10.1. Классификация карт электроэнергетики
10.3. Общие карты электроэнергетики (электроэнергохозяйства)
10.5. Общие тенденции картографирования электроэнергетики на современном этапе
10.1. Классификация карт электроэнергетики
Картографирование электроэнергетики в нашей стране началось с составления «Схематической карты электрификации России» (1920 г.), приложенной к докладу ГОЭЛРО на VIII съезде Советов РСФСР. В годы первых пятилеток, когда были получены результаты систематических разработок комплексных проблем энергетики, касающихся создания основ энергетики и электрификации отраслей народного хозяйства, энергоресурсов и их комплексного использования, был издан специальный «Атлас энергетических ресурсов СССР» (1934 г.) под редакцией А. В. Винтера и Г. М. Кржижановского.
Карта электрификации, которая отображает перевыполнение ленинского плана ГОЭЛРО и дальнейшее строительство электростанций, представлена в издании «Большого советского атласа мира» (1937 г.).
На протяжении многих десятилетий ни один комплексный или национальный атлас не обходится без карт электроэнергетики. Являясь ведущей отраслью топливно-энергетического комплекса и оказывая огромное влияние не только на развитие, но и на территориальное размещение промышленности, производительных сил, на уровень обслуживания населения, электроэнергетика требует соответствующего потребностям экономики, науки и техники картографического обеспечения на базе цифрового картографирования и компьютерных технологий.
Изучение размещения и развития отрасли невозможно без анализа энергоресурсов, электроэнергохозяйства, распределения и потребления электроэнергии. Этим определяется специфика и разнообразие сюжетов карт.
Среди направлений картографирования электроэнергетики выделяют:
• карты энергетических ресурсов, показывающие особенности сосредоточения источников энергии, их оценку, условия и предпосылки использования;
• карты электроэнергохозяйства, отображающие размещение всех элементов электроэнергетической базы, специфику и характер функционирования;
• карты электрификации хозяйства, показывающие обеспеченность электроэнергией отраслей промышленности и сельского хозяйства.
Карты отрасли могут быть двух видов — общеэкономические и отраслевые. На первых дается характеристика электроэнергетики для всего хозяйственного комплекса, на вторых — для его отдельных отраслей (например, сельского хозяйства).
Важнейшая задача — совершенствование существующих и разработка новых типов научно-справочных и других карт по каждой из групп, в том числе оценочно-прогнозных, аналитических, типологических и других синтетических, как по сочетаниям, так и отдельным компонентам электроэнергоресурсов, электроэнергохозяйства, электрификации. В связи с тем, что в последние годы в электроэнергетике России происходят радикальные преобразования, к важнейшим задачам относится также подготовка карт электроэнергетики страны, которые бы отразили меняющуюся структуру отрасли, постепенно формирующийся конкурентный рынок электроэнергии.
Среди отраслевых карт особое место занимают карты энергетических ресурсов ввиду их особого значения для отраслей хозяйства. На учебных и научно-популярных картах обычно обозначают месторождения каменного и бурого угля, нефте- и газоносных площадей, торфа и некоторых других энергоресурсов. Они отображаются значковым способом или способом ареалов.
Для изображения топливных и не топливных энергоресурсов запасы всех видов иногда переводятся в топливо «условное» и изображаются значковым способом или картодиаграммой в абсолютной или условной масштабности в виде так называемого знака Варзара. Этот знак используется для одновременного изображения трех величин, связанных между собой таким образом, что одна величина является произведением двух других. Графически он представляет собой прямоугольник, у которого один сомножитель принят за основание, другой — за высоту, а вся площадь равна их произведению. Сторона прямоугольника а показывает величину запасов месторождения в натуральном выражении, b — коэффициент тепла при сжигании, а площадь с — запасы в перерасчете на условное топливо (рис. 10.1).
Рис. 10.1. Изображение запасов топливных ресурсов. Условные обозначения см. в тексте
Различают энергоресурсы невозобновляемые и возобновляемые. К первой группе относятся нефть, уголь, газ, обогащенный уран и другие виды минерального топлива, ко второй — гидроэнергия, энергия ветра и солнца, энергетический потенциал биомассы.
Из возобновляемых энергоресурсов наибольшее значение в современном мире имеют гидроэнергетические. На картах они оцениваются и отображаются по-разному:
а) по расходу воды в кубометрах в секунду (м3/сек) показывается либо дополнительными линиями, проведенными вдоль рек, либо их толщиной или цветом (рис. 10.2);
б) по годовому стоку реки (м3 или км3), который показывается локализованной диаграммой в устьях рек или в местах подсчета гидроресурсов;
в) по потенциальной мощности гидроэлектростанций, которые можно было бы соорудить на реках (именно к этим определенным точкам привязываются и вычерчиваются масштабные значки) (МВт);
г) по среднегодовой выработке электроэнергии на тех же предполагаемых гидростанциях (кВт∙ч).
Рис. 10.2. Изображение потенциальных гидроресурсов на отрезке реки способом линейных знаков
(ступенчатая и непрерывная шкалы)
В любом случае для измерения по карте потенциальных запасов гидроэнергии на реке необходимо разбить ее на участки и на каждом из них запасы гидроэнергии оценивать отдельно по потенциальной мощности гидроэлектростанции, которую можно было бы соорудить. Запасы подобного рода рассчитываются с учетом расхода воды и разницы в урезах на реке в данной точке и в предыдущей, иными словами, возможной высоты плотины.
При этом следует иметь в виду, что действительная мощность, т. е. та, которую по технико-экономическим расчетам можно получить от данной реки, всегда будет меньше теоретической. Поэтому иногда более темной частью фигуры выделяют ту мощность запасов гидроресурсов, которая рассчитана по минимальному расходу воды (рис. 10.3).
Рис. 10.3. Изображение потенциальной мощности гидроресурсов по участкам рек: залитая часть квадрата (локализованной диаграммы)
рассчитана по минимальной мощности, заштрихованная — по средней расчетной мощности
В основе разработанной оригинальной карты «Гидростанции социалистических стран зарубежной Европы» (авторы: И. М. Маергойз , А. А. Лютый, 1978 г.) лежат два основных параметра, определяющие мощность и работу любой ГЭС: напор (в метрах) и масса воды, пропускаемой через турбины (м3/сек). Оба показателя отражают как природные, так и экономические условия «местообитания» ГЭС. Их произведение, умноженное на коэффициент 10, показывает мощность ГЭС. Произведение мощности (передняя грань параллелепипеда на рисунке 10.4) на количество часов использования установленной мощности ГЭС в году (боковое ребро) дает выработку электроэнергии за год, измеряемую объемом фигуры.
Рис. 10.4. Фрагмент карты «Гидростанции Социалистических стран Европы» (по разработкам И. М. Маергойза, А. А. Лютого)
Следовательно, в прямоугольном параллелепипеде, посредством которого ГЭС изображена на карте, даны ее пять взаимосвязанных характеристик:
1) объем воды;
2) полезное падение воды;
3) мощность;
4) годовое количество часов использования установленной мощности;
5) выработка электроэнергии за год.
Карта не только показывает территориальное распределение отдельных типов ГЭС и состав ряда каскадов, но и дает интересный материал для географического толкования их локализации и структуры. Предложенный способ картографического изображения можно назвать способом локализованной объемной диаграммы или локализованной блокдиаграммы.
10.3. Общие карты электроэнергетики (электроэнергохозяйства)
Эти карты отображают современный электроэнергетический потенциал региона, показывают размещение всех элементов электроэнергетической базы: установки генерирующие (электростанции), преобразующие и передающие (сети), потребляющие электроэнергию (токоприемники). В характеристику этих объектов желательно включать не только размеры и виды, но и категории, режимные и технико-экономические показатели.
Электростанции различают по установленной мощности генераторов, видам используемых энергоресурсов (тепловые, атомные, гидравлические), категориям (районные — вырабатывают и передают электроэнергию на всю территорию, промышленные и другие — снабжают электроэнергией конкретного потребителя) и режиму работы (постоянный или переменный). Теплоэлектростанции (ТЭС) в свою очередь различаются по видам сжигаемого топлива (уголь, мазут, нефтепродукты, торф, природный газ, сланцы и др.) и типам: теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) — дают и тепло и электроэнергию, конденсационные (КЭС) — дают только электроэнергию, а тепло выбрасывают в атмосферу. Характеристика электростанций по категориям может быть дана на основании типа потребителей и характера использования.
Показываются действующие, строящиеся и проектируемые электростанции различной окраской значка, либо разной интенсивностью окраски одного и того же цвета. Обязательным элементом содержания карт электроэнергохозяйства являются линии электропередач.
Карта «Электроэнергетика социалистических стран Европы» для высшей школы масштаба 1:1 000 000 представляет образец комплексной научно-справочной карты, дающей подробную классификацию действующих и строящихся электростанций по мощности, типу и виду используемого топлива.
Электросетевое хозяйство в зависимости от принципа организации в каждом конкретном районе разделяется либо по отраслевому, либо по территориальному принципу. В первом случае линии электропередач подразделяются на воздушные и кабельные, действующие и строящиеся, во втором — добавляются границы сетевых предприятий, участков и районов. Подстанции классифицируют по напряжению и категориям (районные, местные, железных дорог), линии электропередач — по напряжению.
Один из элементов электроэнергохозяйства — установки, потребляющие электроэнергию. Их основной характеристикой может быть суммарная присоединенная мощность.
Территории, охваченные центральным энергоснабжением, показывают на карте способом ареалов, линии электропередач — линейными знаками, а для показа электростанций используются внемасштабные знаки (рис. 10.5).
Рис. 10.5. Вариант легенды к карте электроэнергетики (А. А. Лютый, А. И. Шкирина)
В последних изданиях карт электроэнергетики все чаще отмечаются электростанции, использующие нетрадиционные виды энергии (ветровые, приливные и геотермальные), выделяются гидроаккумулирующие электростанции, территориальные группы ТЭС и каскады ГЭС.
Карты электрификации показывают объемы производства и потребления электроэнергии по пунктам, обеспеченность электроэнергией всех отраслей хозяйства, а также объемы и направления ее передачи. Объемы производства устанавливаются по годовой суммарной выработке электроэнергии всеми электростанциями населенного пункта. Объемы потребления — по полезно отпущенной потребителям энергии с выделением долей промышленного, транспортного, коммунально-бытового и сельского ее использования.
Обеспеченность электроэнергией (уровни электрификации) характеризуется относительными показателями. Для промышленного производства таковым может быть энерговооруженность, для коммунально-бытового хозяйства — количество потребленной энергии на душу населения, для сельского хозяйства – на единицу пашни или сельхозугодий.
Объемы и направления передаваемой энергии показывают по линиям электропередачи (шириной полосы). Дополнительно могут быть указаны потери электроэнергии в процессе ее передачи.
Достоинство карт электрификации состоит в том, что баланс «производство — потребление» позволяет сделать выводы о степени и объеме обеспеченности электроэнергией. При их построении обычно используется способ картодиаграмм или смешанный (способ картодиаграмм и значков в одном знаке), так как производство показывается для одной электростанции, а потребление — для множества объектов. Площадной знак на карте может характеризовать производство электроэнергии на душу населения в год по административным районам. Балансовый метод хорош для показа стран или субъектов федерации, однако для городов его использовать не рекомендуется, в населенных пунктах необходимо различать и картографировать отдельно бытовое и промышленное обслуживание.
Оценочные карты уровней электрификации дают в обобщенном виде материал для комплексного количественного экономико-географического анализа пространственных закономерностей распределения явления, его связей с другими природными
и экономическими факторами, а также информацию для планирования и обеспечения надежного и бесперебойного энергоснабжения потребителей.
Значительное место тема получила в комплексных региональных и других атласах. Большое количество карт составляется также в рукописном виде в исследовательских, проектных и производственных учреждениях. Однако ввиду того, что картографирование отдельных сторон электроэнергетики развивается неравномерно, наряду с достаточно большим количеством карт энергоресурсов имеется гораздо меньшее число общих карт электрификации, в целом все еще слабо представлено оценочно-прогнозное направление этой тематики в картографировании.
Для отдельно изданных карт, предназначенных для нужд «деловой практики», характерна узкоотраслевая и «инвентаризационная» направленность. Они отличаются оперативностью в подаче материала, обусловленной назначением специального содержания, наличием справочного материала на поле карты, обеспечивающего дополнительную информацию читателям. Подобные карты иногда помещаются в отраслевые атласы, и они же служат исходным картографическим материалом для многочисленных мелкомасштабных карт.
10.5. Общие тенденции картографирования электроэнергетики на современном этапе
Хотя тема электроэнергетики обязательно присутствует во всех комплексных атласах, для большинства национальных и региональных атласов характерно незначительное количество карт, преобладание узкоотраслевой тематики, практическое отсутствие синтетических сюжетов.
Часто в атласах присутствуют традиционные общеэкономические карты, где электроэнергетика показывается как одна из отраслей экономики региона, однако бывают включены и отраслевые: карты энергоресурсов, производства и потребления электроэнергии в сельском хозяйстве, энерговооруженности и т. д.
Чаще всего при составлении подобных картографических произведений руководствуются общепринятой системой картографируемых показателей электроэнергетики. Согласно ей на картах должны быть отражены полностью или частично:
• добыча (производство) энергоресурсов;
• суммарное производство электроэнергии;
• производство электроэнергии на единицу площади (или душу населения);
• мощность электростанций;
• потребление электроэнергии на единицу площади (или душу населения);
• количество занятых в отрасли;
• поставки на внутренний и внешний рынок;
• состояние основных производственных фондов;
• состояние уровня акционирования (доля частных и государственных предприятий).
К 1997 г., когда началось резкое снижение доли государственной собственности в электроэнергетике, появилась необходимость картографирования долей собственности в общем объеме предприятий электроэнергетики (государственной, муниципальной, частной, смешанной с иностранным участием, смешанной без иностранного участия). Реформирование электроэнергетики России потребовало создания карт, показывающих энергосистемы, их инфраструктуру. Например, карта «Энергетические системы РАО ЕЭС России» (Атлас Земель России, Сибирский федеральный округ, 2005 г.).
Карты электроэнергетики настолько востребованы, что за рубежом и в России увеличивается издание картографических произведений с подробнейшими легендами, которые показывают сеть электростанций и линий электропередач, а также территориальные генерирующие компании, генерирующие компании оптового рынка, межрегиональные сетевые компании. Карта «Электроэнергетика России и стран ближнего зарубежья» масштаба 1:4 000 000 (ИНКОТЭК, 2008 г.) для каждой электростанции дает следующие характеристики: год пуска первого агрегата, вид топлива для тепловых электростанций, установленная и проектная мощность для крупных действующих и строящихся станций, удельный расход топлива на отпущенную электроэнергию, число часов использования установленной мощности и т. д. Отдельным цветом выделены линии, входящие в Единую энергосистему России, показаны границы объединенных энергосистем, изолированные системы Сибири и Дальнего Востока.
Интересную информацию об энергопотреблении может дать ночной космический снимок планеты, выполненный в ноябре 2000 г. со спутника NASA (рис. 10.6). Его анализ позволяет убедиться в том, что, во-первых, степень «яркости» ночных городов определяется затратами энергии на освещение, а степень энергозатрат зависит в том числе и от размера города, количества проживающих, доступности энергоресурсов. Во-вторых, несмотря на то, что промышленность — это основной энергопотребитель, прямой связи между освещенностью города и его промышленными мощностями может и не быть, точнее освещенность будет одной из составляющих, влияющих на энергобаланс города. Таким образом, на основе ночного снимка Земли можно оценить объем энергии, используемый в основном для нужд городов и дорожных служб.
Рис. 10.6. Ночной космический снимок планеты, выполненный со спутника NASA, 2000 г.
В сети Интернет распространяются интерактивные карты, позволяющие получать дополнительные сведения об электростанциях мира (например, «Карта ядерных реакторов Китая» масштаба 1:6 000 000). Их также можно использовать в качестве мультимедийных цифровых наглядных пособий. Дополнительные иллюстративные материалы и наложение нескольких электронных карт друг на друга позволяют сопоставлять информацию, делать выводы, анализировать факты, выдвигать гипотезы, доказывать или опровергать их.
На основе работы с электронной картой «Электроэнергетика России и стран ближнего зарубежья» (2009 г.) можно выявить особенности размещения электростанций разных типов. Включение слоев с ТЭС, плотностью населения и топливной промышленностью позволяет сделать выводы о приуроченности тепловых станций и Единой энергосистемы к основной полосе расселения; найти виды топливных ресурсов, на которых работают разные тепловые электростанции. Таким же способом можно охарактеризовать размещение АЭС и электростанций, использующих альтернативные источники энергии. Включение слоев со всеми электростанциями позволяет определить, электростанции какого типа преобладают в России, какие экологические проблемы, связанные со строительством и работой электростанций, характерны для разных регионов.
Проблема воздействия энергетической составляющей экономики страны на природную среду будет стоять достаточно остро в ближайшие десятилетия, поэтому при картографировании этой отрасли следует учесть эколого-энергетический аспект.
Работа ТЭС имеет негативные экологические последствия: терриконы отвалов, необходимость сжигать огромное количество органического топлива (уголь, нефть, газ), выбросы в окружающую среду оксида серы, азота, окиси углерода и других токсикантов, содержащих, как правило, токсичные канцерогенные вещества. Экологические последствия создания и эксплуатации ГЭС связаны, прежде всего, с неблагоприятным воздействием водохранилищ на микроклимат прилегающих территорий, ухудшением гидрологического режима, отчуждением больших территорий и затоплением ценных земель. Главными факторами отрицательного воздействия воздушных линий электропередач (ЛЭП) на окружающую среду являются создаваемые ими мощные электромагнитные поля и отчуждение значительных территорий под их трассы (коридоры, просеки).
Для решения проблемы «Энергетика — экология» необходимы карты, способные отразить все эти аспекты негативного воздействия электроэнергетики на окружающую среду. Для этого наиболее эффективно использование в качестве источников информации материалов дистанционного зондирования, в том числе и результатов тепловой съемки. Предприятия по производству энергии относятся к числу сравнительно хорошо дешифрируемых объектов. По снимкам могут быть установлены все их основные виды — тепловые (конденсационные и теплофикационные), атомные, гидравлические, а также крупные районные котельные. Съемки в инфракрасной тепловой зоне выявляют повышенную температуру объекта и прилегающих к нему территорий, а также воды в водоемах.