Расчет мощности электростанции. Атомные электростанции
Правильный выбор автономного источника электроэнергии строится на обязательном учете нескольких факторов, основным из которых является расчет необходимой мощности электростанции, способной удовлетворить все потребности энергопотребителей на конкретном объекте или объектах. Здесь мы постараемся предоставить подробные рекомендации по определению требуемой мощности генераторной установки в зависимости от её класса – бытового, полупромышленного и промышленного.
В подавляющем большинстве случаев мощность электростанции указывается в паспорте к приобретаемому оборудованию, причем указывается две размерности: полная мощность генератора в кВА и активная мощность в кВт. Другими важными техническими показателями являются: напряжение (220/230В для однофазных генераторов, и 380/400В для трехфазных), частота (50 Гц), а также ток нагрузки. При этом кривые напряжение и тока нагрузки представляют собой синусоиды. В идеале они должны совпадать, что говорит о том, что активная и полная мощность равны. Однако специфика выработки переменного тока всегда сдвигает данные кривые по отношению друг к другу, т.е. между синусоидами тока и напряжения всегда образуется определенный угол, определяющий снижение мощности, которую реально вырабатывает генератор.
Стоит отметить, что реальная мощность определяется в номинальном режиме, т.е. при номинальных паспортных напряжении и частоте, и является активной мощностью электростанции. Отношение активной мощности к полной называют коэффициентом мощности - Cos, который равен косинусу угла сдвига между током и напряжением.
В целом, используя простейшие арифметические действия, можно легко перевести одну мощность в другую. Современные промышленные дизельные генераторы имеют коэффициент мощности равный 0,8. Таким образом, полная мощность будет в 1,25 раз больше активной, и наоборот.
Однако, исходя из всех этих показателей, как определить электростанция какой мощности вам нужна? Выбирая бытовой генератор мощностью до 7 кВт достаточно будет просто высчитать суммарную мощность всех электроприемников (чайник, системы освещения, холодильник, бытовой инструмент и т.д.), которая не должна превышать активную мощность электростанции, указанную в паспортных данных.
В то же время, выбирая электростанцию большей мощности, полупромышленного и промышленного уровня, помимо суммарной мощности всех электроприемников, необходимо принимать во внимание ряд дополнительных параметров, в том числе температурные и климатические условия эксплуатации генератора, прямо влияющие на показатели работы оборудования. В паспортных данных мощность всегда рассчитывается для нормальных условий средней полосы России: температура 25 градусов, давление 750 мм. рт. ст., относительная влажность 30%. При изменении нормальных условий, при понижении температуры, увеличении давления или влажности, фактическая мощность электростанции, отдаваемая в сеть, будет изменяться. При наиболее серьезных изменениях нормальных условий активная мощность генератора может падать на 40-50%.
В заключении приведем некоторые основные термины, которые помогут вам более полно понимать определения и параметры работы современных электростанций в различных режимах работы:
- рабочая мощность – фактическая мощность генератора, выражаемая в кВт, отдаваемая в сеть при нормальных условиях и номинальных режимах нагрузки;
- длительная мощность – показатель, определяющий номинальную мощность, которую может выдавать генератор непрерывно и неопределенно долгий промежуток времени между плановыми техническими обслуживаниями при нормальных условиях окружающей среды;
- мощность в основном режиме – максимальная мощность, выдаваемая генератором в течение неопределенно долгого периода времени между плановыми техническими обслуживаниями при нормальных условиях окружающей среды. При этом средняя мощность в течение суток непрерывной работы электростанции не должна превышать 80% от основной мощности генератора;
- кратковременная (пиковая) мощность – показатель, определяющий величину максимальной мощности, которую генератор может выдавать максимум в течение 500 часов работы ежегодно или 300 часов между обязательным техобслуживанием. Превышение данного показателя оказывает непосредственное влияние на моторесурс и срок службы оборудования;
- максимальная мощность резерва – показатель для резервных источников электроснабжения, определяющий допустимую максимальную мощность работы генераторной установки в пределах 500 часов в год при нормальных условиях. Данный показатель рассчитывается по формуле: 100% нагрузка на генератор в течение 25 часов в год и 90% нагрузка в течение 200 часов в год. Превышение данных требований не допускается.
Установленная мощность электростанций в развивающихся странах , как предполагается, будет удваиваться каждые 7-8 лет, в том числе в Азии - 6 лет, в Африке - 9-Ю лет. В 1971 - 1980 гг. в этих странах предстоит построить электростанции общей мощностью 150 000-200 000 МВт, и стоимостью примерно 35 млрд. долл., кроме того, около 50 млрд. долл. потребуется на сооружение ЛЭП и распределительных сетей . Оценки Международного агентства по атомной энергии установленной мощности электростанций в развивающихся странах приведены в табл. 1-IV.
В 1970 г. выработка электроэнергии в США составила 1,64 трлн. кВт-ч, а установленная мощность электростанций - 360 млн. кВт (в 1950 г. - 83 млн. кВт). При этом в общей выработке электроэнергии станциями общего назначения доля ТЭС составляла 82,6%, ГЭС - 16,0% и АЭС - 1,4%.
Динамика структуры установленных мощностей электростанций в стране в соответствии с этим прогнозом приводится в табл. 29-V. Исходя из этих данных, мощность АЭС проектировалась в размере в 1975-1976 гг. 4,8 млн. 1985-1986 гг. - 48 млн. 2000-2001 гг. 165 млн. кВт.
Предполагаемое по программе Атомного форума изменение размеров и структуры установленной мощности электростанций приводится в табл. 30-V.
В капиталистических странах при росте за 1950 - 1978 гг. общей установленной мощности электростанций в 14,8 раза производство электроэнергии увеличилось лишь в 7,0 раза. Иными словами, темпы роста генерирующей мощности электростанций более чем вдвое опережали темпы роста производства электроэнергии. В развивающихся странах они были,.наоборот, несколь-
В табл. 3. 1 приводится изменение среднего числа часов использования установленной мощности электростанций за 1960-1976 гг.
Доля ТЭС и АЭС в общей установленной мощности электростанций промышленно развитых капиталистических стран с 60% в 1950 г. увеличилась до 79% в 1978 г., тогда как доля ГЭС снизилась почти вдвое. В развиваю-
Установленная мощность электростанций общего пользования США
В условиях крайней ограниченности собственных природных ресурсов минерального топлива вполне понятно то большое внимание, которое уделяется развитию ядерной энергетики . Доля АЭС в производстве электроэнергии всеми электростанциями Японии длительное время была заметно ниже, чем в развитых капиталистических странах в целом. Если доля Японии в промышленном производстве и производстве электроэнергии всеми электростанциями развитых капиталистических стран в 1975 г. составляла 10,8 и 10,9% соответственно, то в производстве электроэнергии АЭС - только 7,8%. Низка доля АЭС и в установленной мощности электростанций (табл. 4.15).
В 1978 г. по выработке электроэнергии ФРГ занимала третье место (после США и Японии), а по установленной мощности электростанций - четвертое место (после указанных стран в Великобритании) среди про-мышленно развитых капиталистических стран. В 1978 г. по потреблению электроэнергии на душу населения ФРГ заметно уступала США, но на 19% превосходила Японию, на 22% -страны Общего рынка, взятые в целом. В том же году установленная мощность электростанций на душу населения в ФРГ исчислялась в 1321 кВт против 2736 кВт в США, 1109 кВт в Японии и около 1100 кВт в среднем во всех странах - членах Общего рынка. Таким образом, по этим показателям ФРГ превосходила большинство капиталистических стран.
Осенью 1973 г. была опубликована энергетическая программа правительства ФРГ, в которой было предусмотрено форсирование темпов строительства АЭС. Установленная мощность электростанций этого типа намечалась на уровне 18 ГВт в 1980 г. и 45-50 ГВт в 1985 г.
Доля АЭС и выработке электроэнергии является более высокой, нежели в установленной мощности электростанций, поскольку они по экономическим соображениям используются в базисе графика нагрузки.
Опережающие темпы развития электроэнергетики в ближайшие 15-20 лет сохранятся (табл. 4.28). Для обеспечения растущих потребностей в электроэнергии считается необходимым довести установленную мощность электростанций до 110 ГВт в 1985 г. и 132 ГВт в 1990 г.
Установленная мощность электростанций в Великобритании на конец года
За 1971-1976 гг. установленная мощность электростанций во Франции увеличилась на 12 29 МВт, из них на АЭС пришлось 1327 МВт, или 10,8%, в то время как в середине 60-х годов полагали, что на АЭС будет при-
Еще более существенные корректировки потребовались в отношении структуры установленной мощности электростанций. По прогнозу МАГАТЭ 1974 г. предполагалось, что к концу текущего столетия АЭС займут абсолютно господствующее положение в электроэнергетике Индии - около 60% установленных мощностей и 70% производства электроэнергии . В настоящее время представляется, что столь глубокой перестройки этой отрасли индийской экономики, по всей вероятности, до 2000 г. не произойдет. Основой ее электроэнергетики останутся ТЭС на угле и других видах органического топлива. Масштабы строительства АЭС в целом будут меньшими не только по сравнению с ТЭС, но и ГЭС.
Р - установленная мощность электростанции Кс - стоимость электростанции мощностью Р кет. Из величины К нужно вычесть стоимость того оборудования, которое высвобождается при электрификации дороги (стоимость паровозов, пассажирских вагонов и части товарных вагонов, поскольку при электрификации их требуется для одного и того же объема перевозок меньшее количество вследствие увеличения скоростей движения). Стоимость высвобождаемого оборудования определяется с учетом процента физического износа в современных ценах, т. е. по стоимости воспроизводства. Пусть эта величина составляет /Св. Тогда дополнительные капитальные затраты на электрификацию железной дороги составят
Графики электрической нагрузки различаются по сезонам и месяцам года, а также дням недели - рабочим и выходным (рис. 1.3,1.4). Для условий России электрическая нагрузка зимой больше, чем летом. Наименьшее ее значение называется минимумом нагрузки, он имеет место в ночные часы суток. В утренние и вечерние часы наблюдается повышение нагрузки, причем зимой более значительное, чем летом. Поэтому все необходимые ремонты оборудования в электроэнергетике стремятся провести в летний период, чтобы в обязательном порядке обеспечить покрытие зимнего максимума в самые короткие световые дни. Этот максимум называется пиком нагрузки. На его основе определяется необходимая установленная мощность электростанций. Электрическая нагрузка в субботу, воскресенье и праздничные дни существенно ниже, чем в рабочие. Это может потребовать остановки ряда крупных энергетических агрегатов, что снижает их эксплуатационные показатели . В то же время у энергокомпаний появляется возможность проводить в такие дни ремонты оборудования , обеспечивая тем самым надежность его работы.
Усилия по ликвидации диспропорций принесли определенные результаты. Развернулась обширная программа первоочередного развития электроэнергетики и транспорта. Установленная мощность электростанций с 415 тыс. кВт в 1973 г. была увеличена к концу 1975 г. в 2,1 раза -до 879 тыс. кВт. Пропускная способность морских портов (без учета нефтепогрузочных терминалов) за 1973-1975 гг. также расширилась более чем вдвое - с 5 млн. до 10,2 млн. т грузов в год. Однако этого расширения транспортной системы оказалось недостаточно для обслуживания потока
Действительно, если в 1964 г. Комиссия считала, что установленная мощность электростанций в США в 1980 г. составит 527 000 МВтэ, то по новому прогнозу - 665 000 МВтэ, а в 1990 г. - 1260 000 МВтэ. В 1964 г. предполагалось, что установленная мощность АЭС в 1980 г. составит 70000 МВтэ, или 13% мощности всех электростанций. Считают, что темпы развития ядерной энергетики будут более высокими. По расчетам, в 70-е годы на долю АЭС придется 50% мощности всех новых паротурбинных электростанций, предназначенных для работы в базовом режиме, а в 80-е годы - 70% таких мощностей. В 1964 г. считали, что цены на электроэнергию и минеральное топливо будут снижаться. Цена на электроэнергию в США в 1990 г. будет в 2 раза выше, чем в настоящее время. Отмечается нарастание трудностей в электроэнергетике США. Темпы строительства электростанций замедлились из-за забастовок, низкой производительности труда строительно-монтажных рабочих, ошибочности прогнозов, изменения предъявляемых к электростанциям требований со стороны организаций, выдающих разрешения на их строительство и эксплуатацию. Инфляция, рост цен на минеральное топливо, высокие банковские ставки , рост требований, связанных со снижением отрицательного воздействия электроэнергетических объектов на окружающую среду , обусловили рост стоимости строительства и эксплуатации электростанций. Эта тенденция в обозримом будущем сохранится. Основные показатели прогнозируемого развития электроэнергетики США (электростанции общего пользования) в ближайшие 20 лет характеризуются данными табл. 9-V.
Выработка электроэнергии в 2000 г. в различных опубликованных прогнозах оценивается в диапазоне 5000-9000 млрд. кВт-ч. По нашим расчетам, основанным на оценке прироста мощностей электростанций, установленная мощность электростанций общего-пользования в США составит в 1980 г. примерно 550 млн. кВт, а в 2000г. около 1100 млн. кВт (1970 г. - 344 млн. кВт) выработка электроэнергии оценивается соответственно в 2200-2400 млрд. кВт -ч и 4700-4900 млрд. кВт-ч (1970 г. - 1520 млрд. кВт-ч). Доля АЭС в общей установленной мощности электростанций составит в 1980 г. - около 16%, или 90 млн. кВт в 2000 г. - до 50%, или 550 млн. кВт (1970 г. - 8 млн. кВт). Выработка электроэнергии на АЭС составит в 1980 г. около 400 млрд. кВт-ч, в 2000 г. -.2400 млрд. кВт-ч.
По состоянию на начало 1978 г. структура установленной мощности электростанций, принадлежащих компаниям японской электроснабжающеи промышленности, была следующей, ГВт всего - 103800, из них ТЭС на жидком топливе - 54,84 (52,8%), ТЭС на природном газе -10,55 (10,2%), ТЭС на угле -4,24 (4,1%), прочие ТЭС-1,23 (1,2%), ГЭС-16,93 (16,3%), ГАЭС - 7,98 (7,7%), АЭС-7,99 (7,7%), ГТЭС -40 МВт. Мощность всех электростанций страны на начало 1980 г. составляла 135 ТВт, из них ТЭС - 67,2%, ГЭС и ГАЭС- 20,0%, АЭС -12,7% и ГТЭС -0,1%.
Измененке структуры установленной мощности электростанций Японии
Прогноз роста установленной мощности электростанций общего пользования в Японии1
Прогноз увэличения установленной мощности электростанций в Бразилии
Режимы энергопотребления. Динамика спроса на энергию оказывает влияние на эффективность энергопредприятий по двум причинам из-за совпадения во времени производства и потребления энергии и неравномерности потребления во времени. Более равномерный и плотный суточный график энергопотребления позволяет вырабатывать энергию с относительно большим коэффициентом использования установленной мощности электгюстшщий, что приводит к снижению удельных издержек производства (себестоимости энергии). Снизить себестоимость 1 кВтч электроэнергии можно, увеличив число часов использования установленной мощности электростанции, т.е. выработку электроэнергии (рис. 3.3).
Выбирая электростанцию , необходимо знать будет ли питать электростанция весь объект или достаточно выделить особо важные точки (возможно, это приведет к дополнительным работам по разводке и перекоммутации нагрузок). Есть ли среди потребителей сложные для работы генератора приборы (например, любые электродвигатели, насосы и т. д. имеют так называемые пусковые токи, которые кратковременно увеличивают их потребляемую мощность в 4-5 раз), а также другие специфические моменты, влияющие на оценку мощности электростанции . Надо также знать, планируется ли в будущем увеличить количество или мощность потребителей электроэнергии.
Что такое коэффициент мощности?
Допустим, электростанция вырабатывает 3 кВА и имеет коэффициент мощности (так называемый cosφ ) 0,8. В этом случае мы можем реально получить от нее лишь 3 кВА х 0,8 = 2,4 кВт. Здесь и кроется разница между кВт и КВА.Некоторые производители и продавцы по-разному указывают одно и то же значение мощности. Например, приводят сразу две величины (3000 ВА при cosφ =0,8 и 2400 ВА при cosφ =1) либо только одну (2400 ВА при cosφ =1), избавляя покупателя от необходимости самостоятельно выполнять арифметические вычисления. К сожалению, некоторые продавцы не указывают cosφ по другим причинам, стараясь выдать электростанцию за более мощную.
Расcчитаем мощность.
Для расчета требуемой мощности электростанции необходимо рассчитать полную мощность в ВА (вольт-амперы), потребляемую всеми электроприборами, которые вы подключите к электростанции. Так же надо учесть и электроприборы, которые вы планируете приобрести и подключить к электростанции в будущем. При расчете, под полной мощностью понимается максимальная (пиковая) мощность, потребляемая электроприборами. Берем лист бумаги, карандаш и начинаем определять мощность каждого конкретного электроприбора в ВА. Мощность прибора (P) можно узнать из эксплуатационной документации, найти на шильдике электроприбора, посетить соответствующий раздел сайта: Мощность потребителей .
Если P электроприбора указана в ВТ (ватт), то её нужно разделить на коэффициент COSф, который также должен быть указан в документации или на шильдике. Если COSф не указан, то для грубого расчета P в Вт можно разделить на 0,6 - 0,8. Если какой-либо электроприбор имеет высокие пусковые токи (напрмер, электродвигатель погружного насоса, холодильника и т.п.), то P такого электроприбора нужно умножить на 3, что бы избежать перегрузки электростанции, и, как следствие, её отключения или выхода из строя в момент включения электродвигателя нагрузки с большими пусковыми токами. Затем складываем:
P суммарная (ВА) = P устройство 1 + P устройство 2 + …. + P устройство n (В*А)
После расчёта полной суммарной мощности всех электроприборов нужно учесть поправочный коэффициент одновременности включения электроприборов, в общем случае он равен 0,7. Если у вас практически никогда не будут одновременно использоваться все электроприборы, подключенные к электростанции, умножьте полную суммарную мощность электропотребления на этот коэффициент. И в завершение всех расчётов, т.к. рекомендуется выбирать электростанцию с запасом по мощности, полную суммарную мощность всех электроприборов необходимо умножить на 1,2 - 1,25.
Подсчитанная Вами требуемая мощность не должна быть выше номинальной мощности электростанции. Имейте в виду, что многие производители указывают для электростанции так называемую максимальную выходную мощность. Этот параметр предусматривает кратковременную работу электростанции (в зависимости от производителя этот интервал колеблется от нескольких секунд до 1 часа). Реальная номинальная мощность обычно на несколько (иногда на десятки) процентов ниже.
Практический опыт использования генераторов говорит о том, что для работы двух-трех лампочек, холодильника, телевизора на вашем дачном участке вполне достаточно генератора малой мощности на 2 киловатта. Владельцу загородного коттеджа, которого постоянно беспокоят перебои с электроэнергией, необходимо приобрести генератор высокой мощности от 7 до 15 киловатт. Строителям, пользующимся дрелью, болгаркой и бетономешалкой, будет достаточно генератора средней мощности до 6 киловатт.
Сложно переоценить значение электричества. Скорее, мы подсознательно недооцениваем его. Ведь практически вся окружающая нас техника работает от электросети. Об элементарном освещении и говорить не приходится. А вот производство электроэнергии нас практически не интересует. Откуда берется и как сохраняется (и вообще, возможно ли сохранить) электричество? Сколько реально стоит выработка электроэнергии? И насколько это безопасно для экологии?
Экономическое значение
Со школьной скамьи нам известно, что электроэнерговооруженность – один из основных факторов получения высокой производительности труда. Электроэнергетика – стержень всей деятельности человека. Нет ни одной отрасли, которая бы обходилась без нее.
Развитость этой отрасли свидетельствует о высокой конкурентоспособности государства, характеризует темпы роста производства товаров и услуг и почти всегда оказывается проблемным сектором экономики. Затраты на производство электроэнергии зачастую складываются из значительных первоначальных инвестиций, которые будут окупаться долгие годы. Несмотря на все свои ресурсы, Россия не исключение. Ведь значительную долю экономики составляют именно энергоемкие отрасли.
Статистика говорит нам о том, что в 2014 году производство электроэнергии Россией еще не вышло на уровень советского 1990 года. По сравнению с Китаем и США РФ производит - соответственно - в 5 и в 4 раза меньше электричества. Почему так происходит? Специалисты утверждают, что это очевидно: высочайшие непроизводственные расходы.
Кто потребляет электричество
Конечно, ответ очевиден: каждый человек. Но ведь сейчас нас интересуют промышленные масштабы, а значит, те отрасли, которым в первую очередь необходима электроэнергия. Основная доля приходится на промышленность – около 36%; ТЭК (18%) и жилой сектор (чуть больше 15%). Оставшийся 31% выработанного электричества приходится на непроизводственные отрасли, железнодорожный транспорт и потери в сетях.
При этом стоит учитывать, что в зависимости от региона структура потребления существенно меняется. Так, в Сибири действительно более 60% электричества используется промышленностью и ТЭК. А вот в европейской части страны, где расположено большее количество населенных пунктов, самым мощным потребителем оказывается жилой сектор.
Электростанции – основа отрасли
Производство электроэнергии в России обеспечивается почти 600 электростанциями. Мощность каждой превышает 5 МВт. Общая мощность всех электростанций составляет 218 ГВт. Как же мы получаем электроэнергию? В России используются такие типы электростанций:
- тепловые (их доля в общем объеме производства около 68,5%);
- гидравлические (20,3%);
- атомные (почти 11%);
- альтернативные (0,2%).
Когда речь заходит об альтернативных источниках электроэнергии, на ум приходят романические картинки с ветряками и солнечными батареями. Тем не менее, в определенных условиях и местностях это наиболее выгодные виды производства электроэнергии.
Тепловые электростанции
Исторически сложилось так, что тепловые электростанции (ТЭС) занимают основное место в производственном процессе. На территории России обеспечивающие производство электроэнергии ТЭС классифицируются по таким признакам:
- источник энергии – органическое топливо, геотермальная или солнечная энергия;
- вид вырабатываемой энергии – теплофикационная, конденсационная.
Еще одним важнейшим показателем считается степень участия в покрытии графика электронагрузки. Здесь выделяются базовые ТЭС с минимальным временем использования в году 5000 час; полупиковые (их еще называют маневренные) – 3000-4000 час в году; пиковые (используются только в часы максимальной нагрузки) – 1500-2000 час в году.
Технология производства энергии из топлива
Конечно, в основном производство, передача и использование электроэнергии потребителями происходит за счет работающих на органическом топливе ТЭС. Их различают по технологии производства:
- паротурбинные;
- дизельные;
- газотурбинные;
- парогазовые.
Паротурбинные установки самые распространенные. Они работают на всех видах топлива, включая не только уголь и газ, но и мазут, торф, сланцы, дрова и древесные отходы, а также продукты переработки.
Органическое топливо
Самый большой объем производства электроэнергии приходится на Сургутскую ГРЭС-2, мощнейшую не только на территории РФ, но и на весь Евразийский континент. Работая на природном газе, она выдает до 5600 МВт электроэнергии. А из угольных наибольшей мощностью обладает Рефтинская ГРЭС – 3800 МВт. Более 3000 МВт могут давать еще Костромская и Сургутская ГРЭС-1. Следует отметить, что аббревиатура ГРЭС не изменилась со времен Советского Союза. Она расшифровывается, как государственная районная электростанция.
Во время реформы отрасли производство и распределение электроэнергии на ТЭС должно сопровождаться техническим перевооружением действующих станций, их реконструкцией. Также среди первоочередных задач стоит строительство новых генерирующих энергию мощностей.
Электричество из возобновляемых ресурсов
Электроэнергия, полученная с помощью ГЭС, является важнейшим элементом стабильности единой энергосистемы государства. Именно гидроэлектростанции могут за считаные часы увеличить объемы производства электроэнергии.
Большой потенциал российской гидроэнергетики заключается в том, что на территории страны расположено почти 9% мировых запасов воды. Это второе место в мире по наличию гидроресурсов. Такие страны, как Бразилия, Канада и США, остались позади. Производство электроэнергии в мире за счет ГЭС несколько осложняется тем, что наиболее благоприятные места для их строительства существенно удалены от населенных пунктов или промышленных предприятий.
Тем не менее, благодаря электроэнергии, произведенной на ГЭС, стране удается сэкономить около 50 млн тонн топлива. Если бы удалось освоить весь потенциал гидроэнергетики, Россия могла бы экономить до 250 млн тонн. А это уже серьезная инвестиция в экологию страны и гибкую мощность энергетической системы.
Гидростанции
Строительство ГЭС решает множество вопросов, не связанных с выработкой энергии. Это и создание систем водоснабжения и водоотведения целых регионов, и строительство ирригационных сетей, столь необходимых сельскому хозяйству, и контроль паводков и т. д. Последнее, кстати, имеет немаловажное значение для безопасности людей.
Производство, передача и распределение электроэнергии в настоящее время осуществляется 102 ГЭС, единичная мощность которых превышает 100 МВт. Общая же мощность гидроустановок России приближается к 46 ГВт.
Страны по производству электроэнергии регулярно составляют свои рейтинги. Так вот, Россия сейчас занимает 5-е место в мире по выработке электричества из возобновляемых ресурсов. Наиболее значимыми объектами следует считать Зейскую ГЭС (она не только первая из построенных на Дальнем Востоке, но еще и довольно мощная – 1330 МВт), каскад Волжско-Камских электростанций (общее производство и передача электроэнергии составляет более 10,5 ГВт), Бурейскую ГЭС (2010 МВт) и т. д. Отдельно хочется отметить и Кавказские ГЭС. Из нескольких десятков работающих в этом регионе наиболее выделяется новая (уже введенная в эксплуатацию) Кашхатау ГЭС мощностью более 65 МВт.
Особого внимания заслуживают и геотермальные ГЭС Камчатки. Это очень мощные и мобильные станции.
Самые мощные ГЭС
Как уже отмечалось, производство и использование электроэнергии затруднено удаленностью основных потребителей. Тем не менее, государство занято развитием этой отрасли. Не только реконструируются имеющиеся, но и строятся новые ГЭС. Они должны освоить горные реки Кавказа, многоводные уральские реки, а также ресурсы Кольского полуострова и Камчатки. Среди самых мощных отметим несколько ГЭС.
Саяно-Шушенская им. П. С. Непорожнего построена в 1985 году на реке Енисей. Ее нынешняя мощность пока не достигает расчетных 6000 МВт в связи с реконструкцией и ремонтом после аварии 2009 года.
Производство и потребление электроэнергии Красноярской ГЭС рассчитано на Красноярский алюминиевый завод. Это единственный «клиент» введенной в эксплуатацию в 1972 году ГЭС. Ее расчетная мощность - 6000 МВт. Красноярская ГЭС единственная, на которой установлен судоподъемник. Он обеспечивает регулярное судоходство по реке Енисей.
Братская ГЭС введена в эксплуатацию в далеком 1967 году. Ее плотина перекрывает реку Ангару недалеко от города Братска. Как и Красноярская ГЭС, Братская работает на нужды Братского алюминиевого завода. Ему уходят все 4500 МВт электроэнергии. А еще этой гидростанции поэт Евтушенко посвятил поэму.
На реке Ангаре расположилась еще одна ГЭС – Усть-Илимская (мощность чуть более 3800 МВт). Строительство ее началось в 1963 году, а закончилось в 1979-м. Тогда же и началось производство дешевой электроэнергии для основных потребителей: Иркутского и Братского алюминиевых заводов, Иркутского авиастроительного завода.
Волжская ГЭС расположена севернее Волгограда. Ее мощность почти 2600 МВт. Эта крупнейшая в Европе гидроэлектростанция работает с 1961 года. Неподалеку от Тольятти функционирует самая «старая» из крупных ГЭС – Жигулевская. Она введена в эксплуатацию еще в 1957 году. Мощность ГЭС в 2330 МВт покрывает потребности в электричестве Центральной части России, Урала и Средней Волги.
А вот необходимое для нужд Дальнего Востока производство электроэнергии обеспечивает Бурейская ГЭС. Можно сказать, что она совсем еще «юная» - ввод в эксплуатацию состоялся только в 2002 году. Установленная мощность этой ГЭС – 2010 МВт электроэнергии.
Экспериментальные морские ГЭС
Гидроэнергетическим потенциалом обладают и множественные океанические и морские заливы. Ведь перепад высот во время прилива в большинстве из них превышает 10 метров. А это значит, что можно вырабатывать огромное количество энергии. В 1968 году была открыта Кислогубская экспериментальная приливная станция. Ее мощность составляет 1,7 МВт.
Мирный атом
Российская атомная энергетика является технологией полного цикла: от добычи урановых руд до производства электроэнергии. Сегодня в стране работает 33 энергоблока на 10 АЭС. Общая установленная мощность составляет чуть больше 23 МВт.
Максимальное количество электроэнергии АЭС было выработано в 2011 году. Цифра составила 173 млрд кВт/ч. Производство электроэнергии на душу населения атомными станциями выросло на 1,5% по сравнению с предыдущим годом.
Конечно, приоритетным направлением развития атомной энергетики является безопасность эксплуатации. Но и в борьбе с глобальным потеплением АЭС играют значительную роль. Об этом постоянно говорят экологи, которые подчеркивают, что только в России удается сократить выброс углекислого газа в атмосферу на 210 млн тонн в год.
Атомная энергетика получила свое развитие в основном на Северо-Западе и в европейской части России. В 2012 году всеми АЭС было выработано около 17% всей произведенной электроэнергии.
Атомные электростанции России
Крупнейшая АЭС России расположена в Саратовской области. Ежегодная мощность Балаковской АЭС составляет 30 млрд кВт/ч электроэнергии. На Белоярской АЭС (Свердловская обл.) сейчас работает только 3-й блок. Но и это позволяет назвать ее одной из самых мощных. 600 МВт электроэнергии получают благодаря реактору на быстрых нейтронах. Стоит отметить, что это был первый в мире энергоблок с быстрыми нейтронами, установленный для получения электричества в промышленных масштабах.
На Чукотке установлена Билибинская АЭС, которая вырабатывает 12 МВт электроэнергии. А Калининскую АЭС можно считать недавно построенной. Ее первый блок был введен в эксплуатацию в 1984 году, а последний (четвертый) лишь в 2010-м. Суммарная мощность всех энергоблоков составляет 1000 МВт. В 2001 году была построена и введена в эксплуатацию Ростовская АЭС. С момента подключения второго энергоблока - в 2010 году - ее установленная мощность превысила 1000 МВт, а коэффициент использования мощности составил 92,4%.
Энергия ветров
Экономический потенциал ветровой энергетики России оценивается в 260 млрд кВт/ч в год. Это почти 30% всей производимой сегодня электроэнергии. Мощность всех работающих в стране ветроустановок составляет 16,5 МВт энергии.
Особенно благоприятны для развития этой отрасли такие регионы, как побережье океанов, предгорные и горные районы Урала и Кавказа.
При выборе автономных систем энергоснабжения возникают вопросы, связанные с определением необходимой мощности электростанции, удовлетворяющей потребителя. В приводимых ниже рекомендациях, приведены минимальные сведения для правильного определения требуемой мощности автономной электростанции для бытового и полупромышленного использования.
Обычно, в паспортных данных на автономные электростанции указываются две мощности – полная мощность в кВА и активная мощность в кВт. Электрический генератор автономной электростанции вырабатывает электрическую энергию определенного напряжения (однофазного – 220/230В, или трехфазного -380В/400В) с частотой 50Гц и, в зависимости от мощности двигателя – бензинового или дизельного, с определенным током нагрузки. Кривые напряжения и тока представляют из себя синусоиды. В идеальном случае эти кривые должны совпадать и активная мощность быть идентичной полной. Однако при выработке электроэнергии переменного тока, всегда имеется некоторый угол сдвига между кривыми тока и напряжения. Несовпадение графиков обусловливает снижение мощности, реально отдаваемой генератором в сеть. Реальная мощность, снимаемая с клемм генератора в номинальном режиме, т.е. при номинальных паспортных напряжении и частоте, и является активной мощностью электростанции. Отношение активной мощности к полной называют коэффициентом мощности - Cos?, который равен косинусу угла сдвига между током и напряжением.
В большинстве случаев, автономные электростанции имеют коэффициент мощности, равный 0, 8. Соответственно, полная мощность в кВА, вырабатываемая генератором будет в 1, 25 раз больше, нежели мощность активная, измеряемая в кВт.
Для бытового потребителя, выбирающего автономную электростанцию небольшой мощности – до 7 кВт, достаточно убедиться, что суммарная паспортная мощность электроприемников, указанная на заводских табличках, например мощность электрочайника, суммарная мощность лампочек, не превышают активную мощность электростанции, указанную в кВт.
Для потребителей на большую нагрузку необходимо учитывать также дополнительные факторы.
Так, например, на работу и отдаваемую автономной электростанцией мощность, влияют такие факторы, как температура и относительная влажность окружающей среды, давление, а также характер нагрузки – чисто активная, индуктивная и т.д. В паспортных данных приводятся как правило данные для нормальных условий средней полосы европейской части России, т.е. - температура окружающей среды: 25?С, давление: 1000 МБар (750 мм рт. ст.), относительная влажность: 30 %.
При более сложных внешних условиях - повышенная температура воздуха, уменьшенное давления (например, в горных условиях), увеличенная влажность – соответственно отдаваемая в сеть мощность будет уменьшаться. Так в условиях разряженного воздуха в горах, двигатели внутреннего сгорания теряют свою мощность. В соответствии с этим и автономная электростанция не сможет обеспечить в горах паспортную мощность. Расчет отдаваемой электростанцией активной мощности в этом случае требует введения уменьшающих коэффициентов. В объеме данной статьи невозможно привести все поправочные коэффициенты и в каждом конкретном случае требуется обратиться либо к паспорту на установку или к специалистам компании поставщика. Здесь же ограничимся предупреждением, что, в некоторых случаях, отличные от паспортных данных внешние условия эксплуатации снижают реальную отдаваемую активную мощность на 40-50%.
В заключение, приведем дополнительно определения, касающиеся работы автономных электростанций в определенных режимах.
Рабочая мощность генераторной установки – это мощность, выражаемая в КВт, которая поступает на клеммы генератора при номинальном напряжении и частоте и при установленных условиях окружающей среды.
Длительная мощность - это номинальная мощность, которую может непрерывно поставлять генераторная установка неограниченное количество времени между техническим обслуживанием, установленным производителем и в установленных им условиях окружающей среды.
Мощность в основном режиме - это максимальная мощность в цикле различных нагрузок, которые поставляет генераторная установка в течение неограниченного количества времени между техническим обслуживанием, установленным производителем и в установленных им условиях окружающей среды. Средняя мощность, поставляемая генератором в течение 24 часового периода не должна превышать 80% от основной мощности.
Кратковременная мощность - это максимальная мощность, которую генератор может поставлять при установленных условиях окружающей среды максимум в течение 500 часов ежегодно, и максимум 300 часов между техобслуживаниями, установленными производителем. Предполагается, что подобное использование в таковых условиях будет влиять на срок службы генератора.
Максимальная мощность в режиме резервного источника питания – это допустимая максимальная мощность с различной нагрузкой в течение ограниченного числа часов в год (500 часов) при установленных условиях окружающей среды и в течение следующих максимальных рабочих периодов: 100% с нагрузкой в течение 25 часов/год; 90% с нагрузкой в течение 200 часов/год; превышение недопустимо.