6 электростанции и энергосистемы 1 общие понятия электростанцией
жүктеу/скачать 1.41 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Рис. 6.1.1. Зависимость удельных расходов c от номинальной мощности оборудования P n (пример). P n . opt оптимальная номинальная мощность
- Рис. 6.1.2. Энергосистема Южной Калифорнии в 1899 году (упрощенно)
- Рис. 6.1.3. Выработка электроэнергии по видам электростанций в мире в 2004 году [1.20]
| 6 ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ И ЭНЕРГОСИСТЕМЫ
6.1 ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ Электростанцией называется обычно комплекс, состоящий из следующих частей:
Электростанция состоит обычно из нескольких энергоблоков, работающих параллельно и содержащих все вышеназванные части. Некоторые части, например, устройства приема и обработки топлива на тепловых электростанциях или машинные залы могут быть и общими. Обычно все блоки одинаковы, но могут и отличаться друг от друга как по мощности, так и по структуре. Электростанции представляют собой чаще всего стационарные сооружения, но выпускаются и передвижные (размещенные на специальных поездах, судах и т. п.) и перемещаемые (например, контейнерные) электростанции. В более широком смысле к электростанциям могут относиться и маломощные переносные (например, двигатель-генераторные) источники электроэнергии. По виду первичной энергии различают
Принцип действия топливосжигающих, атомных, геотермальных и солнечных (за исключением фотоэлектрических) электростанций основывается на преобразовании первичной энергии в тепло или на прямом использовании тепла и называются поэтому тепловыми электростанциями. Тепловые электростанции могут быть предназначены для получения одной только электроэнергии, но часто они отпускают потребителям кроме электроэнергии и тепло; такие электростанции называются теплоэлектроцентралями. Экономические показатели электростанций и их энергоблоков (стоимость и текущие расходы на единицу мощности, себестоимость электроэнергии и др.) зависят от номинальной мощности блока. Каждый элемент блока (парогенератор, турбина, электрогенератор, трансформатор и др.) характеризуется своей оптимальной мощностью, при которой суммарные расходы на единицу мощности (удельные расходы) минимальны (см. рис. 6.1.1). Если номинальная мощность ниже оптимальной, то удельные расходы больше, так как некоторые расходы мало зависят или вовсе не зависят от мощности. Если номинальная мощность выше оптимальной, то удельные расходы могут резко возрастать из-за того, что необходимо прибегать к более сложным и дорогим техническим решениям. Оптимальная мощность зависит от типа, отличительных особенностей и способа использования рассматриваемого оборудования и может в течение времени, в связи с появлением новых технических решений, развитием технологии производства или изменением соотношений цен, изменяться. Обычно речь идет о повышении оптимальной мощности. 
Рис. 6.1.1. Зависимость удельных расходов c от номинальной мощности оборудования Pn (пример). Pn.opt оптимальная номинальная мощность Весьма часто график зависимости удельных расходов от номинальной мощности, как показано и на рисунке, имеет по обе стороны оптимума относительно пологую форму. Поэтому можно говорить о некотором оптимальном диапазоне целесообразных номинальных мощностей. В то же время существуют и граничные номинальные мощности, выше или ниже которых изготовление или применение оборудования становится нецелесообразным. Чтобы создать резерв мощности на случай отключения одной из станций, оптимально распределять нагрузку и обеспечить надежное электроснабжение потребителей, электростанции в пределах некоторой территории объединяются в энергосистему. Кроме электростанций в состав этой системы входят
Малые одно- или двухтрансформаторные подстанции, питающие сети низкого напряжения потребителей, могут называться и трансформаторными киосками. Энергосистемы, в целях координации генерирования и распределения электроэнергии, могут соединяться в объединенную энергосистему (ОЭС), управляемую из единого центра. Энергосистемы государств-соседей могут образовывать в целях взаимовыгодного сотрудничества энергетические союзы. В СССР с 1970 года, а затем в Российской Федерации до 30 июня 2008 года существовала единственная в мире единая энергосистема (ЕЭС), объединяющая несколько крупных объединенных энергосистем, подчиненных общему центральному оперативному управлению. Первым в мире энергоблоком, питающим промышленный электроприемник, следует считать агрегат, состоявший из паровой машины и генератора постоянного тока малого напряжения, который был установлен в 1842 году в Бирмингеме для питания гальванической ванны английским промышленником Джоном Стивеном Вульричем (John Stephen Woolrich, 1790–1843) (см. раздел 3.12). Первую заводскую электростанцию соорудил в 1873 году для питания установок электродугового освещения своего электромашиностроительного завода парижский промышленник Зеноб Теофиль Грамм (Zénobe Théophile Gramme, 1826–1901). Первую электростанцию общего пользования (отпускающую электроэнергию любому клиенту), мощностью 11 kW, построил в июне 1879 года в Сан-Франциско (San Francisco, США) изобретатель и предприниматель Чарлз Фрэнсис Браш (Charles Francis Brush, 1849–1929). Однако ускоренное развитие электроэнергетики началось с сооружения более крупных электростанций постоянного тока для питания осветительных установок городских зданий предприятием Edison Electric Lighting Co., созданным для этого американским изобретателем и предпринимателем Томасом Алва Эдисоном (Thomas Alva Edison, 1847–1931) в 1882 в Лондоне (12 января, 170 kW) и в Нью-Йорке (4 сентября, мощностью, достигшей в следующем году 1020 kW). Первые трансформаторные подстанции (5 однотрансформаторных подстанций на линии длиной 12 km, с последовательным соединением первичных обмоток трансформаторов, питающихся от генератора мощностью 25 kW, напряжением 2 kV и частотой 133 Hz) были установлены в 1883 году для питания установок освещения станций Лондонского метрополитена. После изобретения в 1885 году трансформаторов с замкнутым магнитным сердечником (см. раздел 3.13) началось развитие сетей переменного тока и подстанций высокого напряжения. В октябре 1890 года в Дептфорде (Deptford, пригород Лондона) вступила в строй крупнейшая в то время электростанция (с тремя однофазными генераторами по 1000 kW, 85 Hz, приводимыми во вращение от паровых машин), построенная по проекту главного инженера Лондонской корпорации электроснабжения (London Electric Supply Corporation Ltd.) Себастианом Зиани де Ферранти (Sebastian Ziani de Ferranti, 1864–1930), питающая через электрическую сеть напряжением 10 kV центр Лондона, находящийся от станции на расстоянии в 14 km. Первая трехфазная электростанция (частотой 40 Hz) была запущена 24 августа 1891 года в Лауффене (Lauffen) на реке Некар (Neckar) по случаю Франкфуртской электротехнической выставки (Frankfurt am Main, Германия); мощность этой ГЭС составляла 200 kW, и она питала силовые и осветительные установки выставочного павильона по линии длиной 175 km на напряжении 15 kV. Вся система была спроектирована главным инженером немецкой фирмы AEG (Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft) Михаилом Доливо-Добровольским (Michael von Dolivo-Dobrowolsky, 1862–1919) и владельцем частного инженерного бюро в городе Мюнхен (München) Оскаром фон Миллером (Oskar von Miller, 1855–1934). Параллельная работа двух электростанций (находящихся друг от друга на расстоянии 2 km) впервые была осуществлена в 1892 году в системе электроснабжения швейцарского электротехнического и машиностроительного завода Эрликон (Oerlikon), а первая энергосистема (7 электростанций, соединенных между собой воздушными линиями напряжением 33 kV) появилась в 1899 в Калифорнии (Southern California Edison Co., рис. 6.1.2). Первая в мире объединенная энергосистема PJM была создана в США в 1928 году, когда в параллельную работу были включены энергосистемы трех штатов – Пенсильвании (Pennsylvania), Нью-Джерси (New Jersey) и Мериленда (Maryland). Первым энергосоюзом может считаться созданный 23 мая 1951 года Союз для координации производства и передачи электроэнергии (Union pour la Coordination de la Production et du Transport de l’Électricité, UCPTE) с центром в Вене (Wien), в который вначале входили 8 государств Европы и который регулировал на взаимной основе как производство, так и передачу электроэнергии между этими странами. С 1999 года этот союз, с новым названием Union pour la Coordination du Transport de l’Électricité (UCTE), координирует только передачу электроэнергии, и на начало 2008 года в нем участвовало 28 стран Европы. 
Рис. 6.1.2. Энергосистема Южной Калифорнии в 1899 году (упрощенно) В Эстонии использование электроэнергии началось в 1882 году, когда на Кренгольмской мануфактуре (Kreenholm) керосиновое освещение стало заменяться электрическим. Первую электростанцию общего пользования (100 kW постоянного тока, 2 220 V) запустили 2 ноября 1907 года в Пярну (Pärnu). Эстонская энергосистема, называемая тогда акционерным обществом Электроцентр (AS Elektrikeskus), была основана 8 мая 1939 года. 
Томас Алва ЭдисонТомас Алва Эдисон, который может считаться основоположником систем электроснабжения, основанных на крупных электростанциях и сетях, приобрел начальное образование самостоятельно (в школу он ходил только один год) и еще ребенком проводил опыты по химии и физике; в возрасте 12 лет стал работать продавцом газет на железной дороге. До 1875 года он успешно занимался изобретательством в области телеграфной техники, а в 1876 году основал в Менло Парке (Menlo Park), в штате Нью-Джерси (New Jersey, США) первую в мире промышленную исследовательскую и инновационную лабораторию. В 1877 году там был изобретен фонограф – первое в мире звукозаписывающее устройство, принесшее большой доход. В 1879 году он заинтересовался электрическим освещением, создал простые, надежные, достаточно долговечные и дешевые угольные лампы накаливания и в 1880 году наладил их промышленное производство. В 1882 году, как уже отмечалось, под его руководством были построены первые, небывало мощные электростанции и электрические сети для электроснабжения все возрастающего количества потребителей, использующих электроэнергию главным образом для питания ламп накаливания его же производства. В это же время он сформулировал общие принципы электроснабжения, которые могут считаться действующими и в настоящее время; изобрел плавкие предохранители, первые (электрохимические) счетчики электроэнергии и многие другие компоненты и принадлежности электрических сетей и проводок низкого напряжения. Всего он получил более 1200 патентов. В начале 2008 года в США имелось девять энергосистем, носящих имя Эдисона. Созданное им в 1878 году предприятие Edison Electric Light Company развилось в крупнейший в мире электротехнический концерн General Electric. Удельная доля различных видов электростанций составляет в различных странах, в зависимости от наличия первичных энергоресурсов, весьма различный характер. В Норвегии, например, более 99 % электроэнергии вырабатывается на гидроэлектростанциях, а в странах Аравийского полуострова вся электроэнергия производится на тепловых электростанциях, сжигающих жидкое или газообразное топливо. Распределение выработки электроэнергии на различных видах электростанций в мире в целом в 2004 году представлено на рис. 6.1.3. Рисунок показывает, что более двух третей электропотребления мира покрывается путем сжигания различных видов (в основном, ископаемого) топлива. В ближайшие 10 лет ожидается продолжение быстрого роста мощности других (в первую очередь, ветряных и солнечных) электростанций, однако их доля останется в пределах лишь нескольких процентов. 
Рис. 6.1.3. Выработка электроэнергии по видам электростанций в мире в 2004 году [1.20] Из трех наиболее важных видов электростанций –топливосжигающих, гидравлических и атомных – около 90 % всей вырабатываемой электроэнергии дают крупные электростанции мощностью 1000 MW и больше. Мощность энергоблоков крупных тепловых электростанций находится обычно в пределах от 100 MW до 1300 MW, а крупных ГЭС – от 100 MW до 800 MW. Предельная (максимально допускаемая) мощность станции определяется обычно соображениями защиты окружающей среды и ограничением риска возникновения катастрофических аварий. С этих точек зрения предельной мощностью топливосжигающих электростанций считают приблизительно 4000 MW (в случае газового топлива – 6000 MW), а предельной мощностью атомных электростанций – приблизительно 8000 MW. Предельная мощность гидроэлектростанций определяется геологическими особенностями рек (в том числе допускаемой площадью территории, занимаемой под водохранилище) и может в случае протекающих в горной местности рек с обильным стоком, крутым уклоном и относительно узким руслом, доходить приблизительно до 20 GW. На рис. 6.1.4 представлены 25 крупнейших электростанций мира на начало июля 2008 года. Крупнейшая в мире электростанция – ГЭС Санься (Sanxia) на реке Янцзы в Китае (известна также, как ГЭС Три ущелья), сооружение которой началось в 1994 году и на которой предусмотрены три машинных зала с 32 гидроагрегатами по 700 MW и два вспомогательных гидроагрегата по 50 MW (всего 22 500 MW), должна выйти на свою полную мощность в 2012 году. 
жүктеу/скачать 1.41 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|