Путешествие электрона: куда СГК отправляет электроэнергию

Электрон имеет вполне конкретное место рождения — это генератор на электростанции, устройство, которое преобразует один вид энергии в другой. Тепловую (пар), кинетическую (движение ветра), механическую (течение воды), химическую (горение дизельного топлива), ядерную (распад урана или плутония) — в электрическую. Две трети всех генерирующих мощностей России — это теплоэлектростанции (ТЭЦ), где из одного вида топлива (угля, газа) могут производить два продукта: электроэнергию и тепло.

На самом деле электричество — продукт в контексте мировой промышленной истории сравнительно молодой: первые эксперименты с генераторами начались меньше двух двухсот лет назад, в 20-х годах XVIII века. А промышленное производство и того позже.

Строго говоря, весь жизненный путь электрона — это путешествие по линиям электропередачи (ЛЭП) от трансформатора до трансформатора. Есть на этом пути и случайности, и закономерности.

Трансформатор, вернее класс его напряжения, — первое, что определяет судьбу электрона. Трансформатор направляет поток электронов на линию электропередачи. Внешне эти устройства выглядят как большие коробки с тремя полупрозрачными или разноцветными рожками. Странно, но очень живописно. Узнать, где они находятся на территории станции, легко по характерному гудению.

Отчего трансформатор гудит? Это электроны толпятся. Шутка, конечно. Хотя доля правды в ней есть: это явление называется магнитострикция — результат взаимодействия сердечника трансформатора с магнитным полем, которое создает прибор. Сердечник колеблется в диапазоне 50–100 герц, и мы слышим гудение.

На выходе с электростанции напряжение может достигать 1150 киловольт, а в домашней розетке — не больше 220 вольт. Разница — в несколько тысяч раз! 

Система ЛЭП и трансформаторов, повышающих или понижающих напряжение в электросети (грубо говоря, концентрирующих или разжижающих поток), и нужна для того, чтобы передать электричество на максимально возможное расстояние, и подать его ровно в том виде, в котором требуется.

На крупных станциях установлены трансформаторы разного напряжения: 110 киловольт — это стандарт для городских ЛЭП, 220 киловольт — это магистрали, связывающие крупные предприятия и города, 500 киловольт (и выше) — это линии сверхвысокого напряжения, которые соединяют регионы и энергосистемы. Чем выше напряжение в сети, тем гуще поток и выше скорость заряженных частиц, а значит, и больше шансов у электрона, например, c Красноярской ТЭЦ-1 добраться до бухты Золотой Рог во Владивостоке. Наблюдательный человек заметит, что опоры ЛЭП выглядят по-разному: одни похожи на елочки, другие — на гимнастического коня, геометрию третьих вообще сложно описать. Внешний вид опор зависит в том числе и от класса напряжения.

Практически все электростанции России включены в единую сеть. Зачем это нужно? Ответ на вопрос дала сама жизнь.

В 2009 году крупная авария остановила работу Саяно-Шушенской ГЭС, самой мощной станции России. Если бы не существовало единой электрической сети, Сибири пришлось бы худо: остановились бы заводы, начались бы перебои с электричеством в домах, проблемы в работе насосов на водопроводных и канализационных станциях, уличное освещение, городской транспорт, доступ в интернет — да все блага цивилизации, к которым мы привыкли, оказались бы в дефиците. Так себе перспектива на несколько лет, пока восстанавливается станция. Напомним, первый гидроагрегат из десяти удалось запустить только через семь месяцев после аварии, на полное восстановление ГЭС ушло 5 лет. 

Но благодаря единой энергосистеме в считанные часы удалось наладить переток электричества с других станций Восточной Сибири, в том числе с ТЭЦ Красноярского края и из других регионов страны. Работа этой «страховки» хорошо видна на примере города Красноярска, где при наличии крупной ГЭС, которая 60% своей выработки отдает Красноярскому алюминиевому заводу, в производство электроэнергии включены ТЭЦ.

Энергия с теплоэлектростанций в единую систему поступает через распределительные устройства закрытого или открытого типа (ЗРУ и ОРУ). Электроэнергия там разделяется на несколько потоков и следует дальше по разным линиям электропередач на другие распределительные устройства и подстанции.

Вообще появлению Единой энергетической системы России мы обязаны плану ГОЭЛРО, Государственной электрификации России, который был разработан сто лет назад и благодаря которому электричество превратилось из роскоши в обыденность.

Трудно представить, но еще каких-то 50-60 лет назад по Красноярской железной дороге бегали тепловозы, сейчас они используются только на очень небольших и отдаленных участках.

Единая энергосистема России располагается на территории, охватывающей восемь часовых поясов. Чтобы это хозяйство работало слаженно, им кто-то должен управлять. Для этого создана специальная диспетчерская служба — Системный оператор Единой энергетической системы. Именно эта организация решает, сколько электричества должна дать та или иная станция и в какое время суток.

Самые напряженные для энергетиков периоды — это утренний и вечерний пики потребления электричества. Утром люди просыпаются, включают освещение и телевизор, готовят завтрак, в общем, ведут бурную социальную жизнь, причем практически одновременно. Примерно то же происходит и вечером. Чтобы электричества хватило на всех, Системный оператор дает команду какой-либо из станций начать или увеличить выработку.

Системный оператор в режиме онлайн получает данные о состоянии оборудования на электростанциях и линиях электропередачи, обеспечивает поток электричества по резервным линиям в случае аварии. Системного оператора обязательно предупреждают о том, что оборудование на станции выводится в ремонт.

В России есть несколько изолированных энергосистем, то есть не связанных линиями электропередачи с основной. Они находятся в Якутии, на Камчатке, Чукотке, Сахалине, в Магаданской области и севере Красноярского края. Работают эти системы точно так же, как и все остальные: объекты генерации и потребители связаны в единую сеть, предусмотрены дублирующие каналы передачи энергии, но с «материковой» сетью, с ЕЭС России, они не связаны. Строительство ЛЭП в труднодоступных местах — дело дорогое и не быстрое. Хотя планы объединения есть.

Кстати, первая в Красноярске водопроводно-электрическая станция открылась 18 марта 1912 года. Она была оборудована динамо-машинами постоянного тока фирм «Сименс и Гальске» и «Шкода» мощностью 300 и 150 кВт и двумя паровыми котлами Шухова. Станция работала на черногорском и коркинском угле. Сейчас в этом здании находится «Красноярсэнергосбыт». А большая энергетика Красноярья началась с ввода первого турбоагрегата на Красноярской ТЭЦ-1 в годы Великой Отечественной войны (в 1943 году). В настоящее время он выведен из эксплуатации и остается в цехе ТЭЦ-1 как памятник.