Планетарная электроэнергетическая система

Электроэнергетические системы (ЭСС), появившиеся в конце XIX — начале XX века как объединения для совместной работы нескольких источников и множества потребителей электроэнергии, в силу объективных причин на протяжении уже больше сотни лет продолжали укрупняться. Современные Единые электроэнергетические системы отдельных государств насчитывают в своем составе сотни и даже тысячи разного вида параллельно работающих источников электроэнергии, которой снабжаются миллионы разного рода потребителей на обширных территориях. Для такой совместной, параллельной работы требуется создание разветвленной системообразующей сети линий электропередачи (ЛЭП). Суммарная длина таких сетей во всем мире достигает нескольких миллионов километров. Причем в отдельных странах они настолько «густые», что системы или отдельные их части с подобной сетью носят название «концентрированных», в которых имеющиеся линии электропередачи обеспечивают транспорт и распределение электроэнергии в любых реально возможных (нормальных, ремонтных и аварийных) режимах работы системы.

Объективной предпосылкой укрупнения ЭЭС является рост их технико-экономической эффективности по сравнению с отдельно работающими электростанциями. И чем крупнее объединение электрических станций и нагрузок, тем выше эффект, который складывается из многих составляющих, основными из которых, как известно, являются:

 снижение требуемой установленной (располагаемой) генераторной мощности за счет совмещения максимумов нагрузки в суточном и сезонном разрезах, а также из-за различия в климатических условиях на больших территориях;

 снижение величины оперативного резерва из-за возможности взаимопомощи электростанций друг другу в случае крупных аварий на отдельных из них;

 возможность оптимизации режимов работы системы по критерию экономичности выработки и распределения электроэнергии, а также по критерию экологичности.

Указанные составляющие настолько существенны, что объединение электроэнергетических систем продолжает осуществляться не только внутри отдельных государств, но и на межгосударственном уровне. В настоящее время совместно работают ЭЭС стран Западной Европы, объединены ЭЭС США и Канады и др. Известны проекты связывания энергосистем стран разных континентов: Европы и Африки, Азии и Америки и т.д. Расчеты надежности и экономической эффективности, как правило, обнаруживают положительные аспекты межгосударственных электроэнергетических объединений. Представляется целесообразным дать оценку максимально возможного технико-экономического эффекта в случае формирования планетарной электроэнергетической системы. Единая ЭЭС Земли даст наибольший эффект в части совмещения максимумов нагрузок в течение суток (24-часовой цикл!), совмещения месячных максимумов Северного и Южного полушарий, в которых зима и лето наступают в противофазе, а также взаимопомощи ЭЭС при крупной аварии в одном или нескольких регионах планеты. Но одновременно станет ясной и цена получения такого эффекта в виде объемов и сложностей необходимого для этого сетевого строительства, проблем управления ЕЭЭС Земли, Важно количественно оценить, хотя бы в первом приближении, указанные эффекты и затраты. Это позволит представить масштабы выгодности для человечества процесса глобализации электроэнергетики, охарактеризовать степень различных аспектов полезности соответствующих действий в данном направлении.

Выполнение такого «футурологического» исследования оказалось возможным благодаря наличию разработанной в Институте систем энергетики им. Л.А. Мелентьева (ИСЭМ) СО РАН (г. Иркустск) имитационной модели оценки надежности большой сложной современной электроэнергетической системы (название ПВК — программно-вычислительного комплекса — «ЯНТАРЬ»). Рабочие характеристики «ЯНТАРЯ» таковы, что позволяют учесть все существенные факторы, влияющие на надежность ЭЭС. ПВК позволяет проводить оптимизацию структуры и параметров ЭЭС по фактору надежности электроснабжения потребителей (обычно по заданному нормативу). Оптимизация осуществляется в интерактивном режиме путем выбора необходимых располагаемых мощностей в энергоузлах и пропускных способностей связей между ними. Конфигурация расчетной схемы для данных расчетов может быть любой. Нагрузки в расчетных энергоузлах представляются характерными суточными графиками, графиками месячных максимумов нагрузки и, кроме этих регулярных колебаний, — нормальным законом распределения учитываются случайные изменения нагрузки. Функционирование генераторных мощностей моделируется с учетом их располагаемых мощностей, аварийности и норм на проведение плановых (капитальных, средних и текущих) ремонтов. То же самое имеет место относительно линий электропередачи — учитываются их пропускные способности в прямом и обратном направлениях, аварийность в зависимости от длины ЛЭП и потери мощности в них. Нестационарность потоков случайных событий в энергосистемах в течение года учитывается заданием характеристик оборудования по периодам года (сезонам или помесячно). Различные расчетные состояния системы формируются методом статистического моделирования. Режимы этих состояний оптимизируются по критерию обеспечения баланса мощности и минимизации недостатков мощности в дефицитных режимах.

Цель оптимизации ЭЭС по надежности исследуемого варианта развития системы — обеспечение нормативного уровня надежности во всех узлах, где имеется нагрузка. За нормативный уровень надежности принята вероятность бездефицитного энер