Пелисье Рене. Энергетические системы. — Москва, 1982.
Настоящее пособие значительно сокращено по сравнению с изданием фирмы «Dunod» (Париж). В нем отражен большой опыт проектирования и эксплуатации европейских энергосистем; рассмотрены пути получения электрической энергии и основные соотношения, связанные с описанием процесса ее выработки, передачи и распределения; расчеты режимов электрических систем; вопросы регулирования и защиты; архитектура электрических систем.
ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА
Об авторе и его книге. Книга, предлагаемая вниманию советского читателя, написана известным французским специалистом-энергетиком, проработавшим более 30 лет в Дирекции по исследованиям французской национальной компании «Электрисите де Франс» (Э де Ф). Она представляет значительный интерес, так как в ней отражен большой опыт проектирования и эксплуатации европейских энергосистем, имеющийся у ее автора, который был много лет Генеральным секретарем международной организации СИГРЭ — конгресса по большим электроэнергетическим системам. Почетный директор Э де Ф и почетный профессор Франсуа Кайен весьма высоко характеризует эту книгу в своем предисловии.
Книга состоит из четырех томов. Первый том, посвященный техническим аспектам обслуживания электрических систем, характеризует пути получения электрической энергии и те основные соотношения, которые связаны с описанием процесса ее выработки, передачи и распределения. Второй том посвящен методам расчета режимов, а также вопросам регулирования и защиты. В третьем томе рассмотрена структура, или архитектура (как ее называет автор), электрических систем. В четвертом томе приведены математические методы расчета электромагнитных процессов в длинных линиях со слабым и сильным затуханием, включая теорию отражения волн и сведения о волновых переходных процессах.
Книга конспективно отражает курс, который проф. Пелисье читает в Эколь Сюперьер Электрисите — Высшей электротехнической школе Франции. Этот курс существенно отличается по своему построению от аналогичных курсов (и соответственно книг) нашей страны. Выпускаемая книга имеет ряд особенностей — это, во-первых, особенности изложения, отвечающие конспекту лекций; во-вторых, необходимо учесть, что книги были выпущены в 1971—1976 гг. и приведенные в них характеристики мировой и французской энергетики в настоящее время совершенно устарели; в связи с этим § В.3 был изъят из перевода, а во второй части предисловия дана характеристика современного состояния энергетики Франции; в-третьих, перевести все четыре тома издательство нашло нецелесообразным и ограничилось только первыми двумя и частично третьим томами, внеся в них некоторые добавления и сделав отдельные купюры. В связи с этим представляется уместным дать здесь общую характеристику содержания книги.
В первом томе в гл. 1 опущено рассмотрение роли электрической энергии в экономике и мировом энергетическом балансе, поскольку эти вопросы освещены редактором в предисловии. Общая концепция курса и конкретные сведения об энергосистемах, их структуре и классификации сохранены без изменения. Там же установлены классы напряжений электропередач и рассмотрены все виды сетей: городских потребительских, промышленных, распределительных, районных, снабжающих и мощных межсистемных связей. Удачен и вполне логичен переход к рассмотрению топологической структуры сетей и оценке возможностей и эксплуатационных свойств различного рода радиальных, кольцевых и разветвленных сетей. Рассматривая трехфазные сети, автор уделяет внимание передачам постоянного тока, одно- и многофазным системам передачи и распределения электроэнергий. Краткая история и характеристика развития систем и сетей дана автором книги весьма не полно с упущением имен русских ученых и их вклада в теорию и практику электротехники. Так, следовало бы сказать о Яблочкове, Пироцком, Ленце, Доливо-Добровольском не только в связи с созданием двигателей, но и в связи с передачей энергии. Говоря об оптимизации и методе Лагранжа, необходимо было бы упомянуть о хорошо известной формуле Кельвина — Шухова. Устарело изложение системы электроснабжения Парижа, который теперь питается от сети 400/225/20 кВ. Однако технические характеристики электрических систем, влияние величины напряжения и длины передачи на мощности и энергии, передаваемые по этим сетям, а также примеры конкретных систем Франции — передающих, снабжающих и распределительных — представляют несомненный интерес.
Глава 2 посвящена электросистемам коммунального обслуживания, организации электроснабжения электроэнергией коммунального хозяйства; приведены примеры, относящиеся не только к Франции, но и к ряду зарубежных стран. Характеризуя частоты в энергосистемах разных стран, автор дает недостаточно полные данные. Так, он не указывает, что нормативы в ряде стран более жесткие, чем во Франции, но частота поддерживается зачастую хуже, например в СССР по нормативам ± 0,1 Гц, а изменения доходят до 0,5 Гц. Во Франции при ± 1 Гц поддерживается 0,1 Гц. Описание энергетики США следовало бы дополнить описанием «пулов» и «сверхпулов», которые были созданы в 1966—1970 гг. как объединения отдельных мелких систем. При этом пулы и сверхпулы имеют единое диспетчерское управление, единое резервирование, связи с другими пулами. В СССР централизация энергетики достигла 99,9%. Все отдельные системы страны (кроме дальневосточной) — ОЭС — объединены в Единую энергетическую систему страны (ЕЭС СССР) с Единым центральным диспетчерским управлением (ЦДУ). Управление всей ЕЭС СССР построено по иерархическому принципу и является образцом для построения управления энергосистемами в других странах. Установленная мощность ЕЭС СССР составляет около 281 млн. кВт, а выработка энергии в 1981 г. составила 1325 млрд. кВт - ч.
Ограничивающие факторы, сдерживающие развитие современных электрических сетей, рассмотрены в гл. 3, касающейся коротких замыканий с их растущими мощностями; там же описаны режимы, заставляющие делить сети и ограничивать мощность и протяженность электропередач. Автором рассмотрены реактивная мощность и реактивная энергия (он пользуется именно этим термином), природа которой выявляется им как при синусоидальном, так и несинусоидальном режимах. В этой связи возникают вопросы энергии искажения, коэффициента мощности при несинусоидальности и т. д. Достаточно широко освещены вопросы компенсации реактивной мощности в свете как общей тенденции компенсации реактивной мощности, так и технической ее реализации (батареи конденсаторов, компенсаторы различного рода).
Однако в книге не отражены новейшие тенденции получения реактивной мощности с помощью статических источников (ИРМ), заменяющих синхронные компенсаторы. В последнее время появились новые конденсаторы: в ряде стран, в том числе и во Франции, в энергосистемы поступают конденсаторы, имеющие вес и габариты в 10 раз меньше обычных. Выработка реактивной мощности будет увеличиваться именно за счет установки этих конденсаторов и ИРМ, которые в будущем должны заменить синхронные компенсаторы, имеющие в системе Франции общую мощность более 18000 Мвар.
Глава 4 посвящена изучению частоты энергосистемы как показателя качества электроэнергии. Начиная с физических понятий частоты как основного показателя качества режима электрической системы, автор формулирует требования постоянства частоты, отсутствия гармоник и тех условий, которые определяют границы поддержания частоты в энергосистеме. К сожалению, требования к допустимым изменениям частоты и характеристики ее регулирования, равно как и влияние на экономику работы системы, здесь не приведены. Эти вопросы составляют гл. 5 второго тома, и ниже при рассмотрении их будут сделаны замечания. Можно отметить, что причины изменений частоты и следствия, которые вызывают в энергосистеме резкие изменения, описаны достаточно подробно.
Рассмотрен переход к способам регулирования частоты, начиная с первичного регулирования в энергосистеме с помощью регуляторов скорости и кончая вторичным и третичным регулированием с помощью регуляторов частоты и регуляторов перераспределения мощности в энергосистеме. К сожалению, не уделено внимания современным проблемам распределения нагрузок между станциями с учетом экологии, что сейчас актуально. Читателю книги следует обратить внимание на раздел, посвященный появлению гармоник и соответственно непостоянству частоты, связанному с нарушением формы кривой напряжения в электрических системах. Весьма существенно изучение различного рода отказов в электроснабжении. При этом в поле зрения автора оказываются как экономические показатели, так и соответствующие им общие технические свойства энергосистемы.
В связи с этой проблемой интересной является статистика отключений и появлений провалов напряжения. Хотя эта статистика и несколько устарела, она все же может и сейчас представлять методологический интерес. Сказанное относится и к характеристике числа отключений и связанным с этим недоотпуском электроэнергии.
Рассмотрены средства улучшения надежности оборудования и раз-
Личного рода эксплуатационные мероприятия, направленные на ограничение различных ненормальностей, могущих привести к нарушению электроснабжения. Следует обратить внимание советского читателя на то, что в данном разделе не уделено внимания «сильному регулированию» возбуждения, которое может обеспечить высокое качество режима. Вообще регулированию возбуждения автор книги уделяет недостаточно внимания и не отражает опыт советской энергетики.
Глава 6 посвящена различным аспектам качества напряжения, имеющим значение как с точки зрения работы сети, так и с точки зрения тех требований, которые предъявляют потребители. Внимание уделено медленным изменениям напряжения в распределительных сетях и влиянию их на потребителей. Вполне уместным оказалась здесь формулировка принципов регулирования напряжения под нагрузкой, а также регламентирующих ограничений, которые необходимо ввести в отношении изменения напряжения и явления фликкера, т. е. колебаний, приводящих к мерцаниям осветительных устройств. В связи с этим справедливо уделено внимание роли конденсаторов, включенных как последовательно, так и параллельно в линию передачи. Однако ничего не сказано об ИРМах, которые полностью решают многие из поставленных задач, в частности задачу устранения фликкера.
В гл. 7 рассмотрены вредные эффекты электроэнергетики. Однако недостаточно глубоко затронуты явления, которые в настоящее время подробно описаны в литературе. Бегло коснувшись явлений шумов, которые в ряде случаев могут быть достаточно неприятными, автор не дает анализа биологического влияния линий передач, ограничиваясь только короткими замечаниями о том эффекте, который может произвести электромагнитное поле. Между тем современные проблемы гораздо глубже и шире. Радиопомехам уделено несколько большее внимание в связи с различного рода влияющими факторами.
Второй том посвящен расчетам режимов электрических систем, проводимым различными методами, регулированию и защите. В нем в весьма сжатой форме дано понятие о технике расчета нормальных режимов, начиная с основных соображений о законах Кирхгофа и узловых способах анализа. При этом энергосистема рассмотрена как пассивная система, сводимая к четырехполюсникам, замещающим элементы и подсистемы большой системы. Автор приводит однофазные схемы замещения и дает непосредственное представление систем как трехфазных, что в ряде случаев представляет определенный интерес. Здесь же дана характеристика метода симметричных составляющих. Метод Фортескью и практическое его использование хорошо освещены в советских публикациях и не представляют особого интереса. Проведение расчетов электрических сетей, показанное применительно как к замкнутым, так и разомкнутым сетям, сведено к матричным уравнениям и излагается очень кратко. Более подробные сведения могут быть найдены в советских изданиях .
Глава 2 посвящена развитию топологии электрических сетей, проблемам, связанным с матричной записью, с помощью которой формулируются и передаточные импедансы разветвленных электрических сетей. Представляет интерес попытка выявить физический смысл элементов матрицы проводимостей и передаточных импедансов. Такой физический подход к матричным методам расчета полезен с методологической точки зрения.
При расчете распределения мощностей в сети уделено внимание итерационным методам решения систем уравнений, причем дана характеристика этих методов. Приведены краткие сведения о методах расчетов коротких замыканий в различного рода сетях и подчеркнуты особенности расчета, относящиеся к сетям различных видов.
В гл. 3 сжато описаны аварийные режимы в энергосистемах, касающиеся широкого круга проблем, начиная от несимметрии, вызываемой самыми различными причинами, и кончая вопросами статической и динамической устойчивости. Последние рассматриваются элементарно, преимущественно с использованием способа площадей при кратком изложении метода последовательных интервалов для получения изменений параметров режима во времени.
Автор знакомит читателя с исследованиями устойчивости на вычислительных машинах и динамических (физических) моделях, уделяя особое внимание методам улучшения устойчивости электрических систем и рассматривая проблемы, возникающие в связи с выпадением станций из синхронизма и последующей их ресинхронизацией. Анализируются и такого рода местные резонансы, которые рассматриваются довольно редко (например, феррорезонанс и различные резонансы на отдельных гармониках). Преимущество данной книги — их единое, сжатое и доходчивое изложение. Следует иметь в виду, что в отечественной литературе эти вопросы рассмотрены более обстоятельно.
В гл. 4, где изложены вопросы автоматизации электрических систем, после краткой общей характеристики проблем автоматики описаны некоторые их применения. Глава эта излишне сжата и могла бы касаться современных методов. Рассматривая современные защиты, автор начинает с элементарных устройств, предназначенных для радиальных распределительных сетей, и заканчивает более сложными защитными устройствами, предназначенными для защиты как от внутренних повреждений, так и от аварий в сети. В отличие от курсов, читаемых в СССР, где резко разделены вопросы защиты от перенапряжений и защиты сетей от аварийных режимов, в книге реализован подход к ним как к одной проблеме. В едином плане рассмотрены и действие дугогасящей катушки (катушки Петерсена), и действие других способов снижения перенапряжений, и действие сетевой релейной защиты и автоматики. В заключение главы кратко изложена проблема телеинформации и телеуправления. Разумеется, она не может быть исчерпывающей, но такое концентрированное изложение проблемы, связанной с автоматикой, имеет определенное преимущество и заслуживает внимания.
Глава 5 посвящена вопросам регулирования и управления электрическими системами: рассмотрены те особенности, которые имеются в энергосистеме, где всегда существует баланс между потребляемой и вырабатываемой энергиями. В связи с этим сформулирована проблема приспособляемости потребления и необходимости поддержания качества энергии. На основе формулировки этих задач методически оправдан подход к рассмотрению регулирования мгновенной мощности и вторичному регулированию, осуществляемому регуляторами частоты. Здесь приведены принципы, которые положены в основу компенсации недостаточности первичного регулирования, т. е. регулирования скорости, и рассмотрены различные способы регулирования частоты в системе и регуляторы частоты. Рассматривая роль регулирования частоты и необходимость жесткого ее поддержания, автор книги указывает, что снижение частоты равносильно недовыработке продукции на всех предприятиях Франции. Исследования Э де Ф показали, что снижение частоты на 0,5 Гц и длительная работа системы при этой сниженной частоте равносильны (в среднем — грубо) уменьшению на
мин рабочего дня при соответствующем уменьшении продукции; при 6—7-часовом рабочем дне это означает уменьшение выпуска продукции на 1—1,4%. Напомним для советского читателя, что в масштабах нашей страны 1% — это 12 млрд. кВт-ч, или 2,5 млн. т железной руды, 54 тыс. велосипедов, 20 тыс. квартир! Этот вопрос имеет для нас особый интерес в связи с дискуссиями о необходимости для ЕЭЭС СССР поддерживать постоянной частоту.
В западноевропейской объединенной энергосистеме (ЗЕОЭС) мощность параллельно работающих агрегатов за 1980 г. составила 350 млн, кВт. Для нее характерно многоступенчатое регулирование. В ЕОЭС много внимания уделено вопросам применения адаптивных систем регулирования частоты и активной мощности (АРЧМ), обеспечивающих решение двух основных задач: снижения интенсивности регулирующих воздействий в нормальных условиях эксплуатации; реализации форсированных воздействий в аварийных условиях. Уменьшение интенсивности воздействий в нормальных условиях представляется целесообразным для снижения напряжений в элементах теплосилового оборудования ТЭС и АЭС.
Адаптивный подход к решению данной задачи предусматривает увеличение усиления центрального пропорционально-интегрального регулятора по мере роста ошибки регулирования. Форсированные воздействия реализуются, например, при достижении межсистемным перетоком значения, близкого к пределу передаваемой мощности. Наличие у автоматических регуляторов мощности (АРЧМ) канала форсированного воздействия позволяет снизить вращающийся резерв в объединении, а иногда задержать сооружение новых ЛЭП. Автоматическое регулирование частоты и мощности, проводимое с управляющего центра, дает возможность проводить распределение мощностей между частями ОЭС. Для управления строятся специальные алгоритмы, предусматривающие обеспечение независимости управления частями объединения, оптимальность управления, повышение надежности, организацию интерфейса для функции различных уровней управления. АРЧМ выполняет роль централизованной функции, осуществляемой в реальном времени с использованием обратных связей и тесным взаимодействием с функциями, обеспечивающими экономичность и надежность ЕОЭС. В ЕОЭС система АРЧМ была введена в эксплуатацию в начале 50-х годов. В настоящее время на эту систему возлагаются задачи убавления внутренними перетоками мощности при учете потерь регулирования. Для оптимального управления всеми перетоками необходимо рассматривать ЕОЭС как единое целое. В системе АРЧМ используется закон регулирования с коэффициентом пропорционального воздействия, равным ОД—0,3, и постоянной интегрирования 30—100 с. Участие агрегатов в регулировании определяется в зависимости от их экономичности с учетом характеристик маневренности.
Алгоритмы управления мощности в ЕОЭС развиваются в двух направлениях: обеспечение независимости работы подсистем ЕОЭС в установившихся и переходных режимах и оказание взаимопомощи при исчерпании резерва одной из них. Коэффициенты веса отдельных составляющих целевой функции устанавливаются исходя из принимаемой стратегии управления: обеспечение невмешательства, взаимопомощи и т. д. При возмущениях, меньших 2%, к работе АРЧМ не предъявляются высокие требования; при возмущениях, меньших 5%, должна обеспечиваться качественная реакция собственной системы без предъявления высоких требований к соседним частям ЕОЭС; при возмущениях более 5% должна обеспечиваться взаимопомощь частей объединения. При малых возмущениях коэффициенты участия определяются на основе экономического анализа, при аварийных — без их учета. При реализации многоступенчатого регулирования ЕОЭС особо существенны условия, предъявляемые к системе эксплуатацией АЭС. При этом значительный интерес представляет реакция первичных регуляторов агрегатов и взаимодействие первичного и вторичного регулирования частоты и активной мощности. На примере двух агрегатов, работающих параллельно на один узел, можно видеть влияние толчков нагрузки на деформацию векторных диаграмм токов и напряжений и соотношений для определения скачка напряжения у потребителя. Принятый в системе принцип регулирования частоты зависит от основных показателей:
км - АР/ Af; SN=PN-m/(kNf„),
где АР— изменение нагрузки, МВт/Гц; Af — отклонение частоты, Гц,
Величина kN показывает, какое расчетное отклонение нагрузки вызывает колебание частоты в 1 Гц. Так, для АЭС Австрии kN = = 600-4-800 МВт/Гц, SN = 10%. В системе ЕОЭС стремятся к уменьшению резких толчков нагрузки и перетоков по межсистемным интернациональным ЛЭП. Для этого требуется, чтобы мощности SN национальных энергосистем мало отличались. Опыт эксплуатации и исследования показали, что оптимальное значение мощности S=5--12%, а резервная мощность должна составлять приблизительно 5—7% от общей располагаемой мощности объединения. В отечественной литературе эти вопросы рассмотрены в ряде известных работ.
Далее рассмотрены так называемое третичное регулирование и перераспределение мощностей в связи с экономическими показателями; методы минимизации стоимости вырабатываемой энергии по Лагранжу, метод коэффициентов В и простейшие случаи распределения энергии между станциями при учете потерь в сетях. Методы расчета с учетом потерь рассматриваются очень кратко; а некоторые из них только упоминаются. В отечественной литературе эти вопросы изложены более подробно. Глава заканчивается вопросами диспетчерского управления, к которым автор подходит с позиций экономики, и техническими характеристиками и экономическими показателями электрических систем, содержащих как тепловые станции, так и гидростанции. В плане задач диспетчерского управления дается описание тех средств, с помощью которых осуществляется управление. Здесь автор рассматривает статистику энергосистем, передачу, обработку информации и централизацию ее получения, дает предложения о полной автоматизации диспетчерского управления и, в частности, об управлении режимами электрических систем, осуществляемом в реальном времени. Советский читатель должен иметь в виду, что в построении систем управления ОЭС и объединяющих ее ЕЭС в Советском Союзе сделаны большие успехи, о которых более подробно написано в ряде изданий.
Третий том посвящен вопросам компоновки и особенностям электрических систем или, по словам автора, архитектуре электрических систем.
В гл. 1 рассмотрены проблемы оптимизации напряжений в электрических сетях, выбор воздушных линий и кабелей с учетом их стоимости и расхода цветных металлов. Проблема иллюстрируется рядом числовых, довольно хорошо подобранных примеров. Обращаясь к проблеме оптимизации передачи энергии на расстояния, автор устанавливает условия оптимизации сечений и оптимальных стоимостей передачи энергии, ограничиваясь при этом простейшим подходом.
Глава 2, посвященная технико-экономическим характеристикам систем, дает представление об экономическом сравнении возможных вариантов планирования с учетом выбора характеристик различных станций. Оптимизация распределительных сетей, дальних электропередач рассмотрена с особенностями их технико-экономического характера.
Глава 3 посвящена структуре электрических систем и важному вопросу адаптации этой структуры к различного рода техническим требованиям. От рассмотрения высокого и сверхвысокого напряжений автор переходит к изучению сельских и городских сетей. Их специфика показывается читателю с тех же общих позиций, что и высоковольтные сети, но при этом подчеркнуты и показаны их особенности на примерах, достаточно хорошо насыщающих книгу. Так, достаточно подробно автор дает примеры электроснабжения больших городов: Парижа и его пригородов, Лондона, Нью-Йорка, хотя за время от написания Р. Пелисье книги до ее русского перевода в практике электроснабжения городов произошли определенные изменения, на которые частично указано далее в предисловии редактора.
Глава 4, посвященная координации изоляции оборудования, Дает соответствующие физические соображения (что обычно не делается в советской литературе). Автор анализирует влияние коммутационных перенапряжений и внешних перенапряжений, связанных с молнией, кратко останавливаясь на вопросах защиты от перенапряжений и контроля качества изоляции. Более подробное изложение этих проблем дано в ряде отечественных многотомных изданий «Техника высоких напряжений».
Глава 5 посвящена будущему электрических систем, производству и потреблению в них электроэнергии. Автор рассматривает реальность современных прогнозов с учетом тенденций развития новой техники (к выводам, касающимся будущего энергетики, надо отнестись весьма осторожно, тем более что эти вопросы освещались в различных отечественных изданиях), описывает электропередачи сверхвысоких напряжений и различного рода проблемы, возникающие при объединении систем; вопросы применения кабелей, включая кабели с газовой изоляцией, криогенные и высокочастотные. Последний раздел, хотя и очень краткий, представляет несомненный интерес.
Своеобразие книги Р. Пелисье заключается в том, что вместе с вопросами электрических систем, так, как мы их понимаем, в его книгу включены и вопросы распространения электромагнитных волн в линиях электропередач.
В четвертом томе даны подробные сведения о переходных явлениях и их протекании в электрических сетях с сосредоточенными и распределенными параметрами. В гл. 1 рассмотрены математические характеристики и их физическая интерпретация для линий без потерь и линий со слабым и сильным затуханием. Понятия о методах преобразования Лапласа, о запаздывающих потенциалах и ряде других теоретических вопросов должны относиться к курсам теоретических основ электротехники или спецкурсам математики, и вряд ли включение их в учебник по электрическим системам оправдано.
В гл. 2 конкретизируются вопросы расчета распределения волн вдоль длинных линий без потерь, приводятся характеристики однородных и многофазных линий, выводятся уравнения длинных линий; изучается отражение волн от различных сопротивлений (чистой индуктивности, емкости, полного сопротивления), составляются уравнения для определения распространения волн в многофазной линии.
В гл. 3, касающейся установившегося режима длинных линий, изложены общие положения и допущения применительно к линиям со слабым затуханием и линиям с потерями; выведены общие соотношения, связывающие распространение электромагнитного поля вдоль проводов линии; рассмотрена многофазная линия и выведены общие дифференциальные уравнения режима для токов и напряжений; даны представление линии эквивалентным четырехполюсником и режимы однофазной линии под нагрузкой.
В гл. 4, посвященной изучению высокочастотных бегущих волн, рассмотрены распространение волн и характер электромагнитных волн при переходных процессах, приведены дифференциальные уравнения полей и потенциалов, дано общее решение и выявлены те величины, которыми необходимо пользоваться при расчете скалярного потенциала и продольного электрического поля; довольно подробно рассмотрена физика распределения и состояния поля, плотности тока в металлическом проводнике и распределения потенциала вокруг провода двухпроводной линии, расположенной над землей. На примере однофазной линии изучены вопросы затухания волн и случаи распространения волн без искажений.
Глава 5 посвящена вопросам затухания волн, вызываемого в первую очередь диэлектрическими потерями (подземные кабели и т. д.). При изучении влияния различного рода диэлектриков приведены результаты опытов и дана оценка явлений, связанных с эффектом короны на многофазных воздушных линиях; рассмотрено затухание трехфазных симметричных синусоидальных волн с учетом эффекта короны и утечек.
В гл. 6 теория распространения волн в линиях передачи применена к задачам дальней связи, реализованной через линии электропередач с использованием несущих токов. В ней рассмотрено возникновение коммутационных перенапряжений; уделено внимание анализаторам переходных процессов в электрических сетях; даны соображения о распространении коммутационных перенапряжений и влиянии линий на радиоприемники, телевизоры, телефонные аппараты.
Такова общая характеристика книг проф. Р. Пелисье. Построение их несколько необычно и отличается от учебных курсов, которые приняты в советской высшей школе. Книги Р. Пелисье, по сути дела, охватывают материал ряда дисциплин, таких, как «Электрические системы», «Электрические сети» (районные, городские и сельские), «Перенапряжения и изоляция» и курс «Диспетчерское управление электрическими системами» с рассмотрением в нем вопросов релейной защиты и автоматики, Телепередач и телеизмерений. Эти вопросы у нас соответствуют отдельным курсам. Поэтому книга Р. Пелисье является учебным пособием не по одному курсу «Электрические системы», как можно думать по ее названию, а пособием по целому ряду курсов. И в этом ее несомненное достоинство. В переводе упомянутые особенности книг не будут вполне очевидны, так как русское издание отражает только часть их материала.
Об энергетике Франции.
Состояние и развитие энергетики Франции, как и любой другой крупной страны, нельзя рассматривать, не касаясь того состояния и перспектив энергетики нашей планеты в целом, к которым в последние полтора десятилетия мировая общественность проявляет повышенный интерес. Проблемы энергетики при этом
рассматриваются в трех аспектах: техническом, экологическом (биосферическом) и социально-экономическом (политическом). Энергетика Франции, как и любой другой страны, связана с этими тремя аспектами.
Для современной энергетики характерен рост мощностей ее установок во всем мире. Так, установленные мощности только стационарных электростанций достигли к 1981 г. 2 млрд. кВт, а общая установленная мощность всех энергетических установок, видимо, превысит 12—13 млрд. кВт, причем потребление условного топлива, видимо, превзойдет 10 млрд. т. Темпы расхода горючего топлива, составляющего основную долю расходуемых энергетических ресурсов, увеличиваются. Так, за последние 25—30 лет человечество израсходовало топлива больше, чем за все время своего существования. Полагают, что нефти использовано к настоящему времени 47—50 млрд. т, из которых 23—24 млрд. т — за последние десять лет. Вместе с тем коэффициент использования энергии при получении конечного продукта очень низок, он составляет всего 15—16%, т. е. 84—85% топлива теряется при преобразованиях *.
*Электрические системы /Под ред. В. А. Веникова. Высшая школа, т. I и 2, 1970, 1971; т. 1, 1980 (2-е изд.).
Рассматривая развитие энергетики в упомянутых аспектах, можно заметить, что мощности энергетических установок мира приблизились уже к мощностям геофизических и даже астрофизических явлений, влияющих на состояние нашей планеты, которое под действием многих факторов человеческой деятельности подходит в ряде своих проявлений к областям неустойчивого равновесия. Отсюда все более явная связь технического аспекта с экологическим и острота рассмотрения последнего, возможно, иногда преувеличенная. Для технико-экономического аспекта в промышленных капиталистических государствах характерна зависимость от импорта энергоресурсов, доходящего в целом до 40%, причем значительная его часть приходится на наиболее развитые индустриальные страны. При этом основными экспортерами жидкого топлива, составляющего более 70% всех топливно-энергетических ресурсов, поступающих на международный рынок, являются шесть стран Среднего Востока, четыре африканские страны, две Южно-Американские и Индонезия. Эти 13 государств, входящих в Организацию экспортеров нефти (ОПЕК), оказывают существенное влияние на установление цен на нефть на мировом рынке и вместе с тем на прибыли империалистических монополий. Все это существенно для политико-экономического аспекта энергетики, касающегося как международных отношений, так и разработки долгосрочных национальных планов энергоснабжения, которыми в настоящее время занимаются инженеры и экономисты, социологи и политические деятели в каждой промышленно развитой и развивающейся стране.
Промышленное производство Франции росло довольно быстро. За 16 лет (с 1950 по 1966 г.) оно выросло в 2,4 раза, за это же время в США —в 2,5 раза, в Англии* — в 1,6 раза. Этому росту способствовал рост национализированной энергетики.
Франция является капиталистической страной, одной из первых национализировавшей электроэнергетику, угольную и газовую промышленности (1945—1946). С конца 50-х годов во Франции проводятся мероприятия по усилению государственно-монополистического регулирования во всех сферах энергетического хозяйства, включая добычу и производство, сбыт и внешнюю торговлю. Будучи одной из шести развитых капиталистических стран, потребляющих наибольшее количество энергетических ресурсов на одного жителя (табл. П.1), Франция в то же время могла только частично обеспечить энергопотребление за счет собственного производства первичных энергоресурсов. Эта доля самообеспеченности непрерывно уменьшалась (от 69% в 1950 г. до 30% в 1970 г.), причем самообеспеченность нефтью, являющейся пока основным видом топлива, составила к 1980 г. менее 3%. В структуре же потребления нефть продолжает занимать лидирующее положение (табл. П.2).
Таблица П. 1. Потребление промышленных видов первичных топливно-энергетических ресурсов на одного жителя в капиталистических странах, кг у.т/год, по годам
Страна | 1950 | 1970 | 1975 | 1978 |
В среднем | 3221 | 5 921 | 6 089 | 6 360 |
Франция | 1912 | . 3 956 | 3 946 | 4 368 |
Великобритания | 4358 | 5 336 | 5 300 | 5 212 |
Швеция | 2061 | 6 430 | 5 636 | 5 954 |
ФРГ | 2490 | 5 419 | 5 345 | 6 015 |
Япония | 554 | 3 342 | 3 619 | 3 825 |
США | 7316 | 11020 | 11 019 | И 374 |
Таблица П.2. Структура потребления первичных топливно-энергетических ресурсов во Франции (в условном исчислении) по годам
Энергоресурсы | 1960 | 1975 | 1978 | 1985 | ||||
млн. т | % | млн. т | % | млн. т | % | МЛН. 1 |
| |
Всего | 123,2 | 100,0 | 234,9 | 100,0 | 260,3 | 100,0 | 320,3 | 100,0 |
Уголь | 64,5 | 39,0 | 39,3 | 16,7 | 45,8 | 17,6 | 40,0 | 12,5 |
Нефть | 39,4 | 47,2 | 145,3 | 61,9 | 151,6 | 58,2 | 144,4 | 45.1 |
Природный газ | 3,5 | 3,7 | 25,0 | 10,7 | 30,0 | 11,5 | 51,5 | 16.1 |
Атомная энергия | 0,1 | 0,1 | 5,7 | 2,4 | 8,6 | 3,3 | 61,5 | 19,2 |
Гидроэнергия | 15,7 | 10,1 | 19,6 | 8,3 | 24,3 | 9,4 | 20,0 | 6,2 |
Новые источники |
|
|
|
|
|
| 2,9 | 0,9 |
. * Рашковский В. М. Теория и практика разработки и внедрения АСУП. Советское радио, 1975; Вольфберг Д. Б. Энергетическая политика Франции на современном этапе. — Энергохозяйство за рубежом, 1980, N* 2.
Предисловие редактора
В настоящее время Франция занимает третье место (после Японии и Италии) по степени зависимости от внешнего энергоснабжения. Доля импортных энергоресурсов во Франции возрастает: в 1980 г. составила 81% (в 1960г.—35%), хотя за последние годы и удалось снизить относительное потребление нефти (63% в 1976 г. и 56% в 1979 г.), которое к 1985 г. должно уменьшиться до 45%.
Однако рост производства энергии за счет национальных источников весьма ограничен: условия добычи угля неблагоприятны, а себестоимость его почти на 60% превышает цену на импортный уголь; кроме того, французским шахтерам, видимо, далее придется увеличивать зарплату, что в еще большей степени увеличит стоимость угля. Это, в свою очередь, приведет к повышению стоимости электроэнергии, вырабатываемой ТЭС, и еще более повысит относительную выгодность АЭС*.
Разведка на нефть и газ не дает сколько-нибудь обнадеживающих результатов. Гидроэнергетический потенциал рек Франции уже использован примерно на 90%, и хотя дополнительные источники гидроэнергии имеются (особенно на так называемых микро-ГЭС), но они невелики. Наиболее перспективными являются запасы урана, которые эквивалентны 1,5 млрд. т у.т. при использовании его в реакторах на тепловых нейтронах и отвечают не менее 65—70 млрд. т у.т. при переходе к реакторам на быстрых нейтронах. Поэтому особое внимание уделяется развитию ядерной энергетики. Первая опытно-промышленная АЭС начала работу в 1963 г. и долгое время была единственной; с 1970 г. началось строительство реакторов типа ВВР и предполагалось, что уже к 1975 г. мощность АЭС составит 6000 МВт, а: выработка электроэнергии достигнет 18%. Этого, однако, достигнуть не удалось (табл. П.З).
Между тем потребление электроэнергии во Франции увеличивалось значительно быстрее, чем промышленное производство и потребление первичных энергоносителей в целом. Так, за 1975—1980 гг. при среднем росте общего потребления энергии 5—5,5% в год рост потребления
Таблица П.З. Установленная мощность электростанций по годам
Типы электростанций | 1960 | 1970 | 1975 | 1978 | ||||
МВт | % | МВт | % | МВт | % | МВт | % | |
Всего | 21 851 | 100,0 | 38 787 | 100,0 | 48 069 | 100,0 | 55 847 | 100,0 |
ТЭС | 11 523 | 52,7 | 21 819 | 96,3 | 27 397 | 57,0 | 30 521 | 54,7 |
АЭС | 97 | 0,5 | 1 750 | 4,5 | 3 101 | 6,5 | 6 726 | 12,0 |
ГЭС | 10 151 | 46,4 | 15 138 | 39,0 | 17 209 | 35,8 | 17 500 | 31,3 |
ГАЭС | 80 | 0,4 | 80 | 0,2 | 365 | 0,7 | 1 100 | 2,0 |
* The Energy Policy ol'France. Ministere de l’lndustrie, 1978.
OECD. International Energy Trends. Paris, 27-th. August, 1979.
Ray G. and Robinson C. The European Energy Outlook to 1985, November, 1978.
Потребители | Потребление, ГВт • ч | Прирост в год, % | ||||
| 1960 | 1973 | 1975 | 1978 | 1961-1973 | 1974-1978 |
Общий расход | 75 007 | 179 562 | 188 513 | 230 980 | 5,9 | 5,2 |
Расход на собственные нужды электростанций | 2 801 | 8 048 | 7 994 | 9440 | 8,5 | 3,2 |
Расход на ГАЭС | 186 | 224 | 302 | 753 | 1,4 | 29,0 |
Потери в сетях | 6 849 | 11355 | 12 392 | 15 934 | 4,0 | 6,8 |
Потребление: |
|
|
|
|
|
|
нетто | 65 171 | 159 395 | 168 325 | 204 853 | 7,1 | 5,1 |
промышленностью | 39 281 | 84 813 | 82 024 | 91515 | 6,1 | 1,5 |
топливной промышленностью | 4 845 | 7 019 | 6 415 | 10 200 | 2,9 | 7,8 |
транспортом | 3 533 | 6 399 | 6167 | 6 681 | 4,7 | 0,8 |
коммунально-бытовым | 7 484 | 30 169 | 88 164 | 53 891 | 11,3 | 123 |
прочие | 10 028 | 31535 | 35 555 | 42 566 | 9,2 | 6,2 |
энергии коммунально-бытовым сектором составил 12—13%, а промышленностью — менее 1,5% (табл. П.4).
Дальнейшее развитие экономики страны в значительной мере сдерживалось напряженностью энергоснабжения. Затраты на импорт всех видов топливно-энергетических ресурсов в начале 70-х годов составляли 12—13% от стоимости всего импорта в страну, а в 1978 г. — уже более 20%.
Рост цен на нефть на мировом рынке заставляет Францию непрерывно увеличивать расходы на ее закупку — закуплено более 120 млн. т нефти за рубежом (в 1979 г. на 50—55 млрд. франков больше, чем в
г.). Эти расходы будут расти и дальше, так как Франция из верх крупных капиталистических стран наименее самообеспечена нефтью (в 1978 г. самообеспеченность составляла 3%, в то время как в США — 50%, Англии—65%, ФРГ —4—5%). Стремясь снизить долю жидкого топлива в энергобалансе страны и уменьшить общую степень зависимости энергоснабжения от внешних источников (до 65% к 1985 г. вместо 80% в настоящее время), французские энергетики много внимания уделяют различным мероприятиям по экономии энергии вообще и особенно электроэнергии. Например, увеличиваются мощности агрегатов (85% энергии ТЭС вырабатывается на крупных агрегатах), снижается расход топлива, расширяется сеть высокого напряжения (400 кВ) и рационально расстанавливаются источники реактивной мощности, выравнивается график нагрузки. С этой целью применяется один из самых разработанных и дифференцированных тарифов в мире, имевший сначала 245 тарифных зон, учитывающих категории потребителей, зоны времени участка территории страны (в настоящее время их число снижено до 94). Согласно этим тарифам, дополнительная плата меняется в 5—10 раз; большое внимание уделяется станциям, выравнивающим график нагрузки, — это ГАЭС, накапливающие энергию в провалы, газотурбинные установки, соответствующее регулирование ГЭС и т.д.
Осуществляя мероприятия по экономии топливно-энергетических ресурсов и рационализации их использования, правительство в законодательном порядке стало контролировать использование любых видов топлива и энергии, ввело дополнительные налоги на расходование мазута сверх установленной квоты, ограничило скорости движения автотранспорта: на автомагистралях —до 130 км/ч, на прочих дорогах — до 90 км/ч. В течение трех лет цены на автомобильное горючее повышались три раза, вводились новые нормы теплоизоляции и регулирования отопления в жилых зданиях, сократился срок отопительного периода (за последние 20 лет с 8 месяцев до 6) и снизилась- температура за это же время с 23 до 18°С. Все это позволило сэкономить в 1978 г. около 22 млн. т у.т.
Совершенно очевидно, что указанных мероприятий недостаточно и единственным выходом из этого положения может быть развитие атомной энергетики, на которую ориентируется Франция в большей мере, чем любая капиталистическая страна. В 1979 г. Франция производила 250 млрд. кВт-ч (по сравнению с 390 млрд. кВт-ч в ФРГ, 490 млрд. кВт • ч в Японии и 2350 млрд. кВт • ч в США), из этого количества 54% приходилось на ТЭС, 34% —на ГАЭС и 12% —на АЭС. Дальнейший рост доли АЭС характеризует табл. П.5.
Таблица П. 5. Предполагаемая структура производства электроэнергии во Франции до 1990 г.
Вид электростанции | 1985 | 1990 | ||
ТВт * ч | % К итогу | ТВт • ч | % к итогу | |
ТЭС | 98 | 27,6 | 85 | 18,7 |
АЭС | 194 | 54,6 | 305 | 67,0 |
ГЭС | 63 | 17,8 | 65 | 14,3 |
Итого | 355 | 100 | 455 | 100 |
Атомная энергетика, таким образом, уже к 1990 г. должна составить около 70%. При этом темпы развития электроэнергетики должны в два раза превзойти рост потребности в первичных топливно-энергетических ресурсах.
В развитии ядерной энергетики Франция имеет определенный опыт. Так, в 1959 г. было начато строительство АЭС с газографитовыми реакторами, от которых, однако, отказались (1968) и перешли к водо-водяным реакторам (ВВР). Предполагалось, что к 1975—1976 гг. АЭС будет составлять до 50% вновь вводимых мощностей. В действительности же было введено только около 11%. Поэтому принимаются особые меры, чтобы атомной энергетике обеспечить запланированный к 1990 г. рост мощности («70%), кажущийся сейчас неправдоподобно большим. Так, в 1975—1978 гг. Управление энергетикой Франции (Э де Ф) заказало 34 реактора общей мощностью 33 800 МВт; капиталовложения в строительство АЭС увеличились в 12 раз, в то время как в строительство ГЭС только на 13%, а в строительство ТЭС даже снизились. Однако быстрое сооружение АЭС затрудняется из-за повышающихся требований к безопасности и роста стоимости АЭС (по отношению к 1973—1974 гг. более чем на 60%).
Во Франции большие надежды в энергетике возлагаются на реакторы-размножители на быстрых нейтронах (РРБН). Опыт эксплуатации реактора РРБН мощностью 250 МВт оказался весьма успешным: коэффициент воспроизводства был близок к расчетному —1,16, кпд брутто 45%. Однако выработка энергии на станциях была низкой: первые два года —74%, а затем три года —55%. Это явилось следствием появившихся утечек теплоносителя — жидкого натрия.
Первая станция, названная «Феникс», должна быть пущена в 1983 г., затем вторая — «Супер Феникс» —станция мощностью 1200 МВт с реактором РРБН и далее ряд аналогичных станций. Если темпы намеченного строительства будут выдержаны, то Франция будет иметь большую долю атомной энергетики, чем любая другая капиталистическая страна Европы (а возможно, и мира). Это, разумеется, скажется на всей энергетике и электроэнергетике страны.
Во Франции ведутся работы по созданию реактора, предназначенного для производства технологического тепла высокого потенциала, необходимого, например, для газификации угля, а также реактора для производства низкотемпературного тепла для нужд теплофикации. Последние разрабатываются на мощность 100 МВт и способны снабжать потребителей водой, нагретой до 120°С. Строительство прототипа такого теплофикационного реактора, вероятно, начнется в 1982—1983 гг. Преобладание АЭС и мощных ТЭС позволяет получать пиковую мощность. В настоящее время 43% мощности ГЭС работают на бытовом Стоке. Эти станции производят 61% вырабатываемой на ГЭС электроэнергии и не могут рассматриваться как пиковые. Чисто пиковой мощности установлено 1,9 ГВт (3,7%): на ГАЭС — 1Д и на ГТУ — 0,8 ГВт. Сюда же можно отнести и ГЭС с кратковременным суточным регулированием общей мощностью 3,5 ГВт (6,3%). Энергия ГЭС с большими водохранилищами сезонного регулирования (общая мощность 6 ГВт) приберегается на периоды максимального потребления.
В дальнейшем гидроэнергетика будет развиваться в направлении сооружения мощных ГАЭС, которые при преобладающем положении АЭС в энергосистеме Франции обеспечат ее пиковой мощностью (табл. П.6).
Цена электроэнергии во Франции сейчас сильно зависит от выработки энергии на АЭС, на которых стоимость 1 кВт * ч примерно на 25% ниже, чем на угольных ТЭС, если даже принять затраты на оборудование примерно одинаковыми.
Таблица П.6. Структура и перспективы развития гидроэнергетических мощностей
Год | Общая установленная мощность, ГВт | В том числе, ГВт | Суммарная выработка электроэнергий, ТВт ч | |
ГАЭС | ГЭС | |||
На 31/XII 1977 | 18,5 | 1.10 | 17,4 | 61,38 |
1985 | 23,5 | 4,45 | 19,05 | 66,2 6 |
1990 | 25,5 | 5.45 | 20,05 | 68,14 |
Стоимость электроэнергии, произведенной на АЭС, может быть предсказана более точно в связи с меньшим удельным весом топливной составляющей. Предполагается, что до 1982 г. стоимость электроэнергии во Франции будет возрастать примерно на 10% по сравнению с существующим уровнем. С 1982 г. в связи с широким вводом в эксплуатацию АЭС ожидается ежегодное снижение стоимости электроэнергии на 1—2% (без учета инфляции). Этот прогноз учитывается при выборе вариантов развития экономики на предстоящий период. Отмечается, что затраты на электроэнергию, потребляемую в часы пик, во многом определяют общую сумму затрат.
Все подключенное оборудование можно разделить на критическое, работающее в определенные часы, и некритическое, работающее в любое время суток. Такая классификация оборудования на предприятии позволяет составить график, исключающий одновременное включение большого числа оборудования обеих групп, и снизить пиковое потребление электроэнергии.
Эффективность ГАЭС будет возрастать по мере строительства АЭС, которые и впредь не будут приспособлены к работе с переменной нагрузкой. Во Франции могут быть в дальнейшем построены ГАЭС с суточным регулированием на общую мощность 20 ГВт, недельным регулированием на мощность 12 ГВт и с сезонным регулированием на несколько гигаватт. Гидроэнергопотенциал больших и средних рек Франции в значительной мере использован. Однако имеется 8 ТВт • ч экономичного гидропотенциала малых рек, из которых 2 ТВт • ч (ГЭС единичной мощностью менее 2 МВт) уже освоено и 0,7 ТВт • ч предусмотрено освоить в ближайшие годы. Имеется приливная станция в устье р. Ране мощностью 240 МВт, работающая как пиковая. Неоднократно ставился вопрос о строительстве еще двух приливных электростанций годовой производительностью 60 ТВт • ч, однако решения по нему не принято из-за высокой стоимости установленной мощности*.
* Во Франции имеется еще не менее семи мест, пригодных для строительства приливных электростанций общей гидравлической энергией более 95 ТВт ч/год.
По закону Франции о национализации энергетики установки мощностью 8000 кВ • А остались в частном секторе. В настоящее время в частном секторе имеется примерно 700 электростанций, которые удовлетворяют потребности их владельцев и отпускают избытки электроэнергии в государственную сеть. Кроме намечающихся ежегодно вводов в эксплуатацию ГЭС общей мощностью 50 МВт, что даст до 2000 г. 10 ГВт, предполагается, что гидроресурсы 4 ТВт * ч могут быть использованы в виде 2000 микро-ГЭС единичной мощностью по 4 МВт. Сейчас предлагается облегчить процедуру согласования сооружения этих микро-ГЭС и требования, предъявляемые в отношении охраны окружающей среды.Много внимания уделяется освоению новых видов источников энергии. Намечается широкое применение солнечной энергии, с помощью которой предполагается в 1985 г. выработать энергию, эквивалентную примерно 3—4 млн. т у.т., а в 2000 г.— 15—17 млн. т у.т. Работы по освоению солнечной энергии начиная с 1978 г. возглавляются специальным учреждением — Комиссариатом по солнечной энергии. В 1985 г. намечается произвести солнечных коллекторов 1 млн. м2 (70 тыс. м2 в г.). За 1975—1978 гг. было построено 70 солнечных электроэнергетических установок мощностью по 1—100 кВт. Франция участвует в западноевропейской программе, предусматривающей строительство на о. Сицилия солнечной электростанции мощностью 1 МВт. Однако солнечные батареи, по производству которых Франция занимает второе место в мире, пока еще дороги —100—120 франков за 1 Вт установленной мощности. Принимаются меры по снижению их стоимости. Для дальнейшего развития энергетики предусматривается увеличение использования дров в качестве топлива с 3 млн. т у.т. в 1976 г. до 6 млн. т у.т. в 1990 г.
Много внимания уделено созданию ветроэнергетических агрегатов. В 1979 г. намечалось подключить к одной из энергосистем ветроэнергетический агрегат мощностью 100 кВт. Должно развиваться использование геотермальной энергии, с помощью которой к 1990 г. должны отапливаться не менее 50000 домов. Это позволит ежегодно экономить 700 тыс. т у.т. Начинают применяться тепловые насосы на фермах, где с их помощью после охлаждения молока получается горячая вода для хозяйственных нужд, создаются установки для получения метана из навоза и другие, кажущиеся сейчас «экзотическими» устройства энергетического назначения. Большие мощности станций во Франции выдаются на сравнительно короткие расстояния, и для системы этой страны до настоящего времени большее значение имела динамическая устойчивость, статической же уделялось меньше внимания. Однако последние аварии указывают на возможность появления лавины напряжения. Электрические сети электросистемы Франции (рис. П.1) имеют основной костяк в виде линий напряжением 400 кВ (8200 км) и 225 кВ (23 700 км). Линии напряжением 150 кВ (6300 км) не развиваются и постепенно переводятся на другое напряжение или демонтируются *. Хотя во Франции ведутся работы по созданию электропередач напряжением 750 и 1200 кВ, внедрение напряжения выше 400 кВ пока не запланировано. Линии более низкого напряжения (45, 63 и 90 кВ) имеют длину 41400 км. Протяженность распределительных сетей среднего напряжения составляет 457 тыс. км, из которых 51% имеют напряжение 15 кВ и 38% — 20 кВ. Общая протяженность распределительной сети низкого напряжения равна 608 тыс. км, из них 84% имеют напряжения 220/380 В и 16% —127/220 В.
Представляет определенный интерес система регулирования частоты. Франция связана 23 линиями передач с соседними странами, из них 10 линий имеют напряжение 400 кВ и 13. линий —220 кВ. Передаваемая по ним энергия составляет более 12% от всей выработки системы Франции.
*Андреев В. А., Вольфберг Д. Б. Топливно-энергетическое хозяйство капиталистических и развивающихся стран. Энергия, 1980, с. 223; Мировая энергетика. Прогноз развития до 2020 г. Пер. под ред. Ю.Н. Старщинова. Энергия, 1980, с. 254.
Все объединение ЭЭС Западной Европы, состоящее из 13 стран, имеет максимум нагрузки 190 ГВт, в том: числе Франция —40 ГВт. Выработка мощности в отдельных странах координируется с помощью двухступенчатой системы автоматического регулирования частоты и мощности. При возникновении дефицита мощности в какой-либо из стран сначала вступают в действие первичные регуляторы скорости агрегатов, причем в восстановлении баланса участвуют ЭЭС всех стран, а затем действуют вторичные системы регулирования, которые обеспечивают перераспределение нагрузок путем увеличения генерируемой мощности в той стране, в которой возник дефицит.
Рис. ГГ. 1. Карта-схема сетей Франции напряжением 400 кВ
В эксплуатации: одноцепные; двухцепные; • подстанции. В строительстве (к 1980 г.): одноцепные; двухцепные; 0 подстанции
Для этого каждая страна имеет централизованную национальную систему вторичного регулирования, реагирующую на алгебраическую сумму отклонения частоты и отклонения суммарного перетока по международным связям от величины, определяемой контрактами. Для обеспечения динамических характеристик вторичная система регулирования выполняется на интегральном принципе. Для электроснабжения больших городов, например Парижа, принята следующая схема электроснабжения: кольцо 400 кВ, глубокие вводы, трансформация 400/225/20 кВ. На напряжении 20 кВ происходит распределение энергии по городу.
При планировании развития энергосистемы Франции технико-экономические расчеты в большинстве случаев производятся для пиковой части нагрузки. Это же относится и к выбору установленной мощности компенсационных устройств. Суммарная мощность этих устройств выбирается так, чтобы уровни напряжений удерживались в определенном диапазоне, в каждом районе сети имелся резерв реактивной мощности для регулирования напряжения и суммарная установленная мощность компенсационных устройств была вблизи экономического оптимума.
Для оценки экономической эффективности вычисляется удельный первоначальный коэффициент эффективности последней установки. Этот коэффициент, рассчитанный на год ввода компенсационного устройства в эксплуатацию, равен отношению суммарной годовой экономии за счет использования компенсационных устройств к капиталовложениям в эти устройства. При расчетах учитывается, что использование компенсационных устройств снижает капиталовложения в распределительные сети (в частности, требуется меньшая мощность трансформаторов); экономит топливо; уменьшает долю потерянной энергии.
При этом получается график зависимости коэффициента эффективности от установленной мощности компенсационных устройств как для отдельных энергорайонов, так и для всей энергосистемы в целом.
В настоящее время в энергосистеме Франции работают синхронные компенсаторы с суммарной мощностью, превышающей 18000 Мвар. В дальнейшем по мере выработки ресурса синхронные компенсаторы будут заменяться конденсаторами, или, что еще более эффективно, регулируемыми источниками реактивной мощности. В ближайшее время ожидается применение в эксплуатации более дешевых пленочных конденсаторов. Эти конденсаторы должны стоить на 15—20% дешевле, чем обычные, и иметь массу и габариты порядка 10% от обычных. Поэтому очевидна правильность тенденций полной замены синхронных компенсаторов статическими регулируемыми или даже в отдельных случаях нерегулируемыми. Регулирование напряжения и реактивной мощности в энергосистеме Франции в дальнейшем будет осуществляться непрерывными АРВ генераторов и дискретными регуляторами компенсационных устройств. При этом учитывается необходимость тщательной проработки планирования размещения ИРМ, что позволит повысить надежность и экономичность режимов системы.
В. А. Веников
