Розділ 1. Процес об'єднання енергетичних систем: основні поняття й призначення

У середині ХХ століття інтенсивний розвиток електроенергетики в більшості про мислово розвинутих країн світу привів до створення об'єднаних енергетичних систем на основі об’єднання електричних мереж локальних енергосистем, що раніше утвори лися в окремих регіонах.
Об'єднана енергосистема (ОЕС) є найбільш раціональною структурою організації виробництва і використання електричної енергії на значних територіях, де розташо вані джерела електроенергії різного типу. Об'єднання локальних енергосистем істотно підвищує економічні ефекти, що виникають вже при створенні локальних енергосистем (див. книгу 2, розділ 12). Зокрема, при збільшенні встановленої потужно сті електростанцій в ОЕС відносно зменшується необхідний резерв генеруючої потуж ності; з'являється можливість використання ефективного генеруючого обладнання великої одиничної потужності (800–1000 МВт і більше); стають можливими змен шення сумарної встановленої потужності електростанцій та ущільнення суміщеного добового графіка навантаження об'єднання за рахунок зсуву по поясах часу піків навантаження окремих частин енергосистеми, якщо вона охоплює електричними мережами значні території, протягнені в широтному або меридіональному напрям ках; забезпечуються економічні режими роботи електростанцій різних типів (тепло вих конденсаційних, ТЕЦ, ГЕС, ГАЕС); створюються умови для вирівнювання графіків навантаження базових потужностей, таких як АЕС; істотно зростає ступінь надійності електропостачання споживачів.

Чим же відрізняється об'єднана енергетична система (ОЕС) від локальної енергетичної системи (ЕС), в чому різниця між цими двома поняттями? Насамперед відзначимо, що ОЕС і ЕС є видовими поняттями, в основі яких лежить родове поняття «енергосистема технічна» (яке не слід плутати з поняттям енергосистеми як суб'єкта господарської діяльності або адміністративно-господарської одиниці, енергопідприємства).

Енергосистема технічна – це об'єкт техніки, що являє собою комплекс джерел електроенергії, з'єднаних загальною електричною мережею із приймачами електроенергії, а також між собою, в якому процеси виробництва, передачі та споживання електроенергії протікають одночасно у синхронному режимі.

Особливості процесу функціонування енергосистеми технічної визначають необхідність централізованого оперативнотехнологічного управління нею, насамперед у частині безперервної підтримки балансу між виробництвом та споживанням електроенергії для збереження стабільності частоти змінної напруги. Область поширення на елементи енергосистеми керуючих впливів системного оператора з виконання функцій підтримки балансу потужності й частоти напруги визначає масштаби енергосистеми в цілому та її фактичні межі.

Найголовнішою функцією оперативного управління енергосистемою є також організація каналів передачі енергії електричними мережами до приймачів електроенергії із забезпеченням необхідної якості енергії та надійності її постачання. У силу того, що електричні мережі системи формуються з мереж різних класів напруги з відповідною цим напругам пропускною здатністю, канали передачі енергії управляються не тільки органами центрального оперативного управління (оператором верхнього рівня), але й операторами більш низьких рівнів, які доводять канали енергопостачання безпосередньо до приймачів споживачів електроенергії.

При об'єднанні локальних енергосистем для роботи в єдиному синхронному режимі утворюється нова енергосистема технічна, в якій функції підтримки балансу потужності та частоти напруги переходять від операторів локальних енергосистем до центрального оператора об'єднаної енергосистеми.

Диспетчерський центр управління ОЕС України НЕК «Укренерго»

Центральний оператор ОЕС приймає на себе також управління каналами передачі електроенергії у крупні (великі) частини ОЕС, які, як правило, до об'єднання були локальними енергосистемами. Функції управління каналами передачі електроенергії всередині цих частин ОЕС, що звуться зонами оперативного управління, в свою чергу забезпечують оператори нижніх рівнів (регіональні, локальні, територіальні), у тому числі оператори раніше існуючих локальних енергосистем.

Певна річ, що однією з обов'язкових умов об'єднання локальних енергосистем є організація досконалих систем зв'язку і управління енергооб’єктами з єдиного центра з урахуванням взаємодії операторів різних рівнів. На початкових етапах створення ОЕС (40-ві роки ХХ століття) зв'язок операторів з об'єктами здійснювався просто шляхом замовлення міжміських телефонних переговорів. Сучасні системи диспетчерського управління енергосистем дозволяють надавати на щит управління інформацію щодо поточного стану енергооб’єктів із періодом відновлення інформації до 1 с, завдяки чому можна швидко приймати необхідні оперативні рішення та у високому темпі передавати необхідні керуючі впливи на об'єкти.

Виходячи з розподілу областей управління операторів різного рівня, встановилась практика використання терміну «об'єднана енергосистема» для позначення області управління центрального оператора. Для позначення області дії операторів нижнього рівня в межах границь управління колишніх локальних енергосистем почали застосовувати термін «енергосистема», хоча, строго кажучи, цей термін позначає лише частину об'єднаної енергосистеми (технічної).

Утворення ОЕС із декількох локальних енергосистем стає можливим при створенні міжсистемних електричних зв'язків достатньої пропускної здатності. Міжсистемні зв'язки в ОЕС можуть бути створені у вигляді окремих електропередач між центрами локальних енергосистем або у вигляді багатоконтурної електричної мережі між основними енерговузлами локальних енергосистем. В останньому випадку основну системоутворюючу роль в ОЕС приймає на себе електрична мережа вищого класу напруги, прийнятого в об'єднанні. Досвід розвитку світової енергетики свідчить про переваги мережного шляху об'єднання локальних енергосистем, хоча це призводить до певного ускладнення управління системою в порівнянні з об'єднанням окремими електропередачами. У міру зростання потужності потоків електроенергії між частинами ОЕС розвиваються міжсистемні мережі все більш високих напруг. При цьому колишні міжсистемні мережі розмикаються і починають виконувати функції розподільних мереж. Подібним чином створювалася та розвивається надалі ОЕС України, де послідовно функції міжсистемних зв'язків переходили від електромереж напруги 110 (150) кВ до мереж 330 кВ, а потім до мереж 750 кВ. У Росії аналогічним чином здійснювався перехід міжсистемних функцій від електромереж напругою 110 кВ до мереж 220 і 330 кВ, а потім до мереж 500 і 750 кВ.

У більшості випадків сучасні об'єднані енергосистеми являють собою масштабні енергосистеми технічні, що охоплюють території держав у межах їх національних кордонів. Це характерно для країн, що володіють територією помірних розмірів. У країнах з розвинутою енергетикою, які мають велику територію, таких як США або Росія, існують по декілька ОЕС у різних частинах країни поряд з тим, що є ще й ізольовано працюючі локальні енергосистеми (у Росії, наприклад, існують 8 ОЕС і, крім того, 7 ізольованих енергосистем).

На території України в межах її національних кордонів в окремі періоди часу діяли кілька об'єднаних енергосистем. Так, у період з 1962 по 1967 р. Західна енергосистема працювала в синхронному режимі з ОЕС «Мир» із центром керування в Празі (Чехія). В ОЕС «Мир» входили енергосистеми Болгарії, Угорщини, ГДР, Польщі, Румунії, Чехословаччини. Тільки в 1978 р. розвиток внутрішньої електричної мережі 330 і 750 кВ ОЕС України дозволив включити Західну енергосистему на паралельну роботу з іншою частиною ОЕС і ЄЕС СРСР. Це надпотужне об'єднання надійно працювало до 1992 року. З 1993 до 2001 р. ОЕС України працювала ізольовано від суміжних енергооб’єднань. У 2001 році ОЕС України з енергосистемою Молдови синхронізувалися з ЄЕС Росії. З 2002 р. ряд енергооб’єктів у західній частині України, які пов'язані з найбільшою на цій території Бурштинською тепловою електростанцією і одержали назву «Острів Бурштинської ТЕС» (мал. 1.1), виділені на синхронну роботу із закордонними енергооб’єктами, що входять в об'єднану енергосистему країн Східної Європи – CENTREL. Таким чином, український «Острів Бурштинської ТЕС» став частиною ОЕС СENTREL із центром управління у Варшаві (Польща).

Високовольтні лінії електропередач

Мал. 1.1. «Острів Бурштинської ТЕС»

«Острів Бурштинської ТЕС» – це енергорайон України, що задовольняє європейським стандартам надійності, регулювання частоти та потужності, оснащений сучасними системами управління, автоматики, телекомунікацій та обліку електроенергії.

Населення – 3 мільйони. Експортна можливість – до 600 МВт. Власне споживання – 1000–1500 МВт. Джерела, що генерують, – Бурштинська ТЕС, Калуська ТЕЦ і Теребля-Рикська ГЕС. Територія – 27000 км²

На решті території України функціонує об’єднана енергосистема – ОЕС України – з центром управління в Києві. Об’єднана енергосистема України включає в себе вісім паралельно працюючих енергосистем (Західна, Південно-Західна, Центральна, Південна, Північна, Дніпровська, Кримська і Донбаська).

В економічній і технічній літературі, присвяченій роботі енергосистем, нерідко можна зустріти термін «національна енергосистема», який треба розуміти як комплекс всіх енергооб’єктів, що знаходяться на території даної держави, незалежно від їх підлеглості центрам оперативного управління, навіть якщо вони знаходяться за кордоном.

Об'єднані енергосистеми – основний елемент для створення найбільших внутрішньодержавних та міждержавних транснаціональних енергооб’єднань (енергоутворень), які представляють більш високий ступінь інтеграції енергетики різних країн у світову економіку.

Лінії електропередач в Карпатах