Энергетическое хозяйство страны

Жизнь любого современного общества невозможно представить без надежного энергоснабжения. Энергия во всех ее проявлениях служит основной развития производственной базы
в любом государстве, она обеспечивает бесперебойную работу всех отраслей промышленности, транспорта, систем телекоммуникаций, развитие сельского хозяйства и оказывает глубокое воздействие на качество жизни населения. Поэтому развитию энергетического хозяйства и повышению эффективности его функционирования во всех странах уделяется самое серьезное внимание.

Энергетическое хозяйство страны представляет собой комплекс устройств и процессов, предназначенных для обеспечения народного хозяйства топливно-энергетическими ресурсами в виде непосредственно топлива, электрической и тепловой энергии, горячей и холодной воды, сжатого и кондиционированного воздуха и др.

Энергетике присущи весьма сложные связи как внутри энергетического хозяйства, так и с другими системами народного хозяйства (внешние связи).

Энергетическое хозяйство может рассматриваться как энергетическая цепь, включающая ряд взаимосвязанных звеньев: энергетические ресурсы, транспорт, склады, генерирующие установки, аккумулирующие установки, передаточные устройства, потребители.

Все эти звенья взаимосвязаны и призваны обеспечивать предусмотренное энергоснабжение с достаточным уровнем надежности. Последнее вызывается тем, что элементы или звенья снабжения каким-либо энергоресурсом от его добычи до потребления представляют сбой единую цепь, в которой изменение
в одном из звеньев приводит к изменению всех других звеньев. Например, увеличение расхода кислорода потребителями ведет
к росту количества электроэнергии для кислородной станции. Это может вызвать необходимость усиления существующих электрических сетей, ввода дополнительных генерирующих мощностей на электростанциях, расширения складов и пропускной способности железных дорог, повышения добычи топлива. Поэтому изучение каждого звена энергетической цепи должно проводиться не изолированно, а с учетом влияния рассматриваемых технических решений на другие звенья.

Таким образом, каждое из звеньев цепи энергоснабжения должно надежно обеспечивать выполнение своих функций.

Внешние связи энергетики появляются в двух направлениях: оперативных и обеспечивающих.

Оперативные связи осуществляются с технологическими процессами промышленности, транспорта, сельским хозяйством, коммунально-бытовым сектором. Неразрывность этих связей определяется практическим совпадением во времени процессов производства, передачи и потребления электроэнергии и теплоты. Отсутствие возможности запасать энергию в практически ощутимых количествах приводит к необходимости создания резервов в генерирующих мощностях, топливе на тепловых и атомных электростанциях, воде на гидростанциях.

Обеспечивающие связи определяются необходимостью обеспечения заблаговременного согласования развития топливной промышленности, металлургии, машиностроения, строительной индустрии и транспортных устройств.

Совокупность предприятий, установок и сооружений, обеспечивающих добычу и переработку первичных топливно-энергетических ресурсов, их преобразование и доставку потребителям в удобной для использования форме образует топливно-энергетический комплекс.

Топливно-энергетический комплекс представляет собой сложную и развитую систему добычи природных энергетических ресурсов, их обогащения, преобразования в мобильные виды энергии и энергоносителей, передачи и распределения, потребления и использования во всех отраслях национального хозяйства.

Организационно комплекс разделяется на отрасли, системы и предприятия ТЭК: добывающие, преобразующие, передающие и распределяющие, потребление и использование.

Объединение таких разнородных частей в единый национально-хозяйственный комплекс объясняется их технологическим единством, организационными взаимосвязями и экономической взаимозависимостью.

Неразрывная цепь добычи – преобразования – передачи – распределения – потребления – использования энергоресурсов определяет технологическое единство топливно-энергетического комплекса.

Особенности энергетического хозяйства привели к необходимости применения системного метода экономического исследования.

Важность оптимизационных технико-экономических расчетов в энергетике особенно велика в связи с широкой взаимозаменяемостью отдельных энергетических установок, видов энергетической продукции и сравнительно высокой капиталоемкостью энергоустановок. Так, для производства электроэнергии могут быть использованы конденсационные электростанции (КЭС), теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), гидростанции (ГЭС), атомные электростанции (АЭС) и др. На них могут быть установлены агрегаты различных типов, использующие различные виды органического топлива, нетрадиционные источники энергии. Большое количество вариантов имеется также и на стадиях транспорта энергии
и использования ее у потребителей.

Взаимозаменяемость видов продукции определяется возможностью использования различных энергоносителей в данных установках. Например, использование природного газа или электроэнергии в нагревательных печах, использование парового или электрического привода компрессора и др.

Топливно-энергетический комплекс является весьма капиталоемким комплексом народного хозяйства. На развитие топливной промышленности и электроэнергетики расходуется до 40% суммарных капиталовложений в промышленность.

Существенную роль может иметь энергетический фактор при решении задачи по размещению предприятий в районах страны. Размещение электростанций, особенно крупных гидростанций, нередко оказывает большое влияние на формирование вокруг них промышленных комплексов.

Анализ обеспеченности энергоресурсами отдельных районов указывает на ее существенную неравномерность: большинство районов страны не обеспечено в достаточном количестве собственными энергоресурсами.

Диспропорции в географическом размещении потребителей и производителей энергоресурсов вызывают огромные межрегиональные перетоки топлива (нефть, газ, уголь) и энергии.

Электроэнергетика

В энергетическом хозяйстве страны особенно большое значение имеет электроэнергетика.

Электроэнергетика – отрасль экономки Российской Федерации, включающая в себя комплекс экономических отношений, возникающих в процессе производства, передачи электрической энергии, оперативно-диспетчерского управления в электроэнергетике, сбыта и потребления электрической энергии с использованием производственных и иных имущественных объектов
(в том числе входящих в ЕНЭС), принадлежащих на праве собственности или на ином предусмотренном федеральными законами основании субъектам электроэнергетики или иным лицам.

Технологическую основу функционирования электроэнергетики составляют Единая национальная (общероссийская) электрическая сеть (ЕНЭС России), территориальные распределительные сети, по которым осуществляется передача электрической энергии, и единая система оперативно-диспетчерского управления.

Экономической основой функционирования электроэнергетики является обусловленная технологическими особенностями функционирования объектов электроэнергетики система отношений, связанных с производством и оборотом электрической энергии и мощности на оптовом и розничных рынках.

Общими принципами организации экономических отношений и основами государственной политики в сфере электроэнергетики являются:

– обеспечение энергетической безопасности России;

– технологическое единство электроэнергетики;

– обеспечение бесперебойного и надежного функционирования электроэнергетики в целях удовлетворения спроса на электрическую энергию потребителей, обеспечивающих надлежащее исполнение своих обязательств перед субъектами электроэнергетики;

– свобода экономической деятельности в сфере электроэнергетики и единство экономического пространства в сфере обращения электрической энергии с учетом ограничений, установленных федеральными законами;

– соблюдение баланса экономических интересов поставщиков и потребителей электрической и тепловой энергии;

– использование рыночных отношений и конкуренции в качестве одного из основных инструментов формирования устойчивой системы удовлетворения спроса на электрическую энергию при условии обеспечения надлежащего качества и минимизации стоимости электрической энергии;

– обеспечение недискриминационных и стабильных условий для осуществления предпринимательской деятельности в сфере электроэнергетики, обеспечение государственного регулирования деятельности субъектов электроэнергетики, необходимого для реализации принципов, установленных законодательством, при регламентации применения методов государственного регулирования, в том числе за счет установления их исчерпывающего перечня;

– содействие посредством мер, предусмотренных федеральными законами, развитию российского энергетического машиностроения и приборостроения, электротехнической промышленности и связанных с ними сферы услуг;

– обеспечение экономически обоснованной доходности инвестиционного капитала, используемого при осуществлении субъектами электроэнергетики видов деятельности, в которых применяется государственное регулирование цен (тарифов) на электрическую и тепловую энергию;

– обеспечение экологической безопасности электроэнергетики.

Электроэнергетика обладает рядом специфичных черт, делающих ее непохожей ни на одну отрасль промышленности:

– легкость превращения электроэнергии в другие виды (тепловую, механическую, световую);

– возможность обеспечить необходимые параметры протекания производственных процессов;

– комплексность механизации и автоматизации производства;

– повышение производительности труда.

Электроэнергия допускает расщепление на отдельные потоки и передачу на значительные расстояния. Без применения электроэнергии невозможны электрохимические и электрофизические процессы, а также привод станков-автоматов, манипуляторов, роботов и другие производственные процессы.

Электроэнергия обеспечивает высокую интенсивность, скорость и точность производственных процессов, наилучшие условия для управления ими, активно действует на технику производства.

Таким образом, электроэнергетика является базовой инфраструктурной отраслью, в которой реализуются процессы производства, передачи, распределения электроэнергии. Электроэнергетика имеет связи со всеми секторами экономики, снабжая их электричеством и теплом и получая от некоторых из них ресурсы своего функционирования.

Требуемая установленная мощность электростанций России определяется максимальными электрическими нагрузками потребителей, экспортом мощности за пределы России, потерям мощности в электрических сетях и расчетным резервом мощности.

В настоящее время промышленность остается основным потребителем электроэнергии в народном хозяйстве, хотя ее доля
в суммарном полезном электропотреблении в дальнейшем может снижаться за счет опережающего развития электрификации сельского и коммунально-бытового хозяйства и транспорта.

Для характеристики уровня электрификации используется система показателей, выраженных в стоимостной или натуральной формах.

Один из основных показателей – электроемкость продукции, определяемая отношением потребляемой электроэнергии
к объему выпускаемой продукции за одинаковый период времени. Динамика показателя указывает на степень опережения темпов роста потребления электроэнергии над темпами роста производства продукции. Несовершенство этого показателя определяется условностью расчета объема продукции в стоимостном выражении.

Важный показатель – электровооруженность труда, которая может быть подсчитана в натуральных единицах по мощности или энергии.

В качестве обобщающего показателя часто используется показатель электропотребления на душу населения по стране в целом или по крупному региону.

Система показателей электрификации в определенной мере может рассматриваться как инструмент анализа динамики энергетического и экономического использования электроэнергии.

Главными отличительными чертами электроэнергетики, делающими ее непохожей ни на одну отрасль народного хозяйства, являются следующие:

– невозможность запасать электрическую энергию, в связи
с чем имеет место постоянное единство производства и потребления;

– зависимость объемов производства энергии исключительно от потребителей и невозможность наращивания объемов производства по желанию и инициативе энергетиков;

– необходимость оценивать объемы производства и потребления энергии не только в расчете на год, квартал, месяц, как это делается для других отраслей промышленности, но и часовые величины энергетических нагрузок;

– необходимость бесперебойности электроснабжения потребителей, являющейся жизненно важным условием работы всего национального хозяйства;

– планирование энергопотребления на каждые сутки и каждый час в течение года, т.е. необходимость разработки графиков нагрузки на каждый день каждого месяца с учетом сезона, климатических условий, дня недели и других факторов.

Эти специфические условия породили отраслевые традиции в организации электроэнергетики, при этом главной особенностью является создание и функционирование единой энергетической системы страны.

Энергетическая система состоит из многочисленных энергетических объектов, включающих:

– электрические станции;

– электрические и тепловые сети (сетевые предприятия);

– системы оперативно-диспетчерского управления, представляющую собой производственно-управленческую-иерархию: Центральное диспетчерское управление (ЦУС), региональные объединенные диспетчерские управления (ОДУ), местные диспетчерские пункты в энергосистемах и на энергетических предприятиях (ДУ);

– энергоремонтные предприятия, производящие централизованный ремонт энергетического оборудования;

– строительные организации, обслуживающие периодическую реконструкцию и новое строительство энергетических объектов;

– систему технико-экономического управления;

– вспомогательные предприятия и организации.

Основой структуры электроэнергетической отрасли являются электрические станции различных типов:

– тепловые (топливные) – ТЭС;

– теплоэлектроцентрали – ТЭЦ;

– конденсационные – КЭС;

– атомные – АЭС;

– гидравлические – ГЭС;

– прочие (геотермальные, солнечные, приливные, ветряные и др.).

Энергетические, технические и экономические свойства электростанций различных типов используются при оптимизации покрытия суточного графика электрической нагрузки.

Следующим весьма важным элементом электроэнергетических систем являются энергетические коммуникации, прежде всего электрические сети, включающие мощные линии электропередачи (ЛЭП).

По функциональному назначению линии электропередачи можно разделить на две большие группы:

– межсистемные, выполняющие функцию транспорта энергии между энергосистемами и отдельными предприятиями (обычно линии высокого напряжения 500 кВ, 330 кВ, 220 кВ, реже 110 кВ);

– распределительные, доводящие электроэнергию до потребителей (для промышленных предприятий обычно линии
6-10 кВ, 35 кВ, реже 110 кВ, для бытовых потребителей 220 В, 380 В, 6-10 кВ).

Развитие энергетики на базе энергосистем имеет рад преимуществ:

– повышается надежность электроснабжения потребителей за счет более гибкого маневрирования резервами, сосредоточенными на отдельных электростанциях;

– сокращается суммарный потребный резерв мощностей;

– повышается качество энергии;

– обеспечивается экономическая целесообразность концентрации производства электроэнергии путем увеличения единичной мощности электростанций и установки на них более мощных блоков, поскольку ослабляется ограничивающее влияние ряда внешних факторов, в том числе и условий резервирования;

– снижается общий (совмещенный) максимум нагрузки вследствие несовпадения суточных максимумов нагрузки отдельных районов, что приводит к снижению необходимой генерирующей мощности объединенной энергосистемы;

– облегчается возможность задавать наиболее выгодные режимы работы для различных типов станций и агрегатов;

– повышается эффективность использования различных энергетических ресурсов, сокращаются железнодорожные перевозки топлива, с большим экономическим эффектом используются гидроэнергетические ресурсы, даже значительно удаленные от потребителей энергии. Наличие магистральных линий электропередачи в крупных энергосистемах и их объединениях обеспечивает наиболее эффективное использование низкосортных топлив, экономически не выдерживающих дальних перевозок;

– создается техническая возможность для ликвидации
и предотвращения нового строительства мелких неэкономичных изолированно работающих станций и котельных.

Основной задачей энергосистемы является централизованное снабжение электроэнергией соответствующих районов при оперативно-диспетчерском регулировании единого процесса производства, передачи и распределения энергии. Исходя из этого возникает проблема резервирования мощности.

Совпадение во времени производства и потребления электроэнергии делает задачу резервирования выхода из строя мощностей особенно ответственной. Основной проблемой резервирования в энергетике является обеспечение максимальной надежности и бесперебойности электроснабжения, а также стабильности качественных параметров электроэнергии как при аварийном выходе из строя агрегатов, так и про проведении плановых капитальных и текущих ремонтов оборудования. Нарушение электроснабжения приводит к экономическому ущербу у потребителей,
в большинстве случаев во много раз превышающему потери энергосистемы от недовыработки электроэнергии. Поэтому к резервированию в энергетике предъявляются особенно высокие требования. Надежность электроснабжения достигается за счет наличия общесистемного резерва.

В энергетике различают следующие виды системного резерва генерирующих мощностей:

– нагрузочный (или частотный) резерв, служащий для покрытия нагрузки, возникшей сверх запланированной в текущем году. Эта резервная мощность обычно принимается равной 1 % максимума нагрузки энергосистемы;

– ремонтный резерв, служащий для обеспечения проведения плановых ремонтов основного оборудования электростанций без отключения потребителей и снижения надежности энергоснабжения. В зависимости от конкретных условий ремонты резерв лежит в пределах до 5 % мощности энергосистемы. Этот резерв используется в течение всего года. Однако плановые капитальные ремонты в энергосистемах, как правило, производятся летом, поскольку в это время наблюдается сезонное снижение максимумов электрической нагрузки энергосистемы;

– аварийный резерв, служащий для покрытия нагрузки при аварийном выходе из строя основного оборудования электростанции путем быстрого ввода генерирующей мощности взамен выбывшей из строя в результате аварии на станциях или в линиях электропередач. Он зависит от общей мощности всей энергосистемы, числа и типа установленных на электростанциях агрегатов и должен быть не менее мощности самого крупного агрегата
в системе. В современных условиях необходимый процент аварийного резерва в энергосистеме достигает 7 %;

– народохозяйственный резерв, служащий для покрытия нагрузки, возникшей сверх запланированной в расчете на ближайшую перспективу. Он используется для обеспечения ускоренного развития промышленности и других отраслей народного хозяйства, снабжения электроэнергией предприятий, вошедших
в действие ранее запланированного срока, временной передачи электроэнергии в соседние районы. Эта резервная мощность обычно принимается равной 1% максимума нагрузки энергосистемы.

По степени мобильности включения под нагрузку выделяют:

– вращающийся резерв, сосредоточенный на недогруженных работающих агрегатах;

– горячий резерв, сосредоточенный на агрегатах, работающих на холостом ходу – обычно используют для покрытия плановой пиковой нагрузки;

– холодный резерв, размещенный на выведенных из работы энергетических агрегатах – используется для резервирования выводимого в плановый ремонт оборудования и в качестве аварийного резерва второй очереди).

Системный резерв с учетом сложившейся структуры и суммарной мощности энергосистемы, как правило, должен быть не ниже 12-13 % этой мощности. Только в этом случае может быть обеспечена расчетная надежность электроснабжения потребителей.

При обосновании величины резерва и размещения резервной мощности в энергосистемах принимаются во внимание задаваемые уровни надежности электроснабжения потребителей
и расчетной аварийности агрегатов электростанций, входящих
в данную систему.

Под уровнем надежности электроснабжения понимается доля календарного времени (обычно года), в течение которого
в электроснабжении потребителей не будет ограничений по условиям аварийности. Обычно показатель расчетной надежности электроснабжения принимают от 0,999 до 0,9999. В последнем случае ограничения отпуска электроэнергии потребителям по условия аварийности допускается в год в течение не более 1 часа. От уровня расчетной надежности зависит необходимый аварийный резерв в энергосистеме.

Весьма важным является вопрос о резервировании линий передачи. Очевидно, что если питающая линия электропередачи вышла из строя, то при одностороннем питании потребитель окажется без энергии. Поэтому все ответственные потребители должны обеспечиваться двусторонним питанием или энергия должна к ним подаваться по двуцепным линиям.

Вопросы для самопроверки

1. Что представляет собой энергетическое хозяйство страны?

2. Раскройте состав энергетической цепи.

3. Внешние связи энергетики.

4. Какова роль энергетики в экономике страны?

5. Каковы основные составные части ТЭК?

6. Какие отрасли входят в состав ТЭК?

7. Общие принципы организации экономических отношений в энергетике.

8. Охарактеризуйте электроэнергетическую отрасль.

9. В чем заключаются специфические особенности электроэнергетики?

10. Что такое энергосистема?

11. Какие предприятия и подразделения входят в энергосистему?

12. Какие типы электрических станций Вы можете назвать?

13. Резервирование мощности в энергосистеме.