Энергосистемы. Влияние электростанций на окружающую среду

Энергосистема — группа электростанций разных типов, объединённых линиями электропередачи (сокращённо ЛЭП) и управляемых из одного центра. Попробуем вообразить, что из нашей жизни исчезла электроэнергия. Что бы случилось? Везде бы погас свет, остановились трамваи, троллейбусы, электрички и поезда метро; прекратили работу лифты и эскалаторы, почти все машины на фабриках и заводах. Также превратились бы в груду железа все электробытовые приборы (холодильники, стиральные машины, электроплиты и другие). "Зависли" компьютеры, замолчали радиоприёмники и телевизоры. Прекратилась подача воды и тепла в квартиры (ведь насосы водопровода и котельных тоже приводятся в действие электродвигателями) и так далее.

К сожалению, это не просто фантазия. Порой такое случается из-за перебоев в подаче электроэнергии, чаще всего вследствие аварии. Поэтому главное требование к электроэнергетике — надёжность электроснабжения. Для этого все электростанции стараются «закольцевать» — соединить линиями электропередачи, чтобы внезапный выход из строя одной из них мог быть компенсирован другими. Создание энергосистем повышает надёжность обеспечения потребителей электроэнергией и позволяет передавать её из района в район.

Электроэнергетика — единственная отрасль промышленности, продукцию которой нельзя хранить, «запасать впрок» (в отличие, например, от топлива, которое в нашей стране запасать на зиму просто необходимо). Каждую минуту должно производиться ровно столько электроэнергии, сколько потребляется. Иначе неминуема авария либо придётся отключать потребителей. Поэтому в энергосистеме обязательно предусматриваются резервные мощности. Для этого в энергосистему линиями электропередачи объединяются электростанции разных типов. Так образуется Единая энергетическая система страны (сокращённо ЕЭС), действующая на большей части её территории в пределах главной полосы расселения.

Создание энергосистем имеет большое значение и даёт ряд технических и экономических преимуществ. Прежде всего они повышают надёжность электроснабжения потребителей. Обеспечивают повышение экономичности производства и распределения электроэнергии в целом по энергосистеме. Это происходит за счёт наиболее рационального распределения нагрузки между электростанциями при наилучшем использовании энергоресурсов (топлива, водной энергии и так далее). Также они улучшают качество электроэнергии, то есть обеспечивают поддержание напряжения и частоты в пределах, нормированных ГОСТ. Так как колебания нагрузки воспринимаются большим числом агрегатов.

В России несколько десятков крупных энергосистем, которые, в свою очередь, слагают районные энергосистемы: Центральную, Уральскую, Сибирскую и другие.

Большая часть районных энергосистем входит в состав Единой энергосистемы России. Которая работает в параллельном режиме с энергосистемами Украины, Прибалтики, Беларуси, Азербайджана и Монголии. Она контактирует с энергосистемами Казахстана и Финляндии, поставляет электроэнергию в Норвегию и Китай.

Единая энергетическая система России — совокупность производственных и иных имущественных объектов электроэнергетики, связанных единым процессом производства и передачи электрической энергии в условиях централизованного оперативно-диспетчерского управления в электроэнергетике России.

Основная цель создания и развития Единой энергетической системы России состоит в обеспечении надёжного и экономичного электроснабжения потребителей на территории России с максимально возможной реализацией преимуществ параллельной работы энергосистем. ЕЭС России охватывает практически всю обжитую территорию страны и является крупнейшим в мире централизованно управляемым энергообъединением. 

Параллельная работа электростанций в масштабе Единой энергосистемы позволяет реализовать следующие преимущества. А это:

·         Снижение суммарного максимума нагрузки ЕЭС России на пять гигаватт.

·         Сокращение потребности в установленной мощности электростанций на десять-двенадцать гигаватт.

·         Оптимизация распределения нагрузки между электростанциями в целях сокращения расхода топлива.

·         Применение высокоэффективного крупноблочного генерирующего оборудования.

·         Поддержание высокого уровня надёжности и отказоустойчивости энергетических объединений.

Совместная работа электростанций в Единой энергосистеме обеспечивает возможность установки на электростанциях агрегатов наибольшей единичной мощности, которая может быть изготовлена промышленностью, и укрупнения электростанций. Увеличение единичной мощности агрегатов и установленной мощности электростанций имеет значительный экономический эффект.

ЕЭС России располагается на территории, охватывающей восемь часовых поясов. Необходимостью электроснабжения столь протяжённой территории обусловлено широкое применение дальних электропередач высокого и сверхвысокого напряжения. Системообразующая электрическая сеть ЕЭС состоит из линий электропередачи напряжения двести двадцать, триста тридцать, пятьсот и семьсот пятьдесят киловольт.

Электрическая энергия – важнейший, универсальный, самый эффективный технически и экономически вид энергии. Другое его преимущество – экологическая безопасность использования и передачи электроэнергии по линиям электропередач по сравнению с перевозкой топлива, перекачкой их по системам трубопроводов. Электричество способствует развитию природосберегающих технологий во всех отраслях производства. Однако выработка электроэнергии на многочисленных ТЭС, ГЭС, АЭС сопряжена со значительными отрицательными воздействиями на окружающую среду. 

Наиболее отрицательное воздействие на окружающую среду оказывают тепловые электростанции. Для начала вспомним, что они собой представляют. Согласно общепринятому определению, тепловые электростанции – это электростанции, вырабатывающие электроэнергию посредством преобразования химической энергии топлива в механическую энергию вращения вала электрогенератора. Выработка электричества в ТЭС происходит при участии множества последовательных этапов, но общий принцип её работы очень прост. Вначале топливо сжигается в специальной камере сгорания (так называемом паровом котле). При этом выделяется большое количество тепла, которое превращает воду, циркулирующую по специальным системам труб, расположенным внутри котла, в пар. Постоянно нарастающее давление пара вращает ротор турбины, которая передаёт энергию вращения на вал генератора, и в результате вырабатывается электрический ток.

Паровой котёл

Основными видами топлива для тепловой электростанции являются следующие ресурсы: газ, мазут, уголь, реже – торф. Среди данных видов топлива именно уголь является наиболее вредным для окружающей среды. При его сжигании на ТЭС образуются продукты сгорания, в которых содержатся: летучая зола, частички несгоревшего пылевидного топлива, оксид азота и другие вещества. По объёмам выброса вредных веществ в атмосферу предприятия теплоэнергетики занимают лидирующее место. Это почти тридцать процентов от общего числа выбросов всех предприятий различных отраслей. А это более шести миллионов тонн пыли, вредных соединений углерода, азота, серы, ванадия, да почти всех элементов таблицы Менделеева.

Закисление почвы кислотными дождями – это следствие такого процесса, как загрязнение воздуха диоксидом серы. Накопление большого количества углекислого газа в атмосфере приводит к увеличению температуры воздуха на планете, её среднегодовых показателей, что называется парниковым эффектом. Плохая экология является причиной скопления в нижних слоях атмосферы аэрозольных химически вредных частиц и органической пыли. Это явление получило название "фотохимический туман". Когда в условиях слабых ветров, сильной радиации солнца и повышенной концентрации фотооксидантов в воздухе над городами повисает смог.

Гидроэлектростанция (ГЭС) — электростанция, использующая в качестве источника энергии энергию водных масс в русловых водотоках и приливных движениях. Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища. 

Технологический процесс производства гидроэнергии экологически безвреден. При нормальном состоянии оборудования гидроэлектростанций отсутствуют какие-либо вредные выбросы в окружающую среду. Различают прямое и косвенное воздействие водохранилищ. Прямое воздействие проявляется прежде всего в постоянном и временном затоплении и подтоплении земель. Косвенные воздействия водохранилищ на окружающую среду изучены не так полно, как прямые, но некоторые формы их проявления очевидны и сейчас.

ГЭС

Так обстоит дело, например, с изменением климата, проявляющимся в зоне влияния водохранилища в повышении влажности воздуха и образовании довольно частых туманов, уменьшении облачности в дневное время над акваторией и уменьшении там среднегодовых сумм осадков. Также в изменении направления и скорости ветра, уменьшении амплитуды колебания температуры воздуха в течение суток и года. Нельзя также не отметить влияния создания водохранилищ на рыбное хозяйство. Здесь следует указать два обстоятельства. С одной стороны, сооружение плотины ГЭС препятствует проходу рыбы к местам нерестилищ, а с другой, требования рыбного хозяйства к режиму стока полностью противоречат задачам регулирования стока, то есть той цели, для которой и создаётся водохранилище.

Атомная электростанция (АЭС) – это ядерная установка, использующая для производства электрической (в некоторых случаях тепловой) энергии ядерный реактор или реакторы и содержащая комплекс необходимых сооружений и оборудования. Любая работающая АЭС оказывает влияние на окружающую среду по трём главным направлениям: газообразные (в том числе радиоактивные) выбросы в атмосферу; выбросы большого количества тепла; распространение вокруг АЭС жидких радиоактивных отходов.

АЭС

Но все эти загрязнения окажутся незначительными, если произойдёт авария на атомной электростанции. Это один из самых опасных факторов для экологии, человеческой жизни и здоровья. В этом случае выбросы приравниваются к возникающим при испытании ядерного оружия.