Том 21, № 4 (2020): 100-летие плана ГОЭЛРО

Рассмотрена краткая характеристика Государственного плана электрификации России (ГОЭЛРО), разработанного по инициативе В.И. Ленина комиссией ГОЭЛРО во главе с Г.М. Кржижановским и принятого 22 декабря 1920 года VIII Всероссийским Съездом Советов, а также ключевые направления перспективного плана научных исследований по проблеме создания Единой энергосистемы страны (ЕЭС), разработанного комиссией под руководством Г.М. Кржижановского в 1957 году, которые заложили основы образования Единой энергосистемы - самого крупного в мире на конец 1980-х годов централизованно управляемого энергообъединения. Приведены показатели развития и эффективности работы электроэнергетики страны. Проанализированы сущностная часть проведенных в начале XXI века реформ в электроэнергетике России, их недостатки, приведшие к снижению эффективности функционирования отрасли и появлению различного рода узких мест и диспропорций. Сформулированы первоочередные задачи, стоящие перед российской электроэнергетикой в условиях идущих в мире процессов трансформации энергетических систем.

Разработана методика комплексной многокритериальной оценки эффективности использования инверторных энергоустановок в составе многофункциональных энерготехнологических комплексов с техническими решениями, направленными на уменьшение негативных последствий функционирования двигателя внутреннего сгорания с оптимальной с точки зрения топливной экономичности частотой вращения. Методика включает: синтез оптимального алгоритма управления частотой вращения двигателя, определение режимов функционирования комплекса в условиях эксплуатации, оценку изменения величины расхода топлива и выбросов вредных веществ с отработавшими газами, скорости расходования ресурса при переводе двигателя на режим работы с оптимальной частотой вращения, комплексную технико-экономическую оценку эффективности использования инверторных энергоустановок. На примере инверторной энергоустановки мощностью 100 кВт доказана необходимость применения методики. Выявлено, что работа двигателя с оптимальной с точки зрения топливной экономичности частотой вращения и без дополнительных конструктивных мероприятий влечет увеличение скорости накопления повреждений в 1,7-2,1 раза и поэтому экономически нецелесообразна, несмотря на снижение расхода топлива на 1 % и более. Установлено, что снижение степени сжатия при одновременном повышении давления наддува позволяет повысить ресурс двигателя до функционального отказа вследствие накопления повреждений на 43 % и до параметрического отказа вследствие изнашивания на 32 %, при этом затраты на эксплуатацию инверторной энергоустановки снизятся на 3,7 % относительно базовой (без изменений) энергоустановки. Показатели выбросов сажевых частиц уменьшатся примерно в 2 раза, оксидов азота - на 2 %, углеводородов - практически до нуля.

Важной составляющей комплексных интегрированных систем энергоснабжения является электрификация мобильных энергосредств АПК, которая в значительной мере будет влиять на синтез энергетических систем. Основой мобильных энергосредств выступают много-функциональные энерготехнологические комплексы (МЭК) тягово-энергетической концепции с многоканальным распределением энергетических потоков различной физической природы. На основе логического анализа мобильного МЭК построена технологическая схема, состоящая из трех подсистем: 1) факторов внешних условий; 2) общих конструктивно-компоновочных решений; 3) энергетических и эксплуатационных свойств мобильного МЭК. Между этими подсистемами и элементами системы установлены энергетические связи. Разработаны дифференцированный метод оценки энергетической эффективности использования альтернативных топлив и оригинальная математическая модель обобщенного мобильного МЭК, которые позволят уже на этапе проектирования определить тип МЭК, оптимальные конструктивно-компоновочные решения, режимы работы и параметры.

Проводится анализ возможностей создания солнечных многоразовых межорбитальных буксиров мегаваттного класса. Дается сравнение солнечных и ядерных энергоустановок, рассматриваются преимущества использования солнечных систем. На основании сравнительного анализа аналогов - солнечных парусов, отражателей солнечного света для освещения с орбиты районов Земли, солнечных батарей космических электростанций - обосновываются преимущества использования бескаркасных центробежных солнечных батарей по сравнению с каркасными аналогами. Отмечается достаточность проектно-конструкторского, а также производственно-технологического задела и испытательной базы для создания солнечной энергетической установки в РФ. Указывается на перспективу использования кислородно-водородных топлив, получаемых электролизом воды в космосе, многократно увеличивающих скорость транспортных операций, и необходимость создания электромагнитных ускорителей для старта с Земли при больших грузопотоках. Производится проектная оценка параметров центробежных солнечных батарей мощностью 1 и 5 МВт. Рассчитывается необходимое для проведения работ финансирование.

Описано состояния энергетики России в дореволюционный период, приведены данные по производству электроэнергии на душу населения. Представлены краткая история создания комиссии по разработке Государственного плана электрификации России и некоторые результаты его реализации. Рассказано о строительстве первой крупной электростанции на Южном Урале, возведенной по плану ГОЭЛРО, - Челябинской ГРЭС, имеющей в то время огромное значение для развития промышленности области и остающейся одной из мощных электростанций в настоящее время. Раскрыты возможности использования возобновляемых источников энергии, в частности местных гидроэнергетических ресурсов для производства энергии. Показаны проблемы Порожской ГЭС - старейшей и уникальной гидроэлектростанции Урала, охарактеризованы малые ГЭС Южного Урала, обсуждены перспективы использования гидроэнергетического потенциала Челябинской области. Продемонстрирован потенциал солнечной и ветровой энергии, рассмотрены характеристики и особенности солнечных электростанций Урала и ветроэнергетических установок с вертикальной осью вращения, разработанных в Южно-Уральском государственном университете. Установлено, что биомасса в качестве ресурса для получения энергии имеет хорошие перспективы использования, однако в силу климатических условий данное направление пока не получило развития. Сделан вывод о том, что малая и распределенная энергетика по-прежнему являются важной составляющей в общей энергетике области и страны.