теплоэнергетика

Одной из главных проблем, стоящих перед энергетиками России было создание собственной энергомашиностроительной промышленности. В период 2012 – 2014 гг. разрабатывались планы развития электроэнергетики России группами ученых и инженеров под руководством Роберта Эдуардовича Классона и Леонида Борисовича Красина. Осуществлению этих планов помешала начавшаяся в августе 2014 г. Первая мировая война. Однако очень многие разработки ученых были использованы при разработке плана ГОЭЛРО, которому посвящен следующий раздел.

Контрольные вопросы

1.В каких городах России были построены первые электростанции?

2.Какие двигатели применялись для привода электрогенера-

торов в 70-80 гг. XIX в.?

3.Объясните принцип работы паровой поршневой машины двойного действия.

4.Назовите отличия центральной электростанции от блокстанции.

5.Создание какой системы передачи электрической энергии явилось важнейшим этапом в развитии электротехники?

6.Назовите завод, на котором было организовано производство паровых турбин.

7.Назовите начальные параметры пара на тепловых электростанциях России в 1913 г.

8.Приведите численные значения удельного расхода топлива на производство электрической энергии на тепловых электростанциях России в начале ХХ в

9.Назовите единичные мощности паровых турбин и электростанций в 1900 г. и в 2013 г.

10.Назовите суммарную мощность электростанции в России

в2013 г.

21

Раздел 2. Развитие энергетики

вСоветском Союзе и России

2.1.План ГОЭЛРО

Дореволюционная Россия, занимавшая одно из первых мест в мире по размерам территории и численности населения, по уровню экономического развития была одной из последних среди развитых в промышленном отношении стран. Суммарная мощность всех электростанций России перед Великой Октябрьской социалистической революцией была меньше 1,2млн кВт, а выработка электроэнергии на душу населения составляла 14 кВт·ч в год против 260 кВт·ч в США. Первая мировая война и иностранная интервенция еще более подорвали экономику страны. В 1920 г. выработка электроэнергии сократилась в 4 раза, а весь объем промышленного производства – в 7 раз.

Шел 1918 г., самый тяжелый год для молодой Советской Республики, и в это время В. И. Ленин предложил приступить к разработке плана реорганизации и экономического подъема России. В наброске плана научно-технических работ, написанном в апреле 1918 г., Владимир Ильич указывает на необходимость обращения особого внимания на электрификацию промышленности и транспорта и применение электричества в земледелии. После разгрома основных сил контрреволюции, в январе 1920 г., В. И. Ленин написал письмо Г. М. Кржижановскому, в котором дал конкретное задание разработать план электрификации, призванный возродить промышленный потенциал России после Гражданской войны.

Вмарте 1920 г. Совет Труда и Обороны утвердил положение

оГосударственной комиссии по электрификации России (ГОЭЛРО). Двести ученых и инженеров страны, возглавляемых энергетиком и революционером Г. М. Кржижановским, за короткий срок превратили ленинскую идею электрификации в конкретный план хозяйственного строительства.

Комиссия ГОЭЛРО состояла из 19 человек: Г.М. Кржижановский – председатель, А.И. Эйсман – заместитель председателя, А.Г. Коган, Б.И. Угримов – товарищи председателя, Н.Н. Вашков, Н.С. Синельников – заместители товарищей председателя, Г.О. Графтио, Л.В. Дрейер, Г.Д. Дубелир, К.А. Круг, М.Я. Лапи- ров-Скобло, Б.Э. Стюнкель, М.А. Шателен, Е.Я. Шульгин – члены Комиссии, Д.И. Комаров, Р.А. Ферман, Л.К. Рамзин, А.И. Таиров, А. А. Шварц – заместители членов Комиссии.

22

Меньше чем через год – в декабре 1920 года план был разработан, а затем утвержден 22 декабря 1920 г. на VIII Всероссийском съезде Советов. План ГОЭЛРО был первым в истории человечества научно обоснованным долгосрочным государственным планом развития народного хозяйства на базе электрификации, по существу это был план построения экономического фундамента социалистического общества в нашей стране.

Особенностью плана ГОЭЛРО являлось то, что электрификация рассматривалась не изолированно, а в тесной связи со всем комплексом задач социалистического строительства. В соответствии с планом ГОЭЛРО выпуск валовой продукции должен был удвоиться по сравнению с 1913 г., а по сравнению с фактическим уровнем 1920 г. увеличиться в 14 раз.

Планом предусматривались:

-техническое перевооружение всех отраслей промышленности на базе электрификации, быстрый рост производительности и коренное улучшение условий труда; преимущественный рост тяжелой индустрии – основы развития народного хозяйства

иукрепления обороноспособности страны;

-опережающие темпы развития электроэнергетики;

-производство электроэнергии на крупных районных электрических станциях, объединенных сетью линий электропередачи в энергетические системы;

-создание электростанций в ранее отсталых национальных районах и создание там новых индустриальных центров;

-использование на электростанциях местных дешевых низкокачественных топлив;

-широкое использование водных ресурсов путем строительства мощных гидравлических электростанций с учетом комплексного их использования для судоходства и ирригации.

По плану ГОЭЛРО кроме расширения и реконструкции су-

ществующих энергоустановок намечалось построить за 10–15 лет 30 крупных районных электростанций общей мощностью 1 750 МВт, в том числе 20 тепловых на общую мощность 1 110 МВт и 10 гидроэлектростанций общей мощностью 640 МВт с выработкой 8,8 млрд кВт·ч электроэнергии в год.

Согласно расчетам Комиссии ГОЭЛРО финансовое обеспечение программ выглядело следующим образом:

- электрификация (1 750 МВт) – 1,2 млрд руб; - расширение обрабатывающей промышленности –

5,0 млрд руб;

23

-расширение добывающей промышленности – 3,0 млрд руб;

-восстановление и расширение транспорта– 8,0 млрд руб. ВСЕГО– 17,2 млрд руб.

Структура сметы показывает, что расходы на развитие энер-

гетики и электрификации закладывались в размере всего лишь 7% от общего финансирования программы. На первом месте находился транспорт (46,3%), на втором – обрабатывающая индустрия (29,2%) и на третьем – добывающие отрасли (17,5%). Это свидетельствует об общеэкономическом характере плана, охватывавшем вопросы развития всех важнейших секторов промышленности.

Ежегодно на развитие электрификации, промышленности и транспортавыделялось1,1 млрд. руб., а за10 лет – 11 млрд руб.

Дефицит в 6,2 млрд руб. (17,2 млрд руб. – 11 млрд руб.) предполагалось покрыть путем концессий и кредитов.

План ГОЭЛРО состоял из восстановительной («А») и следовавшей за ней созидательной («Б») программ. Программа «А», предусматривавшая восстановление разрушенного в 1917–1922 гг. хозяйства, была завершена в 1926 г.

Задания плана ГОЭЛРО по развитию важнейших отраслей промышленности (программа «Б») были выполнены со значительным превышением к 1931 г., т. е. в минимальный десятилетний срок.

Наиболее ярко успех выполнения плана проявлялся в постепенном исключении импортных поставок оборудования – за счет роста энергомашиностроения в этой отрасли.

Если в 1923 г. завод «Электросила» изготовил всего четыре первых гидрогенератора мощностью по 7,5 МВт для Волховской ГЭС, то к середине 30-х гг. в стране функционировали столь крупные предприятия, как «Электрозавод» (Москва), «Динамо» (Москва), «Красный котельщик» (Таганрог), Турбогенераторный завод имени С. М. Кирова (Харьков). Начиная с 1934 г. в импорте для энергостроения СССР уже не нуждался.

К 1926 г. в стране уже вырабатывалось электроэнергии в 3 раза больше, чем в 1913 г.; к этому времени были пущены такие крупные по тому времени тепловые электростанции, как Каширская, Горьковская, Шатурская, Кизеловская, Штеровская. В декабре 1926 г. введена в строй Волховская гидроэлектростанция; в марте 1927 г. началось сооружение Днепрогэса, а 1 мая 1932 г. первый ее агрегат дал промышленный ток.

24

План ГОЭЛРО был выполнен к началу 1931 г. – в кратчайший из намеченных сроков – за 10 лет. За этот период мощность электростанций увеличилась на 1775 МВт, общая установленная мощность электростанций составила 3 972 МВт, а производство электроэнергии в 1931 г. достигло 10,687 млрд кВт·ч.

Кроме того, по плану ГОЭЛРО была проведена индустриализация страны. Итоги развития промышленности по плану ГОЭЛРО приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1. Итоги развития промышленности по плану ГОЭЛРО

В рамках проекта было проведено экономическое районирование, выделен транспортно-энергетический каркас территории страны. Проект охватывал восемь основных экономических районов (Северный, Центрально-промышленный, Южный, Приволжский, Уральский, Западно-Сибирский, Кавказский и Туркестанский).

К конечному сроку –1935 г.– план ГОЭЛРО был значительно перевыполнен. По установленной мощности электростанций (6 923 МВт) и выработке электроэнергии (26,288 млрд кВт∙ч) Советский Союз в 1935 г. занимал второе место в Европе и третье в мире.

Историческое значение плана ГОЭЛРО состоит в том, что на его основе в короткий срок была преодолена экономическая отсталость царской России. Принципы разработки плана ГОЭЛРО сохранили свое значение и для решения современных задач развития энергетики России.

25

2.2.Развитие энергетики в СССР в период с 1945 по 1970 гг.

Впредвоенном 1940 г. электростанции нашей страны имели

установленную мощность 11,2 млн кВт и вырабатывали 48,3 млрд кВт∙ч электроэнергии.

Война нанесла энергетике тяжелый урон. Наиболее крупные тепловые электростанции, находившиеся на временно оккупированной территории, были разрушены, уничтожена была крупнейшая в Европе Днепровская ГЭС имени В. И. Ленина. Практически было прекращено производство энергетического оборудования из-за потери многих заводов или перехода их на выпуск вооружения и военного снаряжения.

Благодаря самоотверженному труду советского народа в 1946 г. была восстановлена довоенная мощность электростанций, а в 1947 г. Советский Союз снова вышел по производству электроэнергии на второе место в мире.

После Великой Отечественной войны котельные и турбинные заводы начали выпускать новые более совершенные агрегаты. В качестве начальных параметров пара для турбин были приняты давление 8,8 МПа и температура 500 – 535 оС.

В начале пятидесятых годов для повышения экономичности паротурбинных электростанций было решено перейти к внедрению начальных параметров пара 12,8 МПа (130 кгс/см2) и 560 оС.

Следующим этапом развития энергетического оборудования ТЭС стал выпуск паровых котлов и турбин на сверхкритические параметры пара. В 1960 г. было разработано оборудование для первых энергетических блоков электрической мощностью 300 МВТ на начальные параметры пара на входе в паровую турбину 23,5 МПа (240 кгс/см2), 560 оС и температуру промежуточного перегрева – 565 оС. В 1965 г. выпущены новые паровые турбины на сверхкритические параметры пара мощностью

500 МВт, а в 1969 г. – 800 МВт.

Вэти же годы продолжается бурное развитие теплофикационных паровых турбин, предназначенных для выработки электроэнергии с одновременным отпуском тепловой энергии в виде пара и горячей воды. Паровые турбины с регулируемыми отборами пара в 50-х гг. имели мощность 25 – 50 МВт.

Вначале 60-х гг. была разработана теплофикационная паровая турбина электрической мощностью 100 МВ. Эта турбина Т-100-130 и её модификации до сих пор является основным теплофикационным агрегатом теплоэлектроцентралей России.

В1970 г. Уральским турбомоторным заводом (УТМЗ) изготовле-

26

на теплофикационная турбина мощностью 250 МВт на сверхкритические параметры пара 23,5 МПа, 540 оС с промежуточным перегревом пара до 540 оС.

Впериод 50-60-х гг. началось развитие атомной энергетики в нашей стране. Крупным достижением отечественной науки и техники является пуск в 1954 г. в г. Обнинске первой опытной атомной электростанции (АЭС) мощностью 5 МВт. Первичным двигателем на этой электростанции является паровая турбина.

В1958 г. вступила в строй первая очередь промышленной АЭС мощностью 100 МВт.

Для атомных электростанций турбостроительные заводы изготавливают специально спроектированные турбины.

Основными турбоагрегатами для АЭС стали специально разработанные турбины мощностью 220, 500 и 1000 МВт, которые были предназначены для работы на влажном паре.

Вэтот период были введены в эксплуатацию первые крупные атомные электростанции: Ленинградская АЭС, Нововоронежская АЭС, Курская АЭС и целый ряд других. На АЭС в 60-х гг. началось строительство блоков мощностью 1000 МВт. Именно эти блоки стали в дальнейшем основой атомной энергетики Советского Союза и России.

Темпы роста выработки электроэнергии и установленной мощности электростанций в Советском Союзе в период 1945– 1970 гг. приведены в табл. 2.2.

Таблица 2.2. Темпы роста выработки электроэнергии и

установленной мощности электростанций в Советском Союзе в период 1945 – 1970 гг.

Следует отметить более чем 15кратное увеличение установленной мощности электростанций и примерно такой же рост производства электрической энергии в период 1945 – 1970 гг. в Советском Союзе.

27

2.3. Развитие энергетики в СССР в 70–80 гг. ХХ столетия

2.3.1.Структура топливно-энергетического баланса

итопливоснабжение электростанций

В1970–1980 гг. основной прирост потребности народного хозяйства в энергоресурсах удовлетворялся за счет увеличения добычи нефтяного топлива и природного газа, затраты на добычу которых были вдвое ниже, чем на уголь. В связи с этим развитие топливно-энергетического комплекса сопровождалось улучшением структуры топливных ресурсов. В балансе первичных топливно-энергетических ресурсов доля газа увеличилась с 18,7 % в 1970 г. до 26,4 % в 1980 г., нефти и газового конденсата соответственно с 39,3 до 44 %, доля угля снизилась до 30 %.

Энергоемкость произведенного национального дохода за 1971–1980 гг. снизилась на 9,5 %.

Но уже с десятой пятилетки (1976 – 1980 гг.) стали проявляться негативные тенденции: усложнились горногеологические условия в старых угольных бассейнах, нефтяная и газовая промышленность перебазировалась на восток, рост добычи нефти

игаза в восточных районах при сосредоточении примерно 80 % потребителей в европейской части страны вызвал увеличение расходов на транспорт этих видов топлива.

Внефтяной и газовой промышленности началось все более интенсивное сокращение добычи топлива на месторождениях, расположенных в обжитых районах, в связи с исчерпанием геологических запасов. Освоение новых месторождений, осуществляемое, как правило, в отдаленных районах страны с худшими природно-климатическими условиями, требует также значительного увеличения затрат на добычу топлива. В результате существенно возросли удельные капитальные вложения и эксплуатационные затраты на добычу, переработку и транспорт нефти и газа.

Вугольной промышленности практически почти стабилизировалась производительность труда на шахтах на уровне, уступающем достигнутому в развитых капиталистических странах, недостаточна была оснащенность прогрессивным оборудованием угольных разрезов.

Замедление научно-технического прогресса в отраслях топ- ливно-энергетического комплекса в определенной мере явилось результатом отставания в развитии машиностроения, трубопро-

28

катного производства, приборостроения и других смежных отраслей.

В одиннадцатой пятилетке продолжалось развитие отраслей топливно-энергетического комплекса, однако это развитие сдерживалось указанными негативными факторами, в результате чего снизились темпы прироста добычи и производства топ- ливно-энергетических ресурсов, что вызвало известную напряженность в обеспечении народного хозяйства топливом и энергией. Данные о темпах роста (среднегодовых) добычи и производства основных видов топливно-энергетических ресурсов в период 1971–1985 гг. приведены в табл. 2.3.

Таблица 2.3.Темпы роста (среднегодовых) добычи и производ-

ства основных видов топливно-энергетических ресурсов в период

1971–1985 гг.

Добыча и производство первичных топливно-энергетических ресурсов увеличились с 1,3 млрд. т условного топлива в 1970 г. до 2,2 млрд т в 1985 г.

Возросла доля гидравлической и атомной энергии в первичных топливно-энергетических ресурсах соответственно с 3,6 до 5,6 %. В 1985 г. добыто 726 млн. т угля, 595 млн т нефти и газового конденсата, 643 млрд м3 природного и попутного газа.

Изменилась структура добычи органического топлива: доля твердого топлива уменьшилась с 26,4 % в 1980 г. до 22,9% в 1985 г., доля нефти и газового конденсата уменьшилась с 46 до 40,9 %, а доля природного и попутного газа увеличилась с

27,6 до 36,2 %.

Газовая промышленность в ХI пятилетке (1976 – 1980 гг.) успешно справлялась с установленными заданиями по добыче газа. Прирост добычи за пятилетие составил около 208 млрд м3. Столь высокие темпы развития отрасли обеспечены благодаря

29

вовлечению в разработку уникальных месторождений Тюменской области, где в 1985 г. добыто около 60 % общесоюзной добычи газа.

Водиннадцатой пятилетке (1981 – 1985 гг.) осуществлены мероприятия по сокращению расхода мазута на электростанциях, в частности, за счет перевода на газ. К концу 1985 г. почти 60 % ТЭС Минэнерго СССР использовали газ. Доля газа в топливном балансе тепловых электростанций СССР увеличилась с 24,2 % в 1980 г. до 40,3 % в 1985 г. Абсолютный расход газа при этом увеличился почти в 2 раза.

За этот период доля угля в топливном балансе электростанций СССР уменьшилась с 37,3 до 32 %. Хотя абсолютное потребление угля электростанциями за 1980–1985 гг. в натуральном выражении увеличилось на 0,9 %, расход его в условном выражении снизился на 1,8 %. Всего же доля твердого топлива в топливном балансе электростанций СССР уменьшилась с

40,1 % в 1980 г. до 33,8 % в 1985 г.

В70-х – 80-х гг. резко увеличилась доля природного газа, используемого в качестве топлива на электростанциях, что позволило продолжить наращивать энергетические мощности ТЭС.

2.3.2. Состояние электроэнергетики в СССР в 70–80 гг.

К началу 1981 г. в стране находились в эксплуатации 75электростанций с установленной мощностью 1 млн кВт и выше, из них тепловых – 56 (в том числе 7 ТЭЦ), гидравлических – 14, атомных – 5. Установленную мощность 2 млн кВт и выше имели 34 электростанции, из них тепловых – 23, гидравлических– 7 и атомных – 4.

70-е и первая половина 80-х гг. были периодом устойчивого роста энергетики СССР. К Единой энергетической системе страны присоединилась Объединенная энергосистема Сибири. Были введены в эксплуатацию уникальные гидроагрегаты на СаяноШушенской, Усть-Илимской, Нурекской, Ингурской, Днепровской, Нижнекамской и других гидростанциях. Завершено строительство крупнейших тепловых электростанций – Запорожской и Углегорской ГРЭС. Высокими темпами развивалась атомная энергетика. В строй действующих вступили новые энергоблоки на Ленинградской, Чернобыльской, Курской, Белоярской, Армянской и Билибинской атомных электростанциях.

Крупнейшими конденсационными электростанциями страны являются Рефтинская ГРЭС (3800 МВт), Запорожская, Углегор-

30