книги / Общая энергетика

УДК 62-52 К14

Рецензенты:

директор Научно-образовательного центра энергосбережения Пермского государственного технического университета

канд. техн. наук А.В. Ромодин;

директор Центра научно-технической информации (г. Пермь) канд. техн. наук А.В. Трусов

Казанцев, В.П.

К14 Общая энергетика: учеб. пособие / В.П. Казанцев. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2009. – 271 с.

ISBN 978-5-398-00221-8

Рассмотрены общие вопросы энергетики, характеризующие структуру топливно-энергетического комплекса и основные показатели единой энергетической системы России. Приведена общая характеристика электростанций, электрических и тепловых сетей, потребителей электроэнергии, а также типовые графики электрических и тепловых нагрузок энергосистем и условия обеспечения балансов мощности и энергии. Даны виды и характеристики углеводородных топлив как невозобновляемых источников энергии. Приведены тепловые, технологические и компоновочные схемы тепловых и атомных электростанций. Дана общая характеристика гидроэнергетических установок. Рассмотрены природоохранные проблемы гидроэнергетики, а также проблемы и перспективы использования традиционных и нетрадиционных, возобновляемых и невозобновляемых источников энергии.

Предназначено для студентов, обучающихся по специальности 140211 «Электроснабжение».

УДК 62-52

ISBN 978-5-398-00221-8 © ГОУ ВПО

«Пермский государственный технический университет», 2009

2

5

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

АКЭС – атомная конденсационная электростанция; АСКУЭ – автоматизированная система коммерческого учета электроэнергии; АТЭЦ – атомная теплоэлектроцентраль;

ВЛ – воздушная линия (электропередачи); ВолЭС – волновая энергетическая станция; ГиТЭС – гидротермальная электростанция;

ГАЭС – гидравлическая аккумулирующая электростанция; ГВС – горячее водоснабжение; ГПП – главная понизительная подстанция;

ГеоЭС – геотермальная электростанция; ГЭС – гидравлическая электростанция;

ГРЭС – государственная районная электростанция; ЕЭС – единая энергосистема; КЛ – кабельная линия (электропередачи);

КЭС – конденсационная электростанция; ЛЭП – линия электропередачи; ОЭС – объединенная энергосистема; ПЭС – приливная электростанция;

РЗАиТ – релейная защита, автоматика и телемеханика; РП – распределительный пункт (подстанция); РЭС – районная энергосистема; СКЭС – солнечная космическая электростанция; СЭС – солнечная электростанция; ТВЭЛ – тепловыделяющий элемент; ТП – трансформаторная подстанция;

ТЭК – топливно-энергетический комплекс; ТЭС – тепловая электростанция;

ТЭЦ – теплофикационная электроцентраль (теплоэлектроцентраль); ФОРЭМ – фондовый оптовый рынок энергии и мощности; НОРЭМ – новый фондовый оптовый рынок энергии и мощности; ЭС – электростанция; ЭСМТ – электростанция морских течений.

6

ВВЕДЕНИЕ

Научно-технический прогресс немыслим без развития энергетики и электрификации производств. Для повышения производительности труда первостепенное значение имеет автоматизация производственных процессов, базирующаяся, прежде всего, на применении электрической энергии. Основными потребителями электроэнергии в производстве продукции являются электрические машины, мощность которых варьируется от единиц ватт до десятков мегаватт, причем рост планетарного населения, с одной стороны, и рост материальных потребностей, с другой, неизбежно ведут к наращиванию потребляемой электроэнергии с каждым годом.

Для производства электрической энергии применяются различные электростанции, базирующиеся на сжигании природных энергетических ресурсов. Вместе с тем запасы традиционных природных топлив (нефти, угля, газа и др.) не бесконечны. Ограничены запасы и ядерного топлива – урана и тория, из которого с помощью реакторов можно получать плутоний. Поэтому на сегодняшний день важно не только развивать добычу экономически выгодных источников энергии, но и рационально использовать имеющиеся природные ресурсы для производства электроэнергии без существенного ущерба окружающей среде. Отсюда – большой комплекс проблем технико-экономического, экологического и социального характера в области энергетики.

Учебная дисциплина «Общая энергетика» рассматривает общие вопросы формирования и функционирования топлив-

но-энергетического комплекса (ТЭК) страны, основу которо-

го составляют районные энергетические системы (РЭС), объединенные в единую энергетическую систему (ЕЭС) России.

Энергетическая система представляет собой совокупность электрических станций, электрических и тепловых сетей и узлов потребления, объединенных процессом произ-

7

водства, передачи и распределения электроэнергии и тепловой энергии по потребителям.

Электроэнергетика – ведущая часть энергетики, обеспечивающая электрификацию страны на основе рационального производства и распределения электрической энергии. Электроэнергетика имеет важнейшее значение в хозяйстве любой страны, что объясняется такими преимуществами электрической энергии перед энергией других видов, как относительная легкость передачи ее на большие расстояния, распределения между потребителями, а также преобразования в другие виды энергии (механическую, тепловую, химическую, световую и др.).

В силу специфики своего производства электроэнергетика занимает особое положение. В электроэнергетике химическая энергия, запасенная в топливе, энергия падения воды, солнечная, ветровая и другие виды энергии проходят путь последовательного преобразования в тепловую, механическую и, наконец, в электрическую энергию. В основе такого преобразования лежат термодинамические циклы тепловых двигателей. Промежуточным продуктом в этом процессе преобразования энергии, получившим широкое потребительское значение, является тепловая энергия.

Важнейшими вопросами энергетики и электроэнерге-

тики, нашедшими отражение в учебных дисциплинах специальности, являются:

•Электропитающие системы и электрические сети.

•Системы электроснабжения.

•Релейная защита, автоматика и телемеханика (РЗАиТ) систем электроснабжения.

•Переходные процессы в электроэнергетике.

•Электромагнитная совместимость в электроэнергетике.

•Надежность электроснабжения.

•Информационные системы в управлении электроснабжением.

•Энергосбережение и энергоаудит.

8

1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ЭНЕРГЕТИКИ

1.1.Энергетические ресурсы земли

иих использование

Уровень материальной и, в конечном счете, духовной культуры людей находится в прямой зависимости от количества энергии, имеющейся в их распоряжении. Самоограничение в использовании энергии тепла и электроэнергии входит в противоречие с естественным желанием человека жить комфортно в современном цивилизованном обществе. При этом население Земли и потребности людей непрерывно растут. Структура мирового энергохозяйства к сегодняшнему дню такова, что практически 80 % произведенной энергии на Земле производится путем сжигания органического топлива. При этом попытки решить энергетические проблемы сегодняшнего дня увеличением числа тепловых электростанций обречены на провал в силу целого ряда причин, обусловленных как ограниченными ресурсами традиционных органических топлив и, как следствие, неизбежным ростом цен на них, так и возросшими требованиями к защите окружающей среды. Отсюда – стремление ведущих промышленных стран, обеспечивающих оптимизацию внутреннего энергетического баланса, выработать национальные энергетические программы. При этом со стороны наиболее развитых в экономическом плане стран неизбежно стремление контролировать мировые энергоресурсы – их добычу и распределение.

Сама по себе энергия представляет собой не что иное, как способность совершать ту или иную работу. Огромное количество энергии содержится в ископаемом топливе, деревьях, растениях, воздухе, воде, солнце, в самих людях и животных, однако процесс преобразования ее в полезную работу может быть как технически, так и экономически малоэффективным. При этом среди источников энергии разли-

9

чают возобновляемые и невозобновляемые природой, традиционные и нетрадиционные.

К возобновляемым источникам энергии условно относят источники энергии, которые в обозримом будущем, исчисляемом тысячелетиями, неиссякнут. Такими источниками энергии являются: энергия рек, морей и океанов, солнечная, ветровая, геотермальная энергия, биоэнергия и др.

Невозобновляемые источники энергии – источники энер-

гии, которые после преобразования их в иной вид энергии теряют возможность последующего использования. К таким источникам энергии относят ископаемые органические виды топлив (торф, уголь, горючие сланцы, нефть и продукты ее переработки, природный и искусственный газ, ядерное топливо и др.).

Традиционные источники энергии – источники энергии,

которые используются для выработки электрической и тепловой энергии в традиционных энергетических установках – котельных установках, тепловых, атомных и гидравлических электростанциях. К таким источникам энергии относят торф, уголь, газ, мазут, ядерное топливо, а также возобновляемый природой источник энергии – гидравлическая энергия рек.

Нетрадиционные источники энергии – источники энер-

гии, которые не являются общепринятыми для выработки электрической и тепловой энергии в традиционных энергетических установках. К таким источникам энергии относят энергию ветра, солнца, земли, морей и океанов и др. Нетрадиционной энергетикой являются также водородная энергетика, биоэнергетика, энергетика вторичных ресурсов.

Потребление энергии – важный показатель жизненного уровня. К настоящему времени в России и европейских странах производство электроэнергии на душу населения достигло в среднем 6–7 тыс. кВт∙ч, а в США и Канаде – вдвое больше. При этом наблюдается ежегодный рост удельного энергопотребления в развитых странах.

10