Факторы, влияющие на размещение электростанций.

Хозяйство России полностью базируется на собственных энергетических ресурсах. Сырьевая база для развития электроэнергетики в России огромна и включает в себя 2 группы энергоресурсов.

К традиционным источникам энергии относят газ, нефть, древесину, уголь, торф, горючие сланцы, уран, графит, свинец. Данные виды энергоресурсов используются на тепловых, атомных и гидроэлектростанциях. Традиционные энергоресурсы также подразделяют на три основные группы:

1. углеводородное сырьё, используемое на тепловых электростанциях (ТЭС)

2. энергия падающей воды, используемая на гидроэлектростанциях (ГЭС)

3. ядерное топливо, используемое на атомных электростанциях (АЭС)

К альтернативным или естественным ресурсам относят солнечную, ветровую, геотермальную энергию, энергию морских приливов энергию воды и течений. Данные источники энергии возобновляются и не приносят существенного вреда окружающей среде и человеку. Важно подчеркнуть, что альтернативная энергетика получает все большее распространение в мире, но пока не имеет глобальный характер. Что касается России, то нетрадиционная электроэнергетика, связанная с использованием именно возобновляемых источников энергии, пока имеет ограниченные реальные перспективы.

Электростанции также подразделяют на типы (виды). Так можно сказать, что электростанции бывают:

1. тепловые - ТЭС, конденсационные - КЭС и теплоэлектроцентрали - ТЭЦ;

2. гидровлические (гидроэлектростанции - ГЭС, гидроаккумулирующие - ГАЭС), приливные - ПЭС;

3. атомные - АЭС;

4. использующие нетрадиционные виды энергии. (схема 1)

По виду используемой энергии выделяют электростанции:

1) Тепловые, работают на традиционном топливе (уголь, мазут, природный газ, торф, сланцы);

2) Атомные, используют энергию ядерного распада;

3) Гидравлические, применяют энергию падающей или передвигающейся воды;

4) Геотермальные, используют энергию тепла земли;

5) Солнечные, работают на солнечной энергии - СЭС (их также называют гелиостанциями);

6) Ветровые, принимают энергию ветра.

По характеру обслуживания потребителей ТЭС бывают:

1) районные (государственные районные электростанции - ГРЭС);

2) центральные, расположенные вблизи центра энергетических нагрузок;

По признаку взаимодействия все электростанции делятся на:

1) системные;

2) изолированные, работающие вне энергосистем.

На размещение разных видов электростанций оказывают влияние различные факторы.

В общем, размещение электростанции зависит от 2 факторов: топливно-энергетический (природный) и потребления энергии (социально-экономический). Раньше до появления электронного транспорта, электроэнергетика ориентировалась главным образом на потребителей, используя привозное топливо. В настоящее время возможность создания высоковольтных линий значительной протяженности и высокого напряжения освобождает электроэнергетику от такого одностороннего влияния.

Таким образом, воздействие факторов на размещение разных видов электростанций такова:

1) на конденсационные электростанции сильно влияют топливно-энергетический (топливно-энергетические ресурсы);

2) на теплоэлектроцентрали решающее действие оказывает потребительский фактор;

3) на гидроэлектростанции - энергетический (водные ресурсы, водный фактор);

4) на атомные решающее воздействие оказывает потребительский фактор (таблица 1).

В XX веке в России менялось отношение к возведению и эксплуатации разных видов электростанций. Вначале первоочередное внимание уделялось ТЭС, затем в 20 - 60-е годы активизировали строительство ГЭС, а в послевоенный период стали строить АЭС. Преобладают тепловые электростанции, что является результатом преимущественного строительства в 30-70-е гг. очень крупных ТЭС, с установкой на них мощных энергоблоков, в районах добычи относительно дешёвого топлива. Строительство ТЭС требует меньше капитальных затрат на единицу мощности и времени, чем сооружения ГЭС и АЭС. В условиях рыночной экономики предпочтение отдается строительству небольших по мощности ТЭС, большое внимание уделяется внедрению новых видов топлива, развитию сети дальних высоковольтных электропередач.

Установленная мощность электростанций зоны централизованного электроснабжения по состоянию на 31 декабря 2006 г. составила 210,8 млн. кВт, из них мощность тепловых электростанций составляет 142,4 млн. кВт (68 процентов суммарной установленной мощности), гидроэлектростанций и гидроаккумулирующих электростанций - 44,9 млн. кВт (21 процент суммарной установленной мощности) и атомных электростанций - 23,5 млн. кВт (11 процентов суммарной установленной мощности). (диаграмма1). [13, с.148]

За последние годы структура производства электроэнергии меняется (таблица 2), поэтому необходимо большое внимание уделять расположению электростанций разных видов на территории страны.

2. Размещение электроэнергетики России

Основной тип электроэнергетики в России - тепловые, работающие на органическом топливе (уголь, газ, мазут, сланцы, торф). На их долю приходится 70% производства электроэнергии. [13, c.234] На размещение тепловых электростанций основное влияние оказывают топливный и потребительский факторы. Потребительскую ориентацию имеют электростанции, использующие высококалорийное топливо, которое экономически выгодно транспортировать. Электростанции, работающие на мазуте, располагаются преимущественно в центрах нефтеперерабатывающей промышленности.

Наиболее мощные ТЭС расположены, как правило, в местах добычи топлива (чем крупнее электростанция, тем дальше она может передавать энергию). ТЭС строятся с относительно небольшими затратами и быстро как возле месторождений топливных ресурсов, так и возле крупных центров потребления энергии. Но они требуют для своего обслуживания значительного количества персонала, довольно плохо регулируются, в больших масштабах сжигают исчерпаемые и невозобновляемые виды минерального топлива - уголь, газ, мазут, торф, сланцы. Коэффициент использования топлива в них довольно низок (не более 40%), а объемы отходов, загрязняющих окружающую среду, очень велики. Тепловые электростанции отличаются надежностью, отработанностью процесса. Важным принципом современного развития и размещения тепловых электростанций является изменение топливного баланса в пользу большего использования газа, а все в меньшей степени будет использоваться в качестве котельно-печного топлива нефть (из-за сравнительно невеликих запасов и дороговизны) и уголь (дорогая транспортировка и значительные загрязняющие качества).

Преимущества тепловых электростанций по сравнению с другими типами электростанций - в относительно свободном размещении, связанном с широким распространением топливных ресурсов в России; способности вырабатывать электроэнергию без сезонных колебаний (в отличие от ГЭС). К недостаткам ТЭС можно отнести использование невозобновляемых ресурсов, низкий КПД (у обычной ТЭС - 37-39 %, у ТЭЦ-70%) [9, c.34], также ТЭС являются загрязнителями атмосферного воздуха (выбрасывают в атмосферу золу, сернистый альдегид, оксиды серы и азота и др.), поглощают огромное количество кислорода и обостряют радиационную обстановку (в частности ТЭС, работающие на угле).

Конденсационные электростанции тяготеют одновременно к источникам топлива и к местам потребления электроэнергии, имеют самое широкое распространение. Насчитывается более 70 КЭС мощностью свыше 1 млн кВт, среди которых крупнейшие (свыше 2 млн кВт) ГРЭС. [9, c.56]

Основную роль играют мощные ГРЭС, обеспечивающие потребности экономического района и работающие в энергосистемах.

Первая ГРЭС "Электропередача", сегодняшняя ГРЭС-3, сооружена под Москвой в г. Электрогорске в 1912-1914 гг., мощностью 15 МВт, работающая на торфе. В 1920-х планом ГОЭЛРО предусматривалось строительство нескольких тепловых электростанций, среди которых наиболее известна Шатурская ГРЭС. [9, c.56]

В европейской части ГРЭС работают в основном на газе и мазуте, а в азиатской - на угле. Крупные ГРЭС размещаются, как правило, в районах добычи топлива и их мощность превышает 2 млн. кВт каждой. Анализ размещения тепловых электростанций на карте показывает, что в европейской части страны основными ареалами ГРЭС являются наиболее мощные индустриальные экономические районы:

· Центральный район, в котором преимущественно на привозном газе и мазуте (последний получают из западносибирской нефти на своих нефтеперерабатывающих заводах) работают такие ГРЭС, как Конаковская и Костромская, мощностью более 3 млн. кВт каждая [17, c.78];

· Уральский район, в котором на местных и привозных углях, мазуте, газа работают Рефтинская, Троицкая, Ириклинская, Пермская ГРЭС, мощностью от 2,4 до 3,8 млн. кВт.;

· Поволжье - Заинская ГРЭС;

· Северо-Западный район, где на привозном сырье работают значительное количество ГРЭС;

В восточных районах страны крупными тепловыми электростанциями являются ГРЭС на углях Канско-Ачинского бассейна: Назаровская, Березовская ГРЭС-1 и ГРЭС-2, Сургутская, Нижневартовская и Уренгойская ГРЭС. В Дальневосточном районе на местных видах топлива работают крупные Нерюнгринская, Гусиноозерская и Харанорская ГРЭС. (таблица 4)

В общероссийских масштабах наиболее крупными (мощностью более 3,5 млн кВт) являются Сургутская (в Ханты-Мансийском АО), Рефтинская (в Свердловской области) и Костромская ГРЭС. Более 2 млн кВт имеют также ГРЭС Киришская около Санкт-Петербурга, Рязанская, Новочеркасская и Ставропольская на Северном Кавказе, Заинская в Поволжье, Пермская, Троицкая и Ириклинская на Урале, Нижневартовская в Западной Сибири и Березовская в Восточной Сибири. [18, c.67] Они обеспечивают электроэнергией большинство районов страны.

В последнее время появились принципиально новые установки на ТЭС:

· газотурбинные (ГТ) установки, в которых вместо паровых применяются газовые турбины, что снимает проблему водоснабжения (на Краснодарской и Шатурской ГРЭС);

· парогазотурбинные (ПГУ), где тепло отработавших газов используется для подогрева воды и получения пара низкого давления (на Невинномысской и Кармановской ГРЭС);

· магнитогидродинамические генераторы (МГД-генераторы), которые преобразуют тепло непосредственно в электрическую энергию (на ТЭЦ-21 Мосэнерго и Рязанской ГРЭС).

К тепловым электростанциям относятся также и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), обеспечивающие теплом предприятия и жильё, с одновременным производством электроэнергии. На ТЭЦ максимальный высокий коэффициент полезного действия (кпд) использования топлива. ТЭЦ размещаются в пунктах потребления пара и горячей воды, поскольку радиус передачи тепла невелик (10-12 км). Создание ТЭЦ возможно только вблизи потребительского тепла - в городах, в поселках при больших заводах и фабриках. В настоящее время на ТЭЦ приходится около 1/3 мощности всех паровых турбин. [13, c.67] Появились крупные ТЭЦ мощностью более 1 млн. кВт, такие как ТЭЦ-21, ТЭЦ-22 и ТЭЦ-23 Мосэнерго и Нижнекаменская ТЭЦ. Самый мощный узел ТЭЦ расположен в Москве и её окрестностях.

2.2 Размещение гидроэлектростанций

Гидравлические установки представлены гидроэлектростанциями (ГЭС) и гидроаккумулирующими электростанциями (ГАЭС). 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. Строительство ГЭС требует решения целого комплекса проблем (орошение земель, развитие водного транспорта и рыбного хозяйства, охрана окружающей среды), и лучшим решением является каскадный принцип строительства, когда ГЭС "нанизываются" на реку. ГЭС выгодно строить на горных реках с большим падением и расходом воды. Российские же ГЭС в большинстве своем равнинные, а следовательно, низконапорные и малоэффективные. В целом по России в настоящее время использована 1/5 часть экономически обоснованного потенциала гидроэнергоресурсов. [9, c.78]

Гидравлические электростанции (ГЭС) находятся на втором месте по количеству вырабатываемой энергии (в 2008-18 %). [13, c.89]. Гидроэлектростанции являются весьма эффективным источником энергии, поскольку используют возобновляемые источники энергии, они просты в управлении (количество персонала на ГЭС в 15-20 раз меньше, чем на ГРЭС) и имеют высокий кпд (более 80%). В итоге производимая на ГЭС энергия самая дешевая, себестоимость производимой на ГЭС энергии в 5-6 раз ниже, чем на ТЭС. Но ГЭС имеют и ряд недостатков: требуют очень больших затрат времени и средств на свое сооружение, подвержены влиянию сезонности режима рек, прямая зависимость от водных ресурсов, загрязнение окружающей среды и водохранилищами затапливаются большие площади ценных приречных земель. Гидроэнергоресурсы, привязанные к рекам, распределяются неравномерно по территории страны. Нaиболее знaчительными потенциaльными гидроэнергоресурсaми рaсполaгaют регионы средней и восточной Сибири, имеющие горный рельеф, множество мaлых и средних рек, a тaкже тaкие речные гигaнты, кaк Енисей, Aнгaрa, Ленa, Aмур. Нa остaльной территории стрaны по гидроэнергетическому потенциaлу выделяются горные республики Северного Кaвкaзa, зaпaдный мaкросклон Урaльского хребтa и Кольский полуостров. Минимaльным потенциaлом рaсполaгaют зaсушливые рaйоны югa России и рaвнин Зaпaдной Сибири. Гидроэнергетический потенциaл нa знaчительной чaсти территории стрaны не используется вообще. В регионaх Сибири лишь Aнгaрский и Енисейский кaскaды ГЭС позволяют использовaть чaсть потенциaлa нaиболее крупных рек. Нa остaльной территории Сибири использовaние свободной энергии движения воды имеет лишь точечный хaрaктер (Новосибирскaя, Усть-Хaнтaйскaя, Зейскaя, Вилюйскaя ГЭС и др.). Нa европейской территории стрaны мaксимaльно возможное количество электроэнергии извлекaется в нижнем течении Волги, хотя потенциaл гидроэнергетики здесь не столь велик из-зa рaвнинного рельефa. В то же время больший по суммaрной мощности, но дисперсно рaспределенный потенциaл рек Кaвкaзa и зaпaдного Урaлa используется слaбее. Необходимо подчеркнуть, что энергодефицитное хозяйство Приморья вообще не имеет ГЭС, хотя этот регион рaсполaгaет большими гидроэнергоресурсaми. По-видимому это связaно с крaйним непостоянством режимa рек в условиях муссонного климaтa с регулярно проходящими тaйфунaми, что ведет к существенному удорожaнию строительствa в связи с проблемaми безопaсности.

От суммарного потенциального размера гидроэнергетических ресурсов России приходится на Дальневосточную зону - 53%, Восточно-Сибирский район - 26%, Центральный район - 1%. [11, c.135]. Практически отсутствуют гидроэнергетические ресурсы в Центрально-Черноземном районе.

Освоение гидроресурсов наиболее эффективно в восточных районах страны, что определяется сочетанием многоводности рек, горного рельефа территории, узости скальных русел, и следовательно созданием большого напора воды. В результате стоимость энергии в 5-6 раз ниже, чем в европейских районах страны. ГЭС восточных районов играли первичную роль в освоении природных ресурсов и развитии производственных сил. На их основе созданы ТПК, специализирующиеся на энергоёмких производствах.

Активное строительство ГЭС в России началось с 1920-х гг. в процессе реализации плана ГОЭЛРО. Для советского гидроэлектростроительства было характерно сооружение каскадов ГЭС. Каскад ГЭС - это группа ГЭС, расположенных по течению реки. В каскадах ГЭС электростанции располагаются ступенями по течению реки, и каждая из них использует энергию водного стока. Каскады ГЭС сооружены на Волге и Каме, на Иртыше, на Ангаре и Енисее, на мелких реках Карелии и Кольского полуострова, на притоках Амура, на Вилюе, на Свири. На крупных равнинных реках созданы гидроузлы, состоящие из плотины, водохранилища, шлюзов. Возведение гидроузлов позволяет одновременно решать несколько задач: вырабатывать электроэнергию, орошать земли, обеспечивать хозяйство водой, улучшать условия судоходства, способствовать поддержанию рыбоводства и рыболовства.

Основные каскады ГЭС находятся в:

· Восточно-Сибибирском экономическом районе (Ангаро-Енисейский каскад);

· Поволжском районе (Волжско-Камский каскад)

Наиболее мощным в России является Ангаро-Енисейский каскад ГЭС (мощностью около 22 млн кВт), состоящий из пяти станций, четыре из которых являются крупнейшими в России. Это Саянская (6,4 млн кВт) и Красноярская ГЭС (6.0 млн кВт) на Енисее, Братская (4.3 млн кВт) и Усть-Илимская (4.3 млн кВт) ГЭС на Ангаре. На ангаре действуют также Иркутская ГЭС и продолжается сооружение Богучанской ГЭС. [13, c.45] (таблица 4)

Мощные ГЭС европейской части страны созданы на равнинных реках, в условиях мягких грунтов. Большую мощность имеет Волго-Камский каскад ГЭС (около 11,5 млн кВт), включающий 11 электростанций. Самыми крупными в его составе являются Волжская (2,5 млн кВт) и Волгоградская (2,3 млн кВт) ГЭС. [15, с.3]

Мощность более 2 млн кВт будут иметь также Бурейская ГЭС на Дальнем Востоке, на которой действует пока только первая очередь. Мощные электростанции действуют на Оби (Новосибирская), Дону (Цимлянская в Ростовской области), Зее (Зейская в Амурской области).

Разновидностью ГЭС являются также гидроаккумулирующие станции (ГАЭС). В европейской части страны очень перспективно развитие данного вида электростанций. ГАЭС требуют постройки не одного, а двух водохранилищ на разных уровнях. Во время пика потребления энергии (днём) они работают как обычные ГЭС, а во время спада потребления (ночью) ГАЭС гасят пики потребления и обеспечивают большую равномерность работы других станций. ГАЭС сооружаются около крупных городов, где наблюдается наибольшая разница между пиками и спадами потребления энергии. Они могут строиться на любых реках, но работают они только во взаимодействии со станциями других типов. В России построена Загорская ГАЭС, мощностью 1,2 млн. кВт (крупная ГАЭС находится около города Сергиев Посад в Московской области) и строится Центральная ГАЭС (3,6 млн. кВт). [13, c.135]

Экономический потенциал районов европейской части России в значительной мере использован, в то время как в восточных районах, обладающих огромными гидроэнергетическими ресурсами, его использование невелико (за исключением Восточной Сибири). Гидростроительство в Сибири и на Дальнем Востоке затруднено.

В настоящее время развитие гидроэнергетики в России ориентируется на строительство малых и средних ГЭС, не требующих значительных инвестиций и не создающих экологической напряженности.

2.3 Атомные электростанции и их размещение на территории России

Атомные электростанции (АЭС) вырабатывают 10 % электроэнергии в стране. При этом на АЭС приходится большая часть энергии, вырабатываемой в Центрально-Черноземном районе. Главное достоинство АЭС - небольшое количество используемого топлива. Вследствие чего АЭС могут быть построены в любых энергодефицитных районах. К тому же запасы урана на Земле превышают запасы традиционного минерального топлива, а при безаварийной работе АЭС незначительно воздействуют на окружающую среду.

В нашей стране мощные АЭС расположены:

· в Центральном

· в Центрально-Черноземном районах,

· на Севере,

· на Северо-Западе,

· на Урале,

· в Поволжье

· и на Северном Кавказе.

Производство энергии в России ведется на девяти крупных АЭС, на которых действуют 29 энергоблоков. Самыми мощными из них являются Ленинградская, Курская и Балаковская - по 4 млн кВт каждая. Мощность 2 млн кВт и более имеют также Смоленская и Тверская АЭС. Значительно производство на станциях Кольской (в Мурманской области), Нововоронежской, Курской и Белоярской (в Свердловской области). На Чукотке работает небольшая Билибинская АЭС. Вступила в строй Ростовская АЭС, строительство которой несколько лет было заморожено после аварии на Чернобыльской АЭС. [17, c.213] (таблица 5)

За последние 10-15 лет доля производства энергии на АЭС в России выросла более чем в два раза. Теперь свыше десятой части производства электроэнергии приходится на АЭС. Этому способствовало то, что сырьевой фактор не играет роли при размещении АЭС, они ориентируются исключительно на потребителя.

Первой АЭС России является Обнинская (в Калужской области), построенная в 1954 году. Затем АЭС сооружались в наиболее густонаселенных и часто уязвимых с экологической точки зрения местах, что вызывало недовольство общественности. В России начиная с 1970-х гг. был взят курс на создание крупномасштабной ядерной электроэнергетики. После катастрофы на Чернобыльской АЭС под влиянием общественности в России приторможены темпы развития атомной электроэнергетики. Согласно международным рекомендациям, устанавливаются новые принципы размещения: не ближе 25 км от городов с численностью более 100 тыс жителей для АЭС и не ближе 5 км для АСТ; ограничение мощности АЭС до 8, а АСТ до 2 млн кВт.

При строительстве АЭС необходимо учитывать, по крайней мере, пять групп факторов:

· экономические (прямые капиталовложения);

· природоохранные и природные факторы (изменение ландшафта, ущерб природе, значительные потери воды, увеличение количества туманных дней и т.д.);

· социально-экономические факторы (социально-экономические изменения при осуществлении того или иного проекта, жилищное строительство, создание развитой инфраструктуры, строительство дорог и т.д.);

· здоровье и безопасность населения (удаление объектов от городов, иные меры по обеспечению безопасности).

· с недавнего времени появился еще один фактор - общественное мнение (желание или нежелание населения иметь в непосредственной близости ядерноэнергетический объект).

Строительство АЭС предъявляет жесткие требования к геологическим и инженерным разработкам. Выбор площадки для размещения АЭС должен производиться с учетом санитарных, метеорологических, сейсмических и гидро-геологических условий района. К сожалению, при размещении АЭС на территории бывшего СССР эти требования часто нарушались (Ровенская, Игналинская АЭС построены вблизи разломов европейской плиты - не соблюдены требования сейсмичности; Калининская, Нововоронежская построены на грунтах, которые по прочности не соответствуют норме; Димитровградская расположена в области близкого залежания грунтовых вод.

Но несмотря на это появляются также новые виды АЭС. Наряду с традиционными АЭС создаются АТЕЦ - атомные теплоэлектроцентрали и АСТ - атомные сети теплоснабжения. АТЭЦ производят электрическую и тепловую энергию, АЭС - только тепловую. На Чукотском полуострове в поселке Билибино работает АТЭЦ.

2. Размещение электростанций, использующих альтернативные источники энергии