Экономика предприятия электроэнергетики. Учебное пособие

Физические характеристики электроэнергетики

В энергетической отрасли энергия производится на крупных генерирующих станциях энергосистемы,  передается по линиям высокого напряжения к нагрузочным центрам в пределах зоны обслуживания или к другим точкам снабжения и,  наконец, распределяется на низких напряжениях к конечным потребителям. Эти три компонента — производство, передача и распределение — составляют основные элементы физической структуры электроэнергетики.

Таким образом, энергетическая система — это совокупность взаимосвязанных электрических станций, подстанций, линий электропередачи, электрических и тепловых сетей, центров потребления электрической энергии и теплоты. Энергосистема предназначена для выработки и передачи к потребителям электрической энергии и теплоты. Все элементы энергосистемы объединены процессом производства, преобразования, передачи и распределения энергии.

Выработка электрической энергии в современных энергосистемах производится на гидроэлектростанциях (ГЭС), конденсационных тепловых электростанциях (КЭС), теплоэлектроцентралях (ТЭЦ), атомных электростанциях (АЭС), газотурбинных электростанциях (ГТС), гидроаккумулирующих станциях (ГАЭС). Для производства тепловой энергии в основном используются ТЭЦ.

Поскольку различные виды генерирующих установок отличаются различными эксплуатационными и затратными характеристиками, энергопредприятие стремится построить такие типы установок, которые обеспечивают удовлетворение спроса в любое время с наименьшими затратами.

Операторы энергетической системы нагружают и разгружают вырабатывающие электростанции последовательно в соответствии с уровнем эксплуатационных расходов, по мере того как повышается и падает спрос в системе. Электростанции базовой нагрузки строятся с таким расчетом, чтобы удовлетворить минимальный спрос энергопредприятия путем непрерывной эксплуатации в течение дня и года. Они не могут быстро нагружаться и разгружаться ввиду их эксплуатационных характеристик (например, АЭС). Как правило, базовые станции характеризуются высокими затратами на строительство,  которые могут и должны быть распределены на выработку в течение года, и низкими эксплуатационными затратами (в основном на топливо). С другой стороны, пиковые электростанции строятся для удовлетворения спроса, который имеет место только в течение нескольких часов в сутки.

Эти станции должны легко подключаться и отключаться от системы, и, поскольку время их использования ограничено, они должны иметь низкие капитальные затраты. Как правило, они имеют высокие затраты на топливо (например, газотурбинные станции), хотя гидроэлектростанции  могут также использоваться как пиковые из-за высоких маневренных характеристик. Промежуточные станции (полупиковые) — станции на ископаемом топливе, сжигающие уголь, нефть и природный газ, — подключаются реже, чем станции базовой нагрузки, и чаще, чем пиковые станции. Загрузка отдельных станций варьируется в зависимости от стоимости соответствующего топлива: в период низких цен на нефть, например,  нефтепотребляющие станции могут действовать как базовые, а не как промежуточные станции.

Электрическая энергия вырабатывается генераторами электрических станций обычно на напряжении 6-20 кВ. По техническим и экономическим соображениям для передачи ее к потребителям используют более высокие напряжения. Для этой цели создают систему электроснабжения, под которой понимают объединенную общим производственным процессом совокупность элементов электрической системы, электроприемники и соответствующие аппараты управления и регулирования.

В составе системы электроснабжения можно выделить подсистемы передачи и распределения электроэнергии.

Система передачи состоит из линий высокого напряжения и подстанций, которые передают энергию из точки ее производства или точек поставки от других энергопредприятий к центрам нагрузки в пределах своей зоны обслуживания. Функция передачи электроэнергии,  как правило, завершается в высоковольтной части распределительной подстанции,  находящейся в собственности данного энергопредприятия, или в точках, где право  собственности на мощность  переходит к другому предприятию.

Система распределения  соединяет потребителей с системой передачи,  обеспечивая им доступ к электрической энергии, которая была выработана и передана.

Для повышения экономичности и надежности энергосистем их объединяют на параллельную работу. Под объединенной энергосистемой (ОЭС)  понимают энергетическую систему, образовавшуюся в результате объединения нескольких отдельных энергосистем, сохраняющих самостоятельное административное управление при общем оперативном управлении. Объединение энергетических систем, охватывающее всю территорию страны или значительную ее часть, называется единой энергетической системой (ЕЭС). Создание ОЭС и ЕЭС позволяет осуществлять централизацию выработки электроэнергии и концентрацию генерирующих мощностей, что существенно повышает экономическую эффективность электроснабжения народного хозяйства. ОЭС обычно создают с помощью относительно слабых межсистемных линий электропередачи   небольшой   длины (до 100-300 км). В ЕЭС важными     элементами     являются     протяженные        электропередачи (500-1000 км и более), обладающие относительно высокой пропускной способностью.

Структура энергосистемы характеризует соотношение мощностей электрических станций и агрегатов различных типов, а также состав элементов энергосистемы и связи между ними, параметры сети (напряжение, конфигурацию и пр.).

По типу станций различают энергосистемы с преобладанием тепловых станций, с преобладанием ГЭС и смешанные системы.

По характеру потребителей электрической энергии различают энергосистемы: с преобладанием промышленной нагрузки; с преобладанием коммунально-бытовой и сельской нагрузки; содержащие потребителей смешанного типа. Состав потребителей оказывает существенное влияние на характер суточных графиков нагрузки и экономические показатели энергосистемы.