Файл: Курс лекций для студентов электроэнергетиков Направление подготовки 140400 Электроэнергетика.doc

Кроме того, иерархичность системы диспетчерского управления ЕЭС России определяется значительными территориальными размерами российской энергосистемы. Ее протяженность составляет более 7000 км с запада на восток и более 3000 км с севера на юг.

1.3.3.2. Территориальный аспект управления функционированием ЕЭС России
ЕЭС России состоит из 6 параллельно работающих ОЭС: Центра, Северо-Запада, Средней Волги, Северного Кавказа, Урала и Сибири, которые в свою очередь связаны как с ОЭС и ЭЭС бывшего СССР -Беларуси, Украины, Казахстана, Прибалтики (в ее состав входят ЭЭС Латвии, Литвы и Эстонии), Закавказья (в ее состав входят ЭЭС Армении, Азербайджана и Грузии), так и ЭЭС Польши, Финляндии, Турции, Монголии, Норвегии [8].

Кроме того, в состав ЕЭС России входит ОЭС Востока, которая связана слабой межсистемной связью 220 кВ с ОЭС Сибири. В России функционируют 73 районные ЭЭС (АО-энерго), из них 66 - входят в состав ЕЭС России. В ОЭС Востока параллельно работают три ЭЭС: Амурская, Хабаровская и Дальневосточная, остальные четыре ЭЭС на востоке России работают изолированно.

Совместная работа в ЕЭС России более 500 тепловых, 9 атомных и более 100 гидроэлектростанций позволяет реализовать следующие преимущества, называемые системным эффектом:

• 
  снижение потребности в установленной мощности электростанций за счет:
  

- совмещения максимумов нагрузки в результате разницы в поясном времени и в конфигурации графиков нагрузки;

- сокращения оперативного резерва за счет малой вероятности совпадения аварийных ситуаций в нескольких системах;

- снижения резервов для проведения плановых ремонтов за счет различий энергосистем по плотности годовых графиков нагрузки и структуре генерирующих мощностей;

• 
  повышение гарантированной мощности ГЭС за счет увеличения суммарной гарантированной мощности вследствие асинхронности стока по разным речным бассейнам и использования многолетнего регулирования водохранилищ в интересах соседних ЭЭС;
  
• 
  более полное использование вводимой мощности за счет снижения разрывов мощности и запертой мощности в крупной системе.
  
• 
  рационализация структуры энергосистем за счет:
  

- использования на электростанциях дешевых, но малотранспортабельных энергетических ресурсов с передачей электроэнергии в соседние системы, вовлечения в баланс дополнительных топливно-энергетических ресурсов, в т.ч. возобновляемых;

---

- увеличения использования пиковой и свободной мощности ГЭС в интересах объединенной энергосистемы;

- рационального использования электростанций по экологическим условиям.

Режимы работы ЕЭС России осложнены тем, что ряд ОЭС и ЭЭС России связаны с основной частью ЕЭС через сети ОЭС и ЭЭС, не входящие в состав ЕЭС России. Основная межсистемная связь 500 кВ между ОЭС Сибири и Урала проходит по территории Казахстана. Основной поток мощности между ОЭС Центра и Северного Кавказа проходит по ЛЭП ОЭС Украины. ЭЭС Калининграда связана с ОЭС Северо-Запада через ЭЭС Литвы.

ОЭС Северо-Запада передает электроэнергию в Финляндию, которая входит в состав ОЭС Nordel, через вставку постоянного тока.

Передачу электроэнергии между почти всеми ОЭС России обеспечивают в основном ЛЭП 500 и 220 кВ.

Иерархическая (централизованно-ступенчатая) система диспетчерского управления ЕЭС России имеет три ступени: Центральное диспетчерское управление (ЦДУ) ЕЭС, объединенные диспетчерские управления (ОДУ) ОЭС, центральные диспетчерские службы (ЦДС) ЭЭС.

В оперативном ведении диспетчера:

ЭЭС находится все оборудование данной энергосистемы, обеспечивающее производство и распределение электроэнергии, оперативное управление энергетическими объектами, играющими особо важную роль в ОЭС и ЕЭС, только в виде исключения оно может быть поручено диспетчеру ОДУ или ЦДУ;

ОДУ находятся суммарная рабочая мощность и резерв мощности ЭЭС, электростанции и агрегаты большой мощности, межсистемные связи и объекты основных средств, влияющих на режим ОЭС; в оперативное управление диспетчера ОДУ передается оборудование, операции с которым требуют координации действий диспетчеров ЭЭС;

ЦДУ ЕЭС находятся суммарная рабочая мощность и резерв мощности ОЭС, электрические связи между ОЭС, а также важнейшие связи внутри ОЭС и объекты, режим работы которых решающим образом влияет на режим работы ЕЭС.

---

2. предпосылки и история развития энергетики

и энергетических систем

2.1. Экономические и научно-технические предпосылки

развития энергетики
Создание энергетических установок и развитие энергетики было обусловлено двумя основными экономическими предпосылками (факторами), влияние которых в разной степени проявлялось в различные периоды развития человеческого общества. Первый фактор – это необходимость повышения производительности труда (экономической деятельности) человека [16]. Производительность труда – это количество произведенной продукции в единицу времени. Ее повышение возможно за счет выполнения больших объемов работы в единицу времени, что в свою очередь требует использования различных технических средств, приводимых в действие энергетическими установками. Этот фактор является определяющим в развитии энергетики с начала промышленной революции в XVIII веке по настоящее время.

Улучшение условий труда и качества жизни при использовании энергии является второй важное предпосылкой формирования и развития энергетики. В наибольшей степени, влияние этого фактора проявлялось на начальном этапе развития человечества около 1 млн. лет назад, когда человек начал использовать огонь для обогрева жилища, приготовления пищи, защиты от диких животных. Впоследствии, человек стал использовать силу мускульную силу животных, еще позднее, на заре нашей эры, в практическую деятельность вошли водяные и ветряные установки, господство которых продолжалось вплоть до появления паровых машин.

Создание универсального парового двигателя в период промышленной революции позволило преодолеть главные недостатки ветряного и водяного колеса (привязанность к местным условиям и непостоянство отдаваемой мощности).

Открытия электрических и электромагнитных явлений в XIX веке создание первых электростанций открыло новый этап развития общества, продолжающейся до настоящего времени, основой которого является электрификация. Она позволяет повышать производительность труда, формировать новые технологии и процессы, создавать новые материалы, автоматизировать процессы, улучшать условия труда и качество жизни. Кроме этого, электрификация является в настоящее время основой научно-технического прогресса, поскольку большая часть технологических решений ориентирована на использование электрической энергии.

Электрическая энергия, в свою очередь, обладает следующими свойствами, обусловившими ее широкое применение во всех сферах человеческой деятельности [17]:

---

• 
  способностью относительно легкого получения и обратного превращения в другие виды энергии;
  
• 
  способностью к передаче на большие расстояния с высоким КПД;
  
• 
  способностью к концентрации при производстве и неограниченному делению при использовании.
  

Основной проблемой и актуальной научной задачей является обеспечение возможности накопления (складирования) электрической энергии в больших объемах для использования в те периоды времени, когда она наиболее востребована потребителями. В настоящее время наиболее экономичным способом аккумулирования электрической энергии является ее преобразование в механическую на ГАЭС.

Таким образом, качественные ступени развития энергетики можно представить в следующем виде [18]:

1. Биоэнергетика - использование в качестве источника механической работы биологической энергии человека и животных.

2. Механическая энергетика - использование механической энергии потоков воды и воздуха.

3. Теплоэнергетика - использование в качестве источника механической работы теплоты, выделяющейся при сжигании топлива.

4. Современная комплексная энергетика - преимущественное использование в качестве первичной энергии тепловой и гидравлической, а в качестве вторичной - электрической энергии.

5. Атомная энергетика - использование энергии ядерных реакций.

Каждый переход на новый этап был обусловлен не только трансформацией экономических отношений, но также и получением обществом новых знаний и технологий, потребность в которых удовлетворялась учеными и практиками, работавшими в различных странах мира.
2.1.1. Научно-технические предпосылки развития энергетики
Зарождение промышленной революции связано, прежде всего, с научными открытиями и изобретениями в сфере теплоэнергетики. Промышленный переворот представлял собой замену ручного ремесленного и мануфактурного производства машинным фабрично-заводским производством. Революция в промышленности началась в середине XVIII веке в Англии с возникновением и внедрением в производство технологических машин, заменявших искусную руку рабочего. Первыми такими машинами оказались ткацкие станки, в которых ручное перемещение челнока было заменено механическим, и прядильные стан­ки, в которых были применены механическая вытяжка и кручение нити. Ручной привод очень скоро уступил место конному. В 1769 году в Англии была запатентована машина с большим количеством веретен и приводом от водяного колеса.

---

Ранние попытки создания теплового двигателя как двигателя, не зависящего от местных условий, были связаны с решением задачи водоподъема [18]. Устройством такого рода, в котором двигатель конструктивно слит с потребителем энергии, явился паровой водоподъемник англичанина Т. Севери, запатентованный им в 1698 г. В установке Севери двигатель был уже отделен от котла и в то же время объединен с насосом, поверхность воды в котором служила как бы общим поршнем для двигателя и насоса(рис. 2.1).


Рис. 2.1. - Паровая водоподъемная машина Т. Сэвери:

1 - котел, 2 - бак с водой, 3 - приемная емкость, 4 - источник воды; А, Б - клапаны
Вентиль на паровом котле открывался, пар вытеснял воздух из 2, при этом клапан А открывался (клапан Б закрыт) и вода попадала в 3. Потом 2 охлаждался водой, в нем резко падало давление, образовывался вакуум, подсасывалась вода из 4 через клапан Б (А закрыт) и цикл повторялся. Модель машины с успехом демонстрировалась Королевскому обществу.

В 1705 году был выдан патент кузнецу и железоторговцу Т. Ньюкомену на водоподъемную машину, в которой впервые использовались цилиндры с поршнем (рис. 2.2).


Рис. 2.2. - Паровая машина Ньюкомена:

1 - насос, 2 - источник воды, 3 - емкость, 4 - коромысло, 5 - рабочий цилиндр, 6 - емкость с водой, 7 - котел; A,B, - клапаны, C,D - краны

Поршень насоса 1 под действием собственного веса опускался вниз, вода из цилиндра вытеснялась в емкость 3 (В - открыт, А - закрыт). В это время рабочий цилиндр 5 был заполнен паром, поступившим из парового котла 7 (D - открыт, С - закрыт). Коромысло 4 наклонялось влево, толкало поршень насоса 1. Затем рабочий цилиндр охлаждался водой снаружи (после усовершенствования впрыскивал воду в цилиндр) пар в 5 конденсировался, и давление падало ниже атмосферного. Впрыск воды из емкости 6 открывал кран С. В рабочем цилиндре 5 образовывался вакуум, и поршень под действием атмосферного давления опускался вниз, коромысло 4 поворачивалось вправо, поршень насоса 1 поднимался, клапан А открывался, цилиндр насоса заполнялся водой из 2. Цикл повторялся. Машина поэтому называлась атмосферной.

Уже к 1770 году на севере Англии работало около 100 машин, а к 1780 году на Корнуэльских оловянных рудниках (юго-запад Англии) работало не менее 70 машин [18].

---