Общая энергетика
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Энергетика
Издательство:
НИЦ ИНФРА-М
Автор:
Полищук Владимир Иосифович
Год издания: 2024
Кол-во страниц: 208
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
Профессиональное образование
ISBN: 978-5-16-018523-1
ISBN-онлайн: 978-5-16-107944-7
Артикул: 712554.06.01
В учебном пособии изложены общие вопросы энергетических систем, теоретические основы преобразования различных видов энергии (тепловой, ядерной, гидравлической, солнечной, ветровой, геотермальной и т.п.) в электрическую энергию, объяснены устройство, принципы функционирования, режимы работы тепло- и электрогенерирующего оборудования и освещены основные вопросы, связанные с передачей и распределением электрической энергии.
Предназначено для студентов, обучающихся по направлению «Электро- и теплоэнергетика».
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 13.03.01: Теплоэнергетика и теплотехника
- 13.03.02: Электроэнергетика и электротехника
- 13.03.03: Энергетическое машиностроение
- ВО - Специалитет
- 13.05.01: Тепло- и электрообеспечение специальных технических систем и объектов
- 13.05.02: Специальные электромеханические системы
ГРНТИ:
Скопировать запись
Общая энергетика, 2023, 712554.05.01
Общая энергетика, 2022, 712554.04.01
Общая энергетика, 2021, 712554.01.01
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
В.И. ПОЛИЩУК ОБЩАЯ ЭНЕРГЕТИКА УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ Рекомендовано Межрегиональным учебно-методическим советом профессионального образования в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки 13.03.00 «Электро- и теплоэнергетика» (квалификация (степень) «бакалавр») (протокол № 8 от 22.06.2020) Москва ИНФРА-М 202
УДК 620.9(075.8) ББК 31я73 П50 Подготовлено на кафедре электрических сетей и электротехники в рамках исполнения госзадания «Наука» ГК № 7.2826.2011 Р е ц е н з е н т ы: Лукутин Б.В., доктор технических наук, профессор (Национальный исследовательский Томский политехнический университет); Агеев А.Ю., кандидат технических наук, заведующий кафедрой электроники и автоматики физических установок Северского технологического института Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» Полищук В.И. П50 Общая энергетика : учебное пособие / В.И. Полищук. — Москва : ИНФРА-М, 2024. — 208 с. — (Высшее образование). — DOI 10.12737/ 1039242. ISBN 978-5-16-018523-1 (print) ISBN 978-5-16-107944-7 (online) В учебном пособии изложены общие вопросы энергетических систем, теоретические основы преобразования различных видов энергии (тепловой, ядерной, гидравлической, солнечной, ветровой, геотермальной и т.п.) в электрическую энергию, объяснены устройство, принципы функционирования, режимы работы тепло- и электрогенерирующего оборудования и освещены основные вопросы, связанные с передачей и распределением электрической энергии. Предназначено для студентов, обучающихся по направлению «Электро- и теплоэнергетика». УДК 620.9(075.8) ББК 31я73 Данная книга доступна в цветном исполнении в электронно-библиотечной системе Znanium ISBN 978-5-16-018523-1 (print) ISBN 978-5-16-107944-7 (online) © Полищук В.И., 2013, 2020
ОГЛАВЛЕНИЕ ɉɊȿȾɂɋɅɈȼɂȿ............................................................................................................... 5 ȼȼȿȾȿɇɂȿ ........................................................................................................................ 6 ȼ.1. ɗɬɚɩɵ ɪɚɡɜɢɬɢɹ ɷɧɟɪɝɟɬɢɤɢ Ɋɨɫɫɢɢ ..................................................... 6 ȼ.2. ɇɚɫɟɥɟɧɢɟ, ɷɧɟɪɝɨɩɨɬɪɟɛɥɟɧɢɟ ɢ ɷɧɟɪɝɟɬɢɱɟɫɤɢɟ ɪɟɫɭɪɫɵ............. 10 ȼ.3. Ɋɨɥɶ ɷɧɟɪɝɟɬɢɱɟɫɤɨɝɨ ɤɨɦɩɥɟɤɫɚ ɞɥɹ ɫɨɰɢɚɥɶɧɨ-ɷɤɨɧɨɦɢɱɟɫɤɨɝɨ ɪɚɡɜɢɬɢɹ ɫɬɪɚɧɵ ........................... 12 ȼ.4. ɉɪɢɧɰɢɩɵ ɮɨɪɦɢɪɨɜɚɧɢɹ фɟɞɟɪɚɥɶɧɨɝɨ ɨɛɳɟɪɨɫɫɢɣɫɤɨɝɨ ɪɵɧɤɚ ɷɧɟɪɝɢɢ ɢ ɦɨɳɧɨɫɬɢ ........ 16 ȼ.5. Ɉɬɥɢɱɢɬɟɥɶɧɵɟ ɨɫɨɛɟɧɧɨɫɬɢ ɷɥɟɤɬɪɨɷɧɟɪɝɟɬɢɤɢ ɤɚɤ ɜɚɠɧɟɣɲɟɣ ɫɨɫɬɚɜɧɨɣ ɱɚɫɬɢ ɬɨɩɥɢɜɧɨ-ɷɧɟɪɝɟɬɢɱɟɫɤɨɝɨ ɤɨɦɩɥɟɤɫɚ ɫɬɪɚɧɵ ................................................................................... 24 Ƚɥɚɜɚ 1. ɗɅȿɄɌɊɈɋɌȺɇɐɂɂ – ɈɋɇɈȼȺ ɗɇȿɊȽȿɌɂɄɂ ɋɌɊȺɇɕ ............. 29 1.1. Ɍɢɩɵ ɷɥɟɤɬɪɨɫɬɚɧɰɢɣ ɢ ɨɫɨɛɟɧɧɨɫɬɢ ɢɯ ɬɟɯɧɨɥɨɝɢɱɟɫɤɨɝɨ ɩɪɨɰɟɫɫɚ .................................................................................................... 29 1.2. ɇɟɬɪɚɞɢɰɢɨɧɧɵɟ ɜɢɞɵ ɩɪɨɢɡɜɨɞɫɬɜɚ ɷɥɟɤɬɪɨɷɧɟɪɝɢɢ (вɟɬɪɨɷɥɟɤɬɪɨɫɬɚɧɰɢɢ, ɫɨɥɧɟɱɧɵɟ ɷɥɟɤɬɪɨɫɬɚɧɰɢɢ, ɝɟɨɬɟɪɦɚɥɶɧɵɟ ɷɥɟɤɬɪɨɫɬɚɧɰɢɢ ɢ ɬ.ɞ.) ................................................ 37 1.3. Ƚɪɚɮɢɤɢ ɷɥɟɤɬɪɢɱɟɫɤɢɯ ɧɚɝɪɭɡɨɤ ....................................................... 41 Ƚɥɚɜɚ 2. ɌȿɏɇɈɅɈȽɂɑȿɋɄɂȿ ɉɊɈɐȿɋɋɕ ɌȿɉɅɈȼɕɏ ɂ ȺɌɈɆɇɕɏ ɗɅȿɄɌɊɈɋɌȺɇɐɂɃ ........................................................ 44 2.1. Ɍɟɨɪɟɬɢɱɟɫɤɢɟ ɨɫɧɨɜɵ ɩɪɟɨɛɪɚɡɨɜɚɧɢɹ ɷɧɟɪɝɢɢ ɜ ɬɟɩɥɨɜɵɯ ɞɜɢɝɚɬɟɥɹɯ .......................................................................... 44 2.2. ɉɨɞɝɨɬɨɜɤɚ ɬɜɟɪɞɨɝɨ ɬɨɩɥɢɜɚ ɤ ɫɠɢɝɚɧɢɸ: ɞɪɨɛɥɟɧɢɟ, ɪɚɡɦɨɥ ɬɨɩɥɢɜɚ, ɫɢɫɬɟɦɚ ɩɵɥɟɩɪɢɝɨɬɨɜɥɟɧɢɹ ɫ ɲɚɪɨɜɨɣ ɛɚɪɚɛɚɧɧɨɣ ɦɟɥɶɧɢɰɟɣ ....................................................... 49 2.3. Ʉɥɚɫɫɢɮɢɤɚɰɢɹ ɩɚɪɨɜɵɯ ɤɨɬɥɨɚɝɪɟɝɚɬɨɜ: ɤɨɬɥɵ ɛɚɪɚɛɚɧɧɨɝɨ ɢ ɩɪɹɦɨɬɨɱɧɨɝɨ ɬɢɩɨɜ. ȼɵɩɨɥɧɟɧɢɟ ɢ ɩɪɢɧɰɢɩ ɪɚɛɨɬɵ ɩɚɪɨɝɟɧɟɪɚɬɨɪɨɜ ɩɪɹɦɨɬɨɱɧɨɝɨ ɢ ɛɚɪɚɛɚɧɧɨɝɨ ɬɢɩɨɜ .................... 51 2.4. əɞɟɪɧɵɟ ɷɧɟɪɝɟɬɢɱɟɫɤɢɟ ɭɫɬɚɧɨɜɤɢ ɢ ɬɢɩɵ ɹɞɟɪɧɵɯ ɪɟɚɤɬɨɪɨɜ. . 61 2.5. ɉɪɨɦɟɠɭɬɨɱɧɵɟ ɩɚɪɨɩɟɪɟɝɪɟɜɚɬɟɥɢ. .................................................. 70 2.6. ɍɫɬɚɧɨɜɤɢ ɞɥɹ ɩɨɞɝɨɬɨɜɤɢ ɩɢɬɚɬɟɥɶɧɨɣ ɜɨɞɵ ................................. 73 2.7. ɍɫɬɚɧɨɜɤɢ ɞɥɹ химической ɩɨɞɝɨɬɨɜɤɢ ɜɨɞɵ ................................... 75 2.8. ɉɚɪɨɜɵɟ ɢ ɝɚɡɨɜɵɟ ɬɭɪɛɢɧɵ ................................................................. 78 2.9. ɇɚɡɧɚɱɟɧɢɟ ɤɨɧɞɟɧɫɚɰɢɨɧɧɨɣ ɭɫɬɚɧɨɜɤɢ, ɟɟ ɫɯɟɦɚ ɢ ɫɨɫɬɚɜ ......... 91 2.10. ɗɧɟɪɝɟɬɢɱɟɫɤɢɣ ɛɚɥɚɧɫ Ɍɗɋ ɢ Ⱥɗɋ .................................................. 93 Ƚɥɚɜɚ 3. ȽɂȾɊɈɗɇȿɊȽȿɌɂɑȿɋɄɂȿ ɍɋɌȺɇɈȼɄɂ ............................................ 99 3.1. ɉɪɨɰɟɫɫ ɩɪɟɨɛɪɚɡɨɜɚɧɢɹ ɝɢɞɪɨɷɧɟɪɝɢɢ ɜ ɷɥɟɤɬɪɢɱɟɫɤɭɸ ɧɚ ɪɚɡɥɢɱɧɵɯ ɬɢɩɚɯ ɝɢɞɪɨɭɫɬɚɧɨɜɨɤ ................................................... 99 3.2. ɉɪɨɛɥɟɦɵ ɤɨɦɩɥɟɤɫɧɨɝɨ ɢɫɩɨɥɶɡɨɜɚɧɢɹ ɝɢɞɪɨɪɟɫɭɪɫɨɜ ............. 106 3.3. Ɋɟɝɭɥɢɪɨɜɚɧɢɟ ɫɬɨɤɚ ɪɟɤɢ ɜɨɞɨɯɪɚɧɢɥɢɳɟɦ. .................................. 109 3.4. ɋɨɜɪɟɦɟɧɧɵɟ ɩɪɨɟɤɬɢɪɨɜɚɧɢɟ ɢ ɷɤɫɩɥɭɚɬɚɰɢɹ ɝɢɞɪɨɷɧɟɪɝɨɭɫɬɚɧɨɜɨɤ ........................................................................... 112 3.5. Ɍɪɚɞɢɰɢɨɧɧɚɹ ɢ ɦɚɥɚɹ ɝɢɞɪɨɷɧɟɪɝɟɬɢɤɚ ......................................... 113 3
Ƚɥɚɜɚ 4. ɗɅȿɄɌɊɂɑȿɋɄɈȿ ɈȻɈɊɍȾɈȼȺɇɂȿ ɗɅȿɄɌɊɈɋɌȺɇɐɂɃ ....... 118 4.1. ɋɢɧɯɪɨɧɧɵɟ ɝɟɧɟɪɚɬɨɪɵ: ɨɛɳɢɟ ɫɜɟɞɟɧɢɹ, ɪɟɠɢɦɵ ɪɚɛɨɬɵ ....... 118 4.2. ɋɢɥɨɜɵɟ ɬɪɚɧɫɮɨɪɦɚɬɨɪɵ ɢ ɚɜɬɨɬɪɚɧɫɮɨɪɦɚɬɨɪɵ: ɨɛɳɢɟ ɫɜɟɞɟɧɢɹ, ɫɢɫɬɟɦɵ ɨɯɥɚɠɞɟɧɢɹ, ɧɚɝɪɭɡɨɱɧɚɹ ɫɩɨɫɨɛɧɨɫɬɶ ........... 123 4.3. ȼɵɤɥɸɱɚɬɟɥɢ ɜɵɫɨɤɨɝɨ ɧɚɩɪɹɠɟɧɢɹ: ɦɚɫɥɹɧɵɟ, ɜɨɡɞɭɲɧɵɟ, ɷɥɟɝɚɡɨɜɵɟ, ɜɚɤɭɭɦɧɵɟ, ɷɥɟɤɬɪɨɦɚɝɧɢɬɧɵɟ ................................... 126 4.4. Ɋɟɚɤɬɨɪɵ ................................................................................................. 129 4.5. ɂɡɦɟɪɢɬɟɥɶɧɵɟ ɬɪɚɧɫɮɨɪɦɚɬɨɪɵ ...................................................... 132 Ƚɥɚɜɚ 5. ɗɅȿɄɌɊɂɑȿɋɄɂȿ ɋȿɌɂ ......................................................................... 135 5.1. Ɉɛɳɢɟ ɫɜɟɞɟɧɢɹ ɨɛ ɷɥɟɤɬɪɢɱɟɫɤɢɯ ɫɟɬɹɯ .......................................... 135 5.2. ɇɨɦɢɧɚɥɶɧɵɟ ɧɚɩɪɹɠɟɧɢɹ ɷɥɟɤɬɪɢɱɟɫɤɢɯ ɫɟɬɟɣ ........................... 135 5.3. ɋɜɟɞɟɧɢɹ ɨ ɤɨɧɫɬɪɭɤɰɢɹɯ ɥɢɧɢɣ ɷɥɟɤɬɪɨɩɟɪɟɞɚɱ .......................... 136 5.4. ɉɨɧɹɬɢɟ ɨ ɤɚɱɟɫɬɜɟ ɷɥɟɤɬɪɨɷɧɟɪɝɢɢ ɢ ɟɝɨ ɜɥɢɹɧɢɟ ɧɚ ɪɚɛɨɬɭ ɷɥɟɤɬɪɨɩɪɢɟɦɧɢɤɨɜ ............................................................................... 145 Ƚɥɚɜɚ 6. ɗɇȿɊȽȿɌɂɑȿɋɄɂȿ ɋɂɋɌȿɆɕ ............................................................ 153 6.1. Ɉɛɳɢɟ ɫɜɟɞɟɧɢɹ ..................................................................................... 153 6.2. ɍɱɚɫɬɢɟ ɷɥɟɤɬɪɨɫɬɚɧɰɢɣ ɪɚɡɥɢɱɧɨɝɨ ɬɢɩɚ ɜ ɩɨɤɪɵɬɢɢ ɫɭɦɦɚɪɧɨɣ ɧɚɝɪɭɡɤɢ ɷɧɟɪɝɨɫɢɫɬɟɦ ..................................................... 154 6.3. Ɋɟɝɭɥɢɪɨɜɚɧɢɟ ɱɚɫɬɨɬɵ ɜ ɷɧɟɪɝɨɫɢɫɬɟɦɚɯ ....................................... 155 6.4. ɇɚɞɟɠɧɨɫɬɶ ɢ ɭɫɬɨɣɱɢɜɨɫɬɶ ɪɚɛɨɬɵ ɷɧɟɪɝɨɫɢɫɬɟɦ ......................... 159 Ƚɥɚɜɚ 7. ɍɉɊȺȼɅȿɇɂȿ, ɁȺɓɂɌȺ ɂ ȺȼɌɈɆȺɌɂɄȺ ɇȺ ɗɅȿɄɌɊɈɋɌȺɇɐɂəɏ ........................................................................ 162 7.1. ɇɚɡɧɚɱɟɧɢɟ ɫɢɫɬɟɦ ɭɩɪɚɜɥɟɧɢɹ, ɤɨɧɬɪɨɥɹ ɢ ɫɢɝɧɚɥɢɡɚɰɢɢ ɧɚ ɷɥɟɤɬɪɨɫɬɚɧɰɢɹɯ ............................................................................... 162 7.2. ɇɚɡɧɚɱɟɧɢɟ ɢ ɬɪɟɛɨɜɚɧɢɹ, ɩɪɟɞɴɹɜɥɹɟɦɵɟ ɤ ɪɟɥɟɣɧɨɣ ɡɚɳɢɬɟ... 165 7.3. Ɉɛɳɢɟ ɩɪɢɧɰɢɩɵ ɜɵɩɨɥɧɟɧɢɹ ɭɫɬɪɨɣɫɬɜ ɪɟɥɟɣɧɨɣ ɡɚɳɢɬɵ ...... 171 7.4. Ⱥɜɬɨɦɚɬɢɱɟɫɤɨɟ ɜɤɥɸɱɟɧɢɟ ɫɢɧɯɪɨɧɧɵɯ ɝɟɧɟɪɚɬɨɪɨɜ ................. 174 7.5. Ⱥɜɬɨɦɚɬɢɱɟɫɤɨɟ ɜɤɥɸɱɟɧɢɟ ɪɟɡɟɪɜɚ (ȺȼɊ) ...................................... 176 7.6. Ⱥɜɬɨɦɚɬɢɱɟɫɤɨɟ ɩɨɜɬɨɪɧɨɟ ɜɤɥɸɱɟɧɢɟ (Ⱥɉȼ) ................................ 178 Ƚɥɚɜɚ 8. ɗɇȿɊȽɈɋȻȿɊȿɀȿɇɂȿ ............................................................................. 185 8.1. Ɉɛɳɢɟ ɫɜɟɞɟɧɢɹ ..................................................................................... 185 8.2. ɗɮɮɟɤɬɢɜɧɨɫɬɶ ɢɫɩɨɥɶɡɨɜɚɧɢɹ ɷɧɟɪɝɨɪɟɫɭɪɫɨɜ ............................. 187 8.3. ɉɥɚɧɢɪɨɜɚɧɢɟ ɡɚɬɪɚɬ ɧɚ ɩɪɨɢɡɜɨɞɫɬɜɨ ɷɥɟɤɬɪɢɱɟɫɤɨɣ ɢ ɬɟɩɥɨɜɨɣ ɷɧɟɪɝɢɢ ɷɧɟɪɝɨɫɧɚɛɠɚɸɳɢɯ ɨɪɝɚɧɢɡɚɰɢɣ ................... 192 8.4. ɋɬɢɦɭɥɢɪɨɜɚɧɢɟ ɷɧɟɪɝɨɫɛɟɪɟɠɟɧɢɹ .................................................. 199 8.5. Ɋɟɫɭɪɫɨɫɛɟɪɟɝɚɸɳɢɟ ɬɟɯɧɨɥɨɝɢɢ ....................................................... 206 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ɋɉɂɋɈɄ ɅɂɌȿɊȺɌɍɊɕ .......................................................................................... 207 4
ɉɊȿȾɂɋɅɈȼɂȿ Научно-технический прогресс немыслим без развития энергетики и электрификации производств. Для повышения производительности труда первостепенное значение имеет автоматизация производственных процессов, тесно связанная с применением электрической энергии. Основными потребителями электроэнергии в производстве продукции являются электрические машины, мощность которых варьируется от единиц ватт до десятков мегаватт, причем рост планетарного населения, с одной стороны, и рост материальных потребностей – с другой, неизбежно ведут к наращиванию потребляемой электроэнергии с каждым годом. Для производства электрической энергии применяются различные электростанции, базирующиеся на сжигании природных энергетических ресурсов. Вместе с тем запасы традиционных природных топлив (нефти, угля, газа и др.) небесконечны. Ограничены запасы и ядерного топлива (урана и тория), из которого с помощью реакторов можно получать плутоний. Поэтому на сегодняшний день важно не только развивать добычу экономически выгодных источников энергии, но и рационально использовать имеющиеся природные ресурсы для производства электроэнергии без существенного ущерба окружающей среде. Отсюда широчайший комплекс проблем технико-экономического и социального характера в области энергетики. Учебная дисциплина «Общая энергетика» рассматривает общие вопросы формирования и функционирования топливно-энергетического комплекса (ТЭК) страны, основу которого составляют энергетические системы (ЭС), объединенные в единую энергетическую систему (ЕЭС) России. 5
ȼȼȿȾȿɇɂȿ Этапы развития энергетики России. Население, энергопотребление и энергетические ресурсы. Роль энергетического комплекса для социально-экономического развития страны. Принципы формирования федерального общероссийского рынка энергии и мощности. Отличительные особенности электроэнергетики как важнейшей составной части топливно-энергетического комплекса страны. ȼ.1. ɗɬɚɩɵ ɪɚɡɜɢɬɢɹ ɷɧɟɪɝɟɬɢɤɢ Ɋɨɫɫɢɢ В развитии энергетики страны можно выделить несколько этапов, каждый из которых характеризуется своими качественными особенностями. Это 1918–1930 гг., 1931–1940 гг., 1941–1945 гг., 1946–1959 гг., 1960–1985 гг., с 1986 г. и по настоящее время. Электрификация исторически началась с создания небольших электростанций на постоянном токе низкого напряжения (110…440 В) для освещения отдельных промышленных предприятий и их цехов, отдельных жилых зданий и учреждений или их групп в центральных районах городов, а затем частично и для силовых нужд. Незначительная мощность электростанции и использование постоянного тока низкого напряжения обусловливали весьма малые радиусы электропередачи. В дальнейшем происходило соединение электрических сетей отдельных электростанций для параллельной работы. Вначале при этом ставились ограниченные задачи взаимного резервирования и повышения надежности электроснабжения. На этом этапе в крупных городах имелось множество отдельных электростанций разной мощности, и постепенно сети от них смыкались. Однако электростанции принадлежали разным владельцам, что вызывало трудности в отношении их параллельной работы. В первую очередь начали соединяться электростанции в пределах городов, принадлежащие одному владельцу – одной частной компании (в царской России компании, которые приобрели права на электроснабжение городов, большей частью были иностранные). Поэтому, наряду с параллельно работающими электростанциями в крупных городах и промышленных центрах дореволюционной России, а также в СССР, в довоенный и частично в послевоенный период находилось еще много изолированных электростанций, или, как их называли, блок-станций. Соединение первых электростанций для параллельной работы явилось прообразом энергетических систем. Первое соединение для параллельной работы с помощью более протяженных линий электропередачи электростанций, расположенных в разных территориально населенных пунктах, было осуществлено в России в 1914 г. путем объединения мос6
ковских электростанций с электростанцией, расположенной в 76 км от Москвы, под названием «Электропередача». При этом была построена линия электропередачи 70 кВ. Это были лишь первые шаги в направлении развития энергетических систем. Важнейшим этапом развития энергетики явилось принятие в 1920 г. плана ГОЭЛРО, намного лет определившего тенденции развития энергетической базы страны. Планом предусматривалось скорейшее восстановление дореволюционного энергетического хозяйства, в том числе проведение мероприятий по реконструкции и увеличению мощности электростанций и по объединению их на параллельную работу. Основу же его составляла программа, рассчитанная на 10–15 лет и наметившая развитие всех отраслей народного хозяйства по районам страны, в том числе конкретный план развития всех отраслей промышленности и сооружения 30 новых крупных районных электростанций общей мощностью 1750 МВт. Суммарную мощность 20 вновь вводимых тепловых электростанций (ТЭС) планировалось довести до 1100 МВт, а 10 гидроэлектростанций (ГЭС) – до 640 МВт. План предусматривал значительное опережение темпов ввода генерирующих мощностей по сравнению с темпами развития промышленности. Также предусматривалось рациональное размещение промышленных предприятий и электростанций по территории страны. Уже в начальном периоде выполнения плана ГОЭЛРО были созданы районные энергосистемы Москвы, Ленинграда, Донбасса и др., построены первые линии электропередачи напряжением 110 кВ (Москва – Кашира), 154 кВ (Днепр – Донбасс) и 220 кВ (Ленинград – Свирь). Задания плана ГОЭЛРО по вводу энергетических мощностей были выполнены к началу 1931 г. Мощность электростанций к концу 1930 г. возросла в 2,5 раза, достигнув 2,875 млн кВт; выработка электроэнергии составила 8,37 млрд кВт·ч. В этот период были осуществлены большие качественные сдвиги в развитии отечественной энергетики: освоено напряжение 110 кВ, появились электростанции мощностью 100 МВт, мощность агрегатов достигла 50 МВт, давление пара с 1,2…1,6 МПа было поднято до 3 МПа, было положено начало теплофикации. К концу выполнения плана ГОЭЛРО были сформированы крупнейшие для того времени энергосистемы: Мосэнерго, Донэнерго, Днепроэнерго, Ленэнерго, Уралэнерго и др. В 1935 г. Московская энергетическая система выработала свыше 4 млрд кВт·ч электроэнергии и заняла первое место в Европе, опередив крупнейшую в то время Рейнско-Вестфальскую энергосистему. К началу 1936 г. в нашей стране эксплуатировалось 1346 тыс. км линий электропередачи 35 кВ и выше. Через 15 лет, т.е. в 1935 г., план ГОЭЛРО был значительно перевыполнен по всем основным показателям развития народного хозяйства и его 7
электроэнергетической базы. Валовая продукция промышленности выросла по отношению к 1913 г. более чем в 4 раза, а мощность электростанций – в 6,5 раза (6,9 млн кВт), производство же электроэнергии выросло в 13 раз (26,3 млрд кВт·ч). Было сооружено 40 районных ГРЭС вместо 30 по плану. СССР в 1935 г. обогнал по производству электроэнергии Англию, Францию, Италию и вышел на третье место в мире, уступая лишь США и Германии. За 1921–1940 гг. общая мощность электростанций увеличилась примерно в 10 раз. В период Великой Отечественной войны было разрушено свыше 60 крупных электростанций – почти половина всех линий электропередачи высокого напряжения. Установленная мощность электростанций снизилась до уровня 1933 г. Однако и в тот трудный период продолжалось энергетическое строительство. За период 1942…1944 гг. главным образом в восточных районах страны было введено 3,4 млн кВт новых мощностей. Большое развитие получили районные энергосистемы Урала, Сибири, Узбекистана и Караганды. Доля восточных районов в суммарном производстве электроэнергии возросла с 22 % в 1940 г. до 48,5 % в 1945 г. Уже в 1946 г. мощность электростанций страны достигла довоенного уровня. В 1947 г. наша страна по производству электроэнергии вышла на первое место в Европе и второе в мире. Характерной особенностью развития энергетики первых послевоенных пятилеток является широкое развитие энергосистем и создание первых трех мощных объединенных энергосистем (ОЭС) Юга, Центра и Урала. Вводом в строй линий электропередачи Волжская ГЭС – Москва началось освоение для передачи электроэнергии напряжением 400…500 кВ. В дальнейшем эти линии соединили ОЭС Центра с объединенными энергосистемами Урала и Средней Волги. Тем самым было положено начало формированию Единой энергосистемы европейской части СССР (ЕЕЭС СССР). Начало 60-х гг. характеризуется переходом к качественно новому уровню развития энергетики. На тепловых электростанциях началось в широких масштабах внедрение блочных схем компоновки основного оборудования при одновременном повышении параметров пара. Был осуществлен переход к серийным блокам мощностью 150 и 200 МВт на давление пара 13 МПа. В 1960–1965 гг. было установлено 108 таких блоков. В 1963 г. появились первые блоки мощностью 300 МВт при давлении пара 24 МПа. Уже в восьмом пятилетии эти блоки стали основным типом оборудования на новых мощных ГРЭС. В течение 60-х гг. были созданы опытные образцы более мощных блоков (500 и 800 МВт), которые позднее и начали входить в эксплуатацию как серийное оборудование. Началось широкое строительство электростанций мощностью более 8
млн кВт. К 1970 г. 30 ТЭС достигли этой мощности, а 5 из них имели мощность 2,4 млн кВт. В эти же годы получила дальнейшее развитие теплофикация. На теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) с 1972 г. вводятся в эксплуатацию крупнейшие теплофикационные турбоагрегаты мощностью 250 МВт. Этот период характеризовался дальнейшим развитием гидроэнергетики. Были построены или начали строиться крупнейшие в мире ГЭС. Так, в 1971 г. была введена в строй на полную мощность (6 млн кВт) Красноярская ГЭС имени 50-летия СССР, вступила в строй Усть-Илимская ГЭС на р. Ангаре (проектной мощностью 3,6 млн кВт), развернулось строительство Саяно-Шушенской ГЭС на р. Енисее (мощностью 6 млн кВт) и ряда других. Всего в 1971…1975 гг. в стадии строительства находилось 44 гидроэлектростанции, в работе – 59 станций этого типа мощностью 100 МВт и более. Общая мощность ГЭС на конец 1975 г. составила 40,5 млн кВт. Все большее значение в энергетическом балансе страны начинают играть атомные электростанции (АЭС). Первая в мире станция этого типа – Обнинская АЭС мощностью 5 МВт – была введена в строй еще в 1954 г. В 1964 г. были введены Белоярская и Нововоронежская АЭС мощностью соответственно 100 и 210 МВт. В 1971…1980 гг. было начато осуществление программы строительства АЭС. В 1971…1975 гг. находились в эксплуатации и на стадии строительства 13 атомных электростанций. В 1975 г. завершено строительство первой очереди Ленинградской АЭС проектной мощностью 2 млн кВт с реакторами типа РБМК-1000. С 1973 г. в Казахстане работает Шевченковская АЭС с реактором на быстрых нейтронах типа БН-350. В эти годы начато строительство целого ряда АЭС мощностью от 2 до 6 млн кВт с реакторами типов РБМК и ВВЭР единичной мощностью 1000 МВт. К началу 70-х гг. было завершено формирование ЕЕЭС СССР. Присоединение к ней в 1972 г. ОЭС Казахстана положило начало созданию электрических связей между ЕЕЭС СССР и ОЭС восточных районов страны. Установленная мощность электростанций ЕЭС СССР на конец 1975 г. составила 153,1 млн кВт, а выработка электроэнергии превысила 780 млрд кВт·ч. Производство электроэнергии во всех 11 ОЭС страны в 1975 г. составило около 1000 млрд кВт·ч, или более 95 % общей выработки. После распада СССР вводы новых генерирующих мощностей существенно сократились, и установленная мощность электростанций за все эти годы, начиная с 1991 г., увеличилась менее чем на 2 млн кВт. 9
ȼ.2. ɇɚɫɟɥɟɧɢɟ, ɷɧɟɪɝɨɩɨɬɪɟɛɥɟɧɢɟ ɢ ɷɧɟɪɝɟɬɢɱɟɫɤɢɟ ɪɟɫɭɪɫɵ Общее энергопотребление – соотношение количества энергии, потребляемой за определенный период времени, обычно в течение года, и численности населения. Сюда включают как энергию, получаемую непосредственно при сжигании различных видов топлива, так и электроэнергию, вырабатываемую на тепловых, атомных, геотермальных и гидроэлектростанциях. Для того чтобы суммировать все эти виды энергии, их выражают в одной и той же единице измерения – в нефтяном эквиваленте. Сжигание биомассы (дров, древесного угля или навоза), несмотря на то, что в некоторых развивающихся странах оно весьма распространено, при расчете данного показателя не учитывается из-за ненадежности имеющихся данных. Сегодня ископаемые виды топлива, такие как каменный уголь, нефть и природный газ, составляют 90 % общих первичных энергоресурсов. Общее мировое потребление первичной энергии во всех ее формах (включая такие виды топлива, как, например, биомасса) составляет приблизительно 400·1018 джоулей в год, что соответствует почти 10000 млн тонн нефтяного эквивалента (млн т н.э.) в год. В 2005 г. первичное энергопотребление во всем мире выросло на 2,7 %, что, в принципе, ниже показателя скорости роста за 2004 г. – 4,4 %, но все же больше среднего показателя за прошедшее десятилетие. Мировое население составляло порядка 6 миллиардов в 2000 г., получим среднегодовое использование топлива на человека – около 1,7 т н.э. (или 69 ГДж). Эти данные включают в себя все виды энергии, потребляемые промышленным, коммерческим, коммунальным и другими секторами экономики, а также потери в энергетическом секторе, как, например, большие энергопотери на атомных, тепловых (работающих на угле и газе) электростанциях. Они также включают большое количество древесного и другого биологического топлива, использованного в развивающихся странах. Эти данные являются средними и не отображают огромные различия между регионами. Количество топливных ресурсов, потребляемых в среднем на одного человека в развитых странах, более чем в шесть раз превышает то же значение для развивающихся стран. Из следующей диаграммы видно, что развитые страны (Северная Америка, Европа, бывшие страны СССР) используют почти в два раза больше топлива, чем развивающиеся, даже при условии, что их население составляет менее трети населения развивающихся стран. Энергетические ресурсы. На протяжении тысячелетий основными видами используемой человеком энергии были химическая энергия дре10