книги из ГПНТБ / Новиков И.Т. Развитие энергетики и создание единой энергетической системы СССР

рядка 100 м и при наличии огромного регулирующего водохранилища определялась величиной порядка 3 млн. кет, а для связи с системой намечалась только одна ли­ ния электропередачи. Однако последующие проектиров­ ки показали, что, несмотря на создание в районе, непо­ средственно прилегающем к Братской ГЭС, ряда крупных промышленных потребителей, наиболее целе­ сообразно соединить ее мощными линиями электропе­ редачи не только с Иркутской, но и с Красноярской энергосистемой, а мощность ее должна быть порядка 4,5 млн. кет, что даст возможность благодаря несовпа­ дению водных режимов Енисея и Ангары наиболее полно использовать большие регулирующие емкости Красноярского и Братского водохранилищ, а также несколько снизить необходимую мощность тепловых электростанций объединенных энергосистем путем со­ средоточения на гидростанциях системного резерва.

Создание объединенной энергосистемы Европейской части СССР, уже охватывающей в настоящее время территорию от западных границ Московской системы до Зауралья и от Калинина и Рыбинска до Волгогра­ да и Ростова, оказалось возможным только благодаря

КПСС — Москва и Волжская ГЭС им. Ленина— Урал.

Освоение более высоких напряжений переменного или постоянного тока позволит осуществить экономи­ чески выгодное соединение Цетральной Сибирской энергосистемы с Западно-Сибирской и Уральской, т. е. практически создать Единую энергетическую си­ стему Советского Союза. К этому основному костяку будут присоединены также как существующие энерго­ системы Средней Азии и Дальнего Востока, так и но­ вые энергетические районы, которые, несомненно, воз­ никнут на Севере при освоении водных ресурсов ниж­ него течения Енисея, а также крупнейшего в СССР ис­ точника гидроэнергии — могучей Лены.

192

4. Предпосылки и экономические преимущества создания объединенных энергетических систем

Для того чтобы представить огромную важность для народного хозяйства СССР создания единой энергети­ ческой системы страны, следует несколько более под­ робно рассмотреть, как сказываются технико-экономи­ ческие преимущества совместной параллельной работы на общую нагрузку многих электростанций при созда­ нии и объединении энергетических систем.

Уменьшение требуемой общей мощности электро­ станций, работающих в системах, возможно благодаря тому, что не совпадают во времени максимальные на­ грузки отдельных крупных потребителей и отдельных районов, охватываемых общей электрической сетью, а также благодаря снижению величины необходимой ре­ зервной мощности.

Как известно, максимальные нагрузки бытовых и осветительных потребителей имеют место в вечерние часы, в то время как большая часть промышленных предприятий, работающих в 1 смену, имеет максималь­ ные нагрузки днем. Ясно, что при питании этих групп потребителей от общего источника энергии его мощ­ ность может быть меньше, чем при питании их от от­ дельных, изолированно работающих электростанций. При достаточно большой протяженности сети объеди­ ненной энергосистемы благоприятно скажется и то об­ стоятельство, что вечерняя максимальная нагрузка в различных районах не совпадает во времени.

Для обеспечения вполне надежного питания потреби­ телей в каждой энергетической системе должны быть созданы известные резервнце мощности, т. е. либо часть генераторов должна работать с неполной нагруз­ кой (а значит не всегда в наиболее экономичном ре­ жиме), либо часть агрегатов тепловых электростанций должна находиться в «горячем» резерве, либо, нако­ нец, часть агрегатов гидростанций должна быть оста­ новлена с тем, чтобы их можно было быстро пустить в ход в случае повреждения одного из работающих агре­ гатов, линии электропередачи или -трансформатора. В каждой энергосистеме необходимо иметь резервную мощность и для того, чтобы периодически проводить ре­ визию, а также текущий ремонт установленных котлов,

турбин и генераторов. Ясно, что при объединении энер­ гетических систем общая мощность, необходимая для резерва, может быть значительно снижена. Нет нуж­ ды иметь большие резервы в каждой из объединенных систем, так как всегда имеется возможность при ава­ рии или при плановой остановке агрегата для ревизии или ремонта в одной из систем увеличить мощность, поступающую в эту систему от электростанций сосед­ них систем.

В объединенных энергетических системах возможно применение более экономичных генерирующих агрега­ тов с более значительной единичной мощностью, чем в изолированно работающих системах. Практика эксплу­ атации энергетических систем показала, что мощность самых крупных агрегатов на любой из электростанций системы не должна превышать 10—15% от ее суммар­ ной установленной мощности. Это необходимо для то­ го, чтобы в случае плановой остановки или повреждения этого крупнейшего в системе агрегата его нагрузка могла бы быть безболезненно воспринята за счет имею­ щихся в системе резервов. Поэтому если мощность ка­ кой-либо отдельной системы составляет, например, около 2 млн. кет, то целесообразно устанавливать на электростанциях этой системы агрегаты единичной мощностью не свыше 200 тыс. кет. Если же эта систе­ ма будет объединена линиями с достаточной пропуск­ ной способностью на параллельную работу с одной или несколькими соседними системами, так что суммарная мощность объединенной системы будет не менее 5 млн. кет, то в такой объединенной системе можно будет с той же степенью надежности энергоснабжения потре­ бителей, т. е. при той же относительной величине ре­ зерва мощности, установить на электростанциях агре­ гаты мощностью по 500 тыс. кет.

Увеличение единичной мощности агрегатов, обеспе­ чивая значительное снижение стоимости и сокращение сроков строительства электростанций, имеет еще и то преимущество, что коэффициент полезного действия у более мощных машин при прочих равных условиях всегда несколько выше.

Только в крупных объединенных энергетических си­ стемах режим работы каждой отдельной электростан­ ции уже не связан с непосредственными требованиями

194

отдельных, хотя бы и очень крупных, потребителей или групп потребителей и поэтому можно использовать наиболее экономичные конденсационные тепловые электростанции для выработки так называемой базис­ ной энергии, т. е. обеспечить условия их работы с неиз­ менной нагрузкой или с небольшими ее колебаниями. Зимой в базисе будут работать также и теплоэлектро­

так, чтобы они работали в соответствии с графиком по­ требления тепла. Летом характер тепловых нагрузок промышленности может привести к тому, что экономи­ ческая нагрузка ТЭЦ тоже будет изменяться в тече­ ние суток. Гидроэлектростанции, которые обычно имеют в той или иной мере возможность осуществлять суточ­ ное регулирование, т. е. накапливать воду в часы ми­ нимальной нагрузки и использовать ее в часы макси­ мума, эффективно используются также и в пиках гра­ фика нагрузки. Поскольку многие гидроэлектростанции нельзя останавливать, так как необходимо обеспечи­ вать известный минимальный расход воды в реке, на­ пример для судоходства и обеспечения водоснабжения или ирригации, то часть базисной нагрузки покрывается и гидроэлектростанциями.

Работа электростанций в объединенной энергети­ ческой системе дает возможность правильно выбрать для каждой из них наиболее целесообразный режим нагрузки, что обеспечивает существенное снижение рас­ хода топлива и лучшее использование мощностей от­ дельных электростанций, а следовательно, и снижает стоимость энергии.

Существенно увеличивается общая маневренность и надежность эксплуатации электростанций, так как при большом количестве параллельно работающих агрега­ тов гораздо легче правильно спланировать время про­ ведения периодических осмотров и ремонтов, носящих профилактический характер, и легко найти возможность произвести без ущерба для энергоснабжения потреби­ телей внеплановый ремонт какого-либо агрегата, по­ терпевшего аварию.

•Немалое значение имеет и сокращение численности обслуживающего персонала как вследствие концентрации мощности на небольшом числе крупных электростанций

и применения генерирующих агрегатов с более высокой

действия более крупных агрегатов, т. е. более эконо­ мичному использованию топлива, а также вследствие снижения численности эксплуатационного персонала себестоимость электроэнергии, вырабатываемой паро­ турбинной электростанцией, при увеличении ее мощ­ ности в 2 раза снижается в среднем на 8—15%.

Изменение роли гидроэлектростанций при работе их в объединенной системе и использование их также для покрытия пиковой части графика нагрузки имеет боль­ шое значение. Так, например, строящаяся Плявиньская ГЭС на реке Даугаве при использовании ее только в

в объединенной энергосистеме Северо-Запада оказалось целесообразным сосредоточить на ней значительную часть необходимой пиковой и резервной мощности, в связи с чем установленная мощность ГЭС принята рав­ ной 825 тыс. кет. При этом стоимость строительства этой станции возрастет сравнительно ненамного, так как затраты на гидротехнические сооружения практически почти' не изменятся, а увеличится лишь стоимость уста­ навливаемого оборудования и электрических устройств.

Кратко описанные выше общие экономические пре­ имущества объединения энергосистем имеют огромное значение для развития советской энергетики.

Чем крупнее энергосистемы, тем больше проявляются технико-экономические преимущества их совместной ра­ боты. Наиболее ярко преимущества объединения энер­ госистем проявляются, как отмечалось выше, в возмож­ ности сооружения электростанций меньшей суммарной мощности для покрытия совмещенных графиков нагру­ зок, так как суммарный график объединенной энергоси­ стемы всегда имеет максимум, который меньше арифме­ тической суммы максимумов отдельных энергосистем.

Примером может служить ориентировочный график нагрузки Единой энергетической системы Европейской части СССР для зимних суток 1965 г. (рис. 14), на ко­

196

тором выделены отдельно графики нагрузок Уральской системы и систем Центра, Юга и Поволжья. Из графика видно, что вечерний максимум нагрузки на Урале насту-

Р и с. 14. Суточный график нагрузок (прогноз) для зимы 1965 г.

пает на 2 часа раньше, чем в Центре. Это позволяет ис­ пользовать часть мощности энергосистем Поволжья, и прежде всего Волжской ГЭС им. Ленина, для покры­ тия максимума нагрузки сначала на Урале, а затем в Москве.

По данным предварительных проектных разработок, благодаря совмещению графиков нагрузки в Единой энергетической системе Европейской части СССР сни­

197

жение суммарного максимума по сравнению с суммой максимумов отдельных систем составит к зимнему максимуму 1965/1966 гг. около 700 тыс. кет. Это зна­ чит, что при раздельной работе энергосистем суммар­ ная установленная мощность их электростанций должна быть увеличена на эти 700 тыс. кет, что превышает мощ­ ность Днепровской ГЭС.

Снижение суммарного максимума объединенной си­ стемы объясняется как различием в характере потреби­ телей в отдельных районах страны, так и географиче­ скими факторами. Это приводит к различию в форме графика нагрузки, что наглядно представлено на рис. 14. Промышленный Урал, где большое развитие получили металлургия и другие отрасли промышленности с трех­ сменной работой, имеет гораздо более пологий график нагрузки, чем Центр и Поволжье, где преобладают предприятия, работающие в одну или две смены, и го­ раздо больше удельный вес бытовой и осветительной на­ грузки, дающей резкий вечерний пик.

Географический фактор сказывается вследствие раз­ личия поясного времени по широте, а также продол­ жительности светового дня на севере и на. юге. В ре­ зультате снижается суммарный максимум нагрузки в объединенной системе в связи с ее протяженностью как в широтном, так и в меридиональном направлении.

Кроме того, надо учитывать, что при объединении систем значительно сокращается и необходимая резерв­ ная мощность, поскольку отдельные системы могут как при авариях, так и при ремонтах использовать общие резервы. За счет снижения резервной мощности общая

благодаря уменьшению необходимого резерва объяс­ няется тем, что чем больше объединенная энергосисте­ ма, тем большее количество агрегатов установлено на ее электростанциях и тем меньше (по отношению к об­ щей мощности системы) мощность, которая может одновременно выйти из строя при аварии. Если принима­

198

ется, что суммарный резерв в системе (т, е. общая мощ­ ность резервных агрегатов, предназначенных для за­ мены машин, выведенных в ремонт и на случай аварии, и для учета возможных изменений графика нагрузки) при мощности ее до 1 млн. кет не должен быть ниже 12—15%, то в системе мощностью порядка 5 млн. кет он может быть заметно ниже, а в объединенной систе­ ме— и еще ниже.

Существенным экономическим преимуществом объ­ единенной системы является и возможность применения в ней как агрегатов, так и электростанций максимальной мощности. Дело в том, что, помимо предела повышения мощности агрегатов, который ставится современным уровнем технологии производства энергетического обо­ рудования, имеются еще и эксплуатационные соображе­ ния, которые заставляют ограничивать предельную мощность одного агрегата электростанции. В энерго­ системе с общей установленной мощностью порядка 2—3 млн. кет нельзя устанавливать агрегаты мощ­ ностью по 500—600 тыс. кет, так как аварийный выход из строя такого агрегата приведет к недопустимому пе­ рерыву в подаче энергии потребителям, потому что в системе экономически невыгодно иметь аварийный ре­ зерв в 20—25% от установленной мощности.

В объединенных же системах, суммарная установ­ ленная мощность которых измеряется уже десятками

вполне допустима. Допустимо в крупных объединенных системах и сосредоточение на одной электростанции мощности в несколько миллионов киловатт. Расчеты показали, что вполне экономично строить крупные ГЭС мощностью 5—8 млн. кет, а в перспективе и до 10 млн. кет. Для тепловых электростанций, строящихся в Сибири вблизи крупных месторождений дешевых углей, уже в настоящее время приняты в качестве типовых мощности 1200 тыс. и 2400 тыс. кет.

Экономическое значение увеличения единичной мощ­ ности агрегатов и электростанций трудно переоценить. Дело не только в том, что чем крупнее машина, тем меньше удельный расход материалов на ее сооружение и удельный расход топлива (или воды под напором) при ее эксплуатации, но и в том, что укрупнение энер­

199

гетических объектов дает возможность значительно снизить удельные капиталовложения на сооружение этих объектов. Удельный расход тепла на выработку электроэнергии в паровой турбине мощностью 100 тыс. кет составляет 2250 ккал на 1 квт-ч, а в турбине 500 тыс. кет будет не выше 1830 ккал, т. е. снизится на 18%. Коэффициенты полезного действия современных мощных гидротурбин и генераторов уже давно прибли­

И вот оказывается, что и здесь удается еще кое-чего добиться. Так, например, максимальный к.п.д. турбины Братской ГЭС мощностью 225 тыс. кет составляет по расчету 93%, а турбины Красноярской ГЭС мощностью 500 тыс. кет— 94%. Эта разница может показаться не­ значительной, но не следует забывать, что при выработ­ ке 20 млрд, квт-ч электроэнергии в год 1 % дает еже­ годно 200 млн. квт-ч — столько же, сколько обычно вы­ рабатывает за год турбоагрегат мощностью 40 тыс. кет. Еще совсем недавно, ,во вторую пятилетку, такие агрегаты относились к числу самых мощных в нашей энергетике.

При увеличении мощности тепловых электростанций и устанавливаемых на них агрегатов средние удельные капиталовложения изменяются от 85 руб. на 1 кет уста­ новленной мощности на конденсационной тепловой электростанции мощностью 1200 тыс. кет с 6 агрегата­ ми по 200 тыс. кет до 63 руб. на 1 кет на такой же элек­ тростанции мощностью 2400 тыс. кет с 8 агрегатами по 300 тыс. кет, т. е. больше чем на 26%.

Снижение капитальных затрат получается еще и за счет того, что в единой энергосистеме страны можно будет строить только наиболее экономичные электро­ станции, отказываясь от сооружения более дорогих установок. Если бы не существовала единая энерго­ система, то в некоторых районах пришлось бы соору­ жать и не самые экономичные электростанции, даю­ щие относительно дорогую энергию по тем или иным причинам, например из-за большого расстояния от источника топлива или из-за затруднений с водоснаб­ жением.

В объединенной системе достигается более полное использование мощности гидростанций, не имеющих

200

больших регулирующих возможностей. В небольших системах многие ГЭС вынуждены сливать воду в часы провала графиков нагрузки, в объединенной же систе­ ме их энергия может быть использована полностью. Кроме того, в объединенной системе при снижении об­ щей нагрузки всегда останавливаются в первую оче­ редь наименее экономичные агрегаты, а наиболее мощ­

ных энергосистемах электроэнергия стоит дешевле, чем в отдельных системах, без их объединения. Правда, это снижение может быть и невелико, но при современных огромных масштабах потребления электроэнергии во всех отраслях народного хозяйства каждый процент, даже каждая десятая доля процента, имеют большое значение.

Следует учесть, что объединенные энергосистемы способствуют повышению надежности энергоснабже­ ния. В случае аварии агрегаты электростанций всех объединенных систем быстро подхватывают нагрузку, которую нес до этого вышедший из строя агрегат; со­ вершенно ясно, что чем больше суммарная установлен­ ная мощность, тем легче оставшимся в работе электро­ станциям обеспечить снабжение всех потребителей при авариях. Кроме повышения надежности энергоснабже­ ния, объединение энергосистем способствует также по­ вышению качества электроэнергии.

Дело в том, что как при авариях, так и при нормаль­ ных, но резких изменениях нагрузки в системе неиз­ бежно возникают колебания частоты и напряжения. Естественно, что чем больше объединенная система и чем лучше связаны между собой ее электростанции, тем меньше отражаются на ее работе хотя бы и очень резкие изменения нагрузки в отдельных районах. Это значит, что колебания частоты, отражающиеся на рабо­ те некоторых особо чувствительных приводных меха­ низмов (например, бумажное производство, изготов­ ление искусственного волокна и др.), так же как и ко­ лебания напряжения (которые не. только вредны для глаз людей из-за изменения режима источников света, но и при некотором неблагоприятном стечении обстоя­ тельств могут привести к нарушению распределения нагрузок в системе), в мощных объединенных энерго­

2 0 7