Развитие электрических сетей и энергосистем

Основой экономики всех индустриальных стран мира является электроэнергетика. XX век стал периодом интенсивного развития этой важнейшей отрасли промышленности.

Вскоре после образования СССР в основу его экономической политики было положено создание мощной энергетической базы нового государства. В 1920 г. был принят государственный план электрификации России – ГОЭЛРО, предусматривающий строительство 30 новых районных электрических станций общей мощностью 1750 МВт в течение 10–15 лет с доведением выработки электроэнергии до 8,8 ТВтч в год. Этот план был реализован за 10 лет. В 1930 г. установленная мощность электрических станций составила 2875 МВт с выработкой электроэнергии 8,4 ТВтч.

Основой последующих планов развития народного хозяйства явились принципы, заложенные в плане ГОЭЛРО. Темпы развития электроэнергетической базы в СССР были высочайшими в мире и снижались только во время Великой Отечественной войны (1941 – 1945). Если в первые годы своего существования Советская Россия по выработке электроэнергии занимала одно из последних мест в мире, то к 1980-м гг. Советский Союз уступал только Соединенным Штатам Америки.

Динамика роста установленной мощности и выработки электроэнергии электростанциями СССР характеризуется следующими данными.

Год	Мощность электростанций, ГВт	Выработка электроэнергии, ТВтч

Основой развития энергетики СССР стало сооружение электростанций большой мощности. К 1990 г. в Советском Союзе работали 80 электростанций с установленной мощностью более 1 ГВт каждая, на которых было сосредоточено более половины всей генерирующей мощности. На тепловых электрических станциях (ТЭС) работало более 400 энергоблоков единичной мощностью от 150 до 1200 МВт, на атомных электростанциях (АЭС) – энергоблоки мощностью 440,1000 и 1500 МВт, на гидроэлектростанциях (ГЭС) – 600 и 640 МВт. Создание и освоение энергоблоков мощностью 500 МВт на угле и 800 МВт на газе позволили создать мощные Экибастузскую ГРЭС (4000 МВт) и Сургутскую ГРЭС-2 (4800 МВт).

Быстрыми темпами развивалась атомная энергетика. От первой, Обнинской, АЭС мощностью 5 МВт атомная энергетика прошла путь до электростанций мощностью 4000 МВт. В эксплуатацию были введены Запорожская, Балаковская, Ленинградская, Курская, Чернобыльская, Смоленская, Южно-Украинская и другие мощные АЭС.

Большое внимание в стране уделялось гидроэнергетике. В европейской части завершилось строительство каскада ГЭС на Волге и Каме. Интенсивно сооружались ГЭС на многих реках Кавказа. В Сибири продолжалось освоение Ангаро-Енисейского каскада, на котором были сооружены Усть-Илимская и Саяно-Шушенская ГЭС мощностью 3,8 и 6,4 ГВт соответственно, в Сибири работают такие ГЭС, как Братская (4,5 ГВт) и Красноярская (6 ГВт).

Высокими темпами развивалось электросетевое хозяйство. Формирование таких крупных энергетических объединений, как энергообъединения Северо-Запада, Центра, Средней Волги, Юга, Казахстана, Закавказья, Урала, Северного Кавказа, Средней Азии, Сибири и Востока, позволяло успешно решать задачу создания Единой энергетической системы страны (ЕЭС СССР). К 1990 г. в состав ЕЭС входили 9 из 11 энергообъединений, охватывая почти 2/3 территории страны, где проживало более 80% населения.

Межсистемные связи осуществлялись по линиям электропередачи напряжением 500 кВ (30348 км), были введены в эксплуатацию линии напряжением 750 кВ (2811 км) и 1150 кВ (958 км).

В стране планировались интенсивное развитие и использование возобновляемых источников энергии: солнечной, геотермальной, ветровой, приливной и др.

Важной составляющей энергетической политики Советского государства являлась интеграция ЕЭС СССР с энергосистемами зарубежных стран. Сотрудничество с европейскими странами в электроэнергетике начало развиваться после Второй мировой войны по линии Совета Экономической Взаимопомощи, в составе которого была создана Постоянная комиссия по электроэнергии. В июле 1962 г. было подписано соглашение о создании в Праге Центрального диспетчерского управления (ПДУ) объединенных энергосистем Болгарии, Венгрии, ГДР, Польши, Румынии, СССР и Чехословакии. Это соглашение предусматривало эксплуатацию национальных энергосистем по согласованному плану с оптимальным использованием всех преимуществ параллельной работы в интересах каждой страны при полной самостоятельности в решении внутрисистемных вопросов.

В соответствии с соглашением энергосистемы стран – членов СЭВ были объединены между собой. Советский Союз был соединен линиями электропередачи напряжением 220 кВ с Венгрией и Польшей и линиями напряжением 400 кВ – с Румынией и Чехословакией. Суммарная величина поставок и обмена электроэнергией уже в 1967 г. составила 8,5 ТВт-ч, а экспорт электроэнергии из Советского Союза – 1,8 ТВт-ч. Экономия на капиталовложениях и эксплуатационных издержках в отдельных странах за счет преимуществ объединения энергосистем более чем в 2 раза превысила сумму затрат на сооружение межсистемных линий электропередачи. Полученные выгоды от интеграции энергосистем стран – членов СЭВ в 1970-х гг. обусловили принятие решений о сооружении дополнительных межсистемных ВЛ. В 1973 г. было завершено строительство межгосударственной связи напряжением 400 кВ Молдавская ГРЭС – Вулканешты – Добруджа. В 1978 г. была введена первая ВЛ 750 кВ СССР – Венгрия. В последующем были введены еще две ВЛ 750 кВ СССР – Польша и СССР – Болгария.

В 1981 г. с вводом в эксплуатацию преобразовательной подстанции в Выборге ЕЭС СССР стала работать совместно с энергообъединением Скандинавских стран NORDEL.

К концу 1980-х гг. создалось уникальное межгосударственное энергообъединение стран – членов СЭВ – энергосистема «Мир» с суммарной установленной мощностью более 400 млн кВт, которое было крупнейшим на Земле и охватывало громадную территорию Евразии от Берлина до Улан-Батора. Поставки электроэнергии из СССР в страны СЭВ достигали почти 40 ТВт-ч в год. От сетей ЕЭС СССР экспортировалась электроэнергия в Финляндию, Норвегию, Турцию, Афганистан.

1991 г. оказался последним годом, когда электроэнергетика страны была единым централизованно управляемым комплексом. Образование независимых государств на территории СССР и раздел электроэнергетической собственности между ними привели к коренному изменению структуры управления электроэнергетикой на территории бывшего СССР. В независимых государствах были образованы собственные органы управления и самостоятельные субъекты хозяйствования в электроэнергетике.

В 1991 г. поставки электроэнергии из ЕЭС в соседние страны снизились до 21,5 ТВт-ч. Это было обусловлено переходом на оплату поставок электроэнергии в страны Восточной Европы в свободно конвертируемой валюте, в связи с чем сократился объем контрактных поставок, а также недостатком топливных ресурсов в Украине и вынужденным снижением экспорта электроэнергии из этой республики в ОЭС стран – участниц энергообъединения «Мир».

В ноябре 1993 г. из-за большого дефицита мощности в Украине был вынужденно осуществлен переход на раздельную работу Единой энергосистемы России и ОЭС Украины, что привело впоследствии к раздельной работе с остальными энергосистемами стран– участниц ЦЦУ в Праге. Энергообъединение «Мир» разделилось на несколько частей. В дальнейшем дезинтеграционные процессы в рамках энергообъединения «Мир» привели к тому, что вначале энергосистема Восточной части Германии VEAG в сентябре 1995 г. присоединилась на параллельную работу к энергообъединению стран Западной Европы UCTE, а в октябре 1995 г. к UCTE присоединилось энергообъединение CENTREL, в которое входят энергосистемы Венгрии, Польши, Словакии и Чехии.

Создание и развитие независимых государств на территории бывшего СССР в последнее десятилетие XX в. сопровождалось глубоким экономическим кризисом практически во всех отраслях экономики. Резкий спад промышленного производства во всех государствах-участниках вновь созданного Содружества Независимых Государств отразился и на электроэнергетике.

Динамика производства электроэнергии в энергосистемах стран СНГ в 1990 – 2001 гг. (ТВт-ч) приведена в табл. В.1.

Переход от централизованного управления электроэнергетической отраслью к функционированию в рамках суверенных государств показал, что изолированная работа энергосистем не может полноценно и с достаточной степенью надежности удовлетворять потребностям экономики и населения в электрической энергии.

Учитывая это, уже в феврале 1992 г. главами правительств государств Содружества было подписано «Соглашение о координации межгосударственных отношений в области электроэнергетики Содружества Независимых Государств». Основной целью Соглашения стало проведение совместных скоординированных действий, направленных на обеспечение устойчивого и надежного энергоснабжения народного хозяйства и населения государств на основе эффективного функционирования объединения электроэнергетических систем.

Последние годы XX и начала XXI вв. можно охарактеризовать как годы определенной стабилизации работы электроэнергетических систем стран СНГ, наметившегося роста количественных и улучшения качественных показателей работы. Особое значение имеет понимание необходимости интеграции национальных энергосистем в рамках их объединения в пространстве СНГ. На сегодняшний День 11 из 12 национальных энергосистем государств Содружества (кроме энергосистемы Армении) осуществляют совместную параллельную работу. Такой режим существенно повысил надежность функционирования энергосистем, создал условия для взаимовыгодных отношений между странами. Наиболее наглядно это проявляется в период прохождения осенне-зимних максимальных нагрузок и в случаях ликвидации аварийных ситуаций.

Таблица В.1

Год
Азербайджан	23,2	23,5	19,8	19,0	17,6	17,0	17,0	16,8	18,0	18,2	18,7	18,5
Армения	10,4	9,6	9,0	6,3	5,7	5,6	6,2	6,0	6,2	5,7	6,0	5,7
Беларусь	39,5	38,7	37,6	33,4	31,4	24,9	23,7	26,1	23,5	26,5	26,1	24,7
Грузия	14,2	13,4	11,5	10,2	7,0	7,1	7,2	7,2	8,1	8,1	7,4	7,5
Казахстан	87,4	86,0	82,7	77,4	66,4	66,7	59,0	52,0	49,1	47,5	51,4	55,2
Кыргызия	13,4	14,2	11,9	11,1	12,9	12,3	13,8	12,6	11,6	13,2	14,9	13,6
Молдова	15,7	13,2	11,2	10,4	8,2	6,2	6,2	5,4	4,8	4,1	3,6	4,9
Россия	1082,2	1068,2	1008,5	956,6	875,9	860,0	847,2	834,1	827,2	846,2	876,0	888,4
Таджикистан	18,1	17,6	16,8	17,7	17,0	14,8	15,0	14,0	14,4	15,8	14,3	14,3
Туркменистан	14,6	15,0	13,2	12,6	10,5	9,9	10,1	9,5	9,3	8,8	9,8	10,5
Узбекистан	56,3	54,2	50,9	49,1	47,8	47,4	45,4	46,0	45,9	45,3	46,8	48,1
Украина	298,5	278,7	252,5	229,9	202,9	194,0	183,0	178,0	172,8	172,1	169,0	172,2
Всего по СНГ	1673,5	1632,3	1525,6	1433,7	1303,3	1265,9	1233,8	1207,7	1190,9	1211,5	1244,0	1263,6

Важнейшим вопросом на сегодняшний день является вопрос интеграции электроэнергетики СНГ с европейской и азиатской электроэнергетикой. Учитывая, что параллельно с объединением энергосистем СНГ работают энергосистемы стран Балтии и межгосударственные связи соединяют энергосистемы СНГ с рядом стран Восточной Европы и Азии, задача видится в реализации стратегических планов развития глобальной электросети на всем Евразийском пространстве.

В Европе к настоящему времени сложились следующие межгосударственные энергообъединения: государств Западной и Центральной Европы – UCTE, Восточной Европы – CENTREL, Скандинавских стран – NORDEL. После полного объединения UCTE с CENTREL и присоединения к ним энергосистем Болгарии и Румынии новое объединение получит название TESIS. Существующими проектами предусматривается его расширение за счет присоединения энергосистем еще некоторых государств юго-восточной части Европы и Турции, а также энергосистем, объединяемых в рамках всего так называемого Средиземноморского кольца.

Для организации параллельной работы объединения энергосистем стран СНГ с энергообъединением TESIS могут быть использованы существующие 11 ВЛ напряжением 220–750 кВ. При совместной синхронной работе по межсистемным связям может быть получен существенный экономический эффект за счет экономии топлива и уменьшения затрат на пиковую генерирующую мощность. Предварительные оценки показывают, что пропускная способность этих связей может оказаться достаточной для реализации межсистемных эффектов в интегрированном объединении.

Ядром созданного объединения энергосистем государств Содружества является национальная энергосистема Российской Федерации – Единая энергетическая система России – самая крупная в СНГ. Электрические сети охватывают огромную территорию страны – шесть часовых поясов с востока на запад.

Техническую основу ЕЭС России составляют:

440 электростанций суммарной установленной мощностью около 200 ГВт;

ЛЭП общей протяженностью 3018 тыс. км;

единая система диспетчерского регулирования, объединяющая практически все энергетические объекты в работу с единой частотой электрического тока 50 Гц.

В табл. В.2 приведен перечень крупнейших электростанций России.

Организационную основу ЕЭС России составляют:

РАО «ЕЭС России», выполняющее функции общего координирующего центра, реализующего определенные государством общие условия функционирования и развития ЕЭС России, исходя из общесистемного эффекта, и обеспечивающее в оперативном плане единое диспетчерское управление для повышения экономической эффективности ЕЭС России;

74 энергосистемы, осуществляющие поставки электрической и тепловой энергии потребителю на всей территории Российской Федерации;

34 крупные электрические станции в качестве самостоятельных субъектов Федерального (общероссийского) оптового рынка электрической энергии (мощности);

более 300 организаций, обслуживающих основной технологический процесс и развитие в ЕЭС России.

На балансе РАО «ЕЭС России» находится 121 подстанция напряжением 330 кВ и выше, в том числе по классам напряжения: 750 кВ - 7 шт., 500 кВ - 79 шт., 400 кВ - 1 шт., 330 кВ - 34 шт., с установленной мощностью трансформаторов 130 тыс. MB А, шунтирующих реакторов 17,3 тыс. Мвар и синхронных компенсаторов 1,3 тыс. Мвар.

ЕЭС России является крупнейшим в мире централизованно управляемым энергообъединением.

Диспетчерское (технологическое и коммерческое) управление ЕЭС России, в основных электрических сетях напряжением 330– 1150 кВ которой функционирует Федеральный оптовый рынок электрической энергии и мощности (ФОРЭМ), осуществляется двухуровневой системой:

Центральное диспетчерское управление (ИДУ) ЕЭС России, расположенное в Москве;

семь региональных объединенных управлений (ОДУ) объединенных энергосистем (ОЭС): Центра (Москва), Северо-Запада (Санкт-Петербург), Средней Волги (Самара), Северного Кавказа (Пятигорск), Урала (Екатеринбург), Сибири (Кемерово), Востока (Хабаровск).

Центральное диспетчерское управление ЕЭС России и ОДУ обеспечивают весь цикл диспетчерского управления, включая:

долгосрочное планирование режимов на год и месяц вперед (оптимизацию режимов ЕЭС и ОЭС по активной и реактивной мощности, расчеты статической и динамической устойчивости, выбор состава и уставок средств релейной защиты (РЗ) и противоаварийной автоматики (ПА) и т.д.);

заключение долгосрочных, на год и более, контрактов между субъектами ФОРЭМ на поставку электрической энергии и мощности;

краткосрочное планирование режимов на сутки и неделю (оптимизацию режимов ЕЭС и ОЭС по активной мощности, определение текущей пропускной способности основной электрической сети, формирование графиков нагрузки с учетом требований надежности и экономичности), формирование краткосрочных контрактов на ФОРЭМ;

оперативное управление ЕЭС и ОЭС в реальном времени (ведение оптимального и надежного режима), обеспечение функционирования оперативного рынка электрической энергии и мощности;

автоматическое управление нормальным режимом по частоте и напряжениям, ликвидацию с помощью РЗ и ПА возможных аварийных режимов, предотвращение каскадного развития аварий.

Таблица В.2 Крупнейшие электростанции Российской Федерации

№ п/п	Электростанция	Установленная мощность, МВт
	Тепловые электростанции
	Сургутская ГРЭС-2
	Рефтинская ГРЭС
	Костромская ГРЭС
	Сургутская ГРЭС-1
	Рязанская ГРЭС
	Троицкая ГРЭС
	Ставропольская ГРЭС
	Заинская ГРЭС
	Конаковская ГРЭС
	Новочеркасская ГРЭС
	Ириклинская ГРЭС
	Пермская ГРЭС
	Киришская ГРЭС
	Гидравлические электростанции
	Саяно-Шушенская ГЭС
	Красноярская ГЭС
	Братская ГЭС
	Усть-Илимская ГЭС
	Волжская ГЭС им. XX съезда КПСС
	Волжская ГЭС им. Ленина
	Чебоксарская ГЭС
	Саратовская ГЭС
	Зейская ГЭС
	Нижнекамская ГЭС
	Боткинская ГЭС
	Чиркейская ГЭС
	Загорская ГАЭС
	Атомные электростанции
	Балаковская АЭС
	Ленинградская АЭС
	Курская АЭС
	Смоленская АЭС
	Калининская АЭС
	Нововоронежская АЭС
	Кольская АЭС
	Ростовская АЭС

Основой автоматизированной системы диспетчерского управления (АСДУ) ЕЭС России является оперативно-информационный управляющий комплекс (ОИУК) для решения задач планирования режима ЕЭС в реальном времени, для краткосрочного и долгосрочного планирования режимов. В настоящее время на диспетчерских пунктах ЦДУ, ОДУ и энергосистем функционируют 77 ОИУК.

В 1990-х гг. все задачи АСДУ, решаемые на ЕС ЭВМ, были переведены на качественно новый уровень – персональные компьютеры. Появились локальные сети ПК, внедрены технические и программные средства телекоммуникаций с современной системой диалога и отображения. В последние годы начато освоение современных программно-технических средств: единых баз данных (ORACLE); различных приложений на основе экспертных систем; компьютерной телефонии; совершенствующихся систем сбора и передачи оперативно-диспетчерской информации.

Действующая система диспетчерского и автоматического управления ЕЭС России и ОЭС показала высокую эффективность, что подтверждается следующими фактами. В течение последних 50 лет в России не было глобальных системных аварий, подобных тем, которые произошли в США и Канаде (14 случаев за последние 33 года), а также Японии, Франции, Швеции и других странах Европы.

Согласно разрабатываемой энергетической стратегии производство электроэнергии в 2005 г. должно составить 1020 млрд кВтч, а установленная мощность – 229 млн кВт.

Для осуществления этих задач потребуется ввод новых генерирующих мощностей и техническое перевооружение электрических станций и сетей, что предусматривает максимальный демонтаж выработавшего свой ресурс оборудования и замену его новым.