Энергетическая система

Энергетическая система (энергосистема, общеэнергетическая система) - объединенная система энергетики, совокупность энергетических ресурсов всех видов, методов их получения (добычи), преобразования, распределения и использования, а также технических средств и организационных комплексов, обеспечивающих снабжение потребителей всеми видами энергии. Энергосистемы называют иногда большими системами энергетики; они имеют иерархическую структуру, уровнями которой являются страна (государство), район, крупный промышленный, транспортный или сельскохозяйственный узел, отдельное предприятие. Уровню страны обычно соответствуют единые энергетические системы; уровню нескольких районов - объединенные энергетические системы; уровню одного района - районные энергосистемы, уровню объекта, не связанного с другими системами, - автономные энергосистемы (например, предприятия, корабля, самолета).

В энергосистему в качестве составляющих ее подсистем входят: электроэнергетические системы (состоящие из электрических систем и сетей теплоснабжения), системы нефте- и газоснабжения, системы угольной промышленности, системы ядерной энергетики. Объединение отдельных энергоснабжающих систем в единую систему, иногда также называемую межотраслевым топливно-энергетическим комплексом, связано, прежде всего с взаимозаменяемостью различных видов энергии и энергоресурсов.

Значение топливно-энергетического комплекса для хозяйства страны заключается главным образом в том, что на его основе, в зависимости от его состояния, формируются основные хозяйственные пропорции страны; на его развитие передовые в промышленном отношении страны затрачивают около 30% всех капиталовложений, причем в этом комплексе оказывается занято 15-20% всех работников. Развитие и функционирование энергосистемы тесно связаны с созданием новой экономичной энергетической техники, с влиянием энергетики на социальные и политические процессы как внутри страны, так и в международных отношениях, на размещение промышленности и населения по стране, с влиянием энергетики на окружающую среду.

Рассматривая энергосистему с точки зрения обеспечения хозяйства страны всеми видами энергии, иногда вводят весьма близкое к понятию энергосистема понятие «энергетическое хозяйство», под которым понимают комплекс взаимосвязанных подсистем, содержащих энергетические объекты и объединенных для обеспечения потребителей всеми видами энергии. В некотором смысле термин «энергетическое хозяйство» может считаться адекватным термину «топливно-энергетический комплекс».

В энергосистеме должен существовать энергетический баланс, который является статической характеристикой энергетического хозяйства, основные элементы и связи которого составляют энергосистемы.

Основная специфика свойств энергосистемы проявляется в следующем:

1. совокупность больших систем энергетики существует как единое материальное целое, причем целостность их обусловлена внутренними связями и взаимозаменяемостью продукции, подсистем и отдельных элементов;
2. универсальность и большая хозяйственная значимость производимой энергосистемой продукции, особенно электроэнергии и жидкого топлива, и следовательно, многочисленность внешних связей системы;
3. активное влияние энергосистем на развитие и размещение производств как на территории отдельного района, так и страны в целом;
4. неразрывность во времени большинства процессов производства и потребления энергии, и следовательно, органичное включение потребителей энергии и топлива в структуру системы: особая важность управления режимами систем и оперативным топливоснабжением для обеспечения бесперебойной подачи энергии потребителю;
5. невозможность изолированного выбора производительности и параметров отдельных элементов и связей вне их предполагаемого использования в системе; отсюда особая важность перспективного проектирования больших систем энергетики как единого целого;
6. сложность структуры энергосистем, обусловленная тем, что энергосистемы формируются как единые системы страны и даже группы смежных стран.

Характерная особенность энергосистем заключается в том, что их физико-технические и экономические свойства тесно связаны между собой; например, усовершенствование энергетического оборудования в направлении повышения его кпд или улучшения его эксплуатационных характеристик приводит в конечном счете к снижению себестоимости вырабатываемой энергии.

Развитие энергетики как глобальной системы проявляется, прежде всего, в плане социальном. Разрыв в культурном и экономическом уровне разных стран в значительной мере обусловлен разницей в обеспечении их энергией, энерговооруженностью. Так, например, на долю населения, проживающего в развивающихся странах, приходится не более 7% мирового потребления всех видов энергии.

Управление энергосистемой сводится к целенаправленному оптимизируемому воздействию на большую систему энергетики с помощью автоматизированных систем. Управление энергосистемой имеет целью достижение в данном промежутке времени таких показателей ее работы, которые наиболее близко подходили бы к принятым критериям эффективности. В процессе управления достигается состояние энергосистемы, при котором управляющие воздействия, осуществляемые целенаправленно в определенной зависимости от внешних условий, обеспечивают достижение поставленной цели. Управление энергосистемой включает: оптимизацию решении, т. е. определение наилучшего плана системы; реализацию этих решений, т. е. осуществление этого плана в конкретных условиях. Первое часто называют оптимизацией развития, а второе - оптимизацией функционирования. Эффективность управления энергосистемой в основном обеспечивается достижением оптимальных темпов и пропорций в развитии единого топливно-энергетического комплекса и входящих в него энергетических подсистем (см. рис. 1); применением новой техники, которая могла бы обеспечить научно-технический прогресс в энергетике и своевременное развитие энергетической техники; наиболее рациональным (при сложившихся условиях) использованием всех материальных и трудовых ресурсов страны.

Рис 1. Иерархическая структура энергетической системы страны.

Работа энергосистемы может быть охарактеризована степенью использования запасов энергетических ресурсов. Конечным результатом функционирования энергосистемы является полезная энергия, т. е. та, которая после переработки, преобразования, транспортирования и хранения ресурсов поступает к потребителям и обеспечивает полезные энергетические процессы.

Большие системы энергетики и их теория стали развиваться в основном во 2-й половине 20 в. Начало 60-х гг. характеризовалось качественно новым направлением развития советской энергетики, заключавшимся в концентрации энергетических мощностей, формированием объединённых электроэнергетических систем, созданием электроэнергетической системы «Мир», объединившей Единую электроэнергетическую систему Европейской части Советского Союза с энергосистемами стран - членов СЭВ.

Мероприятия, направленные на снижение неблагоприятного влияния энергосистем на окружающую среду, предусматриваются как органическая часть любого энергетического сооружения ещё на стадии его проектирования, а не как некие дополнительные установки к уже построенному энергетическому комплексу. Это необходимо, прежде всего, в связи с ростом мощностей энергетических объектов.