Электроэнергетические системы

Электроснабжение промышленных, коммунальных и прочих потребителей производится от электростанций, вырабатывающих электроэнергию, которые строятся преимущественно в местах, близких к источникам топливных и гидроресурсов. Передача электроэнергии от электростанции к потребителю осуществляется по линиям электропередачи. Если потребители удалены от электростанции, передачу осуществляют при повышенном напряжении. В этом случае между электростанцией и потребителями необходимо сооружать повышающие и понижающие подстанции. Исключение представляют отдельные промышленные электростанции малой мощности и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), которые располагаются вблизи потребителей, так как передача пара и горячей воды может быть осуществлена на расстояние не более нескольких километров.

Отдельные электростанции при помощи линий электропередачи через подстанции связываются друг с другом для параллельной работы на общую нагрузку.

Энергетической системой (энергосистемой) называется совокупность электростанций, предприятий для производства электрической и тепловой энергии, а также электрических и тепловых сетей, соединенных между собой и связанных общностью режима в непрерывном процессе производства, преобразования и распределения электрической и тепловой энергии при общем управлении этим режимом.

Электроэнергетической системой (ЭЭС) называется электрическая часть энергосистемы и питающиеся от нее приемники (потребители) электроэнергии, объединенная общностью процесса производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии.

Передача и распределение электроэнергии осуществляется электрической сетью – совокупностью электроустановок, состоящей из подстанций, воздушных и кабельных линий электропередачи, токопроводов, электропроводок, работающих на определенной территории. Как составной элемент энергосистемы и ЭЭС, электрическая сеть передачи и распределения энергии обеспечивает:

- прием электроэнергии от электростанций;

- передачу электроэнергии на различные расстояния;

- преобразование параметров электроэнергии на подстанциях;

- распределение электроэнергии по определенной территории, вплоть до непосредственных потребителей.

Сеть передачи и распределения электроэнергии в составе узла энергосистемы на базе теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), показана на рис. 8.

Технико-экономические преимущества объединенных энергосистем столь существенны, что уже в 70-е годы прошлого века менее 3% всего количества электроэнергии вырабатывалось отдельно работающими электростанциями. Источники преимуществ объединения заключаются в особенностях производства электроэнергии.

Первая особенность заключается в том, что производство электроэнергии, ее распределение и преобразование в другие виды энергии осуществляется практически в один и тот же момент времени: электроэнергия нигде не аккумулируется. Именно эта особенность превращает ЭЭС, отдельные звенья которой могут быть удалены на сотни километров, в единый механизм, все элементы которого взаимно связаны и взаимодействуют. Энергия, произведенная в системе, равна энергии, потребленной в ней. Одновременность процессов производства, распределения и преобразования электроэнергии превращает электроэнергетическую систему в единое целое. Следствием из первой особенности является невозможность произвести электроэнергию, не имея потребителей для нее, т.е. выработка электроэнергии жестко определяется потреблением. Небаланс между мощностью электростанций и мощностью, потребляемой в системе, существовать не может. При снижении мощности электростанций одновременно автоматически снижается потребляемая мощность, и наоборот: снижение потребления энергии потребителями приводит к недоиспользованию оборудования электростанций.

Вторая особенность – относительная быстрота протекания переходных процессов в ней. Волновые процессы совершаются в тысячные доли секунды; процессы, связанные с короткими замыканиями, включениями и отключениями, нарушениями устойчивости, совершаются в течение долей секунды или нескольких секунд. Следствием из второй особенности является необходимость использования в ЭЭС быстродействующих автоматических устройств (аппаратов защиты от перенапряжения, устройств релейной защиты, автоматических регуляторов, выключателей и т.д.), выбор и настройка которых требует учета работы всей ЭЭС как единого целого. Уровень автоматизации электроэнергетики выше, чем в любой другой промышленной отрасли.

Третья особенность заключается в высокой ответственности обеспечения электроэнергией всей совокупности приемников электроэнергии в промышленности, системах связи, на транспорте и т.п. Следствием из этой особенности являются особые требования к надежности ЭЭС и наличию достаточного резерва мощности в ее элементах, особенно в условиях развития народного хозяйства – рост ЭЭС должен опережать рост потребления электроэнергии, иначе создание резервов невозможно.

С учетом особенностей основными преимуществами объединения энергосистем является следующее:

- возможность взаимного резервирования меньшей суммарной мощностью по сравнению с разрозненными системами при значительном повышении надежности электроснабжения потребителей;

- обеспечение транспорта электроэнергии вместо транспорта энергоносителей;

- снижение затрат на выработку и передачу электроэнергии за счет распределения нагрузки между параллельно работающими электростанциями, эффективного использования мощностей гидроэлектростанций и оптимизации режимов работы теплоэлектростанций;

- уменьшение суммарного максимума нагрузки в объединенной ЭЭС за счет различия моментов появления пиковых нагрузок в отдельных системах [5, 6, 9].