Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт

Тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование


Понятие об энергосистемах и их роли в энергетике

В настоящее время за редким исключением все электростанции, в том числе и атомные, работают в составе энергетических систем.

Энергосистема - это совокупность электрических станций, подстанций, котельных, электрических и тепловых сетей, связанных между собой общностью режима в непрерывном процессе производства и распределения электрической и тепловой энергии и имеющих централизованное оперативное управление, осуществляемое диспетчерской службой.

Отметим сразу, что процесс производства и распределения электроэнергии не может быть завершен на отдельной станции, он завершается в системе, которая поэтому является основным технологическим звеном в энергетической отрасли.

Далее будет говориться в основном об электроэнергетических системах, поскольку тепловую энергию атомные станции производят, как правило, только для теплоснабжения производственных корпусов на своей площадке и пристанционных поселков и не связаны по тепловым сетям с другими станциями.

Техническую основу электроэнергетики России составляют примерно 450 тепловых, гидравлических и атомных электростанций, общей мощностью более 200 ГВт, а также более 2,5 млн км линий электропередачи (ЛЭП), в том числе более 150 тыс. км системообразующих ЛЭП напряжением более 220 кВ.

Установленные мощности электростанций трех основных типов показаны в табл. 1.1.

Электрические сети, включающие линии электропередачи и подстанции, являются второй важнейшей составляющей электроэнергетической системы. Они не только соединяют электростанции и потребителей, но во многом определяют возможности системы, надежность и устойчивость ее работы, способность противостоять аварийным ситуациям. Говоря иными словами, режим системы как совокупности станций, подстанций и ЛЭП определяется не только возможностями выработки энергии на электростанциях, но и необходимостью гарантированно довести эту энергию до потребителей при сохранении ее качественных показателей.

Каждая ЛЭП рассчитывается на пропуск определенной мощности. Ее превышение не только вызовет большие потери и недопустимое снижение напряжения у потребителей, но и может привести к нарушению устойчивости параллельной работы станций, к системной аварии (подробнее - в разделе 3.5).

Чтобы уменьшить потери, ведется постоянная работа по повышению напряжения на ЛЭП, передающих большие мощности на дальние расстояния. Тем не менее общие потери в линиях электропередач составляют заметную (около 10 %) величину вырабатываемой энергии.

Основную задачу электроэнергетической системы можно сформулировать как обеспечение полного и бесперебойного удовлетворения потребностей в энергии предприятий промышленности, сельского хозяйства и электрофицированного транспорта, а также коммунально-бытовых нужд населения. Выполнение этой задачи обеспечивается, с одной стороны, плановым развитием системы с учетом перспектив роста потребности в электроэнергии, с другой - правильной эксплуатацией оборудования и оптимальным планированием сроков проведения его ремонтов.

Поскольку АЭС работают в составе энергосистем при их эксплуатации приходится учитывать особенности технологического процесса в электроэнергетике, отличающие этот процесс от неэнергетических производств.

Важнейшей из особенностей является неразрывность процесса производства, передачи и потребления электроэнергии в связи с невозможностью аккумулирования ее в сколь-либо крупных масштабах (в других отраслях промышленности возможно складирование промежуточной и (или) конечной продукции). Это значит, что нельзя произвести электроэнергию, не имея потребителя ее. Неразрывность процесса вызывает необходимость поддерживать суммарную нагрузку электростанций в любой момент времени в точном соответствии с потреблением (включая и потери в электросетях, расход энергии на собственные нужды станций, перетоки мощности в другие энергосистемы и т.п.). Учитывая, что нагрузка потребителей не остается неизменной, приходится постоянно менять суммарную нагрузку станций. Несоответствие генерации с потреблением недопустимо, так как оно приводит к нарушению показателей качества энергии - отклонениям частоты и напряжения от установленных значений, а в отдельных случаях - к возникновению в энергосистеме аварийных ситуаций. Это обстоятельство вынуждает постоянно согласовывать режим работы каждой электростанции с режимом системы.

Другая особенность технологического процесса энергосистемы - тесная взаимосвязь режима работы всех элементов, входящих в систему. Изменение нагрузки любой электростанции (отключение блока, агрегата) вызывает изменение нагрузки других станций, зачастую отстоящих на десятки и сотни километров, аналогично влияет включение или отключение транзитной линии электропередачи, крупного потребителя. В результате таких событий могут измениться и параметры противоаварийной готовности системы. При этом оперативный персонал конкретной станции не всегда может знать и судить о процессе, происходящем в системе.

Именно поэтому процесс производства, распределения и потребления электроэнергии не может быть завершен на отдельной станции, он завершается в системе, которая является единым непрерывно действующим организмом, могущим успешно работать только при взаимосогласованной работе всех его частей. А это, в свою очередь, может быть достигнуто только при круглосуточном руководстве режимом как системы в целом, так и наиболее важных ее элементов из единого центра. Такими центрами являются диспетчерские службы энергосистем.

Следует отметить также быстротечность переходных процессов в электроэнергетической системе, длящихся от тысячных долей секунды до секунд. Обслуживающий персонал не в состоянии своевременно обнаружить начало и предотвратить развитие таких процессов. Поэтому контроль и управление режимами энергосистемы требуют обязательного применения специальных автоматических устройств. К ним относятся в первую очередь устройства, обеспечивающие предотвращение и эффективную локализацию аварий. Для регулирования и управления режимом системы, его оптимизации в последние десятилетия всё больше используют электронные вычислительные машины. С их помощью осуществляются сбор, обработка, отображение и документирование оперативной информации, контроль за выходом текущих параметров режима (включая вычисляемые) за установленные пределы, сигнализация об отклонениях, наконец, формируются команды автоматического управления, где это возможно.

Эксплуатация АЭС. Ч. 1 Работа АЭС в энергосистемах. Ч. II. Обращение с радиоактивными отходами: Учебное пособие. М.: НИЯУ МИФИ, 2011.

Экспертиза

на главную