Электроэнергетика России

Введение

В данной работе рассматриваются современные системы электроэнергетики ее цели и задачи. Об актуальности этой темы свидетельствует следующее:

Электроэнергетика - одна из наиболее фондоемких отраслей промышленности, выполняющая системообразующую роль в народном хозяйстве любой промышленно-развитой страны. Основная особенность электроэнергетики - это непрерывность и практическое совпадение во времени процессов производства, распределения и потребления электроэнергии. Отсюда возникают главные технические и организационные проблемы отрасли, поскольку в ней полностью отсутствует прямая возможность складировать готовую продукцию энергетического потока, в то время как режим работы региональных энергосистем и единой энергосистемы страны, должны быть направлены на покрытие переменной части суточных, недельных, сезонных и годовых графиков электрических нагрузок.

В этой связи при планировании электроэнергетического хозяйства нельзя ориентироваться только на показатели средней мощности электроснабжения. Здесь обязательно учитывается вероятность возникновения крайне неравномерного режима электропотребления, что в корне отличает электроэнергетические предприятия от подавляющего большинства других производственно-коммерческих структур, где основной задачей обычно является нацеленность на ритмичный режим работы, а не на оперативное, с высочайшей надежностью выполнение электроэнергетических заказов потребителей. Иначе и быть не может, ибо даже при кратковременном нарушении работы энергосистемы или ее перегрузке потребители рискуют недополучить электроэнергию, а то и вовсе оказаться отключенными от энергосистемы с вытекающими отсюда последствиями. Чтобы до предела снизить вероятность появления такой ситуации необходимо постоянно сохранять баланс между генерированием и потреблением электроэнергии. Обеспечить данный баланс при переменной электрической нагрузке и аварийных ситуациях можно двумя путями: созданием определенных резервных мощностей региональных энергосистем и созданием мощных межсистемных электрических сетей для перетока электроэнергии в случае необходимости из одной региональной энергосистемой в другую.

Во всех промышленно развитых странах с рыночной экономикой государство в значительной степени влияет на функционирование и развитие энергетики. Несмотря на то, что рыночные механизмы, по мнению безусловного большинства экспертов в области электроэнергетики, являются основополагающим фактором для определения объемов производства и потребления топливно-энергетических ресурсов, экспортно-импортных операций с ними и, наконец, формирования структуры энергобаланса, стратегическая важность энергетики для обеспечения нормальной жизнедеятельности экономики и ее потенциальная опасность для окружающей среды составляют главные причины вмешательства государства в дела энергетического сектора. Особенно это относится к электроэнергетике, которая является частью единого энергетического комплекса страны, охватывающего добычу и транспорт энергетических ресурсов, их непосредственное использование энергопреобразующими установками, а также транспорт, распределение вторичной энергии (электроэнергии и тепла) и ее применение у потребителей. Таким образом, все вышеизложенное свидетельствует об актуальности рассматриваемой темы.

Глава 1.  Современные системы электроэнергетики

1.1. Мировые тенденции в электроэнергетике

В последние годы в электроэнергетике России происходят радикальные преобразования: формируется новая нормативно-правовая база и система регулирования, меняется структура отрасли, постепенно формируется конкурентный рынок электроэнергии. Тем самым Россия становится на путь большинства развитых государств, которые проводят в настоящее время или уже провели реформы в электроэнергетике, стремясь приспособить ее к условиям современной экономики.

Необходимость перемен в электроэнергетике стала очевидной в конце прошедшего столетия. До 1990-х гг. в большинстве стран мира эта отрасль относилась к естественным монополиям. Вертикально-интегрированные компании (совмещающие производство, передачу и сбыт электроэнергии) имели узаконенную монополию в национальных масштабах или в масштабах отдельных регионов. Тарифы на их услуги обычно устанавливались или ограничивались государством. Такая система долгое время вполне удовлетворительно обеспечивала нужды экономики. Однако в условиях значительного удорожания углеводородного топлива (с 1970-х гг.) и опережающего роста потребления электроэнергии прежние монополии оказались недостаточно эффективными. Они часто не успевали реагировать на изменение спроса, им слишком дорого обходилось поддержание существующих мощностей и ввод новых. При этом любые дополнительные расходы таких компаний включались в их тарифы и автоматически ложились на потребителей. Положение осложнялось тем, что во многих странах было ужесточено экологическое законодательство, что требовало ускоренной модернизации энергетических мощностей - едва ли не главных загрязнителей окружающей среды.

Либерализации электроэнергетики способствовали различные процессы, в том числе, происходящие вне этой отрасли:

1.                  Развитие газотурбинных технологий, наряду с увеличением объема добычи природного газа и снятием в некоторых странах ограничений на его использование для производства электричества, привело к распространению высокоэффективных и относительно недорогих технологий генерации.

2.                  Возросшие требования к энергоэффективности и «экологической чистоте» производства подталкивали к модернизации энергетических мощностей и развитию сетей.

3.                  Развитие сетей, и, прежде всего межсистемных связей (магистральных линий высокого напряжения между ранее замкнутыми энергосистемами), а также информационных технологий, средств учета и контроля, способствовало увеличению и усложнению энергопотоков, создавало новые возможности для конкуренции между оптовыми поставщиками энергии.

4.                  Все большая экономическая и политическая интеграция регионов и соседних стран (в частности, государств Евросоюза, Северной Америки) также способствовала развитию оптовых рынков электроэнергии.

В результате некоторые государства начали пересматривать свое отношение к естественной монополии в электроэнергетике, стали допускать в этой отрасли элементы конкуренции. Это достигалось либо разделением монополий, с выделением из них конкурирующих компаний, либо допуском в отрасль новых участников - независимых производителей электроэнергии, либо и тем и другим. Новая структура отрасли требовала и новых правил игры. Чтобы независимый производитель был действительно независимым и имел возможность продавать свою электроэнергию, ему был необходим доступ к инфраструктуре транспортировки электроэнергии, возможность самостоятельно устанавливать цены. Необходимые для этого нормы были предусмотрены в законодательстве ряда государств. В результате в некоторых странах появился свободный рынок электроэнергии, цены на котором устанавливались на основе спроса и предложения. Впервые конкурентный рынок заработал в 1990 г. в Англии и Уэльсе, а режим неограниченной конкуренции на оптовом рынке электроэнергии впервые в истории был введен в 1991 г. в Норвегии [2].

При всем различии моделей отрасли и путей ее реформирования в Европе, США и ряде других регионов мира осуществляются схожие шаги по либерализации электроэнергетики: разграничение естественно монопольных (передача электроэнергии, оперативно-диспетчерское управление) и потенциально конкурентных (генерация, сбыт) видов деятельности, демонополизация отрасли с параллельным развитием антимонопольного регулирования, введение для независимых поставщиков электроэнергии недискриминационного доступа к инфраструктуре, либерализация рынков электроэнергии. Тем не менее, государств, полностью открывших рынок для конкуренции, не так много, к ним относятся Швеция, Норвегия, Финляндия, Великобритания, Новая Зеландия и ряд других. К подобным же стандартам стремится Европейский Союз в целом, законодательство которого требует полного открытия к 1 июля 2007 г. национальных рынков электроэнергии большинства стран членов этой организации [9]. Развитие конкурентных оптовых рынков на всей территории страны также является одним из приоритетов энергетической стратегии США. В ряде регионов этой страны уже действует конкурентный оптовый рынок электроэнергии, во многих штатах осуществляется либерализация розничной торговли электроэнергией.

Таким образом, в большей или меньшей степени, преобразования в электроэнергетике стали мировой тенденцией, затронувшей большинство развитых и ряд развивающихся государств мира. Либерализация отрасли и ее технологическое развитие приводят к качественному расширению рынков: в Европе и Северной Америке они уже перешагнули границы отдельных энергосистем и даже национальные границы и приобретают межрегиональный и международный масштаб. В связи с этим, преобразования, происходящие в российской электроэнергетике, несомненно, укладываются в общемировую тенденцию.

1.2. Единая энергетическая система России и ее кризис

Единая энергетическая система (ЕЭС) России является одной из старейших в Европе, она  изначально создавалась в качестве общего источника электроснабжения для значительной части регионов Советского Союза. Россия размещена в восьми часовых поясах, поэтому одни и те же электростанции могут последовательно обслуживать различные регионы в нескольких поясах по мере смены в них дня и ночи. Такая возможность и была реализована благодаря созданию ЕЭС. Исследователи отмечают, что 1956 г., в котором была введена в эксплуатацию крупная гидроэлектростанция - Куйбышевская ГЭС, принято считать годом начала функционирования ЕЭС в Советском Союзе.

ЕЭС представляет собой своеобразную систему энергетических бассейнов двух уровней. Первый уровень - общероссийский - образуют шесть больших сообщающихся между собой бассейнов, размещенных в европейской части страны, Сибири и Забайкалье, то есть, в границах шести часовых поясов. Именуются эти бассейны «объединенные энергосистемы», которые сегодня пока еще являются подразделениями РАО «ЕЭС России». Наполняются они электроэнергией расположенных внутри них крупных электростанций, работающих в параллельном режиме, то есть, как единый генератор. Каждый из этих бассейнов размещен примерно в границах того или иного федерального округа и питает электроэнергией группу более мелких региональных бассейнов, которые представляют собой соответствующие региональные энергосистемы. В большинстве из них также есть свои параллельно работающие электростанции, но менее мощные, чем в больших бассейнах, - в основном это теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), вырабатывающие одновременно тепло и электроэнергию. Причем лишь несколько региональных бассейнов могут собственными источниками полностью обеспечивать своих потребителей, а остальные в той или иной мере подпитываются из соответствующих больших бассейнов.

В основу построения ЕЭС были заложены принципы, обеспечивающие высокую надежность электроснабжения всех потребителей при максимально возможном снижении его общесистемной себестоимости. Надежность достигалась бассейновым принципом и параллельной работой всех электростанций. Благодаря перетокам электроэнергии внутри бассейнов и между ними одновременно создавался и общий резерв мощностей. Поэтому выход из строя какой-либо станции, как правило, не приводил к отключению потребителей.

Минимизации себестоимости электроэнергии достигалась комплексным снижением всех затрат в системе:

1.                  Этому способствовал сам принцип сообщающихся бассейнов, благодаря которому одни и те же электростанции поочередно снабжают электроэнергией регионы, расположенные в разных часовых поясах - она перетекает между бассейнами по мере изменения в них нагрузки. При этом выбирался такой экономически эффективный режим загруженности каждой станции, когда удельный расход топлива минимален. Кроме того, общий бассейн позволяет в нем снизить максимум требуемой мощности, так как пиковые нагрузки отдельных потребителей, в общем случае, не совпадают во времени и усредняются. Тем самым удалось сэкономить примерно 20 млн. кВт генерирующих мощностей, которые понадобились бы дополнительно при самообеспечении регионов, включая резервные мощности.

2.                  Стоимость электроэнергии минимизируется за счет уменьшения дальности ее перетоков - в основном они организованы между парами соседних сообщающихся бассейнов, то есть, по принципу работы шлюзов. Поэтому снизились затраты на строительство дальних линий электропередачи (ЛЭП), а также потери электроэнергии, растущие с увеличением длины ЛЭП и дальности передачи. Этому способствовало и размещение многих станций вблизи крупных потребителей. Таким образом, в ЕЭС на расстояние свыше 800-1000 км экономически целесообразно передавать не более 3-4% всей мощности ее электростанций.

3.                  Стоимость электроэнергии в бассейнах снижалась благодаря первоочередному использованию станций с наиболее дешевой электроэнергией и установлению средневзвешенных тарифов при смешивании энергии разной себестоимости. В советские времена было два постоянных средневзвешенных тарифа - 2 копейки за 1 кВт.ч для промышленности и 4 копейки - для населения и коммунальной сферы.

ЕЭС, охватывавшая значительную часть территории Советского Союза, действительно являлась общей системой энергоснабжения. При этом единые средневзвешенные тарифы исключали, в частности, преференции или получение ренты для кого-либо из потребителей, обусловленные более близким размещением к источнику наиболее дешевой электроэнергии, что не являлось заслугой или результатом действий этих потребителей. А более высокий тариф для населения и коммунального хозяйства объяснялся большим количеством «переделов» напряжения - конечным является 220 В - и необходимостью содержать дополнительно к высоковольтным сетям, к которым подсоединены промышленные предприятия, еще и обширные распределительные сети низкого напряжения [4].

Все перечисленные выше принципы и достоинства ЕЭС были реализованы благодаря тому, что ее организационная структура хозяйствования и управления полностью соответствовала технологической «бассейновой» структуре. Технологическое и организационное единство позволяло в рамках единого хозяйствующего субъекта централизованно управлять электростанциями и перетоками электроэнергии «сверху вниз», руководствуясь описанными выше общесистемными критериями надежности и правилами минимизации себестоимости электроэнергоснабжения потребителей.

Технологическое управление ЕЭС осуществляла единая диспетчерская служба, Центральное диспетчерское управление (ЦДУ), которое непрерывно решало задачу оптимизации передачи и распределения электроэнергии, направленной на поддержание минимальными затраты в системе. Для этого ЦДУ регулировало перетоки между сообщающимися бассейнами и управляло станциями, их наполнявшими. Перетоками внутри «больших» бассейнов управляли их диспетчерские службы - объединенные диспетчерские управления, а внутри региональных систем действовали свои соответствующие диспетчерские управления.