Факторы и особенности развития и размещения электростанций

Факторы и особенности развития и размещения электростанций. Типы электростанций.

Основными типами электростанций в России являются тепловые, гидравлические, а также атомные .11 Энергетика цифры и факты, М, 1999 г. Таблица 3. Доля тепловых, атомных и гидравлических электростанций в суммарной выработке электроэнергии в России.112111 Энергетика цифры и факты, Неожиданное окончание формулыМ, 1999 г. 1980г1985г1990г1992г1998гТЭС77,273,173,7 69,968,9АЭС6,710,310,912,312,6ГЭС16,116, 615,417,818,5 Большинство станций в России- тепловые.

Принцип работы тепловых станций основан на последовательном преобразовании химической энергии топлива в тепловую и электрическую энергию для потребителей.

Основным оборудованием ТЭС является котел, турбина, генератор.

В котле при сжигании топлива выделяется тепловая энергия, которая преобразуется в энергию водяного пара. В турбине водяной пар превращается в механическую энергию вращения. Генератор превращает энергию вращения в электрическую.

Тепловая энергия для нужд потребления может быть взята в виде пара из турбины либо котла.

Тепловые электростанции работают на органическом топливе уголь, мазут, газ, сланцы, торф. Среди них главную роль, следует отметить, играют мощные более 2 млн. Квт ГРЭС- государственные районные электростанций обеспечивающие потребности экологического района, работающие в энергосистемах.

Таблица 4. ГРЭС мощностью более 2 млн. Квт1 Экономический районГРЭСУстановленная мощность, млн. квт ТОПЛИВОЦентральныйКостромская 3,6 мазутВяземская 2,8 угольКонаковская 3,6мазут, газ УральскийРефтинская 3,8 угольТроицкая 2,4 угольИриклинская 2,4 мазутПоволжскийЗаинская 2,4мазут, угольВосточно-СибирскийНазаровская 6,0 Западно-СибирскийСургутская ГРЭС-1 3,1 газСеверо-КавказскийСтавропольская 2,1мазут, газСеверо-западныйКиришская 2,1 мазут Тепловые электростанции имеют как свои преимущества, так и недостатки.

Положительным по сравнению с другими типами электростанций является относительно свободное размещение, связанное с широким распространением топливных ресурсов в России способность вырабатывать электроэнергию без сезонных колебаний. К отрицательным относятся следующие факторы ТЭС обладает низким коэффициентом полезного действия, если последовательно оценить различные этапы преобразования энергии, то увидим, что не более 32 энергии топлива превращается в электрическую.

Топливные ресурсы нашей планеты ограничены, поэтому нужны электростанции, которые не будут использовать органическое топливо.

Кроме того, ТЭС оказывает крайне неблагоприятное воздействие на окружающую среду. Тепловые электростанции всего мира, в том числе и России выбрасывает в атмосферу ежегодно 200-250 млн. Тонн золы и около 60 млн. Тонн сернистого ангидрида, они поглощают огромное количество кислорода.

Несмотря на отмеченные недостатки, в ближайшей перспективе доля ТЭС в приросте производства электроэнергии должна составить 78-85. По количеству вырабатываемой энергии на втором месте находятся гидравлические электростанции ГЭС. Гидравлические электростанции используют для выработки электроэнергии гидроэнергетические ресурсы,11 Т. Г. Морозова Региональная экономика, М 1995 г. то есть силу падающей воды. Потенциальные гидроэнергетические ресурсы крупных и средних рек России составляет по мощности 273,4 млн. Квт1 со среднегодовой выработкой 23,95, 1млрд квтч2. Существует три основных вида ГЭС 1 Гидроэлектрические станции.

Технологическая схема их работы довольна проста.

Естественные водные ресурсы реки преобразуются в гидроэнергетические ресурсы с помощью строительства гидротехнических сооружений.

Гидроэнергетические ресурсы используются в турбине и превращаются в механическую энергию, механическая энергия используется в генераторе и превращается в электрическую энергию. 2 Приливные станции.

Природа сама создает условия для получения напора, под которым может быть использована вода морей. В результате приливов и отливов уровень морей меняется- на северных морях- Охотском, Беринговом, волна достигает 13 метров. Между уровнем бассейна и моря создается разница и таким образом создается напор.

Так как приливная волна периодически изменяется, то в соответствии с ней меняется напор и мощность станций.

Пока еще использование приливной энергии ведется в скромных масштабах. Главным недостатком таких станций является вынужденный режим. Приливные станции ПЭС дают свою мощность не тогда, когда этого требует потребитель, а в зависимости от приливов и отливов воды. Велика также стоимость сооружений таких станций . 3 Гидроаккумулирующие станции ГАЭС . Действие их основано на циклическом перемещении одного и того же объема воды между двумя бассейнами - верхним и нижним.

В ночные часы, когда потребность в электроэнергии мала, эта вода перекачивается из нижнего11,2 Энергетика цифры и факты, М, 1999 г 2 водохранилища в верхний, потребляя при этом излишки энергии, производимые электростанциями ночью. Днем, когда резко возрастает потребление электричества, вода сбрасывается из верхнего бассейна вниз через турбину, вырабатывающую энергию. Это выгодно, так как остановка ГЭС в ночное время невозможна. Таким образом, ГАЭС позволяют решать проблемы пиковых нагрузок, маневренности использования мощностей энергосетей. В России, особенно в европейской части, остро стоит проблема создания маневренных электростанций, в том числе ГАЭС. Построены Загорская ГАЭС, строится Центральная.

Кроме перечисленных достоинств и недостатков гидравлические электростанции имеют следующие ГЭС являются весьма эффективными источниками энергии, поскольку используют возобновимые ресурсы, они просты в управлении и имеют высокий Кпд более 80. В результате производимая энергия на ГЭС- самая дешевая.

Огромное достоинство ГЭС- возможность практически мгновенного автоматического запуска и отключение любого требуемого количества агрегатов. Но строительство ГЭС требует длительных сроков и больших удельных капиталовложений, это связано с потерей земель на равнинах, наносит ущерб рыбному хозяйству.

Доля участия ГЭС в выработке электроэнергии значительно меньше их доли в установленной мощности, что объясняется тем, что их полная мощность реализуется лишь в короткий период времени, причем только в многоводные годы. Поэтому, несмотря на обеспеченность России гидроэнергетическими ресурсами, они не могут служить основной выработки электроэнергии в стране. Доля атомных электростанций АЭС в суммарной выработке электро11 Энергетика цифры и факты, М, 1999 г. энергии составляет около 12. В России действуют девять АЭС общей мощностью 21,3 млн. Квт .1 Персонал девяти российских АЭС составляет 40.6 тыс. 11 Энергетика цифры и факты, М, 1999 г. человек или 4 от общего числа населения занятого в энергетики. Таблица 5. Действующие АЭС России и их характеристики .1 АЭСНомер блока Тип реактораЭлектрическая мощностьГод ввода в эксплуатациюСрок выводаБелоярская 1 АМБ 100 1963 1980 2 АМБ 160 1967 1989 3БИ-600 600 1980 2010Билибинская 1 ЭГП 12 1974 2004 2 ЭГП 12 1974 2004 3 ЭГП 12 1975 2005 4 ЭГП 12 1976 2006Балаковская 1ВВЭР-1000 1000 1985 2015 2ВВЭР-1000 1000 1987 2017 3ВВЭР-1000 1000 1988 2019 4ВВЭР-1000 1000 1993 2023Калининская 1ВВЭР-1000 1000 1984 2014 2ВВЭР-1000 1000 1986 2015Кольская 1ВВЭР-440 440 1973 2003 2ВВЭР-440 440 1974 2004 3ВВЭР-440 440 1981 2011 4ВВЭР-440 440 1984 2014Курская 1РБМК-1000 1000 1976 2006 2РБМК-1000 1000 1978 2008 3РБМК-1000 1000 1983 2013 4РБМК-1000 1000 1985 2015Ленинградская 1РБМК-1000 1000 1973 2003 2РБМК-1000 1000 1975 2005 3РБМК-1000 1000 1979 2009 4РБМК-1000 1000 1981 2011Нововоронежская 1 В-1 210 1964 2084 2В-3 365 1969 2090 3ВВЭР-440 440 1971 2001 4ВВЭР-440 440 1972 2002 5ВВЭР-10001000 1980 2010Смоленская 1РБМК-1000 1000 1982 2012 2РБМК-100 1000 1985 2015 31000 3 АЭС, являющиеся наиболее современным видом электростанций имеют ряд существенных преимуществ перед другими видами электростанций при нормальных условиях функционирования они абсолютно не загрязняют окружающую среду, не требуют привязки к источнику сырья и соответственно могут быть размещены практически везде, новые энергоблоки имеют мощность, практически равную мощности средней ГЭС, однако коэффициент использования установленной мощности на АЭС 80 значительно превышает этот показатель у ГЭС и ТЭС . Значительных недостатков АЭС при нормальных условиях функционирования практически не имеет.

Однако нельзя не заметить опасность АЭС при возможных неожиданных обстоятельствах землетрясениях, ураганах и тому подобное- здесь старые модели энергоблоков представляют потенциальную опасность радиационного заражения территорий из-за неконтролируемого перегрева реактора. В общую типологию электростанций включаются электростанции, работающие на так называемых нетрадиционных источниках энергии.

К ним относят 1энергию приливов и отливов 2энергию малых рек 3энергию ветра и Солнца 4геотермию 5энергию горючих отходов и выбросов 6 энергию вторичных или сбросовых источников тепла и другие. Значимость нетрадиционных источников энергии, несмотря на то, что такие виды электростанций занимают всего 0,07 в производстве электроэнергии в России, будет возрастать.

Этому будут способствовать следующие принципы -более низкая стоимость электроэнергии и тепла, получаемая от нетрадиционных источников энергии, чем на всех других источниках -возможность практически во всех регионах страны иметь локальные электростанции, делающие независимость от их общий энергосистемы -доступность и технически реализуемая плотность, мощность для полезного использования -возобновляемость нетрадиционных источников энергии -экономия или замена традиционных энергоресурсов и энергоносителей -замена эксплуатируемых энергоносителей для перехода к экологически более чистым видам энергии -повышение надежности существующих энергосистем. Каждый регион практически располагает каким- либо видом этой энергии и в ближайшей перспективе может внести существенный вклад в топливно- энергетический баланс России. Относительная значимость введения некоторых видов нетрадиционных возобновимых источников энергии в топливном балансе России и ее регионов на 2000-2010 гг, индекс приоритетности энергии 1. Таблица 6. Нетрадиционные источники энергии.

Регионы СолнцеВетерМалые рекиГеотермияПриливыБио-газ Элек.энергияТеплоснабжение11 Энергетика цифры и факты, М, 1999 г. Россия 5 1 2 3 6 7 4Черноземье 2 1 3 5 4Центр 5 1 2 4 3Сев. Кавказ 3 2 5 6 1 - 4Урал и Приуралье 5 3 2 1 4Зап. Сибирь 5 1 4 - 2 3 -Вост. Сибирь 3 1 - 2 -Европейский Север 1 2 3Азиатский Север 1 -Северо-Восток 1 2 2Приморье 3 2 1 5 4Камчатка 4 1 2 3 5 - -Зона Байкала 4 1 2 3 5 - 6 В настоящее время единственным представителем типа ЭС является Паужетская ГеоГЭС геотермальная ГЭС на Камчатке мощностью 11 мвт. Станция эксплуатируется с 1964 года и устарела как морально, так и физически. В настоящее время в стадии разработки находится технический проект ветроэнергетической электростанции мощностью в 1 мвт, на базе ветрового генератора мощностью 16 квт. В ближайшее время планируется пустить Мутновскую ГеоГЭС мощностью 200 мвт . 2.2 Факторы, влияющие на размещение электрических станций. На размещение различных видов электростанций влияют различные факторы.

На размещение тепловых электростанций оказывает основ- ное влияние топливный и потребительский факторы.

Наиболее мощные ТЭС расположены, как правило, в местах добычи топлива, чем крупнее электростанция, тем дальше она может передавать электроэнергию.

Тепловые электростанции, использующие местные виды топлива, ориентированы на потребителя и одновременно находятся у источников топливных ресурсов. Потребительскую ориентацию имеют электростанции, используюшие высококалорийное топливо, которое экономически выгодно транспортировать.

Электростанции, работающие на мазуте, располагаются преимущественно в центрах нефтеперерабатывающей промышленности.

Большая часть тепловых станций расположена в европейской части страны и на Урале. Вместе с тем только одна десятая топливно- энергетических ресурсов расположена на этой территории.

До недавнего времени европейская часть страны обходилась своим топливом. Донбасс давал большую часть требуемого угля. Теперь положение изменилось.

Добыча собственных углей уменьшилась, так как резко ухудшились горно-геологические условия добычи.

Иное положение с топливно- энергетическими ресурсами Сибири.

Высококалорийные угли залегают в Кузбассе. Добываются они с глубин в 3-5 раз меньших, чем в Донбассе, и даже открытым способом с поверхности. В другом богатейшем Камско-Ачинском месторождении мощность угольных пластов достигает 100 м, залегают они на небольшой глубине, их добыча ведется открытым способом, себестоимость добычи одной тонны в 5-6 раз меньше, чем в шахтах европейской части. На базе Камско-Агинского бассейна создается мощный топливно- энергетический комплекс КАТЭК . По проекту КАТЭКа предполагалось создать на территории около 10 тыс. км2 вокруг Красноярска десять уникальных сверхмощных ГРЭС по 6,4 млн. квт. В настоящее время число запланированных ГРЭС уменьшилось пока до восьми по экологическим соображениям- выбросы в атмосферу, скопления золы в огромных количествах.

В настоящее время начато сооружение только первой очереди КАТЭКа. В 1989 году введен в эксплуатацию первый агрегат Березовской ГРЭС-1 мощностью 800 тыс. квт и уже решен вопрос о строительстве ГРЭС-2 и ГРЭС-3 такой же мощности на расстоянии 9 км одна от другой. Крупными тепловыми электростанциями на углях Камско-Ачинского бассейна являются Березовская ГРЭС-1 и ГРЭС-2, Сургутская ГРЭС-2, Уренгойская ГРЭС. Так как гидравлические электростанции используют для выработки электроэнергии силу падающей воды, то, соответственно, ориентированы на гидроэнергетические ресурсы.

Огромные гидроэнергетические ресурсы России расположены неравномерно. На Дальнем Востоке и в Сибири их 66 от общих.

Поэтому естественно, что наиболее мощные ГЭС построены в Сибири, где освоение гидроресурсов наиболее эффективно удельные капиталовложения в 2-3 раза ниже и себестоимость электроэнергии в 4-5 раз меньше, чем в европейской части страны. Для гидростроительства в нашей стране было характерно сооружение на реках каскадов гидроэлектростанциях. Каскад-группа ТЭС, расположенных ступенями по течению водного потока для последовательного использования его энергии. При этом помимо получения электроэнергии, решаются проблемы снабжения населения и производства водой, устранение паводков, улучшения транспортных условий.

К сожалению, создание каскадов в стране привело к крайне негативным последствиям потере ценных сельскохозяйственных земель, нарушению экологического равновесия. ГЭС можно разделить на две основные группы ГЭС на крупных равнинных реках и ГЭС на горных реках. В нашей стране большая часть ГЭС сооружалась на равнинных реках. Равнинные водохранилища обычно велики по площади изменяют природные условия на значительных территориях.

Ухудшается санитарное состояние водоемов нечистоты, которые раньше выносились реками, накапливаются в водохранилищах, приходится применять специальные меры для промывки русел рек и водохранилищ. Сооружение ГЭС на равнинных реках менее рентабельно, чем на горных, но иногда это необходимо, например, для создания нормального судоходства и орошения. Самые крупные ГЭС в стране входят в состав Ангаро-Енисейского каскада Саяно-Шушенская, Красноярская - на Енисее, Иркутская, Братская, Усть-Илимская - на Ангаре, Богучанская ГЭС. В европейской части страны создан крупнейший каскад ГЭС на Волге. В его состав входят Иваньковская, Рыбинская, Угличская, Городецкая, Чебоксарская, Волжская вблизи Самары , Саратовская, Волжская вблизи Волгограда. Атомные электростанции можно строить в любом районе, независимо от его энергетических ресурсов атомное топливо отличается большим содержанием энергии в 1 кг основного ядерного топлива- урана- содержится энергии столько же, сколько в 2500 т. угля. В условиях безаварийной работы АЭС не дают выбросов в атмосферу, поэтому безвредны для потребителя.

В последнее время создаются АТЭЦ и АСТ. на АТЭЦ, как и на обычной ТЭЦ, производится и электрическая и тепловая энергия, а на АСТ. только тепловая.

Строятся Воронежская и Горьковская АСТ. АТЭЦ действует в поселке Билибино на Чукотке. На отопительные нужды выдают низко потенциальное тепло также Ленинградская и Белоярская АЭС. В Нижнем Новгороде решении о создании АСТ вызвало резкие протесты населения, поэтому была проведена экспертиза специалистами МАТНТЭ, которые пришли к выводу, что проект выполнен на высшем уровне.

Каждый регион практически располагает каким- либо видом нетрадиционной энергии и в ближайшей перспективе может внести существенный вклад в топливно- энергетический баланс России. 2.3. Энергосистема. Единая энергосистема России. Энергосистема- группа электростанций разных типов и мощностей, объединенных линиями электропередач и управляемая из единого центра.

Объективной особенностью продукции электроэнергетики является невозможность ее складирования или накопления, поэтому для более экономичного, рационального и комплексного использования общего потенциала электростанций нашей страны создана Единая Энергетическая Система ЕЭС, в которой работает свыше 700 крупных электростанций, имеющих общую мощность свыше 250 млн. квт то есть 84 мощности всех электростанций страны.

Таблица 7. Выработка электроэнергии на станциях ЕЭС1. ЕЭС России- сложнейший автоматизированный комплекс электрических станций и сетей, объединенных общим режимом работы с единым центром диспетчерского управления ДУ. Основные сети ЕЭС России напряжением от 330 до 1150 квт объединяют в параллельную работу 65 региональных энергосистем от западной границы до Байкала. Структура ЕЭС позволяет функционировать и осуществлять управление на 3х уровнях межрегиональном, межобластном и областном.

Такая иерархическая структура в сочетании в противоаварийной автоматикой и компьютерными системами позволяют быстро локализовать аварию. Центральный диспетчерский пункт ЕЭС в Москве полностью контролирует и управляет работой всех станций, подключенных к нему. Единая энергосистема распределена по семи часовым поясам и тем самым позволяют сглаживать пики нагрузки электросистемы за счет перекачки избыточной электроэнергии в другие районы, где ее недостает. Восточные регионы производят электроэнергии гораздо больше, чем потребляют сами. В центре же России наблюдается дефицит электроэнергии, который пока не удается покрыть за счет передачи энергии из Сибири на запад.

К удобствам ЕЭС можно также отнести и возможность размещения электростанции вдалеке от потребителя. Транспортировка электроэнергии обходится во много раз дешевле, чем транспортировка газа, нефти или угля и при этом происходит мгновенно и не требует дополнительных транспортных затрат. Если бы ЕЭС не существовало, то понадобилось бы 15 млн. квт дополнительных мощностей.

Несмотря на распад Единой Энергосистемы СССР большинство энергосистем ныне независимых республик все еще находятся под оперативным управлением ЦДУ РФ. Большинство независимых государств имеют отрицательное сальдо в торговом балансе электроэнергии с Россией, причем не один должник в настояшее время не имеет финансовых возможностей выплатить России эти суммы. Следует также отметить, что основу межсистемных связей образуют линии электропередач ЛЭП. Передача электрической энергии по ЛЭП составляет только 10 от всех переводов энергии.

Но передавать ее удобнее, для этого не требуется ни емкостей, ни труб, не потребляющие энергию средства транспорта. Энергию в виде электричества особенно удобно транспортировать по трем причинам во-первых, любой вид энергии относительно легко можно превратить в поток электрической энергии во-вторых, легко изменить интенсивность этого потока, например, трансформируя напряжение передачи в-третьих, можно осуществлять гибкую систему передачи энергии потребителям и распределение ее между ними. Народное хозяйство страны требует все больше увеличивать мощность и расстояния, на которые она должна передаваться.

Для удовлетворения этим требованиям приходятся прежде всего повышать напряжение передачи. Так, от создания первых электропередач, то есть примерно 1880 года, и до наших дней происходило и происходит непрерывное увеличение рабочего напряжения линий электропередач. Наиболее целесообразно осуществлять, используя в качестве высшего напряжения 1150 квт переменного тока, а также электропередачи постоянного тока, сооружаемые для транспортировки электроэнергии. Линии 1150 квт являются главными в направлении Сибирь-Северный Казахстан-Урал-Средняя Волга-Центр-Юг. Для передачи электроэнергии из Сибири и Северного Казахстана в европейскую часть страны используются линии электропередачи постоянного тока Экибастуз-Центр напряжением между полосами 1500 кв. В 1971 году был введен в эксплуатацию первый участок межсистемной электропередачи 750 кв. Днепр-Винница длиной 417 км, а немногим позже линия электропередачи 750 кв. Донбасс-Днепр-Винница-Западная Украина протяженностью 1100 км и линии 750 кв. Конаково-Санкт-Петербуг длиной 525 км. На базе опыта строительства и эксплуатации опытно-промышленной линии электропередачи 750 кв. Конаково-Москва внедрены оригинальные конструкции линий 750 кв. Для усиления межсистемных связей и выдачи мощности крупных ГРЭС в европейской части страны электропередачи 1150 кв. сооружены на направлении Урал-Среднее Поволжье-Центр. Существует также линия электропередачи Итат-Новокузнецк 1150 кв ЛЭП постоянного тока 1500 кв. Экибастуз-Центр класса 1750 кв предназначенной для передачи электроэнергии от мощных тепловых электростанций, сооруженных в районе Экибастузкого угольно бассейна в центр европейской части страны. Одновременно она является важной межсистемной связью в ЕЭС в России.

К северу от Рефтинской ГРЭС до Тюмени и далее через Тобольск, Демьяск, Сургут до Нижневартовска проходят линии 500 кв. общей протяженностью 1100 км с переходами через реки Тобольск, Иртыш, Обь. Никак нельзя забыть линии 500 кв. Тектогульская ГЭС-Андижан. 3. Экономическая оценка деятельности электроэнергетики. Вследствие спада производства потребности хозяйства страны в электроэнергии снизились и поскольку по прогнозам специалистов такая ситуация будет продолжаться еще как минимум 2-3 года и важно не допустить разрушения системы к моменту, когда потребности в электроэнергии снова станут возрастать.

Для поддержания уже существующих электромощностей необходим ввод 8-9 млн. квт ежегодно, однако из-за проблем с финансированием и развалом хозяйственных связей из запланированных построено и пущено мощностей лишь 18 часть.

В настоящее время сложилась парадоксальная ситуация, когда в условиях спада производства наращивается его энергоемкость.

По разным оценкам потенциал энергосбережения в России составляет от 400 до 600 млн. тонн условного топлива, что составляет более трети всех потребляемых сегодня энергоресурсов.

Эти резервы распределяются по всем этапам от производства, транспортировки, хранения до потребителя.

Так, суммарные потери ТЭК составляют 150-170 млн. тонн условного топлива. Очень велико потребление нефтепродуктов низкой перегонки в качестве топлива на электростанциях. При имеющем место дефиците моторного топлива такая политика крайне неоправданна. Принимая во внимание значительную разницу цен между мазутом и моторным топливом в качестве топлива для котлов теплостанций гораздо эффективнее использовать газ или уголь, однако при использовании последнего большое значение приобретают экологические факторы. Очевидно, что эти направления должны развиваться в равной степени, так как экономическая конъюнктура может существенно меняться даже в энергетики и однобокое развитие отрасли никак не может способствовать ее процветанию.

Газ гораздо эффективнее использовать в качестве химического топлива сейчас газа сжигается 50 от всего производимого в стране, чем сжигать его на ТЭЦ. Нижеприведенный электробаланс наглядно иллюстрирует экологическую деятельность отрасли Таблица 8. Электробалансмлрд. квтч1 ГодыПроиз-но электроэнер. Пол-но из-за пред. РФ 4.