская ГРЭС, забай­кальском — Харанорская и Гусиноозерская ГРЭС, а также на попутном газе — Сургутские ГРЭС-1 и 2. Продолжается сооружение новых ГРЭС:Нижневартовской и Уренгойской (Западная Сибирь), Березовской-2 (Восточная Сибирь).

Ориентация КЭС на топливные базы эффективна при наличии ресур­сов дешевого и нетранспортабельного топлива, например бурого угля от­крытой добычи (типа канско-ачинского), торфа и сланцев. Топливный вариант размещения характерен и для КЭС, работающих на мазуте. Такого рода электростанции обычно связаны с районами и центрами нефтеперерабатывающей промышленности. В противоположность этому

КЭС, использующие высококалорийное топливо, которое выдерживает

дальние перевозки, большей частью тяготеют к местам потребления электроэнергии.

Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), в отличие от КЭС, привязаны только к потребителям, так как радиус передачи тепла (пара, горячей воды) не­велик (максимум — 15—20 км).

ТЭЦ представляет собой установку по комбинированному производст­ву электроэнергии и тепла, в связи с чем коэффициент полезного исполь­зования топлива повышается до 70% против 30—35% на КЭС. Макси­мальная мощность ТЭЦ меньше, чем КЭС, но на некоторых из них уже превышен рубеж 1 млн кВт (ТЭЦ-21, 22 и 23 Мосэнерго и Нижнекам-лсая ТЭЦ).

В последнее время среди тепловых электростанций появились установки принципиально новых типов:

1) газотурбинные электростанции (ГТ), где вместо паровых действуют газовые турбины на жидком или газообразном топливе, что в основном снимает проблему водоснабжения и тем самым повышает значение дефицитных по воде районов для их размещения;

2) парогазотурбинные установки (ПГУ), в которых тепло отработав­ших газов используется для подогрева воды с целью получения пара низкого давления в парогенераторах;

3) магнитогидродинамические генераторы (МГД-генераторы) для не­посредственного преобразования тепловой энергии в электрическую.

Газотурбинные установки действуют или готовятся к вводу в экс-жлуатацию на Краснодарской и Шатурской ГРЭС, парогазотурбинные — Невинномысской и Кармановской ГРЭС (800 тыс. кВт), МГД-генераторы — на ТЭЦ-2 Мосэнерго и Рязанской ГРЭС (580 тыс. кВт).

Атомные электростанции используют в высшей степени транспор­табельное топливо. При расходе 1 кг урана выделяется тепло,

157

эквивалентное сжиганию 2, 5 тыс. т лучшего угля. Эта характерная особенность совершенно исключает зависимость АЭС от топливно-энергетического фактора и обеспечивает наибольшую маневренность раз­мещения. Атомные электростанции ориентированы на потребителей. расположенных в районах с напряженным топливно-энергетическим балансом или там, где выявленные ресурсы минерального топлива и гид­роэнергии ограничены.

Россия имеет приоритет в мирном использовании атомной энергии. В 1954 г. вступила в строй первая опытная Обнинская АЭС (Централь­ный район). Сейчас в стране действует 9 атомных электростанций, на которых установлено 32 ядерных реактора суммарной мощностью более 21 млн кВт. По объему производства электроэнергии на АЭС Россия уступает США, Франции и Японии, причем США — в 2, 5 раза.

АЭС были сооружены преимущественно в наиболее густонаселенных районах европейской части. Некоторые из них появились в уязвимых с экологической точки зрения местах, например в верховьях ряда рек. Это вызывает негативное отношение общественности к развитию атомной энергетики, резко усилившееся после чернобыльской аварии.

При правильной эксплуатации АЭС — наиболее экологически чистые источники энергии. По сравнению с обычными тепловыми электростан­циями они требуют в тысячи раз меньше воздуха для разбавления вы­бросов (в основном инертных газов) до допустимых концентраций (в рас­чете на единицу вырабатываемой электроэнергии). Их функционирова­ние не приводит к возникновению «парникового» эффекта, который является главным образом следствием массового использования органи­ческого топлива (угля, нефти, газа), особенно на тепловых электростан­циях.

У нас в стране на долю АЭС приходится немногим более ¹/₁₀ тогда как в США — ¹/₅ ФРГ — свыше ¹/3, а во Франции — более ²/₃ общего количества производимой электроэнергии.

На территории европейской части страны действуют мощные АЭС" в Центральном районе — Калининская (2 млн кВт) и Смоленская (3 млн кВт), в Центрально-Черноземном районе — Нововоронежская (2, 5 млн кВт) и Курская (4 млн кВт), на Северо-Западе — Ленинградская (4 млн кВт), на Севере — Кольская (1, 8 млн кВт), в Поволжье — Бала-ковская (3 млн кВт), на Урале — Белоярская (860 тыс. кВт). В восточ­ных районах сооружена Билибинская АТЭЦ.

Почти вся атомная энергетика в настоящее время использует реакто­ры на медленных нейтронах. Первая в России атомная электростанция с реактором на быстрых нейтронах (БН) действует на Урале — Белоярская АЭС, с реактором мощностью 600 тыс. кВт (БН-600).

На АЭС нашей страны применяются реакторы в основном двух типов:

водо-водяные энергетические реакторы (ВВЭР) мощностью по 440 и 1000 тыс. кВт (ВВЭР-440 и ВВЭР-1000) и реакторы большой мощности, канальные (РБМК) мощностью по 1000 тыс. кВт (РБМК-1000). Всего действуют 6 энергоблоков с реакторами ВВЭР-1000 (первый из них бы.-:

установлен на Нововоронежской АЭС) и 11 энергоблоков с реакторами

158

РБМК-1000, которыми оснащены Ленинградская, Курская и Смолен­ская АЭС. После чернобыльской аварии намечен вывод из эксплуатации реакторов РБМК с заменой их более безопасными.

Геотермические электростанции, в основе работы которых лежит освоение глубинного тепла земных недр, принципиально напоминают ТЭЦ, но в противоположность последним связаны не с потребителями, а с источниками энергии. В России первая ГТЭС — Паужетская (11 тыс. кВт) — сооружена на Камчатке. Там же начато строительство Мутновской ГТЭС (150—200 тыс. кВт).

Гидроэлектростанции — весьма эффективные источники электро­энергии. Они используют возобновимые ресурсы, что позволяет сокра­щать перевозки и экономить минеральное топливо (на кВт • ч расходует­ся около 0, 4 кг условного топлива), обладают простотой управления и очень высоким коэффициентом полезного действия (более 80%). По этим причинам гидроэлектростанции производят электроэнергию бо­лее дешевую, чем тепловые установки; ее себестоимость в 5—6 раз ниже.

Характер реки, ее режим и другие условия определяют тип ГЭС. В горных районах, например, обычно встречаются высоконапорные гид­роэлектростанции, иногда деривационного типа, т. е. с отводными кана­лами (или трубами) более крутого уклона, чем в реке, что создает необхо­димое падение. На равнинных реках действуют только приплотинные (а также их разновидность — совмещенные) ГЭС с меньшим напором, но с гораздо более значительным расходом воды.

В России самые мощные ГЭС созданы на Волге и Каме, Ангаре и Ени­сее, Оби и Иртыше и других преимущественно равнинных реках. Здесь формируются крупнейшие в мире гидроэнергетические каскады.

В составе Волжско-Камского каскада действуют такие мощные гидроэлектростанции, как Самарская (2, 5 млн кВт), Волгоградская (2, 3 млн кВт), Саратовская (1, 4 млн кВт), Чебоксарская (1, 4 млн кВт), Воткинская (1 млн кВт) и др. общей мощностью 11, 5 млн кВт.

Волжско-Камский и другие каскады гидроэлектростанций на реках европейской части страны находятся в пределах районов с огромным промышленным потенциалом, и их значение состоит прежде всего в том, чтобы свести к минимуму имеющийся здесь дефицит электроэнергии. Однако массовое строительство ГЭС на равнинных реках в европейской части повлекло за собой ряд негативных явлений, связанных главным образом с возникновением крупных водохранилищ, что сопровождалось изъятием из сельскохозяйственного оборота ценных земель, переносом населенных пунктов, нарушением экологического равновесия.

Гидроэлектростанции восточных районов призваны играть пионер­ную роль в развитии производительных сил. На их основе формируются промышленные комплексы, специализирующиеся на энергоемких про­изводствах.

В восточных районах, особенно в Сибири, сосредоточены наиболее эффективные по технико-экономическим показателям ресурсы гидро­энергии. Об этом можно судить на примере Ангаро-Енисейского каскада, в составе которого находятся самые крупные в стране гидроэлектростан-

159

ции: Саяно-Шушенская (6, 4 млн кВт), Красноярская (6 млн кВт), Брат­ская (4, 6 млн кВт), Усть-Илимская (4, 3 млн кВт). Сооружается Богучан-

ская ГЭС (4 млн кВт). Общая мощность каскада в настоящее время — около 22 млн кВт.

Гидроаккумулирующие электростанции способны успешно решать «проблему пика», обеспечивая необходимую маневренность в использо­вании мощностей энергетических систем. ГАЭС как источники пиковой мощности независимы от естественных колебаний речного стока. Кроме того, в отличие от ГЭС, их строительство вызывает значительно меньшее затопление земельных площадей под водохранилища.