Необходимо выявить факторы, влияющие на выбор той или иной площадки для сооружения электростанции. При этом необходимо учитывать все то, что было ранее сказано о мощности электростанции (различие электростанций малой, средней и большой мощности), об их назначении (станции районные, промышленные и коммунальные).
Необходимо также учесть то новое, что появилось в последние годы, как в энергетическом строительстве, так и в развитии нашей промышленности, особенно тяжелой. Этим новым являются: а) появление крупнейших электростанций, как районных мощностью до 1 500 тыс. кВт, так и теплоэлектроцентралей мощностью в 300—400 тыс. кВт, отпускающих до 1 000 Мккал/ч горячен воды или по 1 000— 1 500 т/ч пара; б) появление новых мощных угольных разрезов бурого угля с открытой добычей и очень дешевым углем; в) появление линий электропередач напряжением 500 кВ, позволяющим передавать электроэнергию на 1 000 и более километров с небольшими потерями и стоимостью; г) появление мощных видов железнодорожного транспорта с электровозной и тепловозной тягой; д) появление мощных гидростанций и линий электропередач, позволяющих иначе решать вопрос о резервной мощности. Все эти новые факторы должны найти отражение в изложенных ниже разделах о факторах, влияющих на выбор места строительства электростанций.
а) Расположение основных нагрузок (тепловых и электрических)
Как общее правило, необходимо стремиться к тому, чтобы электрическая станция и, тем более, теплоэлектроцентраль находилась в центре своих нагрузок. При этом пределы возможного удаления нагрузок от станции будут различны для районных электростанций и для ТЭЦ. Разница заключается в том, что районные электростанции снабжают электроэнергией обширный район при высоком напряжении 110, 220 и 500 кВ. При таком напряжении передача энергии на несколько лишних километров или даже десятков километров не представляет затруднения и не вызывает значительных расходов. Наглядным подтверждением этому служит передача электроэнергии от Куйбышевской ГЭС в Москву на расстоянии свыше 900 км при напряжение 400 кВ; стоимость передачи 1 кВт*ч составляет 2,2— 2,5 коп. Такая же передача 1 кВт*ч от Южно-Уральской ГРЭС в Челябинск на расстояние 150 км составляет всего 0,15 коп. Поэтому близость районных электростанций к центру нагрузки не так существенна, как для ТЭН, или промышленной и коммунальной электростанции. Электроэнергия этих станций в большинстве случаев распределяется на генераторном напряжении (3,15—6,3—10,5 кВ), и поэтому эти станции необходимо расположить в непосредственной близости от потребителей (завода, фабрики, города) с тем, чтобы иметь возможность передавать им энергию на генераторном напряжении без дополнительной трансформации. Практика последних лет внесла некоторые коррективы в эти установки, а именно на крупных ТЭЦ, построенных при комплексах заводов нефтяной, химической промышленности и других, кроме электроснабжения на генераторном напряжении, сооружены также подстанции 35 кВ для электроснабжения заводов ввиду большой мощности, требуемой заводами. Для связи этих ТЭЦ с энергосистемами применяется напряжение 110 и 220 кВ. О величине передаваемой мощности и пределах дальности передачи дают представление соображения, приведенные в статье инж. Лейтис и инж. Зильковнча.
В этой работе приведены кривые, по которым можно достаточно просто определить величины предельных передаваемых мощностей для напряжений линий передач в 6,3—10,5—35—110 кВ для медных, стальных и сталеалюминиевых проводов разных сечений, при разных значениях коэффициента мощности. Там же в таблицах приведены предельные значения нагрузки проводов. Таблицы дают возможность определить допустимые пределы дальности передачи энергии, исходя из чисто электрических или механических факторов (нагревание), без учета экономических факторов (начальная стоимость устройства и годовые потери).
При распределении мощности 25—50 тыс. кВт на напряжении в 6—10 кВ среднее расстояние составляет 2,5—4 км (предел 5—6 клс).
Повышение напряжения до 35 кВ дает возможность передачи мощности до порядка 25—30 тыс. кВт на расстояние до 30 км (предел 50—60 км). Напряжение в 110 кВ дает возможность передавать мощность 30—50 тыс. кВт на расстояние 100—150 клс. При напряжении 220 кВ можно передавать по одной цепи мощность 100—120 тыс. кВт на расстояние 250—300 км. Наконец, напряжение 400—500 кВ увеличивает возможность передачи одной цепью до 600 тыс. кВт на расстояние до 1 000—1 200 клс.
Здесь следует отметить также, что уже сооружается первая высоковольтная линия электропередачи на постоянном токе — Сталинградская ГЭС—Донбасс протяжением около 500 км при напряжении 800 кВ. Применение постоянного тока высокого напряжения еще более расширяет пределы линий передач наряду с возможным повышением напряжения переменного тока до 500 кВ. В настоящее время успешно проведено испытание ЛЭП Куйбышев—Москва на напряжение 500 кВ и все новые ЛЭП 400 кВ переводятся на напряжение 500 кВ, что увеличивает передаваемую с одной цепью мощность и снижает стоимость передачи энергии.
Выше уже указывалось, что стоимость передачи 1 кВт· ч электроэнергии при 400 кВ на 900 км обходится в 2,2— 2,5 коп., а передача постоянным током Сталинградская ГЭС—Донбасс обходится 0,9 коп/кВт-ч. Это дает возможность передавать электроэнергию даже от тепловых электростанций на большие расстояния без значительного удорожания.
Так, например, стоимость электроэнергии, вырабатываемой мощной ГРЭС в 1 500—1 200 тыс. кВт, работающей при давлении 130—240 ата на дешевом буром угле со стоимостью порядка 20—22 руб. (угли иртышский, назаровский, кушмурунский, добываемые открытым способом из разрезов), не превышает 2,7—3,0 коп. за 1 кВт-ч. При передаче этой энергии на 1 000 км стоимость ее увеличится не более как до 5—5,5 коп. При этом она будет немного дороже (на 5—10%) той электроэнергии, которая будет выработана на ГРЭС, расположенных в местах потребления энергии с подвозом топлива по железной дороге. Это то новое, что дает повышение напряжения линии электропередач до 500 кВ и применение постоянного тока напряжением 800 кВ. Это следует учитывать при дальнейшем планировании размещения районных электростанций большой мощности.
Значительно более жесткие пределы имеют место для передачи производственного пара и горячей воды. Следовательно, там, где производятся снабжение потребителей не только электроэнергией, но и теплом (паром) разных давлений и горячей водой, т. е. для ТЭЦ, имеют место еще большие ограничения в выборе места для постройки электростанций. При передаче от ТЭЦ пара и горячей воды следует учитывать требуемое давление пара и температуру горячей воды. Давление пара бывает различным для разных технологических процессов. Так, например, для нефтеперегонных заводов в большинстве случаев отпускается пар давлением 15 или 13 ата. Для химических заводов требуется пар давлением 8—9 ата (а иногда и 100 ата). Для текстильных предприятий — 5—7 ата. Горячая вода для целей отопления также имеет разную температуру— 130, 150 и 180° С. Первые теплофикационные сети в Москве, Ленинграде и Иванове сооружались с температурой горячей воды 130°С (а обратной воды 70°С). В связи с ростом протяженности сетей температура воды была повышена до 150° С. Наконец, после появления мощных ТЭЦ, мощностью по 300 и более тысяч киловатт, удаленных от центра города на 12—18 км, потребовалось поднять температуру воды до 180° С специально для загородных магистральных теплопроводов с устройством уже в пределах города смесительных пунктов, в которых температура воды снижается до 150° С. Высокая начальная температура воды дала возможность ограничить диаметр теплопроводов максимальным размером в 1 м.
Для того чтобы ориентироваться в возможных пределах передачи пара и горячей воды, приведем некоторые соображения. Передача производственного пара ограничивается в пределах 5—10 км. Однако последняя цифра является редким исключением. В большинстве случаев дальность передачи пара ограничивается от 0,5 до 2,5—3 км. При сооружении мощных ТЭЦ при комплексе нескольких промышленных предприятий (например, нефтеперегонные, химические и некоторые другие) их обычно ставят в минимально допустимом расстоянии по пожарным и другим нормам — в 300—500 м от нефтеперегонного завода, как получающего наибольшее количество пара наибольшего давления.
Остальные заводы располагаются на несколько больших расстояниях (в пределах 1—2 км). Только в редких случаях старых заводов приходится иметь паропроводы большей длины. Следует при этом учитывать, что для того, чтобы передача пара была экономичной, необходимо, чтобы количество передаваемого пара было достаточно больший, так как не всякое количество пара бывает экономически целесообразно передавать от ТЭЦ. Иногда бывает целесообразно соорудить для этого на заводе небольшую котельную. Здесь необходимо также упомянуть, что от ТЭЦ приходится иногда отпускать пар давлением 100 ата. В этом случае ТЭЦ должна располагаться на минимально допустимом расстоянии от завода.
Стоимость прокладки паропроводов итеплопроводов зависит от принятой системы. Такими системами могут быть: надземная и подземная, более сложная и дорогая. Там, где сооружается ТЭЦ а комплексе заводов, там в большинстве случаев применяется надземная прокладка паропроводов (а также и теплопроводов). Она прокладывается на металлических или железобетонных эстакадах, причем трубы после тепловой изоляции защищаются сверху изоляцией от дождя и сырости. Подземная прокладка бывает различная: в проходных туннелях (самая дорогая), в непроходных туннелях и так называемая бесканальная прокладка прямо в земле (наиболее дешевая). Опоры надземной прокладки могут быть металлическими или железобетонными (из сборного железобетона); вторые обходятся дешевле и удобнее первых, так как не требуют окраски. Прокладка в проходных туннелях является самой дорогой. Она применяется главным образом на территориях заводов, где нельзя применить надземных эстакад. В редких случаях она применяется и в городах. Прокладка в непроходных туннелях находит себе большое применение. Бесканальная прокладка применяется в Ленинграде.
Трудность в подыскании площадок размером 12—15 га в районе крупных городов, необходимость прокладки рельсовых путей для связи ТЭЦ с железнодорожной станцией и наличия площадей для золоотвалов, а также нежелательность из-за гигиенических требований поставили вопрос о дальнем теплоснабжении крупных населенных центров.
В связи с этим, как уже указывалось выше, новые мощные ТЭЦ в Москве и Ленинграде мощностью 200 и 300 тыс. кВт были отнесены на 12—18 км от центра городов. В Киеве теплоснабжение юго-западной части города осуществляется от Дарницкой ТЭЦ, расположенной в 9 км на левом берегу p. Днепра; снабжение теплом Тбилиси отнесено по проекту на 15 км от центра города. Такое отдаленное теплоснабжение требует максимального удешевления тепловых сетей, особенно магистралей. Этому требованию особенно удовлетворяет бесканальная прокладка теплопроводов, осуществление которой не всегда возможно и пока освоено только в Ленинграде.
Выше были рассмотрены условия размещения районных электростанций, промышленных и городских ТЭЦ большой мощности по отношению к центру их нагрузок. Для небольших коммунальных и промышленных ЦЭС и ТЭС следует всегда располагать их в непосредственной близости от центра нагрузки, учитывая незначительную занимаемую ими площадку, а также возможность обойтись без особой железнодорожной ветки.
