Важнейшие проблемы и основные направления развития и размещения электроэнергетики Российской Федерации

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Электроэнергетика, ведущая и составная часть энергетики. Она обеспечивает генерирование (производство), трансформацию и потребление электроэнергии, кроме того, электроэнергетика играет районообразующую роль (являясь стержнем материально-технической базы общества), а также способствует оптимизации территориальной организации производительных сил. В экономически развитых странах технические средства электроэнергетики объединяются в автоматизированные и централизованно управляемые электроэнергетические системы.

Электроэнергетика наряду с другими отраслями  народного хозяйства рассматривается как часть единой народно - хозяйственной экономической системы. В настоящее время без электрической энергии наша жизнь немыслима. Электроэнергетика вторглась во все сферы деятельности человека: промышленность и сельское хозяйство, науку и космос. Без электроэнергии невозможно  действие  современных  средств  связи  и  развитие  кибернетики,  вычислительной  и  космической  техники. Представить без электроэнергии нашу жизнь невозможно.

Основным потребителем электроэнергии остается промышленность, хотя ее удельный вес в общем полезном потреблении электроэнергии значительно снижается. Электрическая энергия в промышленности применяется для приведения в действие различных механизмов и непосредственно в технологических процессах.

В сельском хозяйстве электроэнергия применяется для обогрева теплиц и помещений для скота, освещения, автоматизации ручного труда на фермах.

Огромную роль электроэнергия играет в транспортном комплексе. Большое количество электроэнергии потребляет электрифицированный железнодорожный транспорт, что позволяет повышать пропускную способность дорог за счет увеличения скорости движения поездов, снижать себестоимость перевозок, повышать экономию топлива.

Электроэнергия в быту является основной частью обеспечения комфортабельной жизни людей. Многие бытовые приборы (холодильники, телевизоры, стиральные машины, утюги и другие) были созданы благодаря развитию электротехнической промышленности.

Поэтому, актуальность выбранной мною темы является очевидной, также как очевидна важность электроэнергетики в хозяйственной жизни нашей страны.

Итак, задачами и целью данной работы являются:

- рассмотреть структуру электроэнергетики;

- изучить её размещение;

- рассмотреть современный уровень  развития электроэнергетики;

- охарактеризовать особенности развития и размещения электроэнергетики  в России.

- показать на картосхеме  расположение тепловых электростанций мощностью свыше 2 млн кВт. каскады ГЭС, атомные электростанции, а также нанести межрайонные линии электропередач.

1. Роль электроэнергетики в хозяйственном и топливно-энергетическом комплексе страны, место России в мировом производстве электроэнергии. Районообразующая роль крупных электростанций

Электроэнергетика сильнее, чем все другие отрасли промышленности, способствует развитию и территориальной оптимизации размещения производительных сил. Это выражается в следующем (по А.Т.Хрущёву): 1) вовлекаются в использование топливно-энергетические ресурсы, удаленные от потребителей; 2) возможен промежуточный отбор электроэнергии для снабжения ею районов, через которые проходят линии высоковольтных электропередач, что способствует росту уровня территориальной освоенности этих районов, повышению эффективности экономики и уровня комфортности проживания в них; 3) возникают дополнительные возможности для создания электроёмких и теплоёмких производств (в которых доля топливно-энергетических затрат в себестоимости готовой продукции очень велика); 4) электроэнергетика имеет большое районообразующее значение, именно она во многом определяет производственную специализацию районов.

Опыт развития отечественной электроэнергетики выработал следующие принципы размещения и функционирования предприятий этой отрасли промышленности: 1) концентрация производства электроэнергии на крупных районных электростанциях, использующих относительно дешёвое топливо и энергоресурсы; 2) комбинирование производства электроэнергии и тепла для теплофикации населенных пунктов, прежде всего городов; 3) широкое освоение гидроресурсов с учетом комплексного решения задач электроэнергетики, транспорта, водоснабжения, ирригации, рыбоводства; 4) необходимость развития атомной энергетики, особенно в районах с напряженным топливно-энергетическим балансом, при условии подчеркнутого и исключительного внимания к соблюдению правил эксплуатации АЭС, обеспечение безопасности и надежности их функционирования; 5) создание энергосистем, формирующих единую высоковольтную сеть страны.

Размещение предприятий электроэнергетики зависят от ряда  факторов, основные из них – топливно-энергетические ресурсы и потребители. По степени обеспеченности топливно-энергетическими ресурсами районы России можно разделить на три группы: 1) наиболее высокая – Дальневосточный, Восточно-Сибирский, Западно-Сибирский; 2) относительно высокая – Северный, Северо-Кавказский; 3) низкая – Северо-Западный, Центральный, Центрально-Черноземный, Поволжский, Уральский.

Расположение топливно-энергетических ресурсов не совпадает с размещением населения, производством и потребителем электроэнергии. Подавляющая часть произведенной электроэнергии расходуется в европейской части России. По производству электроэнергии среди экономических районов к концу 1990-х гг. выделялись Центральный, а по потреблению – Уральский. В числе электродефицитных районов: Уральский, Северный, Центрально-Черноземный, Волго-Вятский.

Крупные электростанции играют значительную районообразующую роль. На их базе возникают энергоёмкие и теплоёмкие производства.

Электроэнергетика включает тепловые электростанции, атомные электростанции, гидроэлектростанции (включая гидроаккумулирующие и приливные), прочие электростанции (ветростанции, гелиостанции, геотермальные), электрические сети, тепловые сети, самостоятельные котельные.

Тепловые электростанции (ТЭС). Основной тип электростанций в России – тепловые, работающие на органическом топливе (уголь, газ, мазут, сланцы, торф). Основную роль играют мощные (более 2 млн кВт) государственные районные электростанции (ГРЭС), обеспечивающие потребности экономического района и работающие в энергосистемах. На размещение тепловых электростанций оказывают основное влияние топливный и потребительский факторы.

При выборе места для строительства ТЭС учитывают сравнительную эффективность транспортировки топлива и электроэнергии. Если затраты на перевозку топлива превышают издержки на передачу электроэнергии целесообразно размещать непосредственно у источников топлива, при более высокой эффективности транспортировки топлива электростанции размещают вблизи потребителей электроэнергии. Наиболее мощные ТЭС расположены, как правило, в местах добычи топлива (чем крупнее электростанция, тем дальше она может передавать энергию).

ГРЭС мощностью более 2 млн кВт расположены в следующих экономических районах: Центральном (Костромская, Рязанская, Конаковская); Уральская (Рефтинская, Троицкая, Ириклинская); Поволжском (Заинская); Восточно-Сибирском (Назаровская); Западно-Сибирском (Сургутские); Северо-Западном (Киришская) (см. приложение 3).

К тепловым электростанциям относятся и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), обеспечивающие теплом предприятия и жилье, с одновременным производством электроэнергии. ТЭЦ размещаются в пунктах потребления пара и горячей воды, поскольку радиус передачи тепла невелик (10-12 км).

Положительные свойства ТЭС:

- относительно свободное размещение, связанное с широким распространением  топливных ресурсов в России;

- способность вырабатывать электроэнергию  без сезонных колебаний в отличие  от ГЭС).

Отрицательные свойства ТЭС:

- используют невозобновимые топливные  ресурсы;

- обладают низким коэффициентом  полезного действия (КПД);

- оказывают неблагоприятное воздействие на окружающую среду;

- имеют большие затраты на  добычу, перевозку, переработку и  удаление отходов топлива.

Гидравлические электростанции (ГЭС). Они занимают второе место по количеству вырабатываемой электроэнергии. Гидроэлектростанции являются эффективным источником энергии, поскольку они используют возобновимые ресурсы, они просты в управлении (количество персонала на ГЭС в 15-20 раз меньше, чем на ГРЭС), имеют высокий КПД (более 80%)1, производят самую дешевую энергию.

Определяющее влияние  на размещение гидроэлектростанций оказывают размеры запасов гидроресурсов, природные (рельеф местности, характер реки, ее режим и др.) и хозяйственные (размер ущерба от затопления территории, связанного с созданием плотины и водохранилища ГЭС, ущерба рыбному хозяйству и др.), условия их использования.

Запасы гидроресурсов и эффективность использования водной энергии в районах России различны. Большая часть гидроэнергоресурсов страны (более 2/3 запасов) сосредоточена в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке. В этих же районах исключительно благоприятны природные условия для строительства и функционирования ГЭС – многоводность, естественная зарегулированность рек (например, реки Ангары озером Байкал), позволяющие вырабатывать электроэнергию на мощных ГЭС равномерно, без сезонных колебаний, наличие скальных оснований для возведения высоких платин и др.

Эти и другие особенности обуславливают здесь более высокую экономическую эффективность строительства ГЭС (удельные капиталовложения в 2-3 раза ниже, а стоимость электроэнергии в 4-5 раз дешевле), чем в районах европейской части страны. Поэтому самые крупные в стране ГЭС построены на реках Восточной Сибири (Ангара, Енисей). На Ангаре, Енисее и других реках России строительство ГЭС ведется, как правило, каскадами, которые представляют собой группу электростанций, расположенных ступенями по течению водного потока, для последовательности использования его энергии. Крупнейший в мире Ангаро-Енисейский гидроэнергетический каскад имеет общую мощность около 22 млн кВт. В его состав входят гидроэлектростанции: Саяно-Шушенская, Красноярская, Иркутская, Братская, Усть-Илимская.

Каскад из мощных электростанций создан также в европейской части страны на Волге и Каме (Волжско-Камский каскад): Волжская (вблизи Самары), Волжская (вблизи Волгограда), Саратовская, Чебоксарская, Воткинская и др.

В приложении 2 представлены основные каскады ГЭС в России.

Менее мощные ГЭС созданы на Дальнем Востоке, в Западной Сибири, на Северном Кавказе и в других районах России. В европейской части страны, испытывающей острый дефицит в электроэнергии, весьма перспективно строительство особого вида гидроэлектростанций – гидроаккумулирующих (ГАЭС). Одна из таких электростанций уже построена – Загорская ГАЭС (1,2 млн. кВт) в Московской области.

Положительные свойства ГЭС: более высокая маневренность и надежность работы оборудования; высокая производительность труда; возобновляемость источника энергии; отсутствие затрат на добычу, перевозку и удаление отходов топлива; низкая себестоимость.

Отрицательные свойства ГЭС: возможность затопления населенных пунктов, сельхозугодий и коммуникаций; отрицательное воздействие на фору, фауну; дороговизна строительства.

Атомные электростанции (АЭС) производят электроэнергию более дешевую, чем ТЭС, работающих на угле или мазуте. Их доля в суммарной выработке электроэнергии в России не превышает 11% (в Литве – 76%, Франции – 76%, Бельгии – 65%, Швеции – 51%, Словакии – 49%, ФРГ – 34%, Японии – 30%, США – 20%).

Главным фактором размещения атомных электростанций, использующих в своей работе высоко транспортабельное, ничтожное по весу топливо (для полной годовой загрузки АЭС требуется всего несколько килограммов урана), - потребительский. Крупнейшие АЭС в нашей стране в основном расположены в районах с напряженным топливно-энергетическим балансом. В России действуют 10 АЭС (см. приложение 4), на которых функционирует 30 энергоблоков. На АЭС эксплуатируется реакторы трех основных типов: водо-водяные (ВВЭР), большой мощности канальные урано-графитовые (РБМК) и на быстрых нейтронах (БН). Атомные электростанции в России объедены в концерн «Росэнергоатом».

Положительные свойства АЭС: их можно строить в любом районе, независимо от его энергетических ресурсов; атомное топливо отличается большим содержанием энергии; АЭС не делают выбросов в атмосферу в условиях безаварийной работы; не поглощают кислород.

Отрицательные свойства АЭС: сложились захоронения радиоактивных отходов (для их вывоза со станций сооружаются контейнеры с мощной защитой и системой охлаждения); тепловое загрязнение используемых АЭС водоемов.

В приложении 1 указаны номера атомных электростанций показанных на картосхеме.

В отечественной электроэнергетике  используются альтернативные источники энергии: солнца, ветра, внутреннего тепла земли, морских приливов. Построены природные электростанции (ПЭС). На приливных волнах на Кольском полуострове сооружена Кислогубская ПЭС (400 кВт), который более 30 лет; На терминальных водах Камчатки поострена Паужетская ГеоТЭС. Ветровые энергоустановки имеются в жилых поселках Крайнего Севера, гелиоустановки на Северном Кавказе.

2. Современное состояние развития и размещения электроэнергетического хозяйства России. Основные типы электростанций и особенности их размещения

Электроэнергетическая отрасль России - это развивающийся в масштабах всей страны высокоавтоматизированный комплекс электростанций, электрических сетей и объектов электросетевого хозяйства, объединенных единым технологическим циклом и централизованным оперативно-диспетчерским управлением.

Установленная мощность электростанций зоны централизованного электроснабжения по состоянию на 31 декабря 2006 г. составила 210,8 млн. кВт, из них мощность тепловых электростанций составляет 142,4 млн. кВт (68 процентов суммарной установленной мощности), гидроэлектростанций и гидроаккумулирующих электростанций - 44,9 млн. кВт (21 процент суммарной установленной мощности) и атомных электростанций - 23,5 млн. кВт (11 процентов суммарной установленной мощности).

Суммарная мощность устаревшего оборудования на электростанциях России составляет 82,1 млн. кВт, или 39 процентов установленной мощности всех электростанций, в том числе на тепловых электростанциях - 57,4 млн. кВт, или 40 процентов их установленной мощности, а на гидравлических - 24,7 млн. кВт, или более 50 процентов их установленной мощности.

Введено в эксплуатацию с 1990 по 2007 год преимущественно на тепловых электростанциях 24,6 млн. кВт новых мощностей.

К 2020 году уже 57 процентов мощностей действующих тепловых электростанций отработают свой ресурс. К этому периоду с учетом работ по техническому перевооружению предполагается вывести из эксплуатации устаревшее оборудование на 51,7 млн. кВт установленной в настоящее время мощности, в том числе на тепловых электростанциях - 47,7 млн. кВт и на атомных - 4 млн. кВт.

В топливном балансе электростанций доминирует газ. Удельный вес газа в период с 2001 по 2006 год в топливном балансе отрасли увеличился с 65,9 процента до 68,1 процента, а доля угля снизилась с 26,7 процента до 25,3 процента.

Электрические сети России делятся на системообразующие (магистральные) сети, обеспечивающие целостность функционирования Единой энергетической системы России, и распределительные сети, с помощью которых осуществляется электроснабжение потребителей. Высоковольтная сеть в европейской части Единой энергетической системы России в основном сформирована на основе линий электропередачи напряжением 330 - 750 кВ, в то время как в остальной части Единой энергетической системы России одновременно с развитием сетей напряжением 500 кВ промышленно осваивались сети напряжением 1150 кВ.

Протяженность электрических сетей напряжением 110 - 1150 кВ всех объединенных энергетических систем по состоянию на 31 декабря 2006 г. составила (в одноцепном исчислении) более 442,2 тыс. км. Суммарная установленная мощность трансформаторов разных классов напряжения на понизительных подстанциях по состоянию на 31 декабря 2006 г. составила около 696,9 млн. кВА.

Износ основных фондов электросетевого хозяйства в настоящее время составляет в среднем 40,5 процента, в том числе оборудования подстанций - 63,4 процента.

Классификация электростанций

В зависимости от источника энергии (в частности, вида топлива)

Атомные электростанции (АЭС)

• Станции реакции деления
• Станции реакции синтеза (еще не существуют)
• Электростанции, работающие на органическом топливе (тепловые электростанции (ТЭС) в узком смысле)
• Газовые электростанции
• Электростанции на природном газе
• Электростанции на рудничном, болотном газах, биогазе, лэндфилл газе
• Жидкотопливные электростанции
• Твердотопливные электростанции
• Угольные электростанции
• Торфяные электростанции (подсветка факела основного топлива газом или жидким топливом, являющимся также резервным топливом)
• Гидроэлектрические станции (ГЭС)
• Русловые гидроэлектростанции
• Приплотинные гидроэлектростанции
• Деривационные гидроэлектростанции
• Гидроаккумулирующие электростанции
• Приливные электростанции
• Электростанции на морских течениях
• Волновые электростанции
• Ветроэлектростанции (ВЭС)
• Геотермальные электростанции
• Солнечные электростанции (СЭС)
• Электростанции на солнечных элементах
• Гелиостанции (с паровым котлом)

В зависимости от типа силовой установки

Электростанции с тепловой установкой (тепловые электростанции (ТЭС) в широком смысле), список тепловых электростанций России

• Котлотурбинные электростанции
• Конденсационные электростанции (КЭС, ГРЭС)
• Теплоэлектроцентрали (теплофикационные электростанции)
• Газотурбинные электростанции
• Мини ТЭЦ
• Газопоршневые электростанции
• Электростанции дизельные
• Электростанции бензиновые
• Электростанции на базе парогазовых установок
• Комбинированного цикла
• Электростанции с простым машинным генератором
• Электростанции с гидротурбиной
• Электростанции с ветродвигателем
• Электростанции с магнитогидродинамическим генератором
• Электростанции на солнечных элементах
• Электрохимические электростанции (ЭЭС) на основе топливных элементов

В зависимости от степени применения.

Перспективные (пока не применяемые).

• Станции реакции синтеза
• Электростанции на биомассе

Экзотические (редко применяемые).

• Ветроэлектростанции (ВЭС)
• Геотермальные электростанции
• Солнечная энергетика
• Электростанции на солнечных элементах
• Гелиостанции
• Электрохимические электростанции (ЭЭС) на основе топливных элементов
• Электростанции с магнитогидродинамическим генератором
• Электростанции на рудничном, болотном газах, биогазе, лэндфилл газе
• Электростанции на морских течениях
• Волновые электростанции

Широко применяемые.

• Автономные электростанции
• Все остальные

В российской электроэнергетике сформировалась следующая структура типов тепловых электростанций (ТЭС):

• по источникам энергии, преобразуемым на тепловых электростанциях - органическое топливо, геотермальная энергия, солнечная энергия;
• по виду выдаваемой электростанцией энергии - конденсационные, теплофикационные;
• по использованию установленной электрической мощности и участию ТЭС в покрытии графика электрической нагрузки - базовые (не менее 5000 ч использования установленной электрической мощности в году), полупиковые или маневренные (соответственно, 3000-4000 ч в году), пиковые (менее 1500-2000 ч в году);
• по назначению и форме использования - общего пользования, промышленные, коммунальные, транспортные, передвижные, сельские, плавучие.

Существуют и другие типы тепловых электростанций узкоспециального назначения, не имеющие большого распространения (подземные, экспериментальные и т.д.).

Тепловые электростанции, работающие на органическом топливе, различаются по технологическому признаку:

• паротурбинные (с паросиловыми установками на всех видах органического топлива: угле, мазуте, газе, торфе, сланцах, дровах и древесных отходах, продуктах энергетической переработки топлива и т.д.);
• дизельные;
• газотурбинные;
• парогазовые.

Каждая из электростанций, классифицированная по технологическому признаку, в свою очередь может быть либо конденсационной, либо теплофикационной.

Наибольшее развитие и распространение получили тепловые электростанции общего пользования, работающие на органическом топливе, преимущественно паротурбинные.

Роль дизельных электростанций (ДЭС) ограничивается в основном сельскохозяйственным и транспортным секторами, несмотря на их большое число. Использование ГеоТЭС и СЭС по-прежнему носит локальный характер.

Самой крупной ТЭС в мире является Сургутская ГРЭС-2 (4800 МВт), работающая на природном газе. ГРЭС - государственные районные электростанции (аббревиатура, сохранившаяся с советских времен). Из электростанций, работающих на угле, наибольшая установленная мощность у Рефтинской ГРЭС (3800 МВт). К крупнейшим российским ТЭС относятся также Сургутская ГРЭС-1 и Костромская ГРЭС, мощностью свыше 3 тыс. МВт каждая.

В электроэнергетике России работают 36 тепловых конденсационных электростанций, установленная мощность каждой из которых составляет 1 тыс. МВт и более, в том числе 13 электростанций имеют электрическую мощностью 2 тыс. МВт и более. Суммарная мощность последних составляет 36,4 тыс. МВт или 24,7% от мощности всех тепловых электростанций России.

В приложении 3 указаны номера ГРЭС мощностью более 2 млн кВт показанных на картосхеме.

Россия богата водными ресурсами. На крупнейших в мире реках гидроэлектростанции строятся каскадами.

Ангарский каскад ГЭС — крупнейший комплекс гидравлических электростанций в России. Расположен на реке Ангара в Иркутской области и Красноярском крае. Основная часть строительства осуществлена в советский период, возведение каскада связывалось с развитием промышленности и освоением значительного природного потенциала Средней Сибири.

Комплекс ГЭС на реке Ангара, суммарной действующей мощностью 9 017,4 МВт, среднегодовой выработкой 48,4 млрд кВт·ч или 4,8% от общего потребления в стране. После завершения Богучанской ГЭС в 2012 году установленная мощность каскада достигнет 12 017,4 МВт, а среднегодовая выработка — 66 млрд кВт·ч. С учетом проектируемых и строящихся станций, каскад состоит из семи ступеней:

• первая ступень — Иркутская ГЭС, мощностью 662,4 МВт и выработкой 4,1 млрд кВт·ч;
• вторая ступень — Братская ГЭС, мощностью 4 515 МВт и выработкой 22,6 млрд кВт·ч;
• третья ступень — Усть-Илимская ГЭС, мощность 3 840 МВт и выработкой 21,7 млрд кВт·ч;
• четвёртая ступень — строящаяся Богучанская ГЭС, проектной мощностью в 3 000 МВт и выработкой 17,6 млрд кВт·ч;
• пятая ступень — проектируемая Нижнебогучанская ГЭС мощностью 660 МВт и выработкой 3,3 млрд кВт·ч;
• шестая ступень — проектируемая Мотыгинская ГЭС (Выдумская ГЭС) мощностью 1 145 МВт и выработкой 7,2 млрд кВт·ч;
• седьмая ступень — проектируемая Стрелковская ГЭС мощностью 920 МВт.

ГЭС находятся на территории Иркутский области и Красноярского края. Все электростанции спроектированы институтом «Гидропроект». Первые три ступени являются филиалами ОАО «Иркутскэнерго», а четвёртая ступень входит в состав ОАО «РусГидро».

Волжско-Камский каскад ГЭС.

• Загорская ГАЭС и строящаяся Загорская ГАЭС-2
• ГЭС канала им. Москвы
• Угличская ГЭС
• Рыбинская ГЭС
• Нижегородская ГЭС
• Чебоксарская ГЭС
• Жигулёвская ГЭС
• Саратовская ГЭС
• Волжская ГЭС
• Воткинская ГЭС
• Камская ГЭС
• Нижнекамская ГЭС