История электротехники - Коллектив авторов

Другие электроэнергетические проекты. Рассматриваются варианты развития связей между объединенными энергосистемами Средней Азии и энергосистемами Ирана и Турции, прорабатываются вопросы развития связей между энергообъединениями России и Китая, Японии, Кореи, энергообъединениями России и США.

Электроэнергетика Китая развивается быстрыми темпами; производство электроэнергии увеличивается ежегодно на 7–9%. Общее ежегодное производство электроэнергии в Китае превысило 900 млрд. кВт∙ч. Китайской стороной проявлен интерес к передаче электроэнергии из России. Потенциальные источники электроэнергии для экспорта могут находиться как в районах Сибири — Богучанская, Братская, Усть-Илимская ГЭС и Березовская ГРЭС, так и в районах Дальнего Востока — АЭС в Хабаровском крае, ГЭС и ТЭС в Амурской области и в Якутии, приливная электростанция на юге Охотского моря. В качестве вариантов передачи электроэнергии могут рассматриваться ВЛ напряжением 500 кВ переменного тока со вставками постоянного тока, передача постоянного тока пропускной способностью 1,5–2 млн. кВт. В ОЭС Востока в качестве передающих рассматриваются Амурская, Хабаровская, Дальневосточная энергосистемы. Для экспорта электроэнергии рассматриваются ВЛ разного класса напряжения — до 500 кВ включительно.

Главные предпосылки для импорта электроэнергии Японией состоят в отсутствии собственных топливно-энергетических ресурсов и чрезвычайно высокой плотности населения. Потенциальные источники электроэнергии в России для экспорта в Японию: тепловые электростанции на Сахалине, сжигающие шельфовый газ или южно-сахалинский уголь; ГЭС и АЭС в объединенной энергосистеме Дальнего Востока; приливная электростанция на юге Охотского моря. Электропередачи для экспорта электроэнергии в Японию могут быть сооружены либо через о. Сахалин с пересечением двух проливов небольшой ширины и глубины (Татарский и Лаперуза), либо через территории Китая и Кореи с пересечением Корейского пролива шириной 200 км.

Транспорт электроэнергии в США с учетом большой дальности линий электропередачи пока прогнозируется в небольшом объеме и при условии, что основная часть затрат на сооружение перехода ВЛ через Берингов пролив и освоение труднодоступных подходов к нему будет отнесена на строительство трансконтинентальной железной дороги через Берингов пролив.

Реализация рассмотренных международных проектов, а также намечаемых вариантов усиления межсистемных связей позволит сформировать мощную протяженную цепь: Япония — Китай — Сибирь — Казахстан — Европейская часть России — другие страны СНГ — Восточная Европа — Западная Европа и явится важным этапом в создании Единого энергообъединения на Евразиатском континенте, суммарная мощность которого составит порядка 60% мощности всех электростанций мира и в котором ЕЭС России в силу своего геополитического положения может стать центральным связующим звеном.

Необходимую пропускную способность межсистемных связей в этом энергообъединении можно приближенно оценить на основе рекомендаций, апробированных практикой создания ЕЭС бывшего СССР, согласно которым суммарная пропускная способность межсистемных связей в сечениях, делящих мощное энергообъединение на две части, должна составлять порядка 2–3% максимума нагрузки меньшей из рассматриваемых частей энергообъединения. С учетом этого условия необходимые пропускные способности межсистемных связей в Евразиатском энергообъединении на территории России и Казахстана составят более 10 ГВт. Достижение таких пропускных способностей возможно лишь с использованием линий электропередачи сверхвысокого напряжения (1150 кВ переменного и 1500 кВ постоянного тока).

Среди других рассматриваемых в настоящее время проектов, имеющих межгосударственное значение, необходимо отметить следующие:

электропередача от мощных ГЭС на р. Конго (Заир) в Египет и далее в Западную Европу длиной более 5000 км и пропускной способностью более 10 ГВт;

ряд электропередач, формирующих энергообъединение юга Африки от Заира и Танзании до ЮАР;

трансамазонская система электропередач в Бразилии от комплекса крупных ГЭС на р. Амазонке к развитым юго-восточным районам страны;

межгосударственная электропередача Колумбия — Панама — Коста-Рика — Никарагуа — Гондурас — Сальвадор — Гватемала — Мексика в Центральной Америке;

электропередача Китай — Индия и ряд других.

5.2. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

Концентрация производства электроэнергии. Первые электростанции (блок-станции) появились как установки для питания электроосветительной сети в конце 70-х годов XIX столетия.

Блок-станции вырабатывали исключительно постоянный ток и могли обеспечить электроэнергией районы, расположенные на расстоянии до 1 км. Поэтому постоянный ток в то время быстро исчерпал свои возможности.

Применение постоянного тока в большой энергетике в определенной мере нашло место в передаче электроэнергии на большие расстояния, но и в этой области вопрос не решен однозначно: на практике основные потоки электроэнергии передаются во всем мире именно переменным током. Весьма энергичные попытки выработки электроэнергии постоянного тока в больших количествах предпринимались на основе МГД-преобразования в 60–70-х годах XX в., но они не привели к успеху.

Трехфазная система как основа производства, передачи и распределения электроэнергии оказалась жизнеспособной не только потому, что синхронные генераторы допускают невиданный в технике рост мощностей от 10 кВт в начале развития до 1 ГВт к 80-м годам XX столетия. Целый ряд технических особенностей трехфазного переменного тока определил его широкое применение.

Это прежде всего преобразование с помощью трансформаторов электроэнергии, вырабатываемой генераторами, в электроэнергию более высокого напряжения для передачи ее на большие расстояния и электроэнергию более низкого напряжения для обеспечения местных потребителей и собственных нужд станции; создание простых, дешевых электродвигателей от самых малых до очень мощных 10 МВт и более; достаточно простое решение задачи коммутации больших токов; применение переменного тока в сочетании с управляемыми тиристорными установками для систем возбуждения синхронных машин (возбудители переменного тока и т.п.). Можно сказать, что трехфазный ток обладает исключительно высокими свойствами преобразуемости и управляемости.

Технические особенности переменного тока определили на все последнее столетие структуру электростанции:

выработка электроэнергии синхронными генераторами на напряжение 6–20 кВ (меньшее значение соответствует ранним маломощным

синхронным генераторам, большее — современным, сверхмощным);

распределение электроэнергии на генераторном напряжении для питания близко расположенных электроприемников;

трансформация электроэнергии на более низкое напряжение для питания электроприемников собственных нужд станции;

трансформация электроэнергии на более высокое напряжение для питания электроприемников, удаленных от станции.

Соответственно на электростанции сооружаются несколько распределительных устройств на разных ступенях напряжения. Тем самым станция на современном этапе развития в силу гигантской концентрации производства электроэнергии является мощным узлом распределения электроэнергии, основным звеном современных электроэнергетических систем. Открытие и внедрение трехфазной системы переменного тока было фундаментальным достижением европейской цивилизации.

Если первые электростанции сооружались на основе агрегатов мощностью порядка 100 кВт, то в 80-е годы XX столетия были освоены агрегаты мощностью 1,2 МВт — рост за столетие в 10 000 раз. Сам по себе рост мощностей вытекает из закона роста производительных сил общества. Поражает то, что такой рост был достигнут на основе применения синхронных генераторов и практически при неизменной структуры станции.

В силу изложенного основным законом развития электростанций, определяющим технические решения по оборудованию, системам контроля и управления, является рост мощностей агрегатов станции, повышение мощностей самих станций, концентрация производства электроэнергии.

В последнее время станция, по существу, срастается с энергосистемой. Это находит свое выражение, в частности, и в том, что главная схема станции на современном этапе уже не может проектироваться без учета структуры электрической сети энергосистемы, в которой она работает. Этот процесс, не осмысленный пока в полной мере, будет развиваться и дальше.

Перспективы дальнейшего роста мощностей синхронных генераторов, по крайней мере, в два-три раза, вполне реальны, но первичные источники энергии электростанций будущего — сложнейшая проблема современности, обсуждение которой выходит за рамки данной книги.