Путешествие электрона

Мы замечаем, какую огромную роль играет в жизни электричество, в основном когда его нет. Попробуем проследить путь электрона от возникновения до розетки.

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.

Красноярская ТЭЦ-2 Красноярская ТЭЦ-2

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. 

Факт 

Старейшая действующая тепловая электростанция России — ГЭС №1 в Москве. Несмотря на то что она стоит на Москве-реке, «Г» расшифровывается как «государственная», а не «гидро». Станция была открыта 28 ноября 1897 года, отапливала и освещала район Кремля.

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.

Трансформаторы Красноярской ТЭЦ-3Трансформаторы Красноярской ТЭЦ-3

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.

Факт

Первой советской ТЭЦ, построенной по плану ГОЭЛРО, принято считать станцию «Красный Октябрь» в Петрограде, ее электрическая мощность была 23 мегаватта. Сейчас она принадлежит ТГК-1. После многих реконструкций мощность станции выросла в 20 раз.

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.

А вы знаете, что?..

Электростанции точно так же, как любой потребитель, покупают электроэнергию, например, для освещения офисных помещений.

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

Линии электропередач Назаровской ГРЭСЛинии электропередач Назаровской ГРЭС

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.

Факт

Самую высоковольтную линию в мире построили в СССР. ЛЭП Итат – Экибастуз – Кокшетау – Челябинск напряжением 1150 киловольт должна была соединить энергосистемы Западной Сибири, Казахстана и Урала. Линию закончили строить аккурат к распаду СССР, и поскольку на казахской стороне так и не установили трансформаторы на 1150 кВ, она никогда не передавала электричество такого класса напряжения.

Зато эта ЛЭП обеспечила переток электроэнергии с Урала в Сибирь после аварии на Саяно-Шушенской ГЭС. 

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. 

Установленная мощность Канской ТЭЦ — всего 24 МВт, но станция тоже отдает выработанную электроэнергию в общую энергосистемуУстановленная мощность Канской ТЭЦ — всего 24 МВт, но станция тоже отдает выработанную электроэнергию в общую энергосистему

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.

Закрытое распределительное устройство Красноярской ТЭЦ-3. Трубы заполнены изолятором — элегазом. Это делает РУ компактным и безопасным.Закрытое распределительное устройство Красноярской ТЭЦ-3. Трубы заполнены изолятором — элегазом. Это делает РУ компактным и безопасным

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 55 лет назад по Красноярской железной дороге бегали тепловозы, сейчас они используются только на очень небольших и отдаленных участках.

Факт

Первым обладателем собственной электростанции в Красноярске стал купец Николай Гадалов: в 1891 году в его магазине (сейчас это «Детский мир») зажглась электрическая лампочка. Если быть совершенно точными, то 59 16-свечовых ламп системы Эдисона (яркость освещения измерялась в свечном эквиваленте). Питали эти лампы «один локомобиль в шесть паровых лошадей, одна динамоэлектрическая машина Шукерта с постоянным током минимум в 32,45 ампера».


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.

Линии электропередач

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.

Факт

В Единую энергосистему России входят 805 электростанций суммарной мощностью более 240 ГВт. Две трети из них — тепловые. В Сибири мощности ТЭЦ и ГЭС примерно равны. 

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.

Открытое рспределительное устройство Назаровской ГРЭСОткрытое рспределительное устройство Назаровской ГРЭС

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. И взглянуть на него можно будет в рамках городских экскурсий, которые организует СГК. 


Вверх
Тип контента
Поделиться
Комментарии (0)
Авторизуйтесь
Чтобы можно было
оставлять комментарии
Развернуть Свернуть