Электрические станции, подстанции, линии и сети - Особенности производства электрической энергии

Часть первая ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ И ЕЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫМ ПОТРЕБИТЕЛЯМ
ГЛАВА 1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
§ 1. Особенности производства электрической энергии
Общие положения. Для производства материальных благ и создания наилучших условий жизни общества необходимо потреблять очень большое количество энергии. Большая и сложная отрасль техники, ставящая своей задачей обеспечить энергией промышленность, транспорт, сельское хозяйство и быт, называется энергетикой. Для успешного использования энергию надо добыть, передать на значительные расстояния и распределить между многочисленными потребителями — рабочими машинами и орудиями.
Огромное количество природной энергии содержится в ископаемом топливе, водных потоках, солнечной радиации, радиоактивных элементах и ветре. Все эти энергоносители обладают одним общим свойством — они заключают в себе первичную энергию, за счет которой может быть выработана вторичная энергия. Например, используя первичную энергию падающей воды (или сжигаемого топлива), можно выработать вторичную электрическую энергию. Электрическая энергия вырабатывается на электрических станциях с помощью электрических генераторов, вращение которых осуществляют первичные двигатели — паровые машины или турбины, двигатели внутреннего сгорания, гидравлические турбины и др.
В названии каждой электрической станции всегда указывается вид используемой первичной энергии или первичного двигателя. Например, тепловая электрическая станция (ГЭС), гидравлическая электростанция (ГЭС), атомная (АЭС), дизельная (ДЭС) и др.
Электрическая энергия обладает большими преимуществами перед другими видами вторичной энергии. Она легко может быть передана на большие расстояния и распределена между потребителями. С достаточно малыми потерями ее можно преобразовать в месте потребления в другие виды энергии: механическую (электродвигатели), тепловую (электронагреватели), световую (лампы накаливания), химическую (аккумуляторные батареи). Поэтому широкое использование электрической энергии во всех отраслях народного хозяйства, т. е. электрификация этих отраслей, имеет огромное практическое значение.
При электрификации сельского хозяйства электроэнергия используется прежде всего для привода рабочих машин, облегчающих выполнение трудоемких операций в животноводстве и полеводстве, для облучения растений, животных и птиц, а также освещения и бытовых нужд.
Сельскохозяйственные потребители получают электрическую энергию от сетей энергосистем, крупных государственных электростанций или от местных колхозных и межколхозных электростанций. Более выгодно использовать электроэнергию от крупных электростанций, так как качество и надежность электроснабжения здесь намного выше, а стоимость энергии — ниже, чем при питании от мелких сельских электростанций.
Сооружение электрических станций. Намеченное в ближайшие годы резкое повышение электровооруженности труда требует непрерывного развития энергетической базы. Поэтому темпы строительства электрических станций должны опережать спрос потребителей на электрическую энергию.
Наиболее выгодно сооружать крупные электрические станции (порядка сотен тысяч кВт), так как стоимость 1 кВт установленной мощности у таких станций намного ниже, чем у мелких. Себестоимость 1 кВт·ч электрической энергии, вырабатываемой на крупных станциях, также в несколько раз ниже, чем на мелких. Однако, принимая во внимание огромные пространства нашей страны и ввиду невозможности обеспечения всех потребителей от крупных электростанций и сетей энергосистем, сооружение относительно мелких электростанций в сельской местности все же будет оправдано.
Наибольший экономический эффект дает сооружение электрических станций в центре нагрузок, т. е. недалеко от потребителей электрической энергии. Затраты на передачу электроэнергии здесь будут наименьшими. Однако первичные источники энергии (месторождения топливных ресурсов, гидроэнергия) находятся, как правило, в отдалении от крупных промышленных комплексов, городов и поселков. Поэтому для передачи электрической энергии от электростанций сооружают линии высокого напряжения, по которым электрическая энергия идет на районные трансформаторные подстанции и от них — к потребителям.
Выбор энергоносители для сооружения электрической станции в данном районе определяется на основании предварительных техникоэкономических расчетов. В большинстве случаев сравнивают выгоды от строительства тепловых станций (ТЭС) или гидроэлектрических (ГЭС). Строительство атомных электростанций (АЭС) не связано с наличием в данном районе топлива, так как они работают, как правило, на привозном сырье.
При строительстве новых станций учитывают выработку электроэнергии уже действующих станций, особенности электроснабжения крупных промышленных потребителей, планы их расширения в перспективе, а также развитие городов, электрификации транспорта и сельского хозяйства. Эти данные позволяют правильно определить установленную мощность электростанции, которой должно хватить на покрытие потребностей независимо от часов, суток или временя года. При этом обязательно на станции должен быть некоторый резерв мощности, который используют при авариях или резком возрастании нагрузки потребителей.
Важной особенностью производства электроэнергии на станциях является то, что в каждый момент времени ее нужно производить ровно столько, сколько требует потребитель, с учетом потерь во всех звеньях электропередачи и ее расхода на собственные нужды электростанции.
Объединение электростанций в энергетические системы. Покрыть потребности в электрической энергии крупного промышленного района или нескольких областей экономического района за счет строительства одной станции, как правило, не удается. Приходится сооружать несколько станций и для более экономической работы объединять их линиями электропередачи в энергосистему.
Энергетической системой (энергосистемой) называется совокупность электростанций, линий электропередачи, подстанций и тепловых сетей, связанных в единое целое общими режимами производства и распределения электрической и тепловой энергии. Часть энергетической системы, состоящая из генераторов, распределительных устройств, подстанций, линий электропередачи и потребителей электроэнергии, называется электрической системой.
В энергетическую систему могут входить электростанции с различными. энергоносителями и техническими характеристиками, но работающие на общую сеть. Тогда в случае выхода из строя одной из станций (или линии) питание потребителей, подсоединенных к общему кольцу энергосистемы, не нарушится. Так, например, при остановке гидроэлектростанций в период весенних паводков их нагрузку принимают тепловые электростанции, включенные в общее кольцо энергосистемы.
Объединение станций в энергетическую систему позволяет увеличить мощности отдельных агрегатов (следовательно, уменьшать удельные затраты), снизить общий резерв мощности (т. е. иметь его не на каждой станции, входящей в систему), применить более постоянный режим выработки электроэнергии, повысить надежность электроснабжения и качество отпускаемой электроэнергии.
С развитием электрификации страны и ростом мощностей электрических станций возникла необходимость в создании крупных объединенных энергетических систем. Уже имеются объединенные энергосистемы Центра, Северо-Запада, Юга и др. Ведутся работы по объединению этих систем и созданию единой энергосистемы Советского Союза и социалистических стран. Успешно работает объединенная энергосистема «Мир», соединяющая энергосистемы стран — членов Совета Экономической Взаимопомощи (СЭВ). Эта система позволила осуществить гарантированные поставки электрической энергии и наиболее экономично использовать существующие электрические станции.