Электрические сети

Мини и микро ГЭС

Принято считать, что к малым ГЭС относят гидроэлектростанции, суммарная установленная мощность которых не превышает 30 МВт при единичной мощности агрегата не более 10 МВт. В малой гидроэнергетике выделяют микро ГЭС, мощность которых составляет от 100 Вт до 10 кВт.

По экономическому потенциалу малые и микро ГЭС составляют примерно 10% от общего экономического потенциала. В России экономический потенциал малых и микро ГЭС использован примерно на 0,5%, т.к. число малых ГЭС с 5 тысяч в 50-х годах сократилось до 300 в девяностых.

Сейчас начинается процесс восстановления разрушенных и строительства новых малых и микро ГЭС.

Мировым лидером в малой гидроэнергетике является Китай.

Эффективно работают малые ГЭС в ряде Европейских стран, в том числе в Австрии, Финляндии, Норвегии, Швеции и др.

Передача электроэнергии от мест ее выработки (электростанции) до мест ее потребления (промышленные предприятия, сельское хозяйство, города и поселки, электрифицированный транспорт и т.д.) происходит по линиям электропередач. По конструктивному исполнению они подразделяются на воздушные и кабельные.

Воздушные линии электропередач (ЛЭП) являются преобладающими. Алюминиевые или сталеалюминиевые провода ЛЭП подвешиваются к опорам через изоляторы с помощью специальных зажимов. Опоры выполняются деревянными, металлическими и железобетонными в зависимости от назначения линий, используемого напряжения, экономических соображений и т.п.

Потери мощности в ЛЭП определяются по выражению

(4.12)

(4.13)

где U – напряжение ЛЭП;

R – активное сопротивление ЛЭП:

(4.14)

где R₀- удельное сопротивление единицы длины ЛЭП.

Если подставить (4.14) в (4.13), то получим

(4.15)

Как видно из выражения (4.15), потери мощности в ЛЭП обратно пропорциональны квадрату напряжения и прямо пропорциональны длине линии.

Предельная мощность, которую может передать ЛЭП, также пропорциональна квадрату напряжения и обратно пропорциональна длине ЛЭП. Стоимость сооружения ЛЭП можно принять пропорциональной величине напряжения. Поэтому в развитии ЛЭП наблюдается тенденция к увеличению напряжения как к главному средству повышения пропускной способности и снижению потерь мощности и энергии. Так, в довоенные годы были освоены напряжения 110-220 кВ. В 1961 г. была введена в эксплуатацию ЛЭП Волжская ГЭС – Москва протяженностью более 1000 км. Это была первая в мире ЛЭП напряжением 500 кВ, позволяющая передавать электроэнергию мощностью до 1000 МВт. В 1967 г. была сооружена первая опытная ЛЭП напряжением 750 кВ Конаковская ГРЭС – Москва. Повышение напряжения линий до 750 кВ дает возможность увеличить дальность передачи электроэнергии до 1500 км, а передаваемую мощность довести до 2500 МВт.

В 1985 г. была пущена первая в мире ЛЭП напряжением 1150 кВ Экибастуз – Кокчетав, которую в дальнейшем планировали довести до Урала. Это напряжение позволяет увеличить передаваемую мощность до 5000 МВт.

Наряду с ЛЭП переменного тока развиваются ЛЭП постоянного тока. Известно, что при передаче постоянным током отсутствует поверхностный эффект и реактивное сопротивление, что снижает потери мощности и энергии. Однако стоимость ЛЭП постоянного тока значительно выше стоимости ЛЭП переменного тока за счет стоимости преобразовательных подстанций. Сравнение затрат на ЛЭП постоянного и переменного тока показывает, что при длине линий более 1000 км и передаваемой мощности более 1000 МВт ЛЭП постоянного тока более экономична. Более 40 лет работает линия постоянного тока Волгоград – Донбасс напряжением 800 кВ. Сверхмощная линия электропередачи постоянного тока напряжением 1500 кВ Экибастуз – Центр протяженностью 2414 километров и передаваемой мощности 6000 МВт – самая длинная по протяженности ЛЭП на планете.

В таблице 4.1 приведены уровни максимальных напряжений ЛЭП в ведущих странах

Таблица 4.1 – Уровни максимальных напряжений ЛЭП в ведущих странах

Страна	Максимальное напряжение, кВ
переменное	постоянное
Россия
США
Германия		-
Великобритания
Франция
Канада
Италия
Япония

Провода на ЛЭП могут располагаться различным образом (рисунок 4.13). При подвеске на опору шести рабочих проводов опоры называются двухцепными. Кроме рабочих проводов,

предназначенных для передачи электроэнергии, на опорах подвешивают грозозащитные тросы.

а) – треугольником; б) – горизонтальное; в) – обратной елкой; г) – бочкой

Рисунок 4.13 – Варианты расположения проводов на опорах

Наряду с воздушными ЛЭП в последние годы для передачи электроэнергии все большее применение находят кабельные линии. Однако использование кабельных линий сдерживается верхним пределом напряжения, на которое они выпускаются. В РФ это напряжение 500 кВ. Кабельные линии высокого напряжения прокладываются обычно в земле.

На первой стадии развития электроэнергетика представляла собой совокупность отдельных электростанций, каждая из которых через собственную сеть передавала электроэнергию к потребителям, не связанным между собой. В дальнейшем стали создаваться энергетические системы, в которых электрические станции соединялись с помощью ЛЭП и включались на параллельную работу. Отдельные энергетические системы, в свою очередь, также объединялись, образуя более крупные энергетические системы. Тенденция к образованию по возможности наиболее крупных энергетических объединений проявляется практически во всех странах. В 80 – е годы была создана Единая энергетическая система СССР (ЕЭС СССР). В настоящее время существует Единая энергосистема России (ЕЭС РФ).

Создание объединенных энергосистем позволяет:

1) Уменьшить суммарную установленную мощность электростанций.

2) Повысить экономичность выработки электроэнергии. Вследствие неравномерного графика нагрузки изолированные станции должны работать в течение некоторого времени с недогрузкой, т.е. в неэкономичных режимах. В объединенных системах при провалах нагрузки часть электростанций может быть отключена, а для оставшихся можно обеспечить наиболее экономичные режимы работы. Кроме того, различные виды электростанций имеют неодинаковые экономические показатели выработки электроэнергии (разная стоимость выработки 1 кВт/ч). Поэтому в объединенной энергосистеме при спадах нагрузки можно оставить в работе станции с лучшими экономическими характеристиками.

3) Более полно использовать гидроэнергетические ресурсы. Ход воды в реке колеблется в больших пределах. Для надежного снабжения электроэнергией потребителей мощность ГЭС (при изолированной работе) нужно выбирать исходя из обеспеченного расхода. При параллельной работе КЭС и ГЭС КЭС должна покрывать всю максимальную часть нагрузки, а ГЭС только пиковую, так как она обладает большой маневренностью.

Рисунок 4.14 – Целесообразный режим совместной работы КЭС и ГЭС

4) Увеличить единичные мощности турбоагрегатов станций. Известно, что с возрастанием мощности агрегатов улучшаются их технические характеристики и снижается удельная стоимость выработки электроэнергии.

5) Повысить надежность электроснабжения потребителей. В изолированной системе при аварийном отключении одного или нескольких генераторов электростанции часть или все потребители электрической энергии теряют питание. В объединенной энергосистеме этого не произойдет.