Основы электроэнергетики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Электроэнергетика занимается производством и передачей электроэнергии и является одной из базовых отраслей тяжелой промышленности. От уровня ее развития зависит все народное хозяйство страны.

Представить себе жизнь без электрической энергии уже невозможно. В настоящее время электроэнергетика прочно вошла во все сферы деятельности человека. Такое широкое распространение происходит благодаря ее специфическим свойствам: возможности превращаться практически во все другие виды энергии (тепловую, механическую, звуковую, световую и т.д.); способности относительно просто передаваться на значительные расстояния в больших количествах; огромным скоростям протекания электромагнитных процессов; способности к изменению напряжения, частоты.

В промышленности электрическая энергия применяется для приведения в действие различных механизмов и непосредственно в технологических процессах. Работа современных средств связи (телеграфа, телефона, радио, телевиденья) основано на применении электроэнергии. Без нее невозможно было бы развитие кибернетики, вычислительной техники, космической техники. В сельском хозяйстве электроэнергия применяется для обогрева теплиц и помещений для скота, освещения, автоматизации ручного труда на фермах. Она так же требуется для использования ультрафиолетовых и инфракрасных лучей.

Огромную роль электроэнергия играет в транспортном комплексе. Электротранспорт экологически чистый. Большое количество электроэнергии потребляет электрифицированный дорожный транспорт, что позволяет повышать пропускную способность дорог в результате увеличения скорости движения поездов, снижать себестоимость перевозок, повышать экономию топлива.

Электроэнергия в быту является основной частью обеспечения комфортабельной жизни людей. Многие бытовые приборы (холодильники, телевизоры, стиральные машины, утюги и др.) были созданы благодаря развитию электротехнической промышленности.

Электроэнергетика - важнейшая часть жизнедеятельности человека. Уровень ее развития отражает уровень развития производственных сил общества и возможности научно-технического прогресса.

Становление электроэнергетики России началось с принятия плана ГОЭЛРО (1920 г.). Планом ГОЭЛРО, сроком на 15 лет, предусматривалось строительство 10 гидроэлектростанций общей мощностью 640 тыс. кВт. Фактически план был реализован за 10 лет - к 1931, а к концу 1935г. вместо 30 электростанций было построено 40 районных электростанций, в том числе Свирская и Волховская гидроэлектростанции. В основу плана легли: широкое использование на электростанциях местных топливных ресурсов; создание высоковольтных электрических сетей, объединяющих мощные станции; экономичное использование топлива, достигаемое параллельной работой ТЭС и ГЭС, в основном в районах, бедных органическим топливом.

План ГОЭЛРО создал базу индустриализации России. В 20-е годы наша страна занимала одно из последних мест по выработке энергии, а уже в конце 40-х годов она заняла первое место в Европе и второе в мире.

В последующие годы электроэнергетика развивалась быстрыми темпами. Успешно решались вопросы развития линии электропередачи.

Производство электроэнергии электростанциями (миллиардов килловат-час)

Удельный вес производства электроэнергии гидроэлектростанциями в общей выработке электроэнергии, процентов.

За период с 2000 по 2005 годы средний удельный вес производства электроэнергии ГЭС от суммарного объема производства электрической энергии в нашей стране составил:

электроэнергетика гидроэлектростанция напряжение частота

Важным направлением в развитии электроэнергетики является строительство гидроэлектростанций. ГЭС находятся на втором месте по количеству вырабатываемой электроэнергии. Гидроэлектростанции являются весьма эффективным источником энергии, поскольку используют возобновимые ресурсы, они просты в управлении (количество персонала на ГЭС в 15-20 раз меньше, чем на ГРЭС) и имеют высокий КПД - более 80%. В результате производимая на ГЭС энергия самая дешевая. Огромное достоинство ГЭС - это высокая маневренность, т.е. возможность практически мгновенного автоматического запуска и отключения любого требуемого количества агрегатов. Это позволяет использовать мощные ГЭС либо в качестве максимально маневренных "пиковых" электростанций обеспечивающих устойчивую работу крупных энергосистем, либо "покрывать" плановые пики суточного графика нагрузки энергосистемы, когда имеющихся в наличии мощностей ТЭС не хватает. Естественно, это под силу только мощным ГЭС.

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

ГЭС можно разделить на две основные группы: расположенные на крупных равнинных реках и на горных реках. В нашей стране большая часть сооружалась на равнинных реках. Равнинные водохранилища обычно велики по площади и изменяют природные условия на значительных территориях: ухудшается санитарное состояние водоемов; нечистоты, которые раньше выносились реками, накапливаются в водохранилищах, приходиться применять специальные меры для промывки русел рек и водохранилищ. Сооружение ГЭС на равнинных реках менее рентабельно, чем на горных.

Гидравлические установки представлены гидроэлектростанциями (ГЭС), гидроаккумулирующими электростанциями (ГАЭС) и приливными электростанциями (ПЭС). Их размещение во многом зависит от природных условий, например, характера и режима реки. В горных районах обычно возводятся высоконапорные ГЭС, на равнинных реках действуют установки с меньшим напором, но большим расходом воды. Гидростроительство в условиях равнин сложнее из-за преобладания мягких оснований под плотинами и необходимости иметь крупные водохранилища для регуляции стока. Сооружение ГЭС на равнинах вызывает затопление прилегающих территорий, что приносит значительный материальный ущерб.

ГЭС состоит из последовательной цепи гидротехнических сооружений, обеспечивающих необходимую концентрацию потока воды и создание напора, и энергетического оборудования, преобразующего энергию движущейся под напором воды в механическую энергию вращения, которая, в свою очередь, преобразуется в электрическую энергию.

Одна из характерных черт советского гидроэнергостроительства - сооружение на реках каскадов гидроэлектростанций. Каскад - это группа ГЭС, расположенных ступенями по течению водного потока для последовательного использования его энергии.

Установки в каскаде обычно связаны общностью режима, при котором водохранилища верхних ступеней регулирующие влияют на водохранилища нижних ступеней. На основе ГЭС восточных районов формируются промышленные комплексы, специализирующиеся на энергоемких производствах. При этом помимо получения электроэнергии решаются проблемы снабжения населения и производства водой, устранения поводков, улучшения транспортных условий. Каскадная схема использования водостока осуществляется, как правило, при комплексном использовании водных ресурсов. Это позволяет осуществить не только наиболее полную утилизацию ресурсов, но и наиболее экономичную. При этом отдельные ступени каскада, будучи связаны общим водным режимом, могут так же иметь связь гидравлическую, водохозяйственную и электрическую. Практически такого рода связи никогда не проявляются индивидуально, а всегда в различном сочетании друг с другом. Создание каскадов в стране привело к крайне негативным последствиям: потере ценных сельскохозяйственных земель и нарушению экологического равновесия.

В Сибири сосредоточены наиболее эффективные по технико-экономическим показателям ресурсы. Одним из примеров этого может служить Ангаро-Енисейский каскад, в состав которого входят самые крупные гидроэлектростанции страны: Саяно-Шушенская (6,4 млн. кВт), Красноярская (6 млн. кВт), Братская (4,6 млн. кВт), Усть-Илимская (4,3 млн. кВт). Строится Богучановская ГЭС (4 млн. кВт). Общая мощность каскада в настоящее время - более 20 млн. кВт. В Европейской части страны создан крупный каскад ГЭС на Волге. В его состав входят Иваньковская, Угличская, Рыбинская, Горьковская, Чебоксарская, Волжская (Вблизи Самары), Саратовская, Волжская (вблизи Волгограда) ГЭС.

Доля участия ГЭС в выработке электроэнергии существенно меньше их доли в установленной мощности, что объясняется тем, что их полная мощность реализуется лишь в короткий период, причем только в многоводные годы. Поэтому, несмотря на обеспеченность России гидроэнергетическими ресурсами, ГЭС не могут служить основой выработки электроэнергии в стране.

В условиях дефицита топливных ресурсов большое значение имеет развитие гидроэнергетики. Так, в период до 2010г. Должно быть завершено сооружение Зарагамской и Зеленчугской ГЭС на Северном Кавказе, Бурейской, Нижнее-Бурейской и Вилюйской ГЭС на Дальнем Востоке и начат ввод электростанций, крупнейшими из которых являются Богучанская ГЭС в Сибири и Усть- Среднеканская ГЭС.

Создание водохранилищ всегда влечет за собой ряд изменений в природных условиях и объектах народного хозяйства затрагиваемой территории. Воздействие водохранилища на природные условия подобных территорий чрезвычайно многообразно. Оно может быть положительным и отрицательным.

Положительное значение водохранилищ как регуляторов стока распространяется на территории значительно больше, чем те на которых они располагаются. Так, энергетический эффект регулирования стока проявляется не только в тех энергосистемах, в которых работает данная ГЭС, но при достаточно высокой ее мощности и в их объединениях.

Однако нередко естественные неуправляемые процессы, происходящие в водохранилищах, приводят к неблагоприятным последствиям. Это особенно проявляется в ущемлении возможности наиболее эффективного использования водных и некоторых других естественных ресурсов страны: земельных, лесных и горнорудных.

Различают прямое и косвенное воздействие водохранилищ на окружающую среду. Прямое воздействие появляется, прежде всего, в постоянном и временном затоплении и подтоплении земель. При этом большая часть этих земель относится к высокопродуктивным сельскохозяйственным и лесным угодьям. Так, доля сельскохозяйственных земель, затопленных водохранилищами Волжско-камского каскада ГЭС, составляет 48% всех затопленных земель, причем некоторые из них расположены в зоне отличающейся высоким плодородием. Около 38% затопленных земель составили леса и кустарники. В пустынной и полупустынной зонах ? всех затопленных земель приходится на пастбища. Так же, изменяется температурный режим воды. Процесс регулирования стока и происходящие в связи с этим частые колебания уровня воды в водохранилище вызывают переформирование его берегов и дна, что в свою очередь сопровождается увеличением акватории водохранилища, отложением в нем различных пород и образованием подводных отмелей.

Зоны подтопления образуются в результате подъема грунтовых вод и приводят к заболачиванию земель, подтоплению различных сооружений, населенных пунктов и связанному с этим ухудшению санитарных условий местности.

Косвенные воздействия водохранилищ приводят к изменениям климата, проявляющимся в зоне влияния водохранилища в повышении влажности воздуха и образовании довольно частых туманов, уменьшении облачности в дневные часы над акваторией и уменьшении там среднегодовых сумм осадков, изменений направления и скорости ветра, уменьшении амплитуды колебания температуры воздуха в течение суток и года.

Нельзя так же не отметить создания водохранилищ на рыбное хозяйство. Здесь следует указать два обстоятельства. С одной стороны сооружение плотины ГЭС препятствует проходу рыбы к местам нерестилищ, а с другой стороны, требования рыбного хозяйства к режиму стока полностью противоречат задачам регулирования стока, т.е. той цели, для которой, собственно и создаются водохранилище.

Конечно, было бы неправильно утверждать, что все прямые и косвенные воздействия водохранилищ ГЭС на окружающую среду имеют только негативную сторону. Обычно каждое из них и в совокупности обладают комплексом как отрицательных, так и положительных свойств. Так, появление в верхнем бьефе мелководий можно расценить как отрицательное явление, но оно может иметь и положительное значение, если принимать во внимание, что на их месте могут быть созданы условия для разведения дикого риса, водоплавающей птицы, ондатры, нутрии. Заиление прибрежной зоны нежелательно во многих отношениях, но оно создает возможность получения высокоэффективных удобрений из ила и т.д.

Нельзя так же утверждать, что все формы воздействия водохранилищ являются неизбежными и органическими пороками гидротехнического строительства. Многие из тех воздействий, которые проявились в практике создания и эксплуатации водохранилищ, явились следствием или неправильного проектирования их или нарушением правил эксплуатации. Так, указанные выше вредные воздействия водохранилищ на рыбное хозяйство удается в значительной мере нейтрализовать правильным проектированием и надлежащим уровнем эксплуатации водохранилищ.

Вместе с тем следует отметить, что учет влияния водохранилищ ГЭС на окружающую среду нельзя рассматривать в отрыве от общей проблемы влияния энергетики на биосферу с учетом всех особенностей производства электроэнергии отдельными видами генерирующих источников и расходованием различных энергоресурсов. Видимо, используемый ныне экономический критерий эффективности любого энергетического строительства должен быть дополнен (или заменен) критерием минимума ущерба биосфере.

Отличительным признаком сегодняшних процессов функционирования и развития электроэнергетики в России является активная динамика экономического содержания этих процессов. Это объясняется как формированием новых экономических отношений в народном хозяйстве страны в целом, характеризующихся углублением и развитием рыночных реформ, так и переходом крынку в электроэнергетике с существенным опережением по сравнению с другими отраслями промышленности.

В условиях рынка в развитии электроэнергетического хозяйства необходимо исходить из иных принципов:

ь учитывать в первую очередь строительство экологически чистых электростанций и переводить ТЭС на более чистое топливо - природный газ;

ь создать ТЭЦ для теплофикации отраслей промышленности, сельского хозяйства и коммунального хозяйства, что обеспечивает экономию топлива и вдвое увеличивает КПД электростанций;

ь строить небольшие по мощности электростанции с учетом потребностей в электроэнергии некрупных регионов;

ь объединять различные типы электростанций в единую энергосистему;

ь сооружать гидроаккумулирующие станции на малых реках, особенно в остродефицитных по энергии районах России;

ь использовать в получении электрической энергии нетрадиционные виды топлива, энергию ветра, солнца, морских приливов, геотермальных вод и т.д.

В условиях нарождающего рынка возникла необходимость разработки новой энергетической политики России. Основными положениями этой политики должны стать:

ь приведение одновременно с конвертируемостью рубля цен на энергоносители в соответствие с мировыми ценами с постепенной ликвидацией пе6ркосов цен на внутреннем рынке;

ь акционирование предприятий топливно-энергетического комплекса с привлечением денежных средств населения, зарубежных инвесторов и отечественных коммерческих структур;

ь поддержка независимых производителей энергоносителей, прежде всего ориентированных на использование местных и возобновляемых энергетических ресурсов;

ь сохранение целостности электроэнергетического комплекса и ЕЭС России;

ь расширение возможностей привлечения инвестиций на развитие Единой энергетической системы России и региональных энергетических компаний.

В период становления и развития рыночных отношений намечена структурная перестройка в области энергетики и топливной промышленности на ближайшие 10-15 лет. В перспективе Россия должна отказаться от строительства новых крупных тепловых и гидравлических станций, требующих огромных инвестиций и создающих экологическую напряженность.

В результате реализации энергетической стратегии как одного из этапов долгосрочной государственной энергетической политики в России сложатся эффективно развивающиеся топливно-энергетический комплекс и конкурентный энергетический рынок, удовлетворяющие потребности растущей экономики в энергоресурсах и интегрирующиеся в мировые энергетические рынки.

Размещено на Allbest.ru