Раздел 1. Процесс объединения энергетических систем: основные понятия и назначение

В середине ХХ века интенсивное развитие электроэнергетики в большинстве промышленно развитых стран мира привело к созданию объединенных энергетических систем на основе соединения электрических сетей локальных энергосистем, ранее образовавшихся в отдельных регионах.

Объединенная энергосистема (ОЭС) является наиболее рациональной структурой организации производства и использования электрической энергии на значительных территориях, где расположены источники электроэнергии различного типа. Объединение локальных энергосистем существенно повышает экономические эффекты, возникающие уже при создании локальных энергосистем. В частности, при возрастании установленной мощности электростанций в ОЭС относительно уменьшается необходимый резерв генерирующей мощности; появляется возможность использования эффективного генерирующего оборудования большой единичной мощности (800–1000 МВт и более); становятся возможными уменьшение суммарной установленной мощности электростанций и уплотнение совмещенного суточного графика нагрузки объединения за счет смещения по поясам времени пиков нагрузки отдельных частей энергосистемы, если она охватывает электрическими сетями значительные территории, протянутые в широтном или меридиональном направлениях; обеспечиваются наивыгоднейшие режимы работы электростанций различных типов (тепловых конденсационных, ТЭЦ, ГЭС, ГАЭС); создаются условия для выравнивания графиков нагрузки базисных электростанций, таких как АЭС; существенно возрастает степень надежности электроснабжения потребителей.

Чем же отличается объединенная энергетическая система (ОЭС) от локальной энергетической системы (ЭС), каковы различия этих двух понятий?

Прежде всего отметим, что ОЭС и ЭС являются видовыми понятиями, в основе которых лежит родовое понятие «энергосистема техническая» (которое не следует путать с понятием энергосистемы как субъекта хозяйственной деятельности или административно-хозяйственной единицы, энергопредприятия).

Энергосистема техническая – это объект техники, представляющий собой комплекс источников электроэнергии, соединенных общей электрической сетью с приемниками электроэнергии, а также между собой, в котором процессы производства, передачи и потребления электроэнергии протекают в одно и то же время в синхронном режиме.

Особенности процесса функционирования энергосистемы технической предопределяют необходимость централизованного оперативно-технологического управления ею, прежде всего в части непрерывного поддержания баланса между производством и потреблением электроэнергии для сохранения стабильности частоты переменного напряжения. Область распространения на элементы энергосистемы управляющих воздействий системного оператора по выполнению функций поддержания баланса мощности и частоты напряжения определяет масштабы энергосистемы в целом и ее фактические границы.

Главнейшей функцией оперативного управления энергосистемой является также организация каналов передачи энергии электрическими сетями к приемникам электроэнергии с обеспечением необходимого качества энергии и надежности ее поставки. В силу того, что электрические сети системы формируются из сетей разных классов напряжения с соответствующей этим напряжениям пропускной способностью, каналы передачи энергии управляются не только органами центрального оперативного управления (оператором верхнего уровня), но и операторами более низких уровней, которые доводят каналы энергоснабжения непосредственно до приемников потребителей электроэнергии.

При объединении локальных энергосистем для работы в едином синхронном режиме образуется новая энергосистема техническая, в которой функции поддержания баланса мощности и частоты напряжения переходят от операторов локальных энергосистем к центральному оператору объединенной энергосистемы. Центральный оператор ОЭС принимает на себя также управление каналами передачи электроэнергии в крупные части ОЭС, которые, как правило, до объединения являлись локальными энергосистемами. Функции управления каналами передачи электроэнергии внутри этих частей ОЭС, называемых зонами оперативного управления, в свою очередь обеспечивают операторы нижних уровней (региональные, локальные, территориальные), в том числе операторы ранее существовавших локальных энергосистем.

Диспетчерский центр управления ОЭС Украины НЭК «Укрэнерго»

Естественно, что одним из обязательных условий объединения локальных энергосистем является организация совершенных систем связи и управления энергообъектами из единого центра с учетом взаимодействия операторов разных уровней. На начальных этапах создания ОЭС (40-е годы ХХ века) связь операторов с объектами осуществлялась просто путем заказа междугородных телефонных разговоров. Современные системы диспетчерского управления энергосистем позволяют давать на щит управления информацию о текущем состоянии энергообъектов с шагом обновления информации до 1 с, благодаря чему можно быстро принимать необходимые оперативные решения и в высоком темпе передавать требуемые управляющие воздействия на объекты.

Исходя из распределения областей управления операторов разного уровня, установилась практика использования термина «объединенная энергосистема» для обозначения области управления центрального оператора. Для обозначения области действия операторов нижнего уровня в пределах границ управления прежних локальных энергосистем стали применять термин «энергосистема», хотя, строго говоря, этот термин обозначает лишь часть объединенной энергосистемы (технической).

Образование ОЭС из нескольких локальных энергосистем становится возможным при создании межсистемных электрических связей достаточной пропускной способности. Межсистемные связи в ОЭС могут быть созданы в виде отдельных электропередач между центрами локальных энергосистем либо в виде многоконтурной электрической сети между основными энергоузлами локальных энергосистем. В последнем случае основную системообразующую роль в ОЭС принимает на себя электрическая сеть высшего класса напряжения, принятого в объединении. Опыт развития мировой энергетики свидетельствует о преимуществах сетевого пути объединения локальных энергосистем, хотя это приводит к определенному усложнению управления системой по сравнению с объединением отдельными электропередачами. По мере роста мощности потоков электроэнергии между частями ОЭС развиваются межсистемные сети все более высоких напряжений. При этом прежние межсистемные сети размыкаются и начинают выполнять функции распределительных сетей. Подобным образом создавалась и развивается в дальнейшем ОЭС Украины, где последовательно функции межсистемных связей переходили от электросетей напряжения 110 (150) кВ к сетям 330 кВ, а затем к сетям 750 кВ. В России аналогичным путем осуществлялся переход межсистемных функций от электросетей напряжения 110 кВ к сетям 220 и 330 кВ, а затем к сетям 500 и 750 кВ.

В большинстве случаев современные объединенные энергосистемы представляют собой масштабные энергосистемы технические, охватывающие территории государств в пределах их национальных границ. Это характерно для стран, обладающих территорией умеренных размеров. В странах развитой энергетики, которые обладают обширной территорией, таких как США или Россия, существуют по несколько ОЭС в разных частях страны наряду с тем, что имеются еще и изолированно работающие локальные энергосистемы (в России, например, существуют 8 ОЭС и, кроме того, 7 изолированных энергосистем).

На территории Украины в пределах ее национальных границ в отдельные периоды времени действовали несколько объединенных энергосистем. Так, в период с 1962 до 1978 г. Западная энергосистема работала в синхронном режиме с ОЭС «Мир» с центром управления в Праге (Чехия). В ОЭС

«Мир» входили энергосистемы Болгарии, Венгрии, ГДР, Польши, Румынии, Чехословакии. Только в 1978 г. развитие внутренней электрической сети 330 и 750 кВ ОЭС Украины позволило включить Западную энергосистему на параллельную работу с остальной частью ОЭС и ЕЭС СССР. Это сверхмощное объединение надежно работало до 1992 года. С 1993 до 2001 г. ОЭС Украины работала изолированно от сопредельных энергообъединений. В 2001 году

Рис. 1.1. «Остров Бурштынской ТЭС»

«Остров Бурштынской ТЭС» – это энергорайон Украины, удовлетворяющий европейским стандартам надежности, регулирования частоты и мощности, оснащенный современными системами управления, автоматики, телекоммуникаций и учета электроэнергии.

Линии электропередач 750 кВ

Население – 3 миллиона. Экспортная возможность – до 600 МВт. Собственное потребление – 1000-1050 МВт. Генерирующие источники – Бурштынская ТЭС, Калушская ТЭЦ и Теребля-Рикская ГЭС. Территория – 27 000 км2.

ОЭС Украины с энергосистемой Молдовы синхронизировались с ЕЭС России. С 2002 г. ряд энергообъектов в западной части Украины, которые связаны с крупнейшей на этой территории Бурштынской тепловой электростанцией и получили название «Остров Бурштынской ТЭС» (рис. 1.1), выделены на синхронную роботу с зарубежными энергообъектами, входящими в объединенную энергосистему стран Восточной Европы – CENTREL. Таким образом, украинский «Остров Бурштынской ТЭС» стал частью ОЭС CENTREL с центром управления в Варшаве (Польша).

На остальной территории Украины функционирует объединенная энергосистема – ОЭС Украины – с центром управления в Киеве. Объединенная энергетическая система Украины включает в себя восемь параллельно работающих энергосистем (Западная, Юго-Западная, Центральная, Южная, Северная, Днепровская, Крымская и Донбасская).

В экономической и технической литературе, посвященной работе энергосистем, неред

ко можно встретить термин «национальная энергосистема», который следует понимать как комплекс всех энергообъектов, находящихся на территории определенного государства, вне зависимости от их подчиненности центрам оперативного управления, даже если последние находятся за рубежом.

Объединенные энергосистемы служат основным элементом для создания крупнейших внутригосударственных и межгосударственных транснациональных энергообъединений (энергообразований), которые представляют более высокую степень интеграции энергетики разных стран в мировую экономику.

Высоковольтные линии электропередач в Карпатах