Структура генерирующих мощностей Украины

Структура генерирующих мощностей Украины

 

Электрическая станция – промышленное предприятие, предназначенное для производства электроэнергии путем преобразования других видов энергии.

В зависимости от используемого  первичного энергоресурса, электрические  станции можно разделить на следующие типы:

- тепловые (ТЭС, ТЭЦ);

- атомные (АЭС);

- гидравлические (ГЭС,  ГАЭС, малые ГЭС);

- ветряные (ВЭС);

- солнечные (СЭС);

- геотермальные (ГеоТЭС);

- приливные (ПЭС).

Тепловые электростанции используют в качестве первичного энергоресурса такие виды топлива как угольную пыль, мазут или природный газ. Наилучшим топливом для тепловых станций является природный газ, однако, ввиду его высокой стоимости, чаще всего он используется в качестве резервного топлива. Основным топливом для тепловых станций чаще всего бывает угольная пыль.

Если тепловая электростанция кроме электрической энергии вырабатывает и тепловую энергию, то она называется теплоэлектроцентраль (ТЭЦ).

В Украине имеется шесть генерирующих компаний, вырабатывающих электроэнергию на тепловых электростанциях:

- Днепроэнерго (г. Запорожье) имеет в своем составе 3 крупные ТЭС:

Запорожская ТЭС (г. Энергодар) Р_уст=4×300+3×800=3600 МВт;

Криворожская ТЭС (г. Зеленодольск) Р_уст=10×300=3000 МВт;

Приднепровская ТЭС (г. Днепропетровск) Р_уст=4×150+4×300=1800 МВт;

- Центрэнерго (г. Киев) имеет в своем составе 3 крупные ТЭС:

Углегорская ТЭС (г. Светлодарск) 4×300+3×800=3600 МВт;

Змиевская ТЭС (г. Комсомольское) 6×200+4×300=2400 МВт;

Трипольская ТЭС (г. Украинка) 6×300=1800 МВт;

- Западэнерго (г. Львов) имеет в своем составе 3 крупные ТЭС:

Бурштынская ТЭС (г. Бурштын) Р_уст=12×200=2400 МВт;

Ладыжинская ТЭС (г. Ладыжин) Р_уст=6×300=1800 МВт;

Добротворская ТЭС (г. Добротвор) Р_уст=3×100+2×150=600 МВт;

- Востокэнерго (г. Донецк) имеет в своем составе 3 крупные ТЭС:

Зуевская ТЭС (г. Зугрэс) Р_уст=4×300=1200 МВт;

Кураховская ТЭС (г. Курахово) Р_уст=8×200=1600 МВт;

Луганская ТЭС (г. Счастье) Р_уст=1×100+7×200=1500 МВт;

- Донбассэнерго (г. Горловка) имеет в своем составе 2 крупные ТЭС:

Старобешевская ТЭС (пгт. Новый Свет) Р_уст=10×200=2000 МВт;

Славянская ТЭС (г. Николаевка) Р_уст=1×800=800 МВт;

- Киевэнерго (г. Киев) имеет в своем составе 2 крупные ТЭЦ:

ТЭЦ-5, Р_уст=700 МВт;

ТЭЦ-6, Р_уст=500 МВт.

Атомные электростанции используют энергию расщепления атомного ядра. Ядерные реакторы бывают одноконтурными (РБМК – реактор большой мощности канальный, турбину вращает радиоактивный пар) и двухконтурные (ВВЭР – водо-водяной энергетический реактор, радиоактивный пар передает энергию чистому пару, который вращает турбину). ВВЭР более надежны, чем РБМК, но имеют меньший КПД.

 АЭС Украины работают  в составе генерирующей компании  «Энергоатом», которая включает в себя четыре станции:

- Запорожская (г. Энергодар) Р_уст=6×1000=6000 МВт;

- Южноукраинская (г. Южноукраинск) Р_уст=3×1000=3000 МВт;

- Ровенская (г. Кузнецовск) Р_уст=2×440+2×1000=2880 МВт;

- Хмельницкая (г. Нетешин)  Р_уст=2×1000=2000 МВт.

На всех четырех АЭС  Украины установлены реакторы типа ВВЭР (на Чернобыльской АЭС, закрытой в 2000 году, были установлены РБМК).

Гидравлические электростанции используют возобновляемый источник энергии – кинетическую энергию воды, которая обеспечивается созданием напора воды. В зависимости от природных условий (рельеф местности, русло реки) напор создается:

- плотиной;

- деривацией.

Плотины, обычно, сооружаются  на равнинных реках. Деривация (создание напора с помощью труб и каналов) характерна для горных районов.

Особым типом гидравлических электростанций являются гидроаккумулирующая электрическая  станция (ГАЭС) – это электростанция, которая может работать как в генераторном, так и в насосном режимах. Она используется для выравнивания суточной неоднородности графика электрической нагрузки. В ночное время суток ГАЭС работает в насосном режиме, перекачивая воду с нижнего бьефа в верхний бьеф. При этом ГАЭС потребляет дешевую электроэнергию. Во время утреннего и вечернего пиков энергопотребления ГАЭС сбрасывает воду из верхнего бьефа в нижний, вырабатывает при этом дорогую пиковую электроэнергию.

Потребление электроэнергии в насосном режиме больше генерации в генераторном, таким образом, чисто технически ГАЭС неэффективны и имеют низкий КПД. Однако их использование экономически эффективно, так как они потребляют дешевую электроэнергию, а отдают дорогую.

Практически все крупные  ГЭС и ГАЭС Украины входят в состав генерирующей компании «Укргидроэнерго». Исключение составляет Ташлыкская ГАЭС (р. Южный Буг; 6 обратимых гидроагрегатов мощностью 151т/225н МВт (проект, сейчас в работе два обратимых гидроагрегата)), вместе с Южноукраинской АЭС входящая в состав Южноукраинского энергетического комплекса. В состав «Укргидроэнерго» входят следующие ГЭС и ГАЭС:

- Днепровский каскад:

Киевская ГЭС (г. Вышгород; 11×22+9×18,5 МВт);

Киевская ГАЭС (г. Вышгород; г: 3×37+3×41,5 МВт; н: 3×45 МВт);

Каневская ГЭС (г. Канев; 24×18,5 МВт);

Кременчугская ГЭС (г. Светловодск; 12×57,2 МВт);

Днепродзержинская ГЭС (г. Днепродзержинск; 8×44 МВт);

Днепровская ГЭС-1 (г. Запорожье; 9×72+1×2,6 МВт);

Днепровская ГЭС-2 (г. Запорожье; 2×104,5+6×113,1 МВт);

Каховская ГЭС (г. Новая Каховка; 6×58,5 МВт);

- Днестровский каскад:

Днестровская ГЭС-1 (г. Новоднестровск; 6×117 МВт);

Днестровская ГАЭС (г. Новоднестровск; г: 1×324 МВт; н: 1×430 МВт).

Малая ГЭС – это гидроэлектростанция, вырабатывающая сравнительно малое количество электроэнергии. Общепринятого для всех стран понятия малой гидроэлектростанции нет, в качестве основной характеристики таких ГЭС принята их установленная мощность.

В Украине малая ГЭС  – это ГЭС, установленная мощность которых не превышает 10 МВт (для сравнения: в России МГЭС – это ГЭС до 30 МВт; в Швеции – до 2 МВт; в Германии – до 5 МВт).

На территории Украины малая гидроэнергетика получила наибольшее развитие в западных и центральных регионах. Пик строительства малых ГЭС пришелся на 1950-е годы. К концу ХХ века большая часть малых ГЭС пришла в упадок. В последние 10 лет ведется их восстановление. На данный момент в Украине работают 69 малых ГЭС общей мощностью около 70 МВт.

Особое место в гидроэнергетике  Украины занимает Теребля-Рикская  ГЭС (реки Теребля и Рика, Закарпатская область, 3×9 МВт) – единственная в Украине ГЭС деривационного типа. Верхним бьефом станции является русло реки Теребля, нижним – русло реки Рика. Бьефы объединены деривационным туннелем длиной 3,7 км. 

Ветряные электростанции – преобразуют кинетическую энергию ветра в электроэнергию. Крупные ветряные электростанции могут состоять из 100 и более ветрогенераторов.

В Украине наивысшим  ветроэнергетическим потенциалом  обладают побережья Черного и  Азовского морей, вершины Карпат и Крымских гор.

Наиболее мощными ВЭС в Украине являются:

- Ботиевская ВЭС (26×3 МВт (проект – 65×3 МВт));

- Новоазовская ВЭС (23×2,5 МВт (проект – 43×2,5 МВт));

- Тарханкутская ВЭС (127×107,5+4×600 кВт);

- Донузлавская ВЭС (101×107,5 кВт);

- Судакская ВЭС (58×107,5 кВт).

Солнечные электростанции – преобразуют энергию солнечного излучения в электроэнергию. На современных СЭС осуществляется прямое преобразование солнечной энергии в электрическую с помощью полупроводниковых солнечных батарей (фотоэлементов). Таким образом, СЭС – это единственный тип электрических станций не использующий для получения электроэнергии генераторы. Для строительства СЭС нужны большие территории, поэтому СЭС иногда строятся на отчужденной территории малых ГЭС (например, Слобода-Бушанская МГЭС-СЭС).

Наиболее мощными СЭС в Украине являются:

- СЭС «Перово» (Крым, Р_уст=105,5 МВт, 440 тыс. фотоэлементов на площади 200 га (примерно 250 футбольных полей));

- СЭС «Охотниково» (Крым, Р_уст=80 МВт, 360 тыс. фотоэлементов на площади 64 га);

- СЭС «Староказачье» (Одесская область, Р_уст=43 МВт, 186 тыс. фотоэлементов);

- СЭС «Митяево» (Крым, Р_уст=31,5 МВт, 135 тыс. фотоэлементов);

- СЭС «Токмак» (Запорожская область,  Р_уст=1,5 МВт, 6325 фотоэлементов, проектная мощность – 23 МВт).

Геотермальные станции – станции преобразующую энергию геотермальных источников в электроэнергию. Распространены в регионах, имеющих естественные геотермальные источники – гейзеры, например в Исландии. В Украине ГеоТЭС отсутствуют.

Приливные станции – преобразуют энергию приливов и отливов морей и океанов в электрическую. Они распространены в странах имеющих выход к внешним морям и океанам (например, в Португалии). Приливы Черного и Азовского морей составляют 2-3 см, поэтому в Украине ПЭС отсутствуют.

Таким образом, в Украине  представлены 5 типов электрических  станций – тепловые, атомные, гидравлические, ветряные и солнечные. Структура производства электроэнергии в Украине на 2012 год выглядела следующим образом (в процентах, в скобках указаны установленные мощности на электростанциях):

ТЭС и ТЭЦ — 63,0 % (33 700 МВт);

АЭС — 25,8 % (13 800 МВт);

ГЭС, ГАЭС и МГЭС — 10,3 % (5 500 МВт);

СЭС — 0,5 % (270 МВт);

ВЭС — 0,3 % (180 МВт).

 

 

Основное оборудование ГЭС

 

Гидрогенератор – электрическая машина, служащая для преобразования механической энергии вращающейся гидротурбины в электрическую энергию.

В качестве гидрогенераторов на ГЭС  применяются синхронные машины. На малых ГЭС с гидроагрегатами единичной мощностью ниже 500 кВт в последнее время устанавливаются асинхронные машины с конденсаторными батареями для компенсации реактивной мощности.

Синхронная машина – это машина переменного тока, в которой скорость вращения ротора равна скорости вращения поля статора.

Статор синхронной машины выполняется  из шихтованной электротехнической стали. В пазах статора укладывается трехфазная обмотка переменного  тока, в которой создается вращающееся магнитное поле.

Ротор синхронной машины имеет обмотку  возбуждения, питаемую через контактные кольца и щетки постоянным током от системы возбуждения. По конструкции ротор может выполняться неявнополюсным и явнополюсным. Неявнополюсный ротор применяется для быстроходных машин со скоростью вращения 750 об/мин и выше, явнополюсный – для тихоходных со скоростью вращения до 750 об/мин.

Неявнополюсные синхронные генераторы используются в качестве турбогенераторов на тепловых и атомных станциях, явнополюсные синхронные генераторы применяются в качестве гидрогенераторов на ГЭС.  

 

Рис.1. Явнополюсная синхронная машина

 

Паспортные данные синхронного генератора:

- номинальная полная мощность  [МВА];

- номинальная активная мощность [МВт];

- номинальное напряжение статора [кВ];

- номинальный ток статора  [кA];

- номинальный коэффициент мощности;

- номинальный КПД;

- маховый момент ротора [т·м²];

- номинальное напряжение возбуждения  [В];

- номинальный ток возбуждения  [А];

- синхронное сопротивление по  продольной оси [о.е.];

- синхронное сопротивление по  поперечной оси [о.е.];

- переходное сопротивление по  продольной оси [о.е.];

- сверхпереходное сопротивление  по продольной оси [о.е.];

- сверхпереходное сопротивление  по поперечной оси [о.е.].

- номинальная угловая скорость вращения ротора [об/мин];

- число пар полюсов ротора.

 

Рис.2. Напряжения и токи статора и ротора синхронного генератора

 

Соотношения между основными параметрами синхронного генератора:

;

- реактивная мощность генератора;

Примечание: активная мощность генератора регулируется изменением механического момента на валу (то есть турбиной); реактивная мощность генератора регулируется изменением постоянного тока в обмотке ротора (то есть возбуждением). 

;

.

Зависимость между угловой  скоростью вращения ротора и числом пар полюсов определяется выражением:

.

Принцип работы синхронного  генератора. Турбина создает механический вращающий момент, приводящий во вращение ротор генератора. На роторе генератора находится обмотка возбуждения, на которую от внешнего источника подается постоянное напряжение. При этом в обмотке возбуждения протекает постоянный ток. Постоянный ток в обмотке возбуждения, в свою очередь, создает магнитодвижущую силу, которая создает магнитный поток, неподвижный по отношению к ротору. Поскольку, этот поток относительно неподвижной обмотки статора является вращающимся, то, по закону электромагнитной индукции Фарадея ( ), в обмотке статора наводится переменная электродвижущая сила (ЭДС). Если генератор при этом подключен к сети, то в его обмотках протекает переменный трехфазный ток, а на его выводах есть трехфазное переменное напряжение, что обеспечивают выдачу в сеть активной и реактивной электрической мощности. При этом переменный ток в обмотке статора, в свою очередь создает магнитодвижущую силу и магнитный поток, направленный в сторону, противоположную магнитному потоку обмотки возбуждения. Это явление называется реакцией обмотки статора (якоря). Оба магнитных потока при этом образуют результирующее потокосцепление в магнитном зазоре. Реакция якоря также обеспечивает электрический тормозной момент на валу генератора, равный механическому моменту турбины, что обеспечивает вращение ротора синхронного генератора с постоянной скоростью.