Современное состояние электроэнергетики России

Данные о производстве электроэнергии более чем семистами электростанциями России приведена в табл. 1.4.

Единая энергосистема России — один из крупнейших в мире высокоавтоматизированных электроэнергетических комплексов, обеспечивающих производство, передачу и распределение элект­роэнергии и централизованное оперативно-диспетчерское управление этими процессами. В составе ЕЭС России параллельно рабо­тают около 450 крупных электростанций различной ведомственной принадлежности суммарной мощностью более 200 млн. кВт, экс­плуатируются свыше 2,5 млн. км линий электропередачи различ­ных напряжений, в том числе 30 тыс. км системообразующих ЛЭП напряжением 500, 750, 1150 кВ.

Анализ баланса распределения электроэнергии в России (табл. 1.5) показывает, что при практически неизменном за по­следние годы объеме поставок электроэнергии за границу сум­марное ее потребление внутри страны в связи с глубоким эконо­мическим кризисом в 1990-е гг. сокращалось в среднем примерно на 1,5 % в год. В то же время при снижении объема производства промышленной продукции в России на 9,1 % потребление элект­роэнергии в стране в целом уменьшилось лишь на 4%, а в промышленности — на 4,3 %. Такие соотношения указывают на повышение удельной электроемкости промышленного производ­ства.

В связи с наметившейся в 1999 г. стабилизацией экономики в стране на перспективу до 2015 г. прогнозируется повышение по­требления электроэнергии опережающими темпами по сравнению с ростом объемов производства и услуг в промышленности, сель­ском хозяйстве, на транспорте и в быту.

 

Таблица 1.4. Производство электроэнергии в России электростанциями разных типов

Таблица 1.5. Баланс распределения электроэнергии в России

 

ВЛИЯНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ И ОСНОВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ

ПО ЕЕ ОХРАНЕ

Любая деятельность человека, требующая производства энер­гии и превращения ее в формы, пригодные для конечного ис­пользования, оказывает сопутствующие воздействия, которые при достижении определенного уровня наносят ущерб окружающей среде. Воздействия такого рода возникают как на тепловых элект­ростанциях, преобразующих энергию различных видов органи­ческого топлива в электрическую, так и на гидравлических элек­тростанциях, у которых в отличие от тепловых нет никаких вред­ных выбросов в атмосферу.

Степень загрязнения тепловыми электростанциями окружаю­щей среды зависит от типа и мощности ТЭС. Выбросы диоксида серы, оксида азота, оксида углерода, а также золы имеют место на всех ТЭС, разница заключается только в объеме этих выбросов. В окружающую среду с подогретой водой и горячими газами рас­сеивается более 60 % исходной энергии топлива. Это является ха­рактерным показателем используемых в настоящее время термо­динамических циклов. Указанные потери теплоты не могут быть радикально снижены при дальнейшем совершенствовании существующей технологии паротурбинных электростанций, если не принимать во внимание комбинированное производство теплоты и электроэнергии, доля которого в общем производстве энергии ограничена. Необходимо учитывать, что выработанная энергия в процессе ее передачи и потребления также в значительной мере превращается в теплоту и рассеивается в окружающую среду — природные водоемы и атмосферу.

При подборе места сооружения ТЭС нужно уделять особое вни­мание выбору площадей для золоотвалов, имеющих внушитель­ные размеры. Так, для первой очереди Рязанской ГРЭС отвал шла­ков занял площадь более 150 га.

Если раньше гидроэлектростанции считались чистыми и без­вредными предприятиями по выработке электроэнергии, то в последнее время их подвергают критике из-за затопления обшир­ных территорий.

Замедление течения рек из-за сооружения плотин ГЭС ведет к загрязнению воды, появлению вредных сине-зеленых водорослей, которые способствуют размножению бактерий, несущих эпиде­мии. Искусственно созданные водохранилища преимущественно низконапорных электростанций занимают большие площади, что вызывает размыв и переформирование берегов, нарушение режи­ма рыбного хозяйства, изменения микроклимата, приводящие иногда к природному дискомфорту (туманы, повышенная влаж­ность и т.д.).

Как показала авария на Чернобыльской АЭС, атомные элект­ростанции могут оказать крайне вредное влияние на биосферу. За рубежом нередки весьма пессимистические высказывания в отно­шении безопасности работы АЭС и хранения ядерных отходов. Ряд ученых считают, что развитие ядерной энергетики создает потен­циальную опасность для жизни всего человечества.

Передача электроэнергии на расстояние связана с сооружени­ем ЛЭП и отводом под них значительных полос земли. Создавае­мые ЛЭП электромагнитные поля вызывают помехи в системах связи, неблагоприятно влияют на человека и все живые организ­мы. В настоящее время это влияние еще плохо изучено; проблема приобретет особую остроту при переходе Единой энергетической системы на напряжение 500...750 кВ и использовании сверхвысо­ких напряжений 1150, 1500 и 3000 кВ.

Ведущиеся в настоящее время работы по компенсации элект­ромагнитных полей от высоковольтных ЛЭП (в частности, путем расщепления фаз и создания в этих фазах сдвига максимумов) позволяют делать обнадеживающие прогнозы.

В интересах нынешнего и будущих поколений в России прини­маются необходимые меры для охраны и научно обоснованного рационального использования земли и ее недр, водных ресурсов, растительного и животного мира, для сохранения в чистоте воз духа и воды, обеспечения воспроизводства природных богатств и улучшения окружающей среды.

В настоящее время поставлены задачи по совершенствованию технологических процессов в целях сокращения выбросов вред­ных веществ в окружающую среду и улучшения очистки отходя­щих газов от вредных примесей, увеличения выпуска высокоэф­фективных газопылеулавливающих аппаратов, водоочистного обо­рудования, а также приборов и автоматических станций контроля за состоянием окружающей среды.

При использовании природных ресурсов необходимо соблю­дать следующие основные правила:

мероприятия по охране природы выполнять на научной осно­ве;

местные интересы подчинять общенародным, а интересы те­кущего момента — интересам будущего;

немедленно проводить в жизнь регламентирующие указания по использованию природных ресурсов.

К мероприятиям по борьбе с загрязнением атмосферы элект­ростанциями, транспортом и промышленными предприятиями относятся:

увеличение высоты труб на электростанциях и металлургичес­ких комбинатах для обеспечения                                       норм выбросов сернистых отхо­дов и рассеяния оксидов азота;

применение ротоклонов, электрофильтров и механических зо­лоуловителей, обеспечивающих  улавливание до 99,5 % вредных примесей;

удаление оксидов серы из дымовых газов;

улучшение сжигания топлива;

удаление серы из топлива;

переход на малосернистое топливо;

переход в городах на централизованное теплоснабжение, что­бы избежать загрязнения воздуха от мелких котельных;

переход в больших городах на электрификацию процессов в коммунальном хозяйстве и в быту, включая отопление;

внедрение безотходных технологий в промышленности и на транспорте;

строгое соблюдение санитарных норм для всех источников, за­грязняющих атмосферу.

Основными мероприятиями по борьбе с загрязнением воды являются:

внедрение оборотных систем водоснабжения;

создание надежных очистных сооружений;

внедрение новых безотходных технологий;

разработка и применение новых санитарных норм.

Охрана почвы и ландшафта является важным звеном комплекс­ной проблемы охраны окружающей среды. Предприятия, организации и учреждения, разрабатывающие месторождения полезных ископаемых открытым или подземным способом, производящие геологоразведочные, строительные или иные работы на предос­тавленных во временное пользование сельскохозяйственных зем­лях или лесных угодьях, обязаны за свой счет приводить эти зе­мельные участки в состояние, пригодное для использования в сель­ском, лесном или рыбном хозяйстве.

В связи с этим необходимо производить рекультивацию земель, в целях борьбы с эрозией почвы сажать лесозащитные полосы. Для уменьшения расхода плодородной земли под полосы отчуж­дения следует шире использовать кабельные линии, вести разра­ботку сверхпроводящих и криогенных НЭП.

Открытые распределительные устройства, занимающие боль­шие территории в городах, в будущем будут выполняться закры­тыми и размещаться под землей.

Для уменьшения загрязнений окрестностей ТЭС твердыми от­ходами предпринимают меры к поставке на электростанции топ­лива с меньшим содержанием породы, а также всемерно увели­чивают масштабы использования золы и шлака для строитель­ства.

ВОПРОСЫ БЕЗОПАСНОСТИ, СВЯЗАННЫЕ С НЕЙТРАЛЯМИ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК

Нейтралью называют общую точку обмоток многофазных гене­раторов, трансформаторов, а также провод, соединенный с этой точкой. Заземленная нейтральная точка (или провод) называется нулевой. Конструктивное исполнение заземления нейтралей или изолирования их от земли оказывает большое влияние на без­опасность эксплуатации электроустановок.

Электроустановки трехфазного переменного тока напряжени­ем до и выше 1000 В работают как с изолированной, так и с за­земленной нейтралью. В сети с изолированной нейтралью (рис. 1.5) нейтрали генераторов и трансформаторов изолированы от земли или связаны с заземляющим устройством через аппараты, имею­щие большое сопротивление (например, трансформаторы напря­жения), либо через реакторы и катушки, компенсирующие емко­стный ток сети.

При нарушении изоляции одной фазы в какой-либо точке сети с изолированной нейтралью возникает однофазное замыкание на землю. Напряжение этой фазы относительно земли становится рав­ным нулю, напряжение двух других фаз относительно земли — равным междуфазному напряжению, а зарядные токи этих двух фаз увеличиваются в 3 раза по сравнению с зарядным током од­ной фазы в нормальном режиме работы.

 

Рис. 1.5. Сеть с изолированной нейтралью:

а — нейтраль полностью изолирована; б — в нейтраль включена катушка, ком­пенсирующая емкостный ток сети; в — в нейтраль включена обмотка трансфор­матора напряжения; 1 — нейтраль; 2 — компенсирующая катушка; 3 — транс­форматор напряжения

Из-за малой величины ток замыкания практически не влияет на систему междуфазных напряжений и режим работы приемни­ков электроэнергии. Поэтому при замыкании на землю в сети с изолированной нейтралью допускается не отключать линию пи­тания в течение 2 ч, необходимых для обнаружения места по­вреждения и устранения замыкания.

Для исключения перехода однофазного замыкания в между­фазное определяют допускаемый ток I_доп., который, протекая в течение 1...2 ч, не вызывает перехода в междуфазное короткое замыкание. Значение I_доп. находится в пределах от 5 до 30 А. Ниж­ний предел принят для генераторов, верхний — для кабелей на­пряжением 6 кВ. Для воздушных линий напряжением 35 кВ I_доп. = 10 А, для кабелей напряжением 10 кВ — I_доп. = 20 А.

В России с изолированной нейтралью работают следующие сети:

трехфазные сети напряжением 3...35 кВ;

трехфазные трехпроводные сети напряжением до 1000 В;

двухпроводные сети постоянного тока напряжением до 1000 В;

все сети напряжением до 1000 В, для которых требуются за­щитные меры, не связанные с защитным заземлением (напри­мер, двойная изоляция) по условиям охраны труда.

 

 

 

Рис. 1.6. Сеть с заземленной нейтралью:

а — глухое заземление нейтрали; б — глухое заземление нейтрали через транс­форматор тока; в — трехфазная четырехпроводная сеть с заземленным нулевым проводом; 1 — нейтраль; 2 — заземление; 3 — трансформатор тока; 4 — нулевой провод

 

В сети с заземленной нейтралью (рис. 1.6)нейтрали генерато­ров и трансформаторов присоединены к заземляющим устрой­ствам непосредственно или через малое сопротивление (напри­мер, трансформатор тока). Заземление нейтрали является рабо­чим, оно обеспечивает работу электроустановки в нормальных и аварийных условиях.

Если ток замыкания на землю превышает допустимый для эле­ментов данной сети, то для снижения основной емкостной со­ставляющей тока в месте повреждения нейтраль соединяют через настроенные индуктивности (дугогасящие катушки), благодаря чему ток в месте замыкания может оказаться равным нулю. Дугогасящие катушки, существенно уменьшая ток замыкания на зем­лю, исключают возможность возникновения устойчивой дуги и уменьшают вероятность перехода замыкания фазы на землю в междуфазное короткое замыкание. Такие сети называют сетями с   резонансно-заземленной нейтралью.

В сетях с глухозаземленной нейтралью большие токи однофаз­ного короткого замыкания являются причиной усложнения и удо­рожания заземляющих устройств, но при этом изоляция фазных проводов может быть рассчитана на фазное напряжение (а не на междуфазное, как в предыдущих двух случаях), что особенно су­щественно при напряжениях 110 кВ и выше.

Для повышения надежности питания потребителей при частых отключениях из-за замыканий на землю эффективно применять автоматическое повторное включение.

Для ограничения тока короткого замыкания до значений, не превышающих ток трехфазного короткого замыкания, в системах электроснабжения применяют заземление нейтралей не всех ра­ботающих трансформаторов, а только их части. Число заземлен­ных нейтралей регулируется диспетчером системы электроснаб­жения.

Для возможности разземления нейтралей применяют однопо­люсные заземлители ЗОН, параллельно с которыми устанавлива­ются разрядники. Разрядник защищает изоляцию нулевых выво­дов обмоток на случай работы с разземленной нейтралью. Этот разрядник выбирают по классу изоляции на одну ступень ниже линейной изоляции.

В России глухое заземление нейтрали применяют:

в сетях напряжением ПО кВ и выше;

четырехпроводных сетях на 380/220 В;

трехпроводных сетях постоянного тока.

В электроустановках напряжением свыше 1000 В прикоснове­ние к фазе весьма опасно при любом режиме нейтрали. В электри­ческих, сетях напряжением 3...35 кВ нейтрали источников пита­ния, как правило, изолированы или связаны с заземляющим ус­тройством через аппараты, имеющие большое индуктивное сопротивление (например, реакторы). Электрические сети напряжением 110 кВ и выше работают с глухим за­землением нейтралей трансформато­ров.

Электроустановки напряжением до 1000 В питаются в основном от сетей двух типов: трехпроводных с нейтралью, полностью изолированной от земли или соеди­ненной с ней через сопротивление; четырехпроводных с глухозаземленной нейтралью. В сетях второго типа четвертый провод со­единен с заземленной нейтралью и является рабочим проводом, с его помощью потребителей (осветительную нагрузку) включа­ют на фазное напряжение (рис. 1.7).

 

Рис. 1.7. Включение лампы на фазное на­пряжение в трехфазной четырехпроходной сети:

1 — патрон; 2 — нарезка патрона, подклю­чаемая к нулевому проводу; 3 — выключа­тель, устанавливаемый только в фазный про­вод; 4 — пяточка лампы, подключаемая к фазному проводу

 

Контрольные вопросы

1. Назовите основные типы электростанций и расскажите о принципе выработки электроэнергии в каждом случае.

2.  Какие нетрадиционные способы получения электрической энергии вы знаете?

3. Перечислите меры защиты окружающей среды при эксплуатации электростанций.

4. Перечислите основные элементы системы электроснабжения и ука­жите назначение каждого из них.

5. Какие требования предъявляются к системам электроснабжения?

6. Что понимают под внешним и внутренним электроснабжением пред­приятия?

7. Охарактеризуйте современное состояние электроэнергетики Рос­сии.

8. Как обозначают электрооборудование и аппаратуру в схемах элект­роснабжения промышленных предприятий?

9. Как влияют энергетические сооружения на окружающую среду?

10. Для чего и какими способами выполняют заземление нейтралей в электрических сетях?

 

Раздел 2