ЭНЕРГОСИСТЕМЫ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ И СТРАН ЕС

Производство, передача и потребление электроэнергии - вот «три кита» на которых держится электроэнергетика любой страны.

Развиваясь, современный мир требует от электроэнергетики перспективных, свежих решений, которые в будущем позволили бы передавать электроэнергию с минимальными потерями, а в идеальном случае – без потерь. Чтобы государству улучшить свою систему передачи электроэнергии ему необходимо, во-первых, анализировать свою нынешнюю систему: находить в ней недостатки и развивать пути их устранения, а во-вторых, необходимо проводить сравнения с мировыми энергосистемами, знакомиться с новинками и достижениями в этой области.

Рассмотрим сравнительный анализ энергосистем стран Европейского Союза и Беларуси, а также точки соприкосновения и принципиальные различия.

Электроэнергетика сегодня – это высокоавтоматизированный комплекс как в ЕС, так и в Беларуси.

В Беларуси системы электроэнергетики объединены единым режимом работы и централизованным диспетчерским управлением, которое называется РУП «ОДУ». Степень автоматизации энергосистем уже достаточно высока и продолжает расти повсеместно. Основные вопросы проектирования, строительства, создание основы действий при автоматизации энергосистемы – сложной комплексной программы, продолжают разрабатываться.

В ЕС автоматизации отведена львиная доля внимания. В автоматизацию энергосистем Европы регулярно вкладываются большие инвестиции. Их цель - уменьшения вмешательства человека и повышение эффективности работы системы.

Энергосистема Беларуси является магистрально-радиальной, закольцованной (рис.1); европейские системы в своём большинстве  – так же магистральные (рис.2). Оборудование, как правило, схожее: проводники, изоляция, защитные устройства, разрядники, трансформаторы, опоры, траверсы и так далее.

Белорусская система электроснабжения представляет собой огромную высоковольтную сеть – Объединённую Энергосистему Беларуси (ОЭС).

Рисунок 1. Схема основной сети ОЭС Беларуси. источник: www.energo.by

Рисунок 2. Распределительные сети в ЕС. Источник: EEP – Electrical engineering portal

Электрическая сеть белорусской энергосистемы на 01.01.2020 включает в себя воздушные и кабельные линии электропередачи общей протяжённостью около 280 тыс. км.

Воздушные ЛЭП делятся на напряжения 0,4 кВ; 10 кВ; 35 кВ, 110 кВ, 220 кВ и 750 кВ. Напряжение 660/380 В используется в силовых сетях объектов с мощными приемниками, передаваемая мощность в таком случае составляет 200/300 кВт на расстояние до 250 км. Напряжение 6 и 10 кВ широко используются в питающих линиях большей части объектов мощностью до 1000 кВт при длине линий до 15 км. Напряжения 35/220 кВ применяются в воздушных линиях, питающих объекты от госэнергосистемы при мощности более 1000 кВт и длине линий свыше 15 км. Они позволяют передавать мощности 10/150 МВт на расстояния соответственно 200/500 км. Для сетей сверхвысокого напряжения с номинальным напряжением 330/750 кВ. характерна передача значительной мощности более 500 МВт на сверхдальние расстояния, т.е. более 500 км. При этом линий напряжения 750 кВ в Беларуси всего одна «Смоленская АЭС — подстанция "Белорусская".

Европейские страны могут «похвастаться» бо́льшим количеством сетей сверхвысокого напряжения 380-420 кВ. Линии 230 кВ и линии 110—150 кВ выполняют функции распределительных сетей. Напряжения 500 и 750 кВ в ЕС не используются, однако во Франции в связи с ростом нагрузок разработан проект сооружения линий напряжением 750 кВ. При этом планируется реконструировать уже эксплуатируемые линии 380 кВ для подвески одной цепи 750 кВ.

Линии ультравысокого напряжения свыше 1000 кВ не применяются ни в Европейских странах, ни в Беларуси, но в перспективе рассматривается строительство четырех крупных линий электропередачи сверхвысокого напряжения, проходящих по территории Германии.

Основные параметры сети переменного тока — напряжение и частота — различны в Европейских странах и Беларуси. Сетевое напряжение в трёхфазных сетях переменного тока Европы составляет 230/400 В при частоте 50 Гц, а в промышленных сетях — 400/690 В.

В Беларуси по линиям так же генерируется и передаётся трёхфазный ток промышленной частоты 50 Гц, повышенный до высокого 220 кВ, 330 кВ и сверхвысокого напряжения 750 кВ. К жилым домам и в сельской местности подводятся системы с межфазным напряжением 400 Вольт. В европейских системах для питания потребителей в сельской местности есть варианты использования однофазных систем.

Европейская система отличается от Белорусской более мощными трансформаторами, вместе с этим на один трансформатор приходится большее количество потребителей.

Более того, различия в энергосистемах Евросоюза и Беларуси могут быть обусловлены инфраструктурой и особенностями ландшафтов. К примеру, в таких странах как Черногория и Хорватия, где преимущественно горный рельеф, линии электропередач прокладываются буквально по горам и крепятся специальными приспособлениями. Беларусь же отличается своим равнинным ландшафтом, где нет трудностей в возведении воздушных ЛЭП. Инфраструктура в ЕС, включающая в себя автомобильные дороги, здания и сооружения,  росла в зонах с развитой электрической системой, поэтому проекты приходилось «подгонять» под существующую схему, вторичная сеть обычно привязана к постройкам. А в Беларуси инфраструктура и электрические сети строились одновременно, затем лишь модернизировались.

Важным аспектом в рассмотрении линий электропередач является надёжность. Ей стоит уделить большое внимание.

Так как Европейские системы проложены, в основном, в виде одной питающей магистрали и первичных распределительных сетей там меньше, то потеря головного участка кабеля, как правило, оборачивается большой аварией, ведь отключаются сразу все потребители, подключённые к данной магистрали. Для обеспечения надёжности системы используется большее количество коммутационных аппаратов и прочих механизмов для поддержания удовлетворительного уровня надёжности.

Что же касается Беларуси, то система предотвращения нарушений устойчивости представляет собой структуру из четырёх уровней: 1) локальные устройства, которые реализуют команды от узлового устройства; 2) узловое устройство противоаварийного управления (районное); 3) системное устройство, координирующее устройства второго уровня, сохраняет устойчивость целой ОЭС; 4) центральное устройство энергообъединения, которое управляет уровнями 3 и 2.

В целом и общем, методы обеспечения надёжности энергосистем Европы и Беларуси схожи.

Надёжность электроснабжения и качество электроэнергии в Беларуси определяются при помощи термина «категории электроприёмников». То есть все электроприёмники подразделяются на следующиекатегории:

• Особая категория: требует непрерывного бесперебойного обеспечения электроэнергией.
• Первая категория: в нормальных режимах такие потребители обеспечиваются электроэнергией от двух независимых источников питания, так как перерыв в электроснабжении данных потребителей может повлечь опасности для жизни людей, большой ущерб производству или массовый брак продукции (вентиляционные, сталелитейные цеха, операционные в больницах).
• Вторая категория: допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания. Перерыв в электроснабжении допускается до нескольких часов. При нормальных режимах потребители должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых, взаимно резервирующих источников питания.
• Третьея категория: допускается перерыв в работе около 24 часов. Электроснабжение может выполняться от одного источника питания.

В зарубежной практике такого понятия как «категории» нет, для определения надёжности электроснабжения используется система её показателей:

• SAIFI (System Average Interruption Frequency Index — средняя частота появления повреждений в системе) — характеризует среднее число раз в год, когда потребители теряли электроснабжение;
• SAIDI (System Average Interruption Duration Index — средняя продолжительность отключения) — характеризует в среднем продолжительность одного отключения в системе в год;
• СAIFI (Customer Average Interruption Frequency Index — средняя частота отключения одного потребителя) — характеризует в среднем количество отключений одного потребителя;
• СAIDI (Customer Average Interruption Duration Index — средняя продолжительность отключения одного потребителя) — характеризует в среднем время восстановления питания одного потребителя.

Качество электроэнергии в любой точке мира определяет продолжительность и стабильность работы электроприборов, что объясняет высокий уровень актуальности улучшения данного критерия. В настоящее время сети электропередачи получают масштабное развитие: в них внедряются новые электрические устройства, изменяются правила эксплуатации, меняется количество числа потребителей.

Особенностью Европейских систем является то, что в них легче обнаружить короткие замыкания через высокое переходное сопротивление.

Одним из наиболее частых видов повреждений в электросетях Беларуси является замыкание одной из фаз на землю, которое составляет около 80% всех повреждений. Эти замыкания возникают вследствие пробоя изоляции или обрыва проводов воздушной линии. Пробои изоляции происходят чаще всего из-за некачественных или устаревших материалов. В Европе такие пробои встречаются реже благодаря быстрым темпам смены изоляторов на опорах на более новые из композитных полимеров.

Замыкания на землю белорусские эксплуататоры электросетей, аналогично европейским, определяют по приборам контроля изоляции. При замыкании на землю одной из фаз показания прибора равняются нулю при металлическом замыкании. При замыкании через сопротивления показания уменьшаются, а показания приборов двух других фаз возрастут в раз при металлическом замыкании и увеличатся при замыкании через сопротивление. В высоковольтных сетях Беларуси, контроль изоляции проводится при помощи трёх вольтметров.

Более 40 % общих потерь в энергосистемах (исключая потребителей) приходится на распределительные трансформаторы. Остальное приходится на кабели и ЛЭП.

Потери электроэнергии в странах Европы находятся в диапазоне 4 -7 %, а в Беларуси (на момент 02.03.2020) потери в электрических сетях составляют 7.69%.

Несмотря на то, что КПД каждого отдельного трансформатора достаточно высок, потери всё же происходят при движении электроэнергии на каждом участке, связанном с ее преобразованием по напряжению, а так как в Европе распределение идёт также на вторичную сеть, то, очевидно, количество трансформаторов там больше, потому и растут потери.  Даже в самых современных сетях потери на трансформаторное преобразование достигают 10 %, причем такие потери выше при малой нагрузке.

В Беларуси потери электроэнергии приходятся по большей части на корону в линиях 110 кВ и выше, проявляются они из-за избытков реактивной мощности в часы минимума нагрузки и рост загрузки низковольтных сетей из-за увеличения доли бытового потребления электроэнергии.

Так же стоит заметить, что в энергосистемах с большим «объёмом» мелкомоторной и бытовой нагрузки относительные потери электроэнергии, как правило, значительно выше. Так как Беларусь не обладает таким большим количеством производств, относящихся к тяжёлой промышленности, как Европа, то, соответственно, бОльшая часть нагрузки отходит на бытовой сектор, что повышает потери.

Очевидно, что производство электроэнергии – это постоянно меняющийся комплекс, от которого зависит экономика и уровень жизни в различных государствах. Структура производства электроэнергии в ЕС постоянно закономерно менялась: сначала главенствующим топливным ресурсом был уголь, на нём работали ТЭЦ, затем доля его потребления уменьшилась, но возросла роль нефти и продуктов её переработки, в частности мазута. А так как нефть – ресурс истощаемый и дорогостоящий, на смену ей затем пришли более дешёвый природный газ и экологически-чистая атомная энергия. Пиком изменений стал переход к альтернативным источникам энергии, чего потребовала от Европы, и человечества в целом, ухудшающаяся экологическая обстановка в мире. За последние десятилетия в Европе доля альтернативных источников энергии сильно возросла и занимает приблизительно 20%. Так происходит благодаря снижению затрат на возобновляемые источники энергии и политике их поддержки в странах Евросоюза.

В Беларуси тепловые станции остаются самым популярным видом из всех, представленных на энергетическом рынке.  Они используют в качестве топлива уголь, мазут, газ.  Возобновляемая энергетика в Беларуси также стремительно развивается: доля ВИЭ в потреблении достигает 6%. Вскоре структура производства электроэнергии в Беларуси должна измениться с запуском БелАЭС, которая будет вырабатывать в год 18 млрд кВт.ч электроэнергии.

При этом в Европейских странах АЭС наоборот постепенно закрываются из-за неблагоприятного воздействия на окружающую среду. Хотя до сих пор в европейских странах находятся в работе 143 реактора. На сегодняшний день ЕС и Беларусь относятся к категориям стран, в которых основная доля электроэнергии вырабатывается на ТЭС.

В заключение следует обобщить основные различия и сходства систем электроснабжения стран ЕС и Беларуси. Бесспорно, данные системы являются очень разными, что затруднило их анализ и сравнение. Но всё же удалось выделить их схожие черты и кардинальную разницу.

У систем электроэнергии ЕС и Беларуси, прежде всего, одинаковая задача – это надёжная доставка электроэнергии потребителю. С уверенностью можно выделить их сходство и в способах передачи электроэнергии: по кабельным и воздушным линиям электропередач. Как в Беларуси, так и в Европейских странах кабельные линии используются преимущественно в крупных городах, а воздушные линии, в основном, «соединяют» города и регионы. Одинаковы в рассматриваемых системах и частоты передаваемого тока сети. А также из вышеописанного видно, что процент потерь электроэнергии в Беларуси очень близок к Европейскому показателю.

Принципиальное отличие в системах электроснабжения ЕС и Беларуси заключается, прежде всего, в разнице финансирования модернизации и автоматизации систем. Белорусские системы проходят модернизацию не в таких быстрых темпах, как системы Евросоюза. Страны Евросоюза уже являются достаточно развитыми в энергетическом плане, в то время, как Беларусь ещё находится на пути развития и поиска альтернативных решений для улучшения своей энергосистемы. Кроме того, различия в энергосистемах обусловлены также территориальными признаками и инфраструктурными: в Европейских странах больше крупных мегаполисов, которые нуждаются в бо́льших снабжениях электроэнергией, чем районные центры Беларуси.

Энергосистемы Европы и Беларуси постепенно реконструируются и будут продолжать совершенствоваться, так как область энергетики не стоит на месте, а роль электричества в жизни человека имеет колоссальное значение и с каждым годом возрастает. Надёжность, безопасность, качество – это одни из самых важных принципов в работе энергосистем, от которых зависит качество жизни населения и экономика государства. Улучшении этих показателей и есть общая цель энергетиков Беларуси, стран Европы, а также и всех других стран мира.

Список литературы:

1. Североамериканские и европейские системы распределения [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://electrical-engineering-portal.com/north-american-versus-european-distribution-systems.
2. Государственное Производственное Объединение Электроэнергетики «Белэнерго» [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.energo.by/.
3. Как рождается электроэнергия? [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://news.tut.by/society/306745.html.