7.1 Возникновение районных электростанций и энергетичеСких систем

Рост единичной мощности энергоагрегатов не только способствовал наращиванию выработки электрической энергии, но и приводил к необходимости перемещения по территориям всё нарастающих объемов энергоносителей: каменного угля, нефти и нефтепродуктов, газа, горючих сланцев и т.п. Все это заметно снижало эффективность производства электрической энергии. Гораздо удобнее оказалось строить электрические станции на месте добычи топлива или на крупной реке, а вырабатываемую электроэнергию транспортировать по линиям электропередачи в промышленные районы и города. Трехфазная система токов и наличие повышающих и понижающих трансформаторов позволяли решать эту задачу с минимальными потерями энергии. Электростанции, сооружаемые непосредственно у источников энергии, стали называть районными. Первые районные электростанции были построены еще в 90-х годах XIX века. Первой районной электростанцией принято считать Ниагарскую ГЭС.

В XX столетии районные электростанции составили основу развития электроэнергетики во всех развитых странах. Этому способствовал рост потребления электрической энергии, связанный с внедрением в промышленность электропривода, с развитием электрического транспорта, с расширением масштабов электрического освещения, с возникновением отраслей, немыслимых без использования электричества: связь, электрометаллургия, сварка металлов. Возникли и широко стали применяться целые отрасли электротехнологии.

Новый этап развития комплексной энергетики характеризуется созданием крупных энергетических систем. Под энергетической системой понимают совокупность электростанций, линий электропередачи, подстанций и тепловых сетей, связанных общностью режима и непрерывностью процесса производства электрической и тепловой энергии.

До появления районных электростанций электрических систем практически не было. Отдельные электростанции работали изолированно друг от друга, каждая имела своего потребителя. В этих условиях не было острой необходимости устанавливать стандартные частоты и напряжения. Однако при таком решении задачи электроснабжение потребителей не могло считаться надежным. Для повышения надежности электроснабжения на электростанции нужно было держать резервные мощности, что удорожало производство. Электростанции были чувствительны к значительным изменениям нагрузки (суточным или сезонным). Оказалось, что при работе нескольких генераторов на общую нагрузку эти проблемы существенно снижаются. Еще больший эффект достигается, если на общую нагрузку работают несколько электростанций. При такой совместной работе уменьшается резерв на каждой станции, появляется возможность ремонта энергетического оборудования без прекращения электроснабжения потребителей, создаются условия для выравнивания графиков нагрузки отдельных электростанций. Все это способствует не только повышению надежности электроснабжения, но и снижает себестоимость единицы выработанной энергии.

Задача решается включением генераторов параллельно на общую сеть. Но здесь возникли новые проблемы. Включение на параллельную работу электростанций постоянного тока не вызывает особых затруднений, достаточно, чтобы генераторы вырабатывали одинаковое напряжение, а при включении на параллельную работу, – чтобы соблюдалась полярность проводов. С генераторами переменного тока проблема усложняется тем, что напряжение на зажимах непрерывно меняется, ставится задача, чтобы во всех параллельно работающих генераторах напряжение в любой момент было одинаковым: чтобы они работали синхронно и синфазно. Были разработаны специальные методики включения трехфазных генераторов на параллельную работу. Но этим проблема не ограничивалась. В процессе работы на общую нагрузку возникала опасность колебания мгновенной частоты вращения ротора генераторов относительно некоторого среднего значения. Такие колебания мгновенной скорости ротора называют качаниями. Было выявлено, что при параллельной работе в некоторых режимах генератор начинает самораскачиваться, это грозит выпадением генератора из синхронизма, что может повлечь за собой серьезную аварию.

Надежная работа электроагрегатов и целых электростанций в единой энергосистеме немыслима без применения средств контроля и автоматики. В современных условиях эта задача решается также с широким применением вычислительной техники (ВТ) и автоматизированных систем управления (АСУ). В связи с ростом надежности электрических систем постоянно ставится задача повышения напряжения в линиях электропередачи. Успехи в развитии электроэнергетики способствовали повышению электровооруженности труда в промышленности, к повышению производительности труда, концентрации, специализации и автоматизации производства. Значительная доля электроэнергии стала непосредственно использоваться в технологических процессах: электролиз, электротермия, электрическая плавка и мн. др. Создаются и внедряются новые технологические методы обработки материалов, основанные на электроэрозионных и электролучевых процессах. Постоянно возрастало потребление электрической энергии и в сельском хозяйстве, что способствовало росту производительности труда, повышению культуры производства.