Энергетика: настоящее и будущее - Совершенствование энергетических систем

По установленной мощности электростанций довоенный уровень был достигнут в 1945 г., по производству электрической энергии в 1946 г. Таким образом, восстановительный период был практически завершен, и энергетика, как и все народное хозяйство, вступила в новый этап социалистического строительства.
Характерными чертами развития энергетики и энергетических систем последних трех десятилетий 1945— 1975 гг. являются:
быстрый, опережающий рост производства электрической и тепловой энергии;
по всем количественным и частично качественным показателям энергетика нашей страны прочно заняла второе, после США, место в мире, значительно опередив все страны Европы;
разработка научных основ и осуществление практических мероприятий по созданию Единой энергетической системы Советского Союза;
переход в больших масштабах к объединению энергетических систем, создание на этой основе Единой энергетической системы европейской части СССР, кустование энергосистем в Сибири и Средней Азии;
соединение энергетических систем СССР с национальными энергосистемами стран социализма и Финляндии.
Характерной особенностью этого периода является развитие производства и потребления электроэнергии в союзных республиках. В табл. 9 дана динамика роста производства электроэнергии за 15 лет (1960—1975 гг.) по союзным республикам.
В широких масштабах объединение энергосистем проводилось в шестидесятых годах. В течение последних 10—15 лет в стране образовались 11 объединенных энергетических систем. В таблице приведены основные показатели всех объединенных систем страны за 1975 г.

Таблица 8
Производство электроэнергии в союзных республиках (млрд. кВт-ч)

Таблица 9

Основные показатели объединенных энергетических систем СССР за 1975 г.

Из показателей объединенных энергосистем видно, что характер их нагрузки отличается друг от друга. Так, если в ОЭС Центра максимум нагрузки составляет почти 97,3% от установленной мощности, то в ОЭС Центра максимум нагрузки равен 77,7% от установленной мощности. ОЭС Урала также имеет высокую нагрузку мощностей электростанций, составляющую 84,0% от установленной мощности.
Одиннадцать объединенных энергетических систем имеют суммарную мощность, равную 198011,4 МВт, что составляет 90,8% от мощности всех электростанций СССР. Эта цифра характеризует уровень централизации электроснабжения СССР.
С ростом централизации электроснабжения улучшаются экономические показатели энергетики, снижаются непроизводительные затраты.
Так, например, при объединении энергосистем появляется возможность сократить величину резервных мощностей и соответственно снизить капитальные и эксплуатационные затраты. Из практики эксплуатации известно, что временная потеря мощности, для компенсации которой и служит резерв, не может происходить одновременно во всех энергосистемах. Следовательно, суммарный резерв мощности при объединении может быть понижен до разумного предела по сравнению с резервами при разобщенной работе энергосистем.
Быстротекущие процессы в электроснабжении требуют наличия мобильных резервных мощностей. Большей мобильностью по вводу в действие и набору нагрузок обладают гидроагрегаты гидроэлектростанции. При наличии мощных гидроэлектростанций и их большого удельного веса в энергосистеме системный резерв также может быть понижен за счет сокращения «горячего» резерва тепловых электростанций.
Так, например, объединение Донбасской энергосистемы, в которой нет гидроэлектростанций, с Днепровской позволило использовать мощность Днепрогэса для покрытия пиковой части графика нагрузки в Донбассе и сократить потребность расчетного суммарного резерва мощности примерно на 200 МВт.
Соединение ОЭС Урала, в котором также нет крупных ГЭС, линией электропередачи 500 кВ с ОЭС Центра, имеющих две мощные Волжские ГЭС, позволило снизить расчетную потребность мощности для покрытия пиковой части графика нагрузок в этих двух объединяемых энергосистемах примерно на 500 МВт.
Суть дела состоит в том, что на Урале утренний и вечерний максимумы нагрузок начинаются примерно  на 2 часа раньше по сравнению с Москвой. В этих условиях мощность Волжских ГЭС сначала используется на Урале, а по мере спада там максимума нагрузки направляется в Центр для покрытия возрастающей нагрузки в этом районе.
В общем итоге при создании Единой европейской энергетической системы СССР экономия резервной мощности составила более 2 млн. кВт по сравнению с тем резервом, который потребовался бы для этих энергосистем в случае их раздельной работы.
Диспетчерские службы энергосистем Советского Союза за долгие годы своего существования разработали стиль работы, заключающийся в четкости и оперативности руководства, высокой дисциплинированности и ответственности за порученное дело. Отличительной особенностью диспетчерской службы в нашей стране является полная ответственность диспетчера за работу электростанций, электросетей и электроснабжение потребителей.
Новый тип диспетчерской службы, вытекающий из централизации управления энергетикой, заложен в 1925 г., когда была организована Центральная диспетчерская служба в Московской энергосистеме. Тогда же был создан и Центральный диспетчерский пункт, где были сосредоточены средства управления работой объединяемых электростанций и электросетей.
За этот период организация диспетчерской службы прошла много этапов. Основной итог заключается в создании Центральной диспетчерской службы по управлению объединенными энергосистемами Советского Союза.
К 1965 г. были объединены в Единую европейскую энергосистему (ЕЕЭС) 43 энергосистемы и 4 энергорайона суммарной мощностью электростанций в 54 млн. кВт. За этот год все электростанции ЕЕЭС выработали 292 млрд. кВт ч, что составляло 58% от общего производства электроэнергии страны. В 1966 г. была сооружена линия электропередачи от Калининской энергосистемы до Ленинграда. С вводом ее в эксплуатацию к ЕЕЭС присоединилась мощная объединенная энергосистема Северо-Запада, охватывающая 7 энергосистем — Ленэнерго, Карелэнерго на севере, три прибалтийские энергосистемы (Эстонэнерго, Латвэнерго и Литовэнерго), а также Белоруссэнерго на западе страны.
Дальнейшее расширение Единой европейской энергетической системы произошло в 1969 г. после присоединения к ней Закавказской объединенной энергосистемы, в которую входят энергосистемы Азербайджанской, Грузинской и Армянской союзных республик.
В эти же годы происходило и объединение энергетических систем и образование объединенных диспетчерских управлений в Сибири, Средней Азии и на Дальнем Востоке.
В итоге Единая европейская энергосистема и объединенные энергосистемы Сибири и Средней Азии охватили 63 энергосистемы.
В стадии формирования находится ОЭС Востока. С вводом в действие Зейской ГЭС и электропередачи напряжением 500 кВ от нее до Хабаровска образуется общий контур этой энергосистемы.
С 1973 г. Европейская энергосистема СССР работает совместно с энергосистемой Болгарии, связь с которой осуществляется по межгосударственной электропередаче от Молдавской ГРЭС до Добруджи.
К настоящему времени организация диспетчерской службы состоит из следующих звеньев:
центральное диспетчерское управление Единой энергетической системы СССР (ЦДУ ЕЭС СССР) и Объединенное диспетчерское управление европейской части страны (ОДУ ЕЭС);
диспетчерские управления объединенными энергосистемами (ОДУ—ОЭС);
центральные диспетчерские пункты энергетических систем (ЦДП ЭС).
В электросетях оперативное управление сосредоточено в диспетчерских пунктах предприятия электрических сетей — ДП ПЭС, диспетчеру ДП ПЭС подчинены диспетчерские пункты районных электрических сетей (ДП РЭС).

Объединяя электростанции, различные по экономическим показателям и роду производства энергии, диспетчерские службы оказывают большое влияние на формирование средней себестоимости энергии по системе. Средняя себестоимость электрической энергии в энергосистемах зависит от распределения нагрузок по часам, суткам, месяцам и сезонам года. Поскольку экономические показатели энергосистем не одинаковы, то при умелом распределении нагрузок между ними диспетчер может влиять на средние удельные расходы топлива и улучшать технико-экономические показатели энергосистем в целом.
Так, например, в Донбасской энергосистеме, имеющей только тепловые электростанции, себестоимость энергии значительно выше по сравнению со смежной Днепровской, в составе которой имеются крупные гидроэлектростанции. Поэтому проблема экономически целесообразного распределения нагрузок между энергосистемами, входящими в объединенную систему, является актуальной и важнейшей задачей диспетчерской службы.
Одним из факторов оптимизации диспетчерского управления является более полная загрузка установленной мощности экономически эффективных электростанций СССР.
В табл. 10 приведена динамика изменения числа часов использования среднегодовой установленной мощности электростанций Министерства энергетики и электрификации СССР. Из цифр этой таблицы видно, что на протяжении 15 лет в среднем число часов использования мощности тепловых и гидравлических электростанций остается практически неизменным. Использование мощности тепловых электростанций несколько выше среднего уровня, а мощность гидроэлектростанций загружается значительно ниже среднего показателя. Почему это происходит и правильно ли такое неравномерное использование мощностей? В данном случае диспетчерские управления энергосистемами поступают правильно по следующим соображениям.

Таблица 10
Число часов использования среднегодовой установленной мощности электростанций Минэнерго СССР

На средневзвешенную себестоимость электроэнергии в энергосистемах решающее влияние оказывает топливная слагающая электроэнергии, производимой тепловыми электростанциями. Удельный вес тепловых электростанций в общей мощности электростанций всей страны превышает 80%, а топливная слагающая в себестоимости производимой ими энергии достигает 70%. Это имеет особое значение для оптимизации загрузки тепловых электростанций, располагающих, с одной стороны, оборудованием разных параметров и соответственно разных КПД, а с другой — использующие различные виды топлива с различной стоимостью.
Тепловые электростанции будут иметь высокие экономические показатели, если их загружать равномерно по часам суток или по сезонам, когда меняется температура охлаждающей воды. Экономика гидроэлектростанций менее чувствительна к колебаниям нагрузок. Это одна сторона дела. С другой стороны, нагрузка потребителей резко меняется по часам суток — утром и вечером нагрузка сильно возрастает, а днем и особенно ночью резко падает. Учитывая это, диспетчерские управления меняют нагрузку гидроэлектростанций, т. е. используют их мощности для покрытия пиковой части графика утром и вечером. Ночью и днем, наоборот, гидроэлектростанции разгружаются, накапливая воду.
Таким образом, гидроэлектростанции играют роль регуляторов экономической эффективности энергосистем.
Постоянно действующей тенденцией в советской теплоэнергетике является снижение средних по стране удельных расходов топлива на отпущенный кВт-ч и ГКал. За снижение удельных расходов топлива борются работники тепловых электростанций и энергосистем, но в этой борьбе активное участие принимают и диспетчерские службы. За последние 10 лет (1965—1975 гг.) удельные расходы топлива на производство электроэнергии сократились на 73,5 г у. т. на отпущенный кВт-ч.
В итоге за эти 10 лет суммарная экономия топлива составила 280,13 млн. т в условном (7000 калорийном) исчислении.