Помоги проекту - поделись книгой:
С созданием первых энергосистем возникли серьезные проблемы, и в первую очередь проблема устойчивости. Случаи нарушения устойчивости наблюдались в США еще в 1921 г. В нашей стране они произошли несколько позже — в конце 20-х годов в «Мосэнерго». В следующем десятилетии случаи нарушения устойчивости учащаются и превращаются в бич энергоснабжения. Часто причинами нарушений устойчивости был дефицит активных и реактивных мощностей и недопустимо низкие уровни частоты и напряжения, приводящие к авариям типа «лавины частоты» и «лавины напряжения».
Работы американских ученых были посвящены в основном исследованию динамической устойчивости. В отечественных энергосистемах наряду с нарушениями динамической устойчивости имели место многочисленные случаи нарушения статической устойчивости. Решению этих проблем посвящены многие оригинальные исследования, среди которых в первую очередь надо отметить работы выдающихся ученых П.С. Жданова, С.А. Лебедева и А.А. Горева [5.7–5.9].
В 30-е годы были выполнены первые экспериментальные исследования устойчивости и аварийного регулирования мощности паровых турбин, внедрялись новые средства релейной защиты и автоматики, устройства автоматического повторного включения линий. В 1937 г. на Свирской ГЭС был установлен первый регулятор частоты, началось внедрение быстродействующих автоматических регуляторов возбуждения синхронных машин и автоматической разгрузки по частоте.
За 15-летний срок план ГОЭЛРО был значительно перевыполнен. Установленная мощность электростанций страны в 1935 г. составила 6,9 млн. кВт, годовая выработка электроэнергии достигла 26,8 млрд. кВт∙ч. По производству электроэнергии Советский Союз занял второе место в Европе и третье в мире.
Процесс объединения энергосистем начался еще в первой половине 30-х годов с создания сетей 110 кВ энергосистем в районах Центра и Донбасса. В 1940 г. для руководства параллельной работой Верхневолжских (Горьковской, Ивановской и Ярославской) энергосистем была создана объединенная диспетчерская служба. В связи с намечавшимся объединением энергосистем Юга в 1938 г. было создано Бюро Южной энергосистемы, которое затем было преобразовано в Оперативно-диспетчерское управление Юга; в 1940 г. была введена в эксплуатацию первая межсистемная связь напряжением 220 кВ Днепр — Донбасс [5.10].
Мощность всех электростанций страны в 1940 г. достигла 11,2 млн. кВт, выработка электроэнергии составила 48,3 млрд. кВт∙ч. Суммарная мощность четырех наиболее крупных энергосистем — Московской, Ленинградской, Уральской и Южной составила 43% мощности всех электростанций страны, выработка электроэнергии — 68% производства электроэнергии в стране. Наибольшая мощность тепловой электростанции (ТЭС) в 1940 г. достигла 350 МВт, максимальная единичная мощность агрегата ТЭС — 100 МВт.
Интенсивное плановое развитие электроэнергетики было прервано Великой Отечественной войной. Перебазирование промышленности западных районов на Урал и в восточные районы страны потребовало форсированного развития энергетики Урала, Казахстана, Центральной Сибири, Средней Азии, Поволжья, Закавказья и Дальнего Востока. Особенно большое развитие получила электроэнергетика Урала, где выработка электроэнергии с 1940 по 1945 г. увеличилась в 2,5 раза.
В ходе войны электроэнергетике был нанесен громадный ущерб: взорваны, сожжены или частично разрушены 61 крупная электростанция и большое число мелких общей мощностью 5 млн. кВт, т.е. почти половина установленных к тому времени мощностей. Разрушено 10 тыс. км магистральных линий электропередачи высокого напряжения, большое количество подстанций.
Восстановление разрушенного энергетического хозяйства началось уже с конца 1941 г., в 1942 г. восстановительные работы велись в центральных районах европейской части СССР, а к 1945 г. эти работы распространились на всю освобожденную территорию страны.
В 1946 г. суммарная мощность электростанций СССР достигла довоенного уровня: в 1947 г. страна по производству электроэнергии вышла на первое место в Европе и на второе в мире. Наибольшая мощность ТЭС в 1950 г. составила 400 МВт, турбоагрегат мощностью 100 МВт стал типовым агрегатом, вводимым на ТЭС. В 1953 г. на Черепетской ГРЭС были введены энергоблоки по 150 МВт, восстановлен Днепрогэс. В 1954 г. в г. Обнинске была введена в эксплуатацию первая в мире атомная электростанция мощностью 5 МВт.
Суммарная мощность электростанций в 1955 г. достигла 37,2 млн. кВт, выработка электроэнергии составила 170,2 млрд. кВт-ч. Значительное развитие получили три работающие раздельно ОЭС европейской части страны: Центра, Урала и Юга; суммарная выработка этих ОЭС составила около половины всей производимой в стране электроэнергии.
Переход к следующему, качественно новому этапу развития электроэнергетики был связан с вводом в эксплуатацию мощных Волжских ГЭС и дальних линий электропередачи 400–500 кВ. В 1956 г. была введена в работу первая электропередача 400 кВ Куйбышев (ныне Самара) — Москва. Ее высокие технико-экономические показатели были достигнуты благодаря разработке и реализации ряда мероприятий по повышению устойчивости и пропускной способности: расщепление фазы на три провода, сооружение переключательных пунктов, ускорение срабатывания выключателей и релейных защит, применение продольной емкостной компенсации индуктивности и поперечной компенсации емкости линии с помощью батарей конденсаторов шунтирующих реакторов, внедрение автоматических регуляторов возбуждения (АРВ) генераторов гидростанции и мощных синхронных компенсаторов приемных подстанций и др.
Электропередача 400 кВ Куйбышев — Москва объединила энергосистемы Центра с энергосистемами Средней Волги, линия Куйбышев — Урал — с энергосистемами Предуралья и Урала. Этим было положено начало объединению энергосистем различных регионов и созданию ЕЭС европейской части СССР.
В последующем электропередачи Куйбышев — Москва и Куйбышев — Урал были переведены на напряжение 500 кВ. В 1959 г. вошла в эксплуатацию первая цепь электропередачи 500 кВ Волгоград — Москва, и в состав ОЭС Центра вошла Волгоградская энергосистема.
Во второй половине 50-х годов завершилось объединение энергосистем Закавказья; шел процесс объединения энергосистем Северо-запада, Средней Волги и Северного Кавказа. С 1960 г. началось формирование ОЭС Сибири и Средней Азии. В конце 50-х — начале 60-х годов образованы объединенные диспетчерские управления (ОДУ) Северо-запада, Средней Волги, Северного Кавказа, Сибири и Средней Азии, а в 1962 г. было заключено межгосударственное соглашение об организации в Праге Центрального диспетчерского управления (ЦДУ) для руководства параллельной работой объединенных энергосистем стран — членов СЭВ, в состав которых вошла Львовская энергосистема ОЭС Юга.
Велось широкое строительство электрических сетей. Наряду с развитием сети напряжением 500 кВ с конца 50-х годов началось внедрение сети напряжением 330 кВ; сети этого напряжения получили большое развитие в южной и северо-западной зонах европейской части СССР. В начале 60-х годов была создана единая сеть напряжением 500 кВ, участки которой стали основными системообразующими связями ЕЭС европейской части СССР; в дальнейшем и в ОЭС восточной части страны функции системообразующей сети стали переходить к сети 500 кВ, наложенной на развитую сеть 220 кВ.
В 60-х годах нарастали темпы ввода генерирующих мощностей и строительства электрических сетей. Ввод мощности в 1965 г. достиг 10,6 млн. кВт, а в 1970 г. превысил 12 млн. кВт. Протяженность электрических сетей Минэнерго СССР напряжением 110 кВ и выше возросла с 1960 по 1970 г. с 87,7 до 269,9 тыс. км.
Характерной особенностью энергетики, начиная с 60-х годов, стало последовательное увеличение мощности энергоблоков в составе вводимых мощностей ТЭС. В 1963 г. на Черепетской и Приднепровской ГРЭС были введены в эксплуатацию энергоблоки мощностью 300 МВт, в 1968 г. пущены энергоблок 500 МВт на Назаровской ГРЭС и энергоблок 800 МВт на Славянской ГРЭС.
Интенсивно развивалось строительство ГЭС: в 1961 г. на Братской ГЭС был введен гидроагрегат 225 МВт, в 1967 г. на Красноярской ГЭС — гидроагрегаты по 500 МВт. В течение 60-х годов завершилось сооружение Братской, Боткинской и ряда других ГЭС.
В западной части страны развернулось строительство АЭС. В 1964 г. вошли в эксплуатацию энергоблок 100 МВт на Белоярской АЭС и энергоблок 200 МВт на Нововоронежской АЭС; во второй половине 60-х годов были введены вторые энергоблоки на этих АЭС: 200 МВт на Белоярской и 365 МВт на Нововоронежской АЭС.
В течение 60-х годов завершилось формирование ЕЭС европейской части СССР, и в 1970 г. начался следующий этап развития электроэнергетики страны — формирование ЕЭС СССР. В составе ЕЭС в 1970 г. работали параллельно ОЭС Центра, Урала, Средней Волги, Северо-запада, Юга, Северного Кавказа и Закавказья, включавшие 63 энергосистемы. Три территориальные ОЭС — Казахстана, Сибири и Средней Азии — работали раздельно; ОЭС Дальнего Востока находилась в стадии формирования. Суммарная мощность электростанций ЕЭС в 1970 г. составила 104,9 млн. кВт, всех ОЭС — 142,9 млн. кВт, годовая выработка электроэнергии всеми электростанциями ЕЭС достигла 529,6 млрд. кВт∙ч, всех ОЭС — 692,5 млрд. кВт∙ч.
Переход к формированию ЕЭС в масштабе всей страны обусловил необходимость организации высшей ступени иерархии диспетчерского управления — создания ЦДУ ЕЭС СССР, которое было образовано в 1969 г.
В 1972 г. в состав ЕЭС СССР вошла ОЭС Казахстана. В 1973 г. энергосистема Болгарии присоединена на параллельную работу с ЕЭС СССР по межгосударственной связи 400 кВ Молдавская ГРЭС — Вулканешты — Добруджа.
В 1978 г. с завершением строительства транзитной связи 500 кВ Сибирь — Казахстан — Урал присоединилась на параллельную работу ОЭС Сибири. В том же году было закончено строительство межгосударственной связи 750 кВ Западная Украина — Альбертирша (Венгрия), и с 1979 г. началась параллельная работа ЕЭС СССР и ОЭС стран — членов СЭВ.
От сетей ЕЭС СССР осуществлялся экспорт электроэнергии в МНР, Финляндию, Турцию и Афганистан; через преобразовательную подстанцию постоянного тока в районе Выборга ЕЭС СССР соединялась с энергообъединением Скандинавских стран NORDEL.
Динамика структуры генерирующих мощностей в 70-х и 80-х годах характеризуется нарастающим вводом мощностей на АЭС в западной части страны и дальнейшим вводом мощностей на высокоэффективных ГЭС в основном в восточной части страны, началом работ по первому этапу создания Экибастузского энергетического комплекса, общим ростом концентрации генерирующих мощностей и увеличением единичной мощности агрегатов.
Мощность наиболее крупных электростанций России в настоящее время составляет: ТЭС — 4800 МВт (Сургутская ГРЭС-2), АЭС — 4000 МВт (Балаковская, Ленинградская, Курская), ГЭС — 6400 МВт (Саяно-Шушенская).
Технический прогресс в развитии системообразующих сетей характеризовался последовательным переходом к более высоким ступеням напряжения. Освоение напряжения 750 кВ началось с ввода в эксплуатацию в 1967 г. опытно-промышленной электропередачи 750 кВ Конаковская ГРЭС — Москва. В течение 1971–1975 гг. в ОЭС Юга была сооружена широтная магистраль 750 кВ Донбасс — Днепр — Винница — Западная Украина. В 1975 г. была сооружена межсистемная связь 750 кВ Ленинград — Конаково, позволившая передать в ОЭС Центра избыточную мощность ОЭС Северо-запада. Для создания мощных связей с восточной частью ЕЭС сооружалась магистральная линия электропередачи 1150 кВ Сибирь — Казахстан — Урал. Было начато также строительство электропередачи постоянного тока напряжением 1500 кВ Экибастуз — Центр.
В табл. 5.1 приведены данные по установленной мощности электростанций и протяженности электрических сетей 220–1150 кВ ЕЭС СССР за период 1960–1991 гг.
Формирование ЕЭС осуществлялось в основном с использованием двух систем напряжений: основной системы ПО — 220–500 кВ с последующим внедрением более высокой ступени напряжения 1150 кВ и системы — ПО — 150–330–750 кВ.
Создание мощных территориальных энергообъединений и организация их параллельной работы в составе ЕЭС СССР дали возможность повысить темпы роста энергетических мощностей за счет укрупнения электростанций и увеличения единичной мощности агрегатов, снизить стоимость 1 кВт установленной мощности, повысить производительность труда. Удельная численность промышленно-производственного персонала, занятого на электростанциях, на 1 МВт установленной мощности в электрических сетях и других подсобных предприятиях отрасли снизилась с 11 в 1950 г. до 2,8 чел. в 1990 г., а удельные расходы топлива на производство электроэнергии — с 590 до 325,8 г/(кВт∙ч). Последовательно происходило уменьшение относительных потерь на транспорт электрической энергии, хотя и не в такой степени, как указанных выше показателей. В 1990 г. потери электроэнергии в электрических сетях на ее транспорт составили 8,65%.
| Показатель | Годы | ||||||
| 1960 | 1965 | 1970 | 1975 | 1980 | 1985 | 1991 | |
| Установленная мощность электростанций, млн., кВт | 29,1 | 53,9 | 104,9 | 153,1 | 223,4 | 265,3 | 288,2 |
| Высшее напряжение, кВ[4] | 500 | 500 | 750 | 750 | 750 | 750 | 1150 |
| Протяженность электрических сетей, тыс. км: | |||||||
| 220 кВ | 9,68 | 17,27 | 30,11 | 44,55 | 72,63 | 90,29 | 196,52 |
| 330 кВ | 0,66 | 4,58 | 12,86 | 18,79 | 23,63 | 27,66 | 31,93 |
| 500 кВ | 4,40 | 5,90 | 9,77 | 14,67 | 23,75 | 30,85 | 43,93 |
| 750 кВ | — | — | 0,09 | 1,68 | 2,86 | 4,35 | 7,11 |
| 1150 кВ | — | — | — | — | — | 0,89 | 1,9 |
В послевоенные годы электрификация явилась основой научно-технического прогресса страны. На ее базе происходило непрерывное совершенствование технологий в промышленности, транспорте, связи, сельском хозяйстве и строительстве, осуществлялась механизация и автоматизация производственных процессов. Рост производства электроэнергии в эти годы опережал рост произведенного национального дохода в 1,6 раза.
Общий экономический эффект за счет создания ЕЭС в сравнении с изолированной работой энергосистем оценивался снижением капитальных вложений в электроэнергетику на 2 млрд. руб. в ценах 1984 г. и уменьшением ежегодных эксплуатационных расходов на сумму 1 млрд. руб. Выигрыш в снижении суммарной установленной мощности электростанций ЕЭС оценивался цифрой порядка 15 млн. кВт. Несмотря на то что требования в отношении резервов мощности и надежности к основным электрическим сетям в ЕЭС СССР были несколько ниже аналогичных требований в энергообъединениях Западных стран, благодаря хорошо организованному управлению обеспечивалась высокая надежность электроснабжения потребителей, не было системных аварий, затрагивающих большое число потребителей, какие имели место в США (1965, 1977, 1996 гг.), Франции (1978 г.), Швеции (1979, 1983 гг.), Бельгии (1982 г.), Канаде (1982 г.).
Следующий этап в развитии электроэнергетики на территории бывшего СССР связан с происшедшими политическими изменениями в независимых государствах бывших республиках СССР.
Раздел электроэнергетической собственности между независимыми государствами — бывшими республиками СССР — обусловил необходимость перехода от централизованного планирования развития и управления функционированием ЕЭС бывшего СССР к скоординированному планированию развития и управлению функционированием объединенных энергосистем независимых государств.
В 1992 г. было заключено соглашение «О координации межгосударственных отношений в области электроэнергетики Содружества Независимых Государств». В соответствии с ним был создан электроэнергетический Совет из числа первых руководителей электроэнергетических отраслей СНГ и его постоянно работающий орган — Исполнительный комитет. Позднее к этому соглашению присоединилась Грузия.
В настоящее время внутри стран СНГ проводятся различные преобразования электроэнергетического сектора. Наиболее существенные изменения в этой области произошли в Российской Федерации. В декабре 1992 г. было организовано Российское акционерное общество энергетики и электрификации (РАО «ЕЭС России»), в уставной капитал которого переданы из районных энергосистем крупные электростанции мощностью: тепловые — 1000 МВт и более, гидравлические — 300 МВт и более, магистральные линии электропередачи высокого напряжения, формирующие Единую энергосистему Российской Федерации, ЦДУ Единой энергосистемы России, диспетчерские управления ОЭС, научно-исследовательские и проектные организации. На базе крупных электростанций организованы дочерние акционерные общества РАО «ЕЭС России», а на базе региональных энергосистем — региональные акционерные общества АОэнерго. Создан федеральный оптовый рынок электрической энергии и мощности. Проведенные в России преобразования в электроэнергетике способствовали обеспечению устойчивой работы отрасли в тяжелых условиях экономического и финансового кризиса в стране.
В других странах СНГ процесс реформирования структур управления в электроэнергетике находится в разных стадиях развития. Наиболее продвинулась в вопросах реформирования структуры управления в электроэнергетике вслед за Российской Федерацией Украина. Существенные изменения в управлении электроэнергетикой произошли в Армении, Грузии, Казахстане и Киргизии. Ведется подготовка к структурной перестройке и в других странах СНГ.
К концу 1995 г. установленная мощность электростанций государств Содружества составила около 315 млн. кВт. Производство электроэнергии в 1995 г. составило 1260 млрд. кВт∙ч и снизилось по сравнению с 1990 г. на 27%. В структуре генерирующих мощностей доля ТЭС составляет 69%, доля ГЭС и АЭС — соответственно 20 и 11%.
Наиболее важными задачами, стоящими перед странами СНГ в области электроэнергетики, становятся: повышение эффективности производства и использования энергии; коренное совершенствование системы формирования тарифов; обеспечение надежности электроснабжения потребителей; улучшение защиты окружающей среды; обеспечение необходимых вводов и модернизация существующих электростанций и сетей с использованием новых технологий; коренное повышение технического уровня оборудования и показателей качества электрической энергии, приведение их в соответствие с мировым уровнем; создание нормативной и законодательной базы, обеспечивающей устойчивое развитие электроэнергетики государств Содружества.
Важнейшее значение приобретают углубление интеграции стран СНГ в области электроэнергетики и организация эффективного оперативно-технологического взаимодействия объединенных энергосистем государств Содружества. Это позволит оптимальным образом развивать электроэнергетику, уменьшить объем необходимых инвестиций, повысить надежность электроснабжения потребителей, улучшить использование первичных энергоресурсов, осуществлять взаимовыгодные обмены электроэнергией, уменьшить затраты на топливо для электростанций и оказать в целом положительное влияние на экономику стран СНГ, повысить ее конкурентоспособность на мировом рынке.
Развитие электроэнергетики в последнее десятилетие характеризуется созданием крупных государственных и межгосударственных энергообъединений. Накоплен положительный опыт создания и функционирования крупных энергообъединений в Западной Европе, Северной Америке, на территории бывшего СССР и стран Восточной Европы.
Изменение политических условий в странах Восточной Европы и в новых независимых государствах — бывших республиках СССР создало экономические предпосылки для интеграции энергосистем. Вопросы интеграции энергосистем стали предметом обсуждения на крупных международных конгрессах и конференциях.
В формировании единого электроэнергетического пространства Евразиатского континента особую роль играет Россия, обладающая большими топливно-энергетическими ресурсами: на ее территории, составляющей около 10% территории Земли, сосредоточено 45% мировых запасов газа, 13% нефти, 23% угля, 14% урана и создано крупнейшее в мире централизованное управляемое энергообъединение РАО «ЕЭС России».
До разделения СССР на независимые государства на Европейском континенте было три крупных энергообъединения: энергообъединение 12 стран Западной Европы (Бельгии, ФРГ, Испании, Франции, Греции, Италии, Югославии, Люксембурга, Нидерландов, Австрии, Швейцарии, Португалии) UCPTE; энергообъединение четырех стран Северной Европы (Норвегии, Дании, Финляндии, Швеции) Nordel System и энергообъединение «Мир» (стран — бывших членов Совета Экономической Взаимопомощи). Асинхронно с UCPTE через кабель постоянного тока работает энергосистема Великобритании.
Установленная мощность электростанций, входящих в UCPTE, составляет более 390 млн. кВт, в Nordel System — 85 млн. кВт, в «Мир» — более 400 млн. кВт. Энергообъединение «Мир» было связано с UCPTE тремя вставками постоянного тока суммарной мощностью 1750 МВт и с Nordel System — вставкой постоянного тока мощностью 1100 МВт. Электрические связи между энергосистемами стран Восточной Европы и ЕЭС бывшего СССР включали три воздушные линии электропередачи (ВЛ) напряжением 750 кВ, четыре ВЛ напряжением 400 кВ и четыре ВЛ напряжением 220 кВ, по которым осуществлялись значительные поставки электроэнергии из СССР в страны Восточной Европы. В отдельные годы они составляли около 40 млрд. кВт∙ч.
В настоящее время в энергообъединениях UCPTE и Nordel System интеграционные процессы усиливаются. В течение 1994 г. была введена в коммерческую эксплуатацию кабельная линия электропередачи постоянного тока между Швецией и Германией длиной около 250 км, мощностью 600 МВт. Рассматриваются два проекта межсистемных связей между Норвегией и континентальной Европой. Одна из них соединит Норвегию и Германию, другая — Норвегию и Голландию. Выполнено технико-экономическое обоснование межсистемной линии электропередачи постоянного тока между Швецией и Польшей. В дальнейшем рассматривается возможность присоединения энергосистем Латвии, Литвы и Эстонии к Nordel System и UCPTE.
В 1994 г. объем обменов электроэнергией, включая третьи страны, в UCPTE составил 155,9 млрд. кВт∙ч, или 10% производимой электроэнергии в странах UCPTE, а в Nordel System — 39,3 млрд. кВт∙ч, или 11,2%.
Иная картина оказалась в энергообъединении «Мир», где после разделения СССР на независимые государства начались дезинтеграционные процессы, а взаимовыгодные обмены электроэнергией внутри энергообъединения стали сокращаться. В 1994 г. объем экспорта электроэнергии из стран СНГ в страны Восточной Европы составил всего 1,7 млрд. кВт-ч и уменьшился более чем в 20 раз по сравнению с концом 80-х годов.
В октябре 1995 г. к UCPTE присоединилось энергообъединение CENTREL, включающее энергосистемы Венгрии, Чехии, Словакии и Польши и энергосистему восточной части Германии. При этом установленная мощность расширенного энергообъединения UCPTE стала составлять более 470 млн. кВт. Имеются планы присоединения к UCPTE энергосистем Болгарии и Румынии. В конце сентября — начале октября 1995 г. энергосистема Болгарии отключилась от ОЭС Украины и переключилась на синхронную работу с энергосистемами Румынии, Греции, Албании, бывшей СФРЮ. Этот эксперимент рассматривается как этап по подключению энергосистем стран южной части Европы к UCPTE. Следующий кандидат на подключение к UCPTE — Турция. Рассматривается развитие связей энергосистемы Турции с энергосистемами стран, входящих в экономическую зону Mashreq (от Египта до Сирии). После ввода в эксплуатацию в 1996 г. подводного кабеля переменного тока между Испанией и Марокко к UCPTE присоединятся энергосистемы Марокко, Алжира, Туниса и Ливии (страны зоны Maghreb). Проводятся исследования по развитию связей между энергосистемами стран Maghreb и Mashreq. Таким образом, стоит вопрос о создании большого энергообъединения стран бассейна Средиземного моря, которое будет работать параллельно с UCPTE. Намечается проведение исследований по оценке возможностей совместной работы энергосистемы Турции с энергосистемами Закавказских республик: Армении, Грузии и Азербайджана.
Вместе с тем продолжает функционировать ЕЭС России, которая работает синхронно с энергосистемами стран Балтии, Беларуси, Украины, Молдовы и Казахстана. Сохранили возможность параллельной работы с ЕЭС России энергосистемы Азербайджана, Армении и Грузии.
В этих условиях центральной проблемой сотрудничества стран на Европейском континенте в области электроэнергетики стало использование уже существующих 11 ВЛ между странами СНГ и Восточной Европы, в строительство которых были вложены значительные средства. Предполагаются различные варианты дальнейшего развития этих связей. Одним из вариантов предусматривается перенос вставок постоянного тока на границы стран СНГ и стран Восточной Европы.
Длительный период успешной работы объединенной энергосистемы «Мир» показал, что нет принципиальных технических ограничений на размеры синхронно работающего энергообъединения.
Могут также рассматриваться различные варианты развития в целом энергетического сотрудничества на Европейском континенте в рамках Европейской энергетической хартии. По первому варианту кооперация может состоять в строительстве тепловых электростанций большой мощности в местах расположения дешевых углей и использовании мощностей крупных ГЭС в Сибири с передачей электрической энергии и мощности по линиям электропередачи (ЛЭП) сверхвысокого напряжения в страны Восточной и Западной Европы. Согласно второму варианту кооперация может состоять в преимущественной поставке первичных энергоресурсов из стран СНГ в европейские страны, а электрические связи могут использоваться для взаимовыгодных обменов электроэнергией с учетом разновременности максимумов нагрузки и большего использования тепловых электростанций с меньшей стоимостью электроэнергии. Для повышения эффективности сотрудничества России с зарубежными странами в области энергетики необходимо, чтобы варианты развития электрических связей со странами ближнего и дальнего зарубежья рассматривались совместно с вариантами развития систем транспорта первичных энергоресурсов и чтобы в целом определялись наиболее рациональные соотношения между транспортом электроэнергии и первичных энергоресурсов, а выгоды от такого решения распределялись между различными субъектами хозяйствования.
Выбор наилучшего пути развития сотрудничества на Евразиатском континенте должен быть направлен на создание общего рынка электроэнергии и мощности как основы единого энергетического пространства. На решение этой задачи направлен ряд международных проектов.
Предполагается, что Балтийское кольцо позволит улучшить эффективность работы энергосистем участвующих стран и будет в целом способствовать экономическому развитию стран региона Балтийского моря.
В Копенгагене в 1996 г. состоялось совещание 17 электроэнергетических компаний из 11 стран региона, посвященное проблеме создания Балтийского электроэнергетического кольца. В соответствии с договоренностью, достигнутой на этом совещании, РАО «ЕЭС России» подготовлены проекты меморандума о сотрудничестве в реализации международного проекта «Балтийское электроэнергетическое кольцо» и положения о Балтийской электроэнергетической ассамблее.
В основу указанных документов положены следующие принципы:
направленность интеграции энергосистем 11 государств Балтийского региона на удовлетворение национальных интересов;
принцип ненарушения существующих структур энергообъединений;
выработка недискриминационной формы участия энергосистем региона в проведении исследований.
Меморандум о сотрудничестве уже парафирован руководителями ряда энергокомпаний. Координационный комитет консорциума, который будет проводить исследования по созданию Балтийского электроэнергетического кольца, взял на себя обязательства обратиться в электроэнергетические компании Балтийского региона с предложением подписать меморандум о сотрудничестве в реализации проекта.
Необходимо отметить, что к настоящему времени накоплен положительный опыт совместной работы ЕЭС России с энергообъединением Nordel System. Ведутся работы по увеличению мощности вставки постоянного тока с Финляндией до 1400, а в перспективе — до 2000 МВт. Рассматривается возможность создания новых связей Карельской и Кольской энергосистем со странами, входящими в Nordel System.
Электроэнергетика Китая развивается быстрыми темпами; производство электроэнергии увеличивается ежегодно на 7–9%. Общее ежегодное производство электроэнергии в Китае превысило 900 млрд. кВт∙ч. Китайской стороной проявлен интерес к передаче электроэнергии из России. Потенциальные источники электроэнергии для экспорта могут находиться как в районах Сибири — Богучанская, Братская, Усть-Илимская ГЭС и Березовская ГРЭС, так и в районах Дальнего Востока — АЭС в Хабаровском крае, ГЭС и ТЭС в Амурской области и в Якутии, приливная электростанция на юге Охотского моря. В качестве вариантов передачи электроэнергии могут рассматриваться ВЛ напряжением 500 кВ переменного тока со вставками постоянного тока, передача постоянного тока пропускной способностью 1,5–2 млн. кВт. В ОЭС Востока в качестве передающих рассматриваются Амурская, Хабаровская, Дальневосточная энергосистемы. Для экспорта электроэнергии рассматриваются ВЛ разного класса напряжения — до 500 кВ включительно.
Главные предпосылки для импорта электроэнергии Японией состоят в отсутствии собственных топливно-энергетических ресурсов и чрезвычайно высокой плотности населения. Потенциальные источники электроэнергии в России для экспорта в Японию: тепловые электростанции на Сахалине, сжигающие шельфовый газ или южно-сахалинский уголь; ГЭС и АЭС в объединенной энергосистеме Дальнего Востока; приливная электростанция на юге Охотского моря. Электропередачи для экспорта электроэнергии в Японию могут быть сооружены либо через о. Сахалин с пересечением двух проливов небольшой ширины и глубины (Татарский и Лаперуза), либо через территории Китая и Кореи с пересечением Корейского пролива шириной 200 км.
Транспорт электроэнергии в США с учетом большой дальности линий электропередачи пока прогнозируется в небольшом объеме и при условии, что основная часть затрат на сооружение перехода ВЛ через Берингов пролив и освоение труднодоступных подходов к нему будет отнесена на строительство трансконтинентальной железной дороги через Берингов пролив.
Реализация рассмотренных международных проектов, а также намечаемых вариантов усиления межсистемных связей позволит сформировать мощную протяженную цепь: Япония — Китай — Сибирь — Казахстан — Европейская часть России — другие страны СНГ — Восточная Европа — Западная Европа и явится важным этапом в создании Единого энергообъединения на Евразиатском континенте, суммарная мощность которого составит порядка 60% мощности всех электростанций мира и в котором ЕЭС России в силу своего геополитического положения может стать центральным связующим звеном.
Необходимую пропускную способность межсистемных связей в этом энергообъединении можно приближенно оценить на основе рекомендаций, апробированных практикой создания ЕЭС бывшего СССР, согласно которым суммарная пропускная способность межсистемных связей в сечениях, делящих мощное энергообъединение на две части, должна составлять порядка 2–3% максимума нагрузки меньшей из рассматриваемых частей энергообъединения. С учетом этого условия необходимые пропускные способности межсистемных связей в Евразиатском энергообъединении на территории России и Казахстана составят более 10 ГВт. Достижение таких пропускных способностей возможно лишь с использованием линий электропередачи сверхвысокого напряжения (1150 кВ переменного и 1500 кВ постоянного тока).
Среди других рассматриваемых в настоящее время проектов, имеющих межгосударственное значение, необходимо отметить следующие:
электропередача от мощных ГЭС на р. Конго (Заир) в Египет и далее в Западную Европу длиной более 5000 км и пропускной способностью более 10 ГВт;
ряд электропередач, формирующих энергообъединение юга Африки от Заира и Танзании до ЮАР;
трансамазонская система электропередач в Бразилии от комплекса крупных ГЭС на р. Амазонке к развитым юго-восточным районам страны;
межгосударственная электропередача Колумбия — Панама — Коста-Рика — Никарагуа — Гондурас — Сальвадор — Гватемала — Мексика в Центральной Америке;
электропередача Китай — Индия и ряд других.
5.2. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
Блок-станции вырабатывали исключительно постоянный ток и могли обеспечить электроэнергией районы, расположенные на расстоянии до 1 км. Поэтому постоянный ток в то время быстро исчерпал свои возможности.
Применение постоянного тока в большой энергетике в определенной мере нашло место в передаче электроэнергии на большие расстояния, но и в этой области вопрос не решен однозначно: на практике основные потоки электроэнергии передаются во всем мире именно переменным током. Весьма энергичные попытки выработки электроэнергии постоянного тока в больших количествах предпринимались на основе МГД-преобразования в 60–70-х годах XX в., но они не привели к успеху.
Трехфазная система как основа производства, передачи и распределения электроэнергии оказалась жизнеспособной не только потому, что синхронные генераторы допускают невиданный в технике рост мощностей от 10 кВт в начале развития до 1 ГВт к 80-м годам XX столетия. Целый ряд технических особенностей трехфазного переменного тока определил его широкое применение.
Это прежде всего преобразование с помощью трансформаторов электроэнергии, вырабатываемой генераторами, в электроэнергию более высокого напряжения для передачи ее на большие расстояния и электроэнергию более низкого напряжения для обеспечения местных потребителей и собственных нужд станции; создание простых, дешевых электродвигателей от самых малых до очень мощных 10 МВт и более; достаточно простое решение задачи коммутации больших токов; применение переменного тока в сочетании с управляемыми тиристорными установками для систем возбуждения синхронных машин (возбудители переменного тока и т.п.). Можно сказать, что трехфазный ток обладает исключительно высокими свойствами преобразуемости и управляемости.
Технические особенности переменного тока определили на все последнее столетие структуру электростанции:
выработка электроэнергии синхронными генераторами на напряжение 6–20 кВ (меньшее значение соответствует ранним маломощным
синхронным генераторам, большее — современным, сверхмощным);
распределение электроэнергии на генераторном напряжении для питания близко расположенных электроприемников;
трансформация электроэнергии на более низкое напряжение для питания электроприемников собственных нужд станции;
трансформация электроэнергии на более высокое напряжение для питания электроприемников, удаленных от станции.
Соответственно на электростанции сооружаются несколько распределительных устройств на разных ступенях напряжения. Тем самым станция на современном этапе развития в силу гигантской концентрации производства электроэнергии является мощным узлом распределения электроэнергии, основным звеном современных электроэнергетических систем. Открытие и внедрение трехфазной системы переменного тока было фундаментальным достижением европейской цивилизации.
Если первые электростанции сооружались на основе агрегатов мощностью порядка 100 кВт, то в 80-е годы XX столетия были освоены агрегаты мощностью 1,2 МВт — рост за столетие в 10 000 раз. Сам по себе рост мощностей вытекает из закона роста производительных сил общества. Поражает то, что такой рост был достигнут на основе применения синхронных генераторов и практически при неизменной структуры станции.
В силу изложенного основным законом развития электростанций, определяющим технические решения по оборудованию, системам контроля и управления, является рост мощностей агрегатов станции, повышение мощностей самих станций, концентрация производства электроэнергии.
В последнее время станция, по существу, срастается с энергосистемой. Это находит свое выражение, в частности, и в том, что главная схема станции на современном этапе уже не может проектироваться без учета структуры электрической сети энергосистемы, в которой она работает. Этот процесс, не осмысленный пока в полной мере, будет развиваться и дальше.
Поделиться книгой: