Возникновение районных электростанций и энергетичеСких систем

Рост единичной мощности энергоагрегатов не только способствовал наращиванию выработки электрической энергии, но и приводил к необходимости перемещения по территориям всё нарастающих объемов энергоносителей: каменного угля, нефти и нефтепродуктов, газа, горючих сланцев и т.п. Все это заметно снижало эффективность производства электрической энергии. Гораздо удобнее оказалось строить электрические станции на месте добычи топлива или на крупной реке, а вырабатываемую электроэнергию транспортировать по линиям электропередачи в промышленные районы и города. Трехфазная система токов и наличие повышающих и понижающих трансформаторов позволяли решать эту задачу с минимальными потерями энергии. Электростанции, сооружаемые непосредственно у источников энергии, стали называть районными. Первые районные электростанции были построены еще в 90-х годах XIX века. Первой районной электростанцией принято считать Ниагарскую ГЭС.

В XX столетии районные электростанции составили основу развития электроэнергетики во всех развитых странах. Этому способствовал рост потребления электрической энергии, связанный с внедрением в промышленность электропривода, с развитием электрического транспорта, с расширением масштабов электрического освещения, с возникновением отраслей, немыслимых без использования электричества: связь, электрометаллургия, сварка металлов. Возникли и широко стали применяться целые отрасли электротехнологии.

Новый этап развития комплексной энергетики характеризуется созданием крупных энергетических систем. Под энергетической системой понимают совокупность электростанций, линий электропередачи, подстанций и тепловых сетей, связанных общностью режима и непрерывностью процесса производства электрической и тепловой энергии.

До появления районных электростанций электрических систем практически не было. Отдельные электростанции работали изолированно друг от друга, каждая имела своего потребителя. В этих условиях не было острой необходимости устанавливать стандартные частоты и напряжения. Однако при таком решении задачи электроснабжение потребителей не могло считаться надежным. Для повышения надежности электроснабжения на электростанции нужно было держать резервные мощности, что удорожало производство. Электростанции были чувствительны к значительным изменениям нагрузки (суточным или сезонным). Оказалось, что при работе нескольких генераторов на общую нагрузку эти проблемы существенно снижаются. Еще больший эффект достигается, если на общую нагрузку работают несколько электростанций. При такой совместной работе уменьшается резерв на каждой станции, появляется возможность ремонта энергетического оборудования без прекращения электроснабжения потребителей, создаются условия для выравнивания графиков нагрузки отдельных электростанций. Все это способствует не только повышению надежности электроснабжения, но и снижает себестоимость единицы выработанной энергии.

Задача решается включением генераторов параллельно на общую сеть. Но здесь возникли новые проблемы. Включение на параллельную работу электростанций постоянного тока не вызывает особых затруднений, достаточно, чтобы генераторы вырабатывали одинаковое напряжение, а при включении на параллельную работу, – чтобы соблюдалась полярность проводов. С генераторами переменного тока проблема усложняется тем, что напряжение на зажимах непрерывно меняется, ставится задача, чтобы во всех параллельно работающих генераторах напряжение в любой момент было одинаковым: чтобы они работали синхронно и синфазно. Были разработаны специальные методики включения трехфазных генераторов на параллельную работу. Но этим проблема не ограничивалась. В процессе работы на общую нагрузку возникала опасность колебания мгновенной частоты вращения ротора генераторов относительно некоторого среднего значения. Такие колебания мгновенной скорости ротора называют качаниями. Было выявлено, что при параллельной работе в некоторых режимах генератор начинает самораскачиваться, это грозит выпадением генератора из синхронизма, что может повлечь за собой серьезную аварию.

Надежная работа электроагрегатов и целых электростанций в единой энергосистеме немыслима без применения средств контроля и автоматики. В современных условиях эта задача решается также с широким применением вычислительной техники (ВТ) и автоматизированных систем управления (АСУ). В связи с ростом надежности электрических систем постоянно ставится задача повышения напряжения в линиях электропередачи. Успехи в развитии электроэнергетики способствовали повышению электровооруженности труда в промышленности, к повышению производительности труда, концентрации, специализации и автоматизации производства. Значительная доля электроэнергии стала непосредственно использоваться в технологических процессах: электролиз, электротермия, электрическая плавка и мн. др. Создаются и внедряются новые технологические методы обработки материалов, основанные на электроэрозионных и электролучевых процессах. Постоянно возрастало потребление электрической энергии и в сельском хозяйстве, что способствовало росту производительности труда, повышению культуры производства.

7.2 Становление современной

электроэнергетики в россии

В России первой районной электростанцией была небольшая ГЭС «Белый уголь» вблизи города Ессентуки. Она была построена в 1903 году. Первой крупной районной электростанцией в России считается электростанция в г. Богородске (ныне – г. ногинск). Она была сооружена на средства «Общества электрического освещения 1886г.» На станции были установлены три турбогенератора по 5000 л.с. Напряжение повышалось до 70кВ повышающими трансформаторами. Энергия передавалась в Москву по линии электропередачи протяженностью более 70км. Богородская электростанция, сданная в эксплуатацию в 1914 году, явилась для своего времени самой крупной в мире электростанцией, работающей на торфе. В 1913 году в России работали около 220 мелких электростанций, в большинстве построенные за счет иностранных инвестиций.

16 декабря 1917 года Советом народных комиссаров был подписан декрет о национализации монополиста российской электроэнергетики «Общества электрического освещения 1886 года» и развитие отрасли было поставлено в русло плановой экономики.

5 ноября 1919 года Совет труда и обороны принял постановление о строительстве Шатурской и Каширской электростанций. В середине 1920 года временная Шатурская электростанция мощностью 5000кВт была введена в строй. Она стала основой для сооружения Шатурской государственной районной электрической станции (ГРЭС). В этом же году были пущены Тульская центральная электростанция (ЦЭС) и сельская гидроэлектростанция (ГЭС) в районе деревни Кашино Московской области.

22 декабря 1920 года открылся VIII Всероссийский съезд Советов, который одобрил сформулированный В.И. Лениным лозунг «Коммунизм – это есть советская власть плюс электрификация всей страны» и принял государственный план электрификации России – ГОЭЛРО. Этот день Указом Президиума Верховного Совета СССР был утвержден профессиональным праздником, как День Энергетика. Согласно плану ГОЭЛРО районные электростанции стали основным звеном электрификации страны. 4 июня 1922 года был введен в строй первый агрегат Каширской ГРЭС мощностью 6000 кВт, работающий на подмосковном угле. В этом же году было завершено строительство ЛЭП Кашира - Москва протяженностью 120 км Напряжение в этой ЛЭП – 110 кВ. Выработка электрической энергии на одного жителя страны превысила 20 кВт×ч. Планом ГОЭЛРО предусматривалось: наиболее экономичное использование топлива за счет совместной работы ТЭС и ГЭС; широкое использование на электростанциях местных топливных ресурсов; использование водных энергетических ресурсов путем строительства ГЭС (особенно – в районах без органического топлива); создание высоковольтных электрических сетей, объединяющих мощные станции. Это позволяло увеличить выработку электроэнергии на удаленных электростанциях, работающих на местном топливе. В 1923 году впервые в стране была организована Диспетчерская служба в Мосэнерго. В 1925 году были введены в строй два агрегата Шатурской ГРЭС по 16 тыс кВт каждый и введена в эксплуатацию высоковольтная линия электропередачи 110 кВ Шатура – Москва. В 1926 году пущена Волховская ГЭС им. В.И. Ленина, первенец крупного отечественного гидростроения, связанная с Ленинградом высоковольтной линией 110 кВ протяженностью 130 км.

План ГОЭЛРО был реализован в кратчайшее время к 1931 году (за 10 лет). Сооруженный первенец ГОЭЛРО Днепрогэс им. В.И. Ленина продемонстрировал реальность грандиозного плана. К этому году общая мощность электростанций увеличилась и достигла 3972 МВт. За 10 лет было построено 40 районных электростанций вместо намечаемых 30-ти. В 1939 году были введены в строй агрегаты отечественного производства мощностью 100 МВт. К 1940 году в стране было построено 15,5 тыс. км линий электропередачи. Одна из основных тенденций в развитии электроэнергетики состояла в укрупнении мощностей как отдельных электростанций, так и единичных агрегатов. Это позволяло улучшать как технические, так и экономические показатели выработки электрической энергии.

В период Отечественной войны 1941 – 1945 г.г. нашей энергетике был нанесен значительный урон. Однако, в связи с умелым перебазированием промышленности на восток на Урале и в Сибири мощность электростанций возросла на 184% по сравнению с довоенным уровнем. Таким образом, к 1945 году суммарная мощность электростанций сравнялась с довоенным уровнем, а к 1958 году выработка электроэнергии возросла еще в 5,4 раза.

Особенностью развития электроэнергетики в послевоенный период было широкое строительство гидроэлектростанций. В сравнительно сжатые сроки были сооружены ГЭС волжского каскада. Началось освоение богатейших водных ресурсов рек Сибири – Ангары, Оби, Енисея, Иртыша. В первой половине 60-х годов было намечено строительство ТЭС, работающих на дешевом угле, газе и мазуте. Все это обеспечивало быстрое введение новых мощностей с хорошими техническими характеристиками. За период с 1958 по 1965 годы было введено мощностей больше, чем за все предыдущие годы.

Ввод новых мощностей требовал транспортировки энергии на огромные расстояния. До 1960 года напряжение в ЛЭП возросло до 500 кВ. В 1964 г. введена в строй линия электропередачи постоянного тока Волжская ГЭС – Донбасс с напряжением 800 кВ. Позже были поставлены и частично решены задачи повышения напряжения в линиях переменного тока до 1150 кВ и в линиях постоянного тока до 1500 кВ. Создание объединенных энергетических систем позволило повысить надежность электроснабжения, снизить эксплуатационные расходы, уменьшить необходимые резервы мощностей на электростанциях.

С 1954 года в СССР начала вырабатывать электроэнергию первая в мире атомная электростанци мощностью 5 МВт. Сегодня мощность реакторов на этой АЭС доведена до 1 млн. кВт. Каждый из новых энергоблоков на вновь строящихся АЭС являлся новым шагом в теории и практике атомной энергетики. В 1957 году начато строительство Нововоронежской АЭС, пуск первого блока которой мощностью 210 МВт состоялся 30 сентября 1964 года. Одна за другой сооружались атомные электростанции в других регионах страны.

Каждая крупная электростанция обеспечивала энергией огромное количество потребителей и любые неполадки могли нанести региону невосполнимый урон. С ростом установленных мощностей и рассредоточением генерирующих блоков по обширной территории страны остро встал вопрос об объединении разрозненных электростанций в энергосистемы. Это должно было способствовать повышению надежности электроснабжения, улучшению качественных показателей электрической энергии, проводить регламентное обслуживание энергоблоков в оптимальные сроки без перерывов в электроснабжении потребителей.

С 1956 года началось целенаправленное формирование Единой энергетической системы (ЕЭС) СССР. В этот период были введены в эксплуатацию системообразующие ЛЭП Куйбышев – Москва, Куйбышев – Урал, Волгоград – Москва с напряжением 400 – 500 кВ. Их сооружение позволило включить на параллельную работу объединенные энергосистемы (ОЭС) Центра, Средней Волги и Урала. До 1970 года в состав ЕЭС СССР вошли также Северо-западная, Южная, Северокавказская и Закавказская объединенные энергетические системы, а в 1972 году – Казахская ОЭС, в 1978 году - ОЭС Сибири. На конец 1991 года установленная мощность ЕЭС СССР составила 288 млн. кВт, в том числе ЕЭС России – 189 млн. кВт. В основу построения системы были положены принципы диспетчерского управления, основанные на разграничении оперативных и общехозяйственных функций с обеспечением независимости действия системы диспетчерского управления от административно-хозяйственного руководства. Важнейшим фактором обеспечения надежности, устойчивости и живучести ЕЭС являлась система противоаварийного автоматического управления (ПА). Отсутствие таких систем управления в крупных энергосистемах некоторых развитый стран неоднократно приводило к тяжелейшим системным авариям в США, Канаде, Швеции, Франции и др. в 60-80-е годы. Это привело к тому, что опыт безаварийной эксплуатации мощнейшей ЕЭС СССР распространился за рубежом. Большую роль в обеспечении надежности и особенно качества энергии стали играть автоматизированные системы диспетчерского управления (АСДУ) на всех уровнях диспетчерского управления.

Распад СССР привел к необходимости раздела энергетической собственности между бывшими союзными республиками. Энергетические мощности России частично приватизированы. В 1992 году создано Российское акционерное общество энергетики и электрификации – РАО «ЕЭС Россия». Постановлением Правительства РФ в 1996 году определены принципы функционирования федерального оптового рынка электроэнергии (мощности) – ФОРЭМ. В 1997 году основные поставщики энергии на ФОРЭМ составили (млн. кВтч): ГРЭС – 89920, ГЭС – 51692, АЭС – 98111. Общее число субъектов ФОРЭМ - 106, в том числе: Грэс – 16, ГЭС – 10, АЭС – 7, АО-энерго – 73. Для контроля и учета мощности и энергии, передаваемой на ФОРЭМ, создана автоматизированная система контроля и учета электроэнергии АСКУЭ.

В настоящее время Россия располагает огромными энергетическими ресурсами, которые еще не используются. Электрическая энергия с низкой себестоимостью может выгодно экспортироваться за рубеж, что безусловно окажет благоприятное воздействие на все стороны жизни государства.

Серьезной проблемой современной электроэнергетики является старение оборудования. Поэтому курс на техническое перевооружение отрасли – это жизненная необходимость. Одновременно – внедрение новых высокоэффективных технологий, в частности – газотурбинных и парогазовых установок (ПГУ). Первая ПГУ мощностью 450 мВт введена в 1996 г. на одной из ТЭЦ Ленэнерго. Проектируются ПГУ на Краснодарской и Калининградской ТЭЦ. Наиболее крупным проектом является окончание строительства высоковольтной линии 1150 кВ переменного тока Итат – Барнаул – Экибастуз – Челябинск, что позволит усилить связь с объединенной энергетической системой Казахстана. Планируется восстановление связей 750 и 400 кВ со странами Восточной Европы. Ведутся разработки сооружения связей с Китаем на напряжении 500 кВ и вставками постоянного тока. Изучаются идеи сооружения ВЛ постоянного тока в Японию через о. Сахалин через проливы Татарский и Лаперуза, а также – на Аляску через Берингов пролив. Осуществление таких крупных проектов требует привлечения средств всех заинтересованных стран.

Опыт эксплуатации мощных энергосистем остро поставил ряд экологических проблем. Сюда относятся огромные площади, занимаемые энергетическими объектами, все возрастающие выбросы тепла в окружающую среду, электромагнитное загрязнение среды обитания человека. Вспоминая об экологических проблемах дальнейшего развития энергосистем, нельзя не упомянуть и о Чернобыльской трагедии. Поэтому в мире все острее ставится вопрос о рациональном, экономном расходовании различных видов энергии и необходимости снижения энергоемкости производств, о поиске новых, возобновляемых и экологически чистых источников энергии. В этом направлении и ведутся интенсивные исследования огромной армией ученых и практиков. Имеются обнадеживающие результаты использования энергии приливов и отливов, энергии ветра, излучения Солнца, термальных источников земных недр и мн. др. Все эти задачи придется решать новым поколениям энергетиков, проходящим обучение в российских вузах.