88. Топливно-энергетический комплекс России.
Единая энергетическая система России. В целом ЕЭС России представляет собой развивающийся комплекс электростанций и сетей, объединенных общим технологическим циклом производства, передачи и распределения электрической энергии с единым оперативно-диспетчерским управлением. С точки зрения состава электростанций, объединенных в ЕЭС, Российская энергетика сегодня - это порядка 600 тепловых, 100 гидравлических и 9 атомных электростанций. Функционируют несколько автономных электростанций малой энергетики, содержащих газотурбинные, дизельные электростанции. Работают также электростанции, использующие в качестве первичного источника энергии гидравлическую энергию малых рек, солнечную, ветровую, гидротермальную, приливную энергию, но доля производимой ими энергии очень мала по сравнению с тепловыми, атомными и гидравлическими станциями (не превышает 1% от суммарно вырабатываемой энергии в РФ). Основную часть мощности энергосистемы России (70-80%) составляют тепловые электростанции (ТЭС). Мощности гидравлических (ГЭС) и атомных (АЭС) электростанций по разным оценкам составляют от 10 до 15 % от мощности всей ЕЭС. Характерной особенностью ЕЭС России является высокая концентрация мощностей на электростанциях Суммарная установленная мощность всех электростанций ЕЭС России составляет порядка 200 ГВт. Оперативно-диспетчерское управление ЕЭС России осуществляется с помощью иерархической четырёхуровневой автоматизированной системы диспетчерского управления (АСДУ). Она включает: центральное диспетчерское управление (ЦДУ) ЕЭС, расположенное в г. Москве; семь территориальных объединенных диспетчерских управлений (ОДУ); 74 центральных диспетчерских службы (ЦДС) при районных АО-энерго; около 280 диспетчерских пунктов электросетевых предприятий и районов и более 500 пунктов управления электростанциями (нижний уровень управления). Преимущества образования ЕЭС заключаются в повышение его экономичности при одновременном повышении надёжности и качества электроснабжения потребителей. Повышение экономичности электроснабжения достигается за счёт: - снижения требуемой установленной мощности электростанций за счет разновременности наступления максимумов нагрузки в отдельных энергосистемах; при этом общие резервы мощности снижаются, а суточный график электрической нагрузки заметно выравнивается; - оптимизация загрузки совместно работающих электростанций, и снижение удельного расхода топлива на отпущенную потребителям электроэнергию; - использования более дешевых энергоресурсов; - снижения требуемой установленной мощности из-за сокращения расчётного резерва; - повышения единичной мощности; - повышения использования ЛЭП основной электрической сети; - обеспечение строгого соответствия генерации и потребления электроэнергии в каждый момент времени (баланса мощности и энергии); - эффективное использование водных ресурсов при работе ГЭС; - облегчение условий проведения ремонтов. Надежность и устойчивость работы ЕЭС РФ достигается за счет: - создания резерва мощности и энергоресурсов; - обеспечения функционирования электростанций в пиковых режимах;- увеличения пропускной способности основной электрической сети напряжением 330-500-750-1150 кВ переменного тока; - повышение надежности электроснабжения за счет многостороннего электроснабжения регионов; - развития средств релейной защиты, автоматики и телемеханики.
Электрические станции. В зависимости от источника энергии (сырья) различают тепловые электрические станции (ТЭС), гидравлические электростанции (ГЭС) и атомные электростанции (АЭС), являющиеся основными типами электростанций. Основным назначением электрических станций (ЭС) является выработка электрической энергии для снабжения ею промышленных и сельскохозяйственных предприятий, коммунального хозяйства и транспорта. Многие ЭС обеспечивают предприятия и жилые здания также тепловой энергией (паром и горячей водой). Основными параметрами электрической энергии являются напряжения и ток. ТЭС являются основой электроэнергетики. Электрическая и тепловая энергия на них вырабатывается в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива. По типу энергетического оборудования, установленного на ТЭС (типу первичного двигателя), их подразделяют на паротурбинные, газотурбинные и дизельные. Находят применение также комбинированные схемы с паротурбинными и газотурбинными установками, называемые парогазовыми установками. Паротурбинные ТЭС являются основными электростанциями большинства энергосистем и подразделяются на конденсационные электростанции (КЭС) и теплофикационные электроцентрали (ТЭЦ).
88.1.КЭС предназначены только для производства электроэнергии и имеют турбины чисто конденсационного типа. КПД КЭС достигает только 35 - 40%. ТЭЦ предназначены для комбинированного производства электроэнергии и тепла в виде горячей воды и (или) пара, получаемого из отборов турбин. КПД ТЭЦ может достигать 70-75%. ГЭС предназначены для выработки только электроэнергии . Для повышения маневренности энергосистем строятся крупные гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС), участвующих в выравнивании суточного графика электрической нагрузки. Электрические и тепловые сети. Электрические сети (электросети) служат для передачи электрической энергии от электростанций к потребителям. По конструктивному исполнению различают воздушные (ВЛ), кабельные (КЛ) и смешанные (СЛ) линии электропередачи (ЛЭП). По величине номинального напряжения различают электросети низкого (до 1000 В) и высокого (выше 1000 В) напряжений. По конфигурации электрические сети подразделяются на разомкнутые и замкнутые. К первым относят сети, электроприемники которых могут получать электроэнергию только с одной стороны. Они бывают радиальными, магистральными и разветвленными. Электросеть называют замкнутой, если каждая ее линия электропередачи входит хотя бы в один замкнутый контур.По выполняемым функциям сети разделяются на системообразующие (330 кВ и выше), питающие (110-220 кВ) и распределительные (35 кВ и ниже). По месторасположению и характеру потребителей распределительные сети подразделяют на городские (на территории города), сельские (в сельской местности) и промышленные (на промышленных предприятиях). Основными источниками питания являются крупные электростанции и сети районных энергосистем. Тепловые сети (теплопроводы) – это инженерные сооружения для транспортирования теплоносителя (горячей воды, пара, газов) от источника тепла (теплогенератора) к потребителям при централизованной системе теплоснабжения. Теплогенераторами (источниками тепла) являются котельные установки, устройства для утилизации тепловых отходов промышленности и ТЭЦ. Теплоносителем обычно является горячая вода с температурой 95º-200ºС или пар при давлении до 12-16 атм. Большая протяженность тепловых сетей, значительный износ оборудования и низкий уровень эксплуатации приводят к снижению надежности функционирования, как центральных источников тепла, так и распределительных сетей, что обуславливает высокий уровень аварийности в централизованных системах и чрезвычайно низкие эксплуатационные показатели.
Потребители электрической энергии. При проектировании системы электроснабжения потребители электроэнергии рассматривают в качестве электрических нагрузок. По характеру нагрузок различают потребителей активной и реактивной мощности. Активную мощность потребляют многие термоэлектрические установки, электропечи, осветительные установки и др. Потребителями реактивной мощности являются силовые трансформаторы, электродвигатели, конденсаторные батареи и др. По режиму работы отдельные электроустановки потребителей могут работать в длительном тепловом режиме , кратковременном тепловом режиме или повторно-кратковременном тепловом режиме . По величине мощности и напряжения различают потребителей малой, средней и большой мощности, низкого и высокого напряжения. По роду тока различают потребителей переменного тока промышленной частоты 50-60 Гц, повышенной частоты 0,1-1 кГц, высокой частоты 1-10 кГц и сверхвысокой частоты свыше 10 кГц . По степени надежности электропитания различают потребителей первой, второй и третьей категории :первой категории - электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, угрозу для безопасности государства, значительный материальный ущерб, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства, объектов связи и телевидения. Из состава электроприемников первой категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов и пожаров.; второй категории - электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей. ; третьей категории - все остальные электроприемники, не подпадающие под определения первой и второй категорий.
Графики электрических и тепловых нагрузок энергосистем. Потребляемая мощность энергосистемы меняется в течение суток, по дням недели и месяцам года, что объясняется переменным характером потребления и его структурой. Основную нагрузку дает промышленное потребление электроэнергии, 88.2.которое складывается из потребления односменных, двухсменных и трехсменных предприятий (рис. 1.1а). Суточный график электрической нагрузки энергосистемы отличается также по дням недели (рабочий и нерабочий день) и по временам года. Наибольшие электрические нагрузки имеют место осенью и зимой (осенний - зимний максимум), т.е. в период отопительного сезона. Формирование суточного графика электрической нагрузки рабочего дня рассматривается как сумма нагрузки различных категорий потребителей.
Рис.
1.1. Суточные графики электрической
нагрузки энергосистемы: а - формирование
суточных графиков нагрузки энергосистемы;
б - графики нагрузки по дням недели.
На рис. 1.2а,б приведен характерный суточный график электрической нагрузки энергосистемы в зимний и летний дни. На рис. 1.2в показан годовой график продолжительности электрических нагрузок, который строится по суточным графикам нагрузки - зимнему и летнему, рабочего и нерабочего дней.
Рис.
1.2. Суточный график электрической
нагрузки энергоблока: а - зимний день;
б - летний день; в - построение годового
графика электрических нагрузок по
продолжительности