Информационный портал  "TRANSFORMаторы"

ПРИНЦИПЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ КРУПНЫХ ГОРОДОВ,ПРОМЫШЛЕННЫХ ЦЕНТРОВ И РЕГИОНОВ РОССИИ
 

ПРИНЦИПЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ КРУПНЫХ ГОРОДОВ, ПРОМЫШЛЕННЫХ ЦЕНТРОВ И РЕГИОНОВ РОССИИ

Ковалев Г. Ф.

 

 

Рассмотрена проблема обеспечения надежности электроснабжения крупных городов и промышленных центров регионов России в условиях реформирования электро энергетической отрасли. Обоснована высокая значимость электроэнергетики как отрасли, определяющей безопасность жизнедеятельности крупных социальных агломераций. Наряду с общемировыми проблемами надежности либерализуемой электро энергетики выделены специфические особенности функционирования отрасли в России. Проблемы делятся на общетехнические и социально-коммерческие. Даны рекомендации по обеспечению необходимого уровня надежности электрообеспечения объектов.

Введение. Начиная с 1965 г. [1], многолетний международный опыт ликвидации по следствий крупных системных аварий показывает, что наибольшие опасности и ущербы представляют нарушения энергоснабжения крупных городов и, особенно, таких мегаполисов, как Нью-Йорк (1965 г.). Лондон (2004 г.) и Москва (2005 г.).

Для России проблема электроснабжения больших городов и промышленных центров имеет особую значимость, поскольку большая часть ее территории находится в суровых климатических зонах, и требования к надежности систем электроснабжения должны быть очень жесткими. Теплоснабжение населенных пунктов также зависит от электроснабжения, поскольку осуществляется от большого количества электрокотельных, а котельные на топливе зависят от снабжения их электричеством.На современном этапе требуется повышение надежности электроснабжения крупных и крупнейших городов (от 500 тыс. чел. и выше) в связи с массовой многоэтажной застройкой административных и жилых районов города, возрастающей электрификацией бытовой и коммунальной сфер, ростом разнообразия, единичных мощностей и категорийности электроприемников. Анализируя современные тенденции электрификации коммунально-бытовых и производственных процессов в городах, следует отметить, что надежность их электроснабжения [2] должна рассматриваться как комплекс, состоящий из таких единичных свойств, как безотказность, живучесть и безопасность. Очевидно, что безотказность на уровне абсолютно бесперебойного электроснабжения всех районов мегаполисов обеспечить невозможно. Поэтому отдельные кратковременные погашения части электроприемников неизбежны из-за случайных отказов электрооборудования, от них элетроприемники должны иметь индивидуальную защиту. Основные проблемы электроснабжения городов связаны с живучестью и безопасностью. Под живучестью понимается способность системы электроснабжения противостоять массовым погашениям потребителей на большой территории и на длительное время [2]. Актуальна и безопасность, характеризующаяся экологической, социальной и техногенной защищенностью населения и окружающей среды.

Надежность электроснабжения крупных населенных и промышленных агломератов должна обеспечиваться в соответствующих объемах по следующим направлениям.

Внешнее электроснабжение. Электропотребление современных мегаполисов и промцентров так велико (до 12-15 МВт/км2 [3], что не может быть обеспечено источниками производства электроэнергии, расположенными на их территории. Электро- снабжение крупных промышленных центров и городов в большей части осуществляется от внешних источников через опорные питающие подстанции.

Требования к схемам внешнего электроснабжения могут быть сформулированы следующим образом.

Схема внешнего электроснабжения крупного агломерата должна включать в себя не менее трех-четырех питающих подстанций высокого напряжения (220 кВ и выше) большой трансформаторной мощности (20—25% от максимума нагрузки агломерата для каждой подстанции). Питающие подстанции целесообразно размещать равномерно по периметру промышленного центра или города, объединяя их в единое кольцо. Рекомендуется от этих подстанций делать по направлению к центру или отдельным крупным предприятиям города так называемые «глубокие вводы» на высоком напряжении (220 кВ и выше). За рубежом принято глубокие вводы выполнять кабелями, есть опыт сооружения для этих целей подземных туннелей (обслуживаемых). При этом подсчитано, что чем выше используемое напряжение, тем экономичнее схема кабельного ввода, проложенного в туннеле.

Такая схема внешнего электроснабжения характеризуется высоким уровнем резервирования и режимной гибкости в эксплуатационных условиях.

Для сверхмегалолисов (Москвы, Санкт-Петербурга и тп.) имеет смысл создавать два и более колец электропитающей системы.

Важным для электроснабжения крупных городов является требование избегать пропуска больших транзитных потоков мощности и энергии по сети, проходящей по территории города. Таким образом, создаваемая система внешнего электроснабжения города должна иметь высокую степень гарантии ее надежности.

Внутренние источники генераторной мощности. Сооружение электростанций на территории города или промышленного узла — необходимая мера для обеспечения высокой надежности при нарушении внешнего электроснабжения. Рекомендуется иметь не менее трех источников достаточной мощности (10—15% каждый от максимума электрической нагрузки агломерата).

Для многих областей России, которые находятся в зоне низких температур в холодное время года, наиболее эффективны ТЭЦ, обеспечивающие комбинированную выработку электроэнергии и тепла.

Использование ТЭЦ связано с необходимостью согласования объемов выработки тепла и электричества. Концентрация производства тепла на ТЭЦ приводит к централизованной системе теплоснабжения, комбинированная выработка — к сильной взаимозависимости режимов теплоснабжения и электроснабжения. ТЭЦ должна иметь гарантированный сбыт (потребление) электроэнергии, без производства которой ТЭЦ не сможет эффективно вырабатывать тепловую энергию. При потере источников тепла его возмещение производится населением стихийно за счет электрической энергии, что может привести к перегрузке и повреждениям электрической сети. Сброс электрической нагрузки в свою очередь может привести к дальнейшему снижению тепловой мощности. Поэтому необходимо предусматривать резервирование выработки тепла от децентрализованных (автономных) источников, получение тепла в аварийных ситуациях от тепловых сетей соседних районов и промузлов.

В связи с большой значимостью работы ТЭЦ в городах и промышленных центрах к их надежности предъявляются повышенные требования:

  • обеспечение максимальной независимости функционирования энергоблоков на ТЭЦ;
  • обеспечение мобильной восстанавливаемости ТЭЦ после ее погашения или отключения от общей системы электроснабжения;
  • резервирование производительности системы электроснабжения для обеспечения частичной замены производства тепла на электроотопление при нарушениях в системе теплоснабжения;
  • обеспечение высокой готовности оборудования ТЭЦ в отопительный сезон (проведение ремонтов только в летний период);
  • перевод некоторых ТЭЦ с твердого топлива на газ для повышения их надежности, живучести и маневренности;
  • максимальная модернизация действующих электростанций на базе достижений в области научно-технического прогресса и сооружение котельных с предвключенными газовыми турбинами. При этом особое внимание должно уделяться улучшению экологической обстановки в городах.
  • Обеспечение надежности электроснабжения основных структур городского хозяйства. Излагаемые ниже требования необходимы для предотвращения и оперативной ликвидации опасных последствий внезапного нарушения электроснабжения основных объектов городской и промышленной инфраструктуры [3,4]:

  • систем централизованного в децентрализованного теплоснабжения в отопительный период;
  • систем водоснабжения и канализации, иных гидротехнических сооружений;
  • систем наземного, подземного и воздушного транспорта и систем управления их движением;
  • больниц, родильных домов и учреждений дошкольного воспитания и школьного образования;
  • систем связи, телевидения и радио;
  • зданий, высотой более 75 м.
  • Такими требованиями следует считать:

  • устойчивость (самозащита) объектов электроснабжения от кратковременных (от долей до нескольких секунд) погашений, вызванных работой автоматических и защитных устройств энергосистем;
  • обеспечение объектов источниками аварийного электро- и теплоснабжения (дизельные электростанции, накопители энергии и т. п.) но нормам технологической и аварийной брони; гарантированное их включение в работу при первой необходимости; оснащение указанных источников топливом в необходимом объеме и квалифицированным обслуживанием;
  • наличие готовых к работе передвижных электростанций, подстанций и резервных трансформаторов для использования их при крупных нарушениях электроснабжения и в иных чрезвычайных ситуациях. Их количество, мощность источников и запасы топлива должны быть достаточными;
  • оснащенность населения на рабочих местах и в быту индивидуальными источниками освещения, обогрева, приготовления пищи, транспорта, связи, гигиены, защиты (фонари и батарейки к ним, аккумуляторные батареи, с переносные газовые плиты с баллонами к ним, керосинки, источники бесперебойного питания, мобильная связь и т.п., в коттеджах — генерирующие агрегаты мощностью от 10 до 50 кВт с запасами соответствующего топлива). Для реализации этого требования необходима большая предварительная разъяснительная работа среди населения [1].
  • Организационно-технические мероприятия. В составе муниципальных органов власти необходима структура, организующая разработку и реализацию комплексных программ энергоснабжения города и градообразующих предприятий и ответственная, наряду с региональной ЭЭС, за обеспечение надежности городской и промышленной системы электро- и теплоснабжения.

    Субъекты электроэнергетики могут создавать собственные органы, координирующие взаимодействие при возникновении или угрозе возникновения нарушения электроснабжения населенных пунктов и промышленных центров.

    С момента принятия системным оператором решения об объявлении режима высоких рисков на соответствующей территории эти органы субъектов электроэнергетики и муниципалитета мобилизуются не позже 2—3 ч. При принятии решений во время режима высоких рисков органы руководствуются приоритетом безопасности, живучести и восстанавливаемости объектов электроэнергетики и потребителей перед договорными обязательствами и экономическими преференциями. Требования по надежности должны носить не рекомендательный, а обязательный, предписывающий характер.

    Органы местного управления городов, субъекты электроэнергетики, потребители с целью предотвращения нарушения электроснабжения и ликвидации последствий на рушения обеспечивают [5]:

  • при проектировании систем электроснабжения городов и промышленных центров резервирование (с учетом внешнего и внутреннего электроснабжения) в размере не менее 10% от максимальной нагрузки, предусмотренной планами перспективного развития городского или производственного хозяйства. Следует предусматривать достаточную пропускную способность электрических сетей всех уровней с учетом необходимого резервирования;
  • разработку и реализацию в пределах компетенции планов по предотвращению в ликвидации нарушений электроснабжения города или промышленного объекта. Прогнозирование рисков, сравнение их с приемлемым уровнем и обоснование мер для их (рисков) снижения (предупреждения и/или смягчения негативных последствий аварий) основа управления надежностью любого объекта на всех этапах его жизненного цикла;
  • обучение оперативного и ремонтного персонала коммунальных служб городского хозяйства и специализированных организаций, выполняющих на договорных условиях обслуживание различных видов энергетического оборудования;
  • подготовку схем и средств оповещения и информирования населения и организаций.
  • Субъекты электроэнергетики должны иметь планы и инструкции по реализации противоаварийных мероприятий, для предотвращения развития и ликвидации нарушений электроснабжения крупных объектов городской инфраструктуры, на восстановление их нормального функционирования. Указанные планы и инструкции должны пересматриваться по мере необходимости, но не реже одного раза в год.

    Должна быть разработана совокупность мер, исключающих полное прекращение электро- и теплоснабжения не только города или промузла в целом, но и какого-либо его района, особенно крупного, на время, превышающее допустимую величину, заранее определенную в зависимости от температуры наружного воздуха.

    Надежность электроснабжения систем жизнеобеспечения населенных пунктов и промышленных центров должна быть предметом специальных исследований и разработок на основе комплексных проектно-технических решений под руководством региональной администрации, для этого в составе муниципальных органов власти должна быть структура, организующая разработку комплексных региональных программ энергоснабжения и несущая ответственность за обеспечение надежности энергоснабжения, адекватное развитие системы электроснабжения в перспективе.

    Указанные структуры должны решить задачу катастрофического износа электро и теплооборудования, а в дальнейшем — не допустить такой износ, для этого следует предусмотреть постоянное проведение работ по обновлению изношенного оборудования, его модернизации, реконструкции, техперевооружения и замене. Одновременно субъекты энергоснабжающей системы призваны обеспечивать высокий уровень технического обслуживания оборудования, его ремонт, диагностику, внедрение автоматики, достаточность и высокую квалификацию) обслуживающего персонала, оснащенность персонала необходимы ми приспособлениями, инструментами, транспортными средствами и т.п. Технический персонал обязан своевременно производить обходы, осмотры, испытания оборудования, следить за режимами работы системы, не допуская перегрузки отдельных элементов, постоянно повышать квалификацию и производительность труда. Население городов должно быть постоянно информировано о состоянии городского электроснабжения через СМИ, своевременно предупреждено об угрозах нарушения. Соответствующие структуры обязаны оперативно доводить до людей способы рационального поведения при наступлении чрезвычайных ситуаций, связанных с глубокими и длительными нарушениями электроснабжения.

    Необходимо принять нормативы, стандарты и регламенты всех уровней: от федерального до организаций, учитывающие изложенные выше требования к надежности электроснабжения промышленных центров и городов. Совершенствование правовых механизмов обеспечения надежности — чрезвычайно важное условие успешного функционирования рынков электроэнергии. Нормативно-правовая база всех уровней должна предотвращать стремление некоторых субъектов рынка электроэнергетики (так называемых “спекулятивных собственников”) экономить на мероприятиях по снижению) аварийности и обеспечению надежности. Она призвана стимулировать необходимость соблюдения норм по резервам генераторных мощностей, пропускной способности электрических сетей, их устойчивости и живучести. При этом следует учитывать, что возможности по обеспечению эффективности и надежности электроснабжения закладываются на этапах планирования, проектирования и сооружения объектов электроэнергетики. Задача эксплуатации заключается в реализации и поддержании уровней эффективности и надежности, потенциально заложенных при управлении развитием региональных энергосистем. При этом ответствен на роль городских и энергоснабжающих управляющих структур (менеджмента), призванных, в соответствии с основными принципами эффективного управления, “работать на опережение”. Следует отметить, что российский менеджмент игнорирует указанный принцип.

    Энергоснабжение города или промышленного центра должно быть гарантировано и независимо от состава участвующих в снабжении субъектов. С позиций обеспечения надежного электроснабжения дезинтеграция АО-энерго и реформирование отрасли не должны приводить к снижению надежности. Этой проблеме необходимо уделить особенное внимание, которого на практике (кроме Москвы после аварии) пока что нет (например, авария в Петропаловске-Камчатском в ноябре 2007 г.).

    Определяющей составляющей системы управления надежностью является ресурсное обеспечение: материально-техническое, финансовое, кадровое в научно-методическое. В ближайшее время актуальным будет финансовое обеспечение мероприятий по повышению надежности и бесперебойное снабжение первичными энергоресурсами и источников электрической и тепловой энергии. В последующем — информационный ресурс (мониторинг текущего состояния системы для единого централизованного управления электроснабжением города или крупного промышленного объекта) и научно-методический ресурс, который обеспечит внедрение инновационных технологий и оборудования.

    В современных российских условиях требуется сохранить и усилить координацию оперативно-диспетчерского управления режимами электро- и теплоснабжения городов и промышленных агломератов; административных и технологических субъектов управления энергопредприятиями.

    Особенности обеспечения надежности электроснабжения промышленных центров и регионов России. Электроснабженне промышленных центров имеет отличия от электроснабжения крупных городов. Прежде всего, это укрупнение нагрузочных узлов, более четкое разделение этих узлов на категории по надежности, наличие относительно свободных площадей для размещения электрообъектов. Поэтому из-за особенностей российского электрорынка (введение высокой платы за присоединение новых потребительских мощностей к системе) развивающиеся промышленные центры вынуждены отдавать предпочтение внутренним (собственным) источникам электроэнергии (и тепла). На этих же электростанциях предполагается размещение резервных мощностей в необходимых объемах. Тем самым роль внешнего электроснабжения снижается, ограничиваясь задачей дополнительного резервирования от энергосистемы на случай глубоких, но редких нарушений работы собственных источников мощности и энергии. В большинстве случаев это приводит к дополнительным расходам. Однако надежность и безопасность электропитания могут существенно вырасти. При этом оказываются нецелесообразными сооружения глубоких вводов и, тем более, кабельные линии высоких и сверхвысоких напряжений в подземных туннелях.

    В связи с реформированием электроэнергетики встал вопрос выбора принципа обеспеченности регионов России генерирующей мощностью и энергией. Возможны и рассматриваются два варианта:

  • использование эффектов объединения всех энергосистем регионов России в Единую электроэнергетическую систему (ЕЭЭС);
  • самобалансирование каждого региона России по мощности и энергии.
  • По-видимому, один из этих принципов окончательно не выбран, хотя в документах РАО “ЕЭС России” превалировало мнение, что предпочтительнее самобалансирование регионов и даже отдельных агломератов внутри них, например, самобалансирование Москвы. При этом теряются многие из возможных технико-экономических эффектов от объединения региональных ЭЭС в ЕЭЭС и тем самым закладывается удорожание производимой электроэнергии. Доперестроечные принципы предполагали максимальное использование эффектов объединения, и считалось вполне естественым разделение региональных ЭЭС на “избыточные” и “дефицитные”. Избыточными ЭЭС были энергосистемы территорий, где в достаточном количестве имелись относительно дешевые первичные энергоресурсы различных видов. Электростанции большой мощности сооружались в местах получения (добычи) этих ресурсов. Определенная часть вырабатываемой электроэнергии, которые характеризовались размещением крупных производств и отсутствием необходимых первичных энергоресурсов на их территории.

    В новых условиях предлагается обеспечивать самобаланс любого региона по мощности и электроэнергии сооружением собственных электростанций и транспорта топлива для них из мест добычи даже за пределами региона. Предполагается, что значительная часть мощности будет формироваться на основе “распределенной” генерации, использующей газ из магистральных газопроводов и местные энергоресурсы: попутный газ, остаточный газ, газ из некрупных месторождений и т.д. Рекомендуется использовать традиционные и нетрадиционные возобновляемые источники, местные угли, торф, древесные отходы лесопромышленных предприятий и т.п. Такой подход позволяет обеспечивать достаточную надежность электроснабжения региона и повысить его энергетическую безопасность. При этом сокращается сетевое строительство, особенно межсистемных связей, но себестоимость электроэнергии возрастает, ухудшаются условия функционирования оптового рынка на федеральном уровне. Возможны и паллиативные варианты — использование эффектов объединения с уменьшением внутренней дефицитности региона по мощности.

    Заключение.

    1. Обеспечение высокой надежности больших населенных и промышленных агломераций должно базироваться на комплексных мерах правового, организационного, технического и экономического характера.

    2. Представляется, что системы электроснабжения крупных городов и промышленных центров, сформированные но изложенным принципам, гарантируют достаточно высокую надежность из-за эшелонированности в резервировании, взаимопомощи и взаимозаменяемости элементов электроснабжающей системы, текущего мониторинга её состояния.

    3. Целесообразна централизация оперативного управления электроснабжением крупных городов и промышленных центров, концентрация усилий всех городских или производственных служб для предотвращения в ликвидации нарушений нормального энергоснабжения потребителей.

    4. Рекомендуемая система электроснабжения будет способна противостоять раз личным видам возмущений: расчетным, каскадным, множественным, форс-мажорным техногенного, природного или социального характера.

    5. для обеспечения надежности электроснабжения отдельных регионов России не обходимо определить концепцию обеспечения: самобалансиронание или реализация эффективного функционирования в ЕЭЭС.

    В зависимости от решения этого вопроса будут определены методы и средства формирования структуры и основных характеристик энергосистем регионов: виды первичных энергоресурсов, объем и размещение генерирующих мощностей, конфигурация и параметры электрической сети.

    6. В настоящее время актуальна реализация изложенных принципов и рекомендаций. Часть из них реализуется в Москве, Санкт-Петербурге, Екатеринбурге, Новосибирске и других городах, проводится замена устаревшего оборудования на современное, установка мобильных источников электричества, согласование действий энергокомпаний с исполнительной властью и т.д.

    Литература

    1. Ковалев Г. Ф. О некоторых аспектах живучести современных ЭЭC (на основе анализа двух американских аварий)/ В кн.: Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики. Выи. 20. Иркутск: СЭИ СО АН СССР, 1980 С. 110—117.

    2. Надежность систем энергетики (сборник рекомендуемых терминов). М.: ИАЦ “Энергия”.

    3. Список но проектированию электроэнергетических систем. М.: Энергоатомиздат. 1985. 352 с.

    4. Концепция надежности в электроэнергетике. М.: РАО “ЕЭС России”, 2004. 48 с.

    5. Технический регламент “О безопасности при нарушениях электроснабжения (проект, версия 3 от 22.05.2006). М.: 2006. 25 с.

     
     
    Полное содержание статьи Вы можете найти в первоисточнике
    Источник:  ©  Ковалев Г.Ф. Принципы и рекомендации по обеспечению надежности электроснабжения крупных городов, промышленных центров и регионов России. Известия Российской Академии Наук. Энергетика, №  1,  2009.– С.113-119.
    Материал размещен на www.transform.ru: 31.03.2009 г.
     

     

    Перейти в форум для обсуждения

      ©  TRANSFORMаторы 2004—2010


    Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика ??????????? ????