Мы много рассказываем о том, как наши станции производят тепло, как оно распределяется по тепловым сетям и попадает в дома жителей. Но ТЭЦ и ГРЭС одновременно с теплом вырабатывают и электроэнергию. Продукт специфический. Во-первых, электроэнергию нельзя складировать, а потреблять необходимо сразу же. Во-вторых, электроэнергия, в отличие от тепла, передается на огромные расстояния. Как это работает? Дает ли сбои? Кто всем управляет?
В России производители электроэнергии (тепловые, гидро-, атомные электростанции) и потребители (коммунально-бытовые и промышленные) соединены между собой линиями электропередачи. Вместе они образуют Единую энергетическую систему России (ЕЭС России). Единая энергетическая система России поделена на семь объединенных энергосистем (ОЭС): Сибири, Урала, Средней Волги, Юга, Центра, Северо-Запада, Востока Скачать
Зачем нужна Единая энергосистема
Самое главное — необходимо, чтобы электроэнергия была всегда у всех потребителей. То есть если одни источник по каким-то причинам не может производить электричество (авария, отказ оборудования, ремонт), его может заменить другой, выработать и передать электроэнергию по резервным линиям, даже за сотни километров. Например, когда в августе 2009 года на Саяно-Шушенской ГЭС произошла авария, энергосистема потеряла 4,5 гигаватта генерирующей мощности — ее возместили тепловые электростанции Сибири и перетоки электроэнергии из европейской части страны.
В ЕЭС России не входит несколько северных отдаленных территорий страны: Камчатский край, Магаданская и Сахалинская области, Чукотский и Таймырский АО. Они имеют свои источники генерации и с остальной частью страны электросетями не связаны, поскольку это экономически не обосновано.
Хотя, конечно, под энергоемкое производство источники энергии строятся рядом с ним. В Кузбассе для разработки угольных месторождений построили, например, Беловскую ГРЭС. А мощную Богучанскую ГЭС в Красноярском крае возвели под Богучанский алюминиевый завод.
Богучанская ГЭС расположена на реке Ангара, у города Кодинска в Красноярском крае Скачать
Электроэнергия — продукт, который потребляется практически во время производства. То есть в момент, когда, условно, работает чайник на кухне, станок на заводе, очистной комбайн в шахте, на электростанции вырабатывается ровно столько электроэнергии, сколько они расходуют. Если такой баланс соблюдается, частота электрической сети равна 50 герц. Эта цифра одинакова для всей территории России.
Что такое частота 50 герц? В электрической сети переменного тока частота равна 50 Гц. То есть ток пятьдесят раз в секунду идет в одну сторону и пятьдесят раз в обратную.
А если, например, внезапно вышел из строя энергоблок на электростанции, частота в единой сети мгновенно проседает, опускается ниже 50 Гц. Сломался станок на заводе, из-за непогоды порвались электрические сети — возникает избыток электроэнергии, частота поднимается выше 50 Гц. Единая энергосистема за счет большого числа генераторов и потребителей позволяет оперативно компенсировать такие скачки и главное — удерживать этот баланс.
Как балансируется производство и потребление электроэнергии
Для сохранения баланса в энергосистеме объем потребления и производства электроэнергии можно и нужно прогнозировать и планировать. Например, утром в городах потребление электроэнергии возрастает: люди просыпаются, включают свет, греют чайники. Следующий пик приходится на вечер. А ночью потребление минимальное.
Рядом с Кемеровской ГРЭС расположен крупный коксохимический завод и другие промышленные предприятия. Они — главные потребители производимой электроэнергии Скачать
Крупные производства тоже знают, сколько электроэнергии им понадобится, например, на выпуск с конвейера 50 автомобилей за 12-часовую смену. Под эту потребность требуется планировать работу электростанций: повышать или снижать вырабатываемую мощность. Период планирования — сутки. Но делают это электростанции не самостоятельно!
Диспетчерский центр Системного оператора в Кемерове Скачать
Управляет и контролирует этот процесс Системный оператор. Это организация, которая централизованно ведет оперативно-диспетчерское управление всей энергосистемой России. Из оборудованных центров диспетчеры 24 часа в сутки держат связь и с генераторами, и с электрическими сетями, и с потребителями. Такие диспетчерские центры расположены в разных регионах страны, главный — в Москве.
Кто кому подчиняется
Системный оператор использует мощные компьютеры, современные системы связи, наблюдения — для получения и обработки информации. В режиме онлайн на специальных щитах диспетчеры видят все, что происходит в энергосистеме: сколько электроэнергии вырабатывается, сколько потребляется, есть ли сбои, отключения и т. д.
Через специальную электронную площадку Системный оператор получает заявку от потребителя о необходимом ему объёме электроэнергии на сутки вперед. Задача Системного оператора — определить производителей, которые обеспечат выработку этого объема, а затем проконтролировать, что электроэнергия была вовремя выработана и передана.
Линии электропередачи 1150 кВ «Алтай — Экибастузская» Скачать
На электростанциях с диспетчером Системного оператора на постоянной связи находится начальник смены станции. Здесь принципиально то, что все команды Системного оператора он выполняет безоговорочно: выключить или включить энергоблок, увеличить или снизить выработку электроэнергии в любой час и даже минуту. А если по какой-то причине случается сбой в работе энергоблока, именно диспетчер Системного оператора узнает об этом первым. И как можно быстрее отдает команду загрузить другую станцию, переключить линию электропередачи и т. д. Главное — обеспечить потребителя электроэнергией и сохранить баланс энергосистемы.
Начальник смены станции Томь-Усинской ГРЭС на щите управления Скачать
В Кемерове, например, расположено «Объединенное диспетчерское управление энергосистемы Сибири». Из него идет управление 12-ю регионами, в том числе теми, где расположены станции СГК: республики Алтай, Бурятия, Тыва и Хакасия; Алтайский, Забайкальский и Красноярский края; Иркутская, Кемеровская, Новосибирская, Омская и Томская области.
Прежде всего Системный оператор включает в единую энергосеть только энергоблоки, которые на 100% готовы к работе. То есть выведенную в ремонт турбину или котел включить не заставит. Какое именно оборудование готово к работе — сообщают те же начальники смены станции.
В приоритете, или в базовом режиме, у Системного оператора:
Энергоблоки ГЭС, которые обеспечивают необходимый пропуск воды, чтобы не затопить населенные пункты в зоне станции. Весной и летом доля такого оборудования на ГЭС возрастает — загрузка гидрогенерации значительна.
Энергоблоки ТЭЦ и ГРЭС, работа которых необходима для выработки тепла в режиме когенерации. В отопительный сезон доля такого оборудования возрастает, так как надо отапливать города. Летом, когда загружены гидроэлектростанции, процесс обратный, но зато есть возможность на котлах и турбинах провести ремонты.
Энергоблоки АЭС, которые обеспечивают безопасность работы атомного реактора.
Энергоблоки, которые необходимы для безопасной работы всей энергосистемы. Они обеспечивают так называемый «резерв мощности» и могут быстро включиться в работу в случае ЧП.
Остальные генераторы включаются по принципу цены: кто предложит меньшую цену за поставленные мегаватты, тот пройдет отбор и включится в сеть.
