57. Управление параметрами и режимами еэс.

Регулирование частоты и мощности является приоритетной обязанностью электростанций. Выполнение системных требований по регулированию является одним из основных условий их подключения к ЕЭС России. Регулирование частоты электрического тока и мощности осуществляется совместным действием систем первичного и вторичного регулирования.

Первичное регулирование частоты электрического тока и мощности на электростанциях представляет собой изменение мощности под воздействием автоматических регуляторов. Характеристики настроек указанных регуляторов устанавливаются системным оператором (в технологически изолированной территориальной электроэнергетической системе - соответствующим субъектом оперативно-диспетчерского управления).

Вторичное регулирование частоты электрического тока и мощности представляет собой изменение мощности выделенных для этих целей электростанций путем подачи соответствующих диспетчерских команд либо автоматически (с использованием систем автоматического регулирования частоты электрического тока и мощности). Вторичное регулирование осуществляется с учетом зависимости электроэнергетического режима энергосистемы от изменения частоты электрического тока (с частотной коррекцией).

Автоматическое регулирование напряжения и реактивной мощности осуществляется с помощью синхронных генераторов и СК, статических конденсаторов, реакторов, трансформаторов и автотрансформаторов с изменяемыми под нагрузкой коэффициентами трансформации.

Используются следующие виды регулирования:

первичное — поддержание воздействием на возбуждение синхронных генераторов и компенсаторов постоянного напряжения на шинах статора при измене­нии режима электрической сети. Время действия системы первичного регулирования составляет несколько секунд;

вторичное — координация действия устройств, реагирующих на изменение напряжения и реактивной мощности в разных районах контролируемой сети. Вторичное регулирование реализуется автоматически в пределах нескольких минут;

третичное — оптимизация режима по критериям надежности или экономич­ности. Реализуется примерно 10 мин автоматически или вручную.

В ЕЭС России получили распространение только локальные устрой­ства автоматического регулирования напряжения (АРН), воздейст­вующие на изменение коэффициентов трансформации трансформаторов под нагрузкой (АРНТ), а также на включение/отключение батарей конденсаторов.

Устройства группового регулирования возбуждения применяются на многоагрегатных электростанциях для одновременного изменения уста­вок (АРВ).

На ряде ГЭС и ГРЭС функционируют централизованные системы ре­гулирования напряжения и распределения между агрегатами реактивной мощности, выполненные на базе программируемых контроллеров.

При регулировании напряжения должны быть обеспечены:

• соответствие уровня напряжения значениям, допустимым для оборудования электрических станций и сетей (в соответствии с эксплуатационными характеристиками, установленными изготовителями);

• определяемый системным оператором (в технологически изолированной территориальной электроэнергетической системе -соответствующим субъектом оперативно-диспетчерского управления) запас устойчивости энергосистемы;

• минимум потерь электрической энергии в электрических сетях.

• допустимых технологических режимов работы генераторов и устройств регулирования реактивной мощности, а диспетчерские центры используют резервы средств по регулированию напряжения в прилегающих районах.

Управление режимами работы ЕЭС направлено на обеспечение на­дежного электроснабжения потребителей электроэнергией требуемого качества при минимальных затратах.

Управление бывает:

• Оперативное - в пределах часа, выполняется диспетчерским персоналом.

Ограничено реакцией человеческого организма на анализ ситуации и принятие решения.

Оперативное управление (ведение текущего режима оперативным персоналом) осуществляется по суточным планам-графикам; при отклонениях плана (по потребляемой мощности, состоянию оборудования и др.) проводится необходимая корректировка режима для обеспечения требований

надежности, качества и экономичности («дооптимизация» режима).

• Автоматическое управление (релейная защита).

Низший временной уровень — уровень автоматического управления, проводимого централизованными и местными (децентрализованными) системами и устройствами автоматического регулирования режима, уст­ройствами РЗ и ПА.

Оперативное управление режимами включает в себя:

1. Прогнозирование, оценивание состояния и баланс мощности (перспективная оценка электрических нагрузок и электропотребления, формирование модели текущего режима).

2. Расчет и оптимизация нормальных режимов (включая оперативную корректировку оптимальных режимов, расчет показателей качества электр. и тепл. энергии)

3. Анализ аварийных электрических режимов и расчет управляющих воздействий

4. Контроль и обеспечение надежности при оперативном управлении режимами (включая оценку текущего режима системы по условиям надежности, формирование советов диспетчеру по обеспечению надежности в текущем режиме, восстановление режима системы после крупных аварий)

Оперативное управление в нормальных условиях заключается в регулировании режима согласно заданному оптимальному суточному плану-графику работы с коррекцией («дооптимизацией») режима при отклонении условий работы от принятых при краткосрочном планировании.

Все оборудование ЭЭС, обеспечивающее производство и распределение ЭЭ, находится в оперативном ведении дежурного диспетчера энергосистемы или непосредственно подчиненного ему оперативного персонала (начальники смен электростанций, диспетчеры электрических и тепловых сетей, дежурный персонал ПС и т.д.).

В случае ненормального режима необходимо четкое распределение функций по предотвращению и ликвидации аварийных нарушений, к которым относятся:

1) внезапное понижение частоты на 0,1-0,2 Гц и более

2) дальнейшее понижение частоты ниже 49,7 Гц

3) затяжное понижение частоты ниже 49,7 Гц и длительность 15-20 мин

4) резкое понижение частоты (несмотря на работу АЧР, частота остается на уровне 49 Гц и ниже в течение 3-5 мин)

5) понижение напряжения в контрольных точках ЕЭС ,ОЭС, энергосистемы ниже допустимых нормальных уровней

6) дальнейшее понижение напряжения или внезапное резкое понижение напряжения до установленных аварийных пределов

7) опасная перегрузка межсистемных и внутрисистемныхсвязей

8) нарушение режима из-за неотключившегося короткого замыкания

9) асинхронный режим в энергосистеме

10) резкое повышение частоты выше 50,5 Гц

11) дальнейшее или внезапное повышение частоты до 51,5 Гц и выше

12) аварийное разделение ЕЭС,ОЭС, энергосистемы на несинхронно работающие части с возможностью исчезновения напряжения в некоторых отделившихся частях

62. Экологические проблемы эксплуатации электрических станций.

ТЭС.

1) Выбросы. Потребляют около 1/3 добываемого в мире топлива. Выбросы станции составляют: СО₂ , Н₂О, SO₂, NO_x, зола, шлак. Воздействие ТЭС на окружающую среду зависит от используемого топлива. При сжигании твердого топлива в атмосферу поступают летучая зола, окислы серы, фтористые соединения. В золе содержатся различные токсичные соединения – мышьяк, двуокись кремния и др. Использование жидкого топлива (мазутов) исключает из отходов производства только золу. При сжигании природного газа существенными загрязнителями становятся окислы азота, но среднем выбросы на 20% ниже, чем при сжигании твердого топлива. Экологический ущерб в случае использования газа минимален в сравнении с другими видами топлива.

2) Тепловое воздействие и изменение микроклимата в районе ТЭС. Крупные градирни способствуют образованию туманов, моросящих дождей, а зимнее время – инея и изморози. С охлаждающей водой в водоемы сбрасывается большое количество тепла, повышающее температуру воды в них, что влияет на изменение флоры и фауны. Значительное количество тепла попадает в атмосферу с уходящими газами, из-за неполного сгорания топлива, теряется через изоляцию конструктивных элементов и т.д.

3) Влияние на ландшафт местности. В среднем для сооружения ТЭС необходима площадь 2-3 км², а с учетом золоотвалов, подъездных дорог она возрастает до 3- 4 км².

ГЭС.

1) От­чуждение значительных площадей плодородных (пойменных) зе­мель под водохранилища. В России, где за счет использования гид­роресурсов производится не более 20% электрической энергии, при строительстве ГЭС затоплено не менее 6 млн. га земель. На их месте уничтожены естественные экосистемы. Значительные площади земель вблизи водохранилищ испытыва­ют подтопление в результате повышения уровня грунтовых вод. Эти земли, как правило, переходят в категорию заболоченных. В равнин­ных условиях подтопленные земли могут составлять 10% и более от затопленных. Уничтожение земель и свойственных им экосистем про­исходит также в результате их разрушения водой (абразии) при фор­мировании береговой линии. Абразионные процессы обычно продол­жаются десятилетиями, имеют следствием переработку больших масс почвогрунтов, загрязнение вод, заиление водохранилищ.

Таким образом, со строительством водохранилищ связано рез­кое нарушение гидрологического режима рек, свойственных им эко­систем и видового состава гидробионтов.

2) Ухудшение качества воды в водохранилищах из-за резкого увеличения количества органи­ческих веществ как за счет ушедших под воду экосистем (древе­сина, другие растительные остатки, гумус почв и т. п.), так и вслед­ствие их накопления в результате замедленного водообмена. Это своего рода отстойники и аккумуляторы веществ, поступающих с водосборов.

3) Резко усиливается прогревание вод, что ин­тенсифицирует потерю ими кислорода и другие процессы, обуслов­ливаемые тепловым загрязнением. Последнее, совместно с накоп­лением биогенных веществ, создает условия для зарастания водо­емов и интенсивного развития водорослей, в том числе и ядовитых сине-зеленых (цианей). По этим причинам, а также вследствие мед­ленной обновляемости вод резко снижается их способность к са­моочищению. Ухудшение качества воды ведет к гибели многих ее обитателей. Возрастает заболеваемость рыбного стада, особенно поражение гельминтами. Снижаются вкусовые качества обитате­лей водной среды.

4) Нарушаются пути миграции рыб, идет разрушение кормовых угодий, нерестилищ и т. п. Волга во многом потеряла свое значение как нерестилище для осетровых Каспия после строительства на ней каскада ГЭС.

   В конечном счете перекрытые водохранилищами речные систе­мы из транзитных превращаются в транзитно-аккумулятивные.

АЭС.

В целом можно назвать следующие воздействия АЭС на среду:

1) разрушение экосистем и их элементов (почв, грунтов, во­доносных структур и т. п.) в местах добычи руд (особенно при открытом способе);

2) изъятие земель под строительство самих АЭС. Особенно зна­чительные территории отчуждаются под строительство сооруже­ний для подачи, отвода и охлаждения подогретых вод. Для элект­ростанции мощностью 1000 МВт требуется пруд-охладитель пло­щадью около 800-900 га. Пруды могут заменяться гигантскими градирнями с диаметром у основания 100-120 м и высотой, равной 40-этажному зданию;

3) изъятие значительных объемов вод из различных источников и сброс подогретых вод. На единицу получаемой энергии тепловое загрязнение вод в 2-2,5 раза боль­ше, чем на ТЭС, где значительно больше тепла отводится в ат­мосферу. Выработка 1 млн. кВт электроэнергии на ТЭС дает 1,5 км³подогретых вод, на АЭС такой же мощности объем подо­гретых вод достигает 3-3,5 км³.

Если эти воды попадают в реки и другие источники, в них наблюдается потеря кислорода, увеличивается вероятность цветения, возрастают явления теплового стресса у гидробионтов;

4) не исключено радиоактивное загрязнение атмосферы, вод и почв в процессе добычи и транспортировки сырья, а также при ра­боте АЭС, складировании и переработке отходов, их захоронениях. В процессе ядерных реакций выгорает лишь 0,5-1,5% ядерного топлива. Ядерный реактор мощностью 1000 МВт за год работы дает около 60 т радиоактивных отходов. Часть их подвергается переработке, а основная масса требует захоронения. Технология захоронения довольно сложна и дорогостояща. Отработанное топ­ливо обычно перегружается в бассейны выдержки, где за несколь­ко лет существенно снижается радиоактивность и тепловыделе­ние. Захоронение обычно проводится на глубинах не менее 500-600 м в шурфах. Последние располагаются друг от друга на таком рас­стоянии, чтобы исключалась возможность атомных реакций.

Солнечные станции – это огромные пространства, порытые солнечными батареями или зеркалами. Основным материалом в солнечных батареях явл-ся арсенид галлия, т.е. соединение металла с ядовитым веществом – мышьяком. При массовом внедрении солнечных батарей потребуется развитие экологически вредной отрасли химии.

С ветроэнергетическими установками связан вид загрязнения, который не всегда учитывается, - шумовое. В шуме, создаваемом ветряком, сильна инфразвуковая компонента, а инфразвук с частотой 7 Гц, совпадающий с ритмом головного мозга, способен вызвать сильнейшие расстройства здоровья.

Ветроустановки и комплексы солнечных батарей могут осложнить миграцию зверей и птиц.