Электроэнергетика

Эл/эн как составная часть ТЭК страны объединяет все процессы генерирования, передачи, трансформации и потребления эл/эн. Она яв-ся стержнем материально-технической базы

общества.

Пр-во эл/эн в каждый момент времени должно со­ответствовать размерам потребления (с учетом нужд самих эл/ст и потерь в сетях), поэтому возникающие на основе эл/энергети­ки связи обладают постоянством, непрерывностью и осущ-ся мгновенно.

Эл/энергетика воздействует не только на раз­витие, но и на террит-ую организацию хозяйства, в первую оче­редь самой промышленности.

1. Передача эл/энергии на все большие расстояния способствует освоению топливно-энергет. ресурсов независимо от того, на­сколько они удалены от мест потребления.

2. Развитие электронного транспорта расширяет террит. рамки пром-ти. В то же время благодаря возможности проме­жуточного отбора эл/энергии для снабжения тех районов, через ко­т. проходят высоковольтные магистрали, увеличивается плотность размещения промышленных предприятий.

3. На основе массового использ. в технолог. процессах эл/энергии и тепла (пар, горячая вода) возникают электроемкие (алюминий, магний, титан, ферросплавы и др.) и теплоемкие (глинозем, химические волокна и др.) пр-ва, где доля топливно-энергет. затрат в себестоимости готовой продукции значительно больше по сравнению с традиционными отраслями пром. В частности, мощные гидроэл/станции притягивают к себе предприятия, специ­ализир-ся на электрометаллургии, электрохимии, электротермии или на сочет. разных электротехнолог. процессов.

4. Эл/энергетика отличается большим районообр. значением. Так, в Сибири она во многом определяет производ-ую специализацию р-нов.Здесь эл/энергетика служит одной из основ формир. территориально-производ-ых, в том числе промышленных, комплексов.

Развитие эл/энергетики России основывается на следующих принципах:

1) концентрация пр-ва эл/энергии путем строит-ва крупных районных эл/ст, использ-их дешевое топливо и гидроэнергоресурсы;

2) комбинированное пр-во эл\эн и тепла для тепло­фикации городов и индустр. центров;

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

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

5) учет экологических требований при создании объектов эл/­энергетики;

6) создание энергосистем, формирующих единую высоковольтную сеть страны.

Эл/энергетика, наряду с газовой промышленностью, принадлежит к отраслям ТЭК, сохранившим стабильность развития. По общему объему пр-ва эл/энергии Россия уступает США в 4 раза. В то же вре­мя она дает электроэнергии столько, сколько Германия и Великобритания вместе взятые. В 2002 г. пр-во эл/эн составило 890 млрд кВт-ч. В России наибольшая доля выработки эл/эн приходится на ТЭС – 65% (580 млрд. кВт/ч), ГЭС – 20% (164 млрд. кВт ч), АЭС – 16% (142 млрд. кВт ч).

Осн-ые потребители эл/эн: промышленность (52% эл/эн), с\х (6,7%), транспорт (6,7%), отрасли сферы услуг (33,8%), потери (8%).

Размещение эл/эн в целом зависит от 2-х основных факторов: топливно-энергет. ресурсов и потребителей эл/­эн. До появления высоковольтного электронного транспорта эл/эн ориентировалась на потребителей, ис­пользуя привозное топливо. Зависимость эл/эн от разме­щения основных потребителей сказывается и в наст. время. Наибольшее кол-во эл/эн дают такие развитые в индуст­риальном отношении р-ны, как Центр и Уральский. Однако возможность создания высоковольтных линий значит. протяж-ти освобождает эл/эн от одностороннего влияния потре­бительского фактора. Возникли межрайонные связи по «ввозу» и «выво­зу» эл/эн. Возраст. роль топливно-энергет фактора в размещ. эл/ст.

По степени обеспеченности потенциальными топливно-энергет. ресурсами все эконом. р-ны можно условно разделить на три группы:

1) с наиболее высокой степенью обеспеченности топливно-энергет. ресурсами — Д. Восток, Вост. Сибирь, а также Зап. Сибирь;

2) с относительно высокой степенью обеспеченности топливно-энерге­тическими ресурсами — Север и Сев. Кавказ;

3) с низкой степенью обеспеченности топливно-энергетическими ресурсами — центральные районы европ. части, Северо-Запад, По­волжье и Урал. Первая группа районов (а также в известной мере и вторая) обладает благоприятными предпосылками для созд. мощных энергет. баз с массовым произв-вом эл/энергии и энергоемкой продукции для снабжения европ. части страны. Р-ны третьей группы имеют напряженный топливно-энергет. баланс, что ограничивает или вообще исключает развитие энер­гоемкой пром-ти.

Во всех р-нах страны среди топливно-энергет. ресурсов преобл. минеральное топливо. Но влияние гидроэнергорес. на специализацию пром-ти сильнее всего выражено в Вост. Сибири, кот. располагает самыми крупными и эффективными ресур­сами гидроэнергии.

В эл/энергетике сложилась тенденция строительства мощных ТЭС на дешевом топливе, АЭС, а также экономичных ГЭС. Более четким стало разделение труда между районами. Так, в европ. части прирост производства эл/эн до недавнего времени достигался преиму­щественно на атомных и гидравлических (в том числе гидроаккумулирующих) эл/ст. Строит-во новых конденсационных теп­ловых электростанций (КЭС) здесь фактически прекращено, но действующие их мощности расширяются в связи с ограничением развития атомной энергетики.

Основные в составе эл/энергетики — ТЭС(без атомных). Они производят свыше ²/з всей эл/эн. Среди ТЭС 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 ТЭС бывают районны­ми — начиная с плана ГОЭЛРО, государственные районные электриче­ские станции (ГРЭС) — и центральными (расположенными вблизи цент­ра энергетических нагрузок). Гидравлические установки представлены гидроэл/станциями (ГЭС), гидроаккумулирующими эл/стан­циями (ГАЭС) и приливными эл/станциями (ПЭС). По признаку взаимодействия все эл/ст делятся на системные и изолирован­ные (работающие вне энергосистем).

Одна из главных тенденций развития отечественной эл/энергети­ки — создание мощных ТЭС преимущ-но на дешевом твердом топливе. Особенно велико значение угля открытой до­бычи.

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

Самые крупные ТЭС (по 2 млн кВт и более каж­дая) расположены в Центральном районе — Конаковская и Костромская ГРЭС, в Поволжье — Заинская ГРЭС, на Урале — Ириклинская, Перм­ская, Рефтинская и Троицкая ГРЭС, в Зап. Сибири — Сургутская ГРЭС, в Вост.Сибири — Назаровская ГРЭС. Особенно выделяются своими размерами такие ГРЭС, как Рефтинская (3,8 млн кВт) и Костром­ская (3,6 млн кВт). Ряд ТЭС 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 (Зап. Сибирь), Березовской-2 (Вост. 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 эл/ст 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 эл/энергии.

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

ТЭЦ предст-ет собой установку по комбинированному пр-ву эл/эн и тепла, в связи с чем коэффициент полезного исполь­з-ия топлива повышается до 70% против 30—35% на КЭС. Макси­м. мощность ТЭЦ меньше, чем КЭС, но на некот. из них уже превышен рубеж 1 млн кВт (ТЭЦ-21, 22 и 23 Мосэнерго и Нижнекам­ская ТЭЦ).

В последнее время среди тепловых эл/ст появились уста­новки принципиально новых типов:

1) газотурбинные эл/ст (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 экс­плуатацию на Краснодарской и Шатурской ГРЭС, парогазотурбинные — на 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 (²³⁵U) выдел. тепло, эквивалентное сжиганию 2,5 тыс. т лучшего угля. Эта хар-ная особенность совершенно исключает зависимость АЭС от топливно-энер­гет. фактора и обеспечивает наибольшую маневренность раз­мещения. АЭС ориентированы на потребителей, расположенных в районах с напряженным топливно-энергетическим балансом или там, где выявленные ресурсы минер. топлива и гидроэнергии ограничены.

Россия имеет приоритет в мирном использовании атомной энергии. В 1954 г. вступила в строй первая опытная Обнинская АЭС (Центр. р-он). Сейчас в стране действует 9 АЭС, на кот. устан-но 32 ядерных реактора суммарной мощностью более» 21 млн кВт. По объему пр-ва эл/эн на АЭС Россия уступает США, Франции и Японии.

При правильной эксплуатации АЭС — наиболее экологически чистые источники энергии. По сравнению с обычными ТЭС 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 следствием массового использования органи­ческого топлива (угля, нефти, газа), особенно на ТЭС.

На терр. европ. части страны действуют мощные АЭС: в Центр. р-не — Калининская (2 млн кВт) и Смоленская (3 млн кВт), в Центрально-Черноземном р-не — Нововоронежскня (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 — Балаковская (3 млн кВт), на Урале — Белоярская (860 тыс. кВт). В вост. районах сооружена Билибинская АТЭЦ.

Почти вся атомная энергетика в наст. вр. использует реакторы на медленных нейтронах

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

Гидроэл/станции — весьма эффективные источники эл/­энергии. Они использ. 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 ГЭС производят эл/эн бо­лее дешевую, чем тепловые установки; ее себестоимость в 5—6 раз ниже. Характер реки, ее режим и др. усл. опред. тип ГЭС. В горных р-нах, например, обычно встреч-ся высоконапорные ГЭС, 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 др.преимущ-но равнинных реках. Здесь формируются крупнейшие в мире гидроэнергетические каскады.

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

Волжско-Камский и др. каскады ГЭС на реках европ. части страны находятся в пределах р-нов с огромным пром-ым потенциалом, и их значение состоит прежде всего в том, чтобы свести к минимуму имеющийся здесь дефицит эл/эн. Однако массовое строит-во ГЭС на равнинных реках в европ.части повлекло за собой ряд негативных явлений, связанных гл. образом с возник-ем крупных водохранилищ, что сопровождалось изъятием из с/х оборота ценных земель, переносом населенных пунктов, нарушением эколог. равновесия.

ГЭС вост.районов призваны играть пионер­ную роль в развитии производительных сил. На их основе формир-ся промыш-ые комплексы, специализирующиеся на энергоемких про­изводствах.

В вост. районах, особенно в Сибири, сосредот. наиболее эффективные по технико-эконом. показателям ресурсы гидро­энергии. Об этом можно судить на примере Ангаро-Енисейского каскада, в составе кот. наход. самые крупные в странеГЭС: Саяно-Шушенская (6,4 млн кВт), Красноярская (6 млн кВт), Брат­ская (4,6 млн кВт), Усть-Илимская (4,3 млн кВт). Сооруж-ся Богучанская ГЭС (4 млн кВт). Общая мощность каскада в наст. вр.— ок. 22 млн кВт.

Гидроаккумулирующие эл/ст 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.

В эксплуатацию введена Загорская ГАЭС (1,2 млн кВт). Развернуто строительство Центральной ГАЭС (3,6 млн кВт).

Приливные эл/сти используют энергию напора, кот. создается между морем и отсеченным от него заливом (бассейном) во вре­мя прилива (и в обратном направлении при отливе).

В России действует опытная Кислогубская ПЭС (1,2 тыс. кВт) у сев. побережья Кольского п-ова, разрабатываются проекты Лумбовской (320 тыс. кВт) на побережье Кольского п-ова с отсе­чением залива площадью 70 км², Мезенской (1,3 млн кВт) и Кулойской (0,5 млн кВт), бассейны кот. будут образованы плотинами в Мезен­ской губе Белого моря, и, наконец, Беломорской ПЭС (14 млн кВт) с ги­гантской плотиной, отсекающей всю мелководную часть Мезенской гу­бы. Изучается вопрос о строительстве Тугурской ПЭС (8 млн кВт) в зали­ве Охотского моря.

Важнейшая тенденция развития эл/энергетики — объединение эл/станций в энергосистемах, кот. осуществляют производство, передачу и распределение эл/эн между потребителями. Энергосистема – это группы эл/ст различного типа, соед-ые линиями электропередач (ЛЭП) высокого напряжения (до 800 КВт)

При совместной работе в энергосистеме для каждой эл/ст им-ся возможность выбрать наиболее экономичный режим нагрузки, кот. соответствует ее особенностям. Например, мощные КЭС и АЭС ориентированы в основном на покрытие базисной нагрузки, действуя и относительно постоянном режиме. Отчасти эти функции вып. ГЭС (без регулирования) и ТЭЦ (в зимний период, когда графики потреб. тепла и эл/эн совпадают). Пиковую нагрузку обычно принимают на себя ГЭС, и особенно ГАЭС, отличающиеся значительной ма- невренностью в производстве эл/эн.

В наст. вр. функционир Единая энергет. система (ЕЭС) России. В ее состав входят многочисленные эл/ст евро­п. части и Сибири, кот. работают параллельно, в едином режиме, сосредоточивая более ⁴/₅ суммарной мощности эл/ст страны.

В прошлом имелось несколько Объединенных энергетических систем (ОЭС), наиболее мощные из них — Центральная, Уральская и Сибир­ская. Теперь энергетические системы организованы практически в каж­дом субъекте Российской Федерации. Электростанции европ. ча­сти страны объединены такими высоковольтными магистралями, как Самара — Москва (500 кВ), Самара — Челябинск, Волгоград — Москва (500 кВ), Волгоград — Донбасс (800 кВ постоянного тока), Москва — Санкт-Петербург (750 кВ).

Для Сибири хар-на одинаковая роль тепловых и гид­равлических установок. Мощные ТЭС на углях от­крытой добычи Канско-Ачинского, Иркутского, Кузнецкого бассейнов и уникальные гидравлические установки Ангаро-Енисейского каскада свя­заны между собой высоковольтной магистралью Иркутск — Братск — Красноярск — Кузбасс (500 кВ). По размерам и технико-эконом. показателям использования топливно-энергет. ресурсов в перс­пективе эта энергетическая система не будет иметь себе равных в мире.

На Д.Востоке до недавнего времени действовали только ТЭС преимущ-но на местных углях. Теперь появи­лись гидравлические установки.

За пределами ЕЭС страны пока остались изолированно работающие эл/ст Д.Востока. Дальнейшее ее развитие обусловле­но прежде всего усилением связи в направлении Сибирь — Центр на ос­нове формирования Канско-Ачинского и других топливно-энергетических комплексов.

Результат развития рыночных отношений в эл/эн — ак­ционирование региональных госуд. энергосистем и созд. Российск. акционерного общества энергетики и электрификации — НЛО «ЕЭС России», на кот. приходится 220 млн кВт установленной мощности. В отличие от этого атомная энергетика представляет собой го­суд. собственность.

Для свободного доступа к распределительной сети производителей и потребителей эл/энергии все системообразующие ЛЭП передаются на федеральный уровень.

В свое время было создано международное энергет. объедине­ние «Мир», в кот. входили национальные энергетические системы стран Вост. Европы, а также энергосистема Монголии. И сейчас Россия экспортирует эл/энергию в страны как ближнего (СНГ), так и дальнего зарубежья.