Структура глобального рынка

За последнее десятилетие производство электроэнергии в мире выросло почти в 1,5 раза, достигнув в 2012 г. 21 трлн кВт-ч (рис. 3).

Рис. 3. Мировое производство электроэнергии за 2000-2012 гг.,

млрд. кВт-ч

Крупнейшими производителями электроэнергии в мире являются Китай (4,7 трлн кВт-ч) и США (4,3 кВт-ч), значительно опережающие по этому показателю остальные страны (рис. 4).

Рис. 4. Крупнейшие производители электроэнергии в 2011 г., млрд кВт-ч

За последние десятилетия произошли заметные региональные сдвиги в производстве электроэнергии (рис. 5). Существенно сократилась доля развитых стран (ОЭСР) – с 73% в 1973 г. до 49% в 2011 г. Одновременно выросли доли развивающихся стран Африки, Латинской Америки и Азии, прежде всего Китая, на который теперь приходится более 20% мирового производства электроэнергии (в 1973 г. – 3%).

Рис. 5. Региональные сдвиги в производстве электроэнергии, %

1973 г.

2011 г.

* Без Китая.

Интересно отметить, что крупнейшие производители электроэнергии не всегда являются и крупнейшими ее экспортерами. Так, в список ведущих продавцов входят лишь Франция, Россия, Канада и Китай, а США и Бразилия являются одновременно ведущими в мире покупателями электроэнергии (табл. 1).

Таблица 1. Крупнейшие экспортеры и импортеры электроэнергии в 2011 г., млрд кВт-ч

Глава 2.Энергетическая система: структура,
основные элементы, функции

2.1. Основные типы электрических станций.
Главные свойства системы

Энергетическая система (ЭС), от которой питаются промышленные предприятия и населенные пункты, включает в себя электроэнергетическую систему (ЭЭС), системы тепло-, газо- и водоснабжения. Главными элементами ЭС являются электрические станции различных типов. Основной тип – тепловая электрическая станция (ТЭС). Вырабатываемый в парогенераторе пар направляется на турбину, которая является первичным двигателем для синхронного генератора (СГ), вырабатывающего электрическую энергию. Кроме паровых турбин, применяются газовые турбины. Раскаленный газ от сжигаемого топлива направляется непосредственно на турбину (в этом случае парогенератор – очень сложное устройство – не нужен).

На гидростанциях (ГЭС) турбина приводится во вращение потоком воды.

На атомных электростанциях (АЭС) тепловую энергию получают от атомного реактора и используют для выработки пара, направляемого на паровую турбину.

Часть электростанций вырабатывают для внешнего потребителя не только электрическую, но и тепловую энергию (ТЭЦ, АТЭЦ).

ЭЭС – это совокупность взаимосвязанных элементов, предназначенных для производства, преобразования и потребления электрической энергии. К основным элементам ЭЭС относятся генераторы, трансформаторы, выключатели, всевозможное вспомогательное оборудование, а также устройства управления и регулирования. Элементы ЭЭС связаны единством происходящих в них процессов.

Изменение режима работы любого элемента системы влияет на режимы работы всех остальных элементов. В одних случаях указанное влияние может быть незначительным и им можно пренебречь, а в других – влияние может быть весьма значительно.

Указанная взаимосвязь элементов объясняется тем, что все СГ системы в нормальном режиме работают параллельно и синхронно, т. е. с одной частотой (в нашей стране принята стандартная частота 50 Гц.). Таким образом, они составляют единый комплекс, как бы единый эквивалентный генератор.

Для поддержания в системе стабильной частоты должен соблюдаться баланс мощности, т. е. генерируемая мощность должна быть равна потребляемой. При существенном нарушении указанного баланса в системе будет изменяться частота, но при нормальном состоянии всех элементов системы такое изменение будет ограниченным по величине и времени.

Сеть 380/220 В

Сеть 380/220 В

Рис. 1. Схема электрической системы

Приведем примеры. При внезапном включении мощного потребителя (например, дуговой сталеплавильной печи мощностью 100 тыс. кВт.) генерируемую мощность невозможно мгновенно изменить – ведь для этого надо изменить режим работы станций. Поэтому частота начнет снижаться. Но в это время управляющие и регулирующие устройства дадут команду на соответствующие станции – увеличить выработку энергии. При выполнении команды частота придет в норму. При изменении баланса мощности в другую сторону (например, выключение той же печи) частота начнет повышаться. Будет дана команда на снижение выработки мощности, и частота стабилизируется, придет в норму.

Описанные процессы – это нормальные переходные процессы. Но бывают случаи, когда происходят крупные аварии и даже катастрофы. Об этом – в специальной лекции.

Типичная схема электрической системы приведена на рис. 1. Схема приведена в однолинейном изображении, т. е. под одной линией имеются в виду три фазы.

Ниже приводятся краткие сведения об основных элементах системы.