Энергетика — важнейшая отрасль экономики страны. Она представляет собой топливно-энергетический комплекс (ТЭК), включающий получение, передачу, преобразование и использование различных видов энергии и энергетических ресурсов. Энергетика объединяет такие энергетические системы, как электрическую и тепловую (теплоснабжения); нефте- и газоснабжения; угольную и систему ядерной энергетики.
Энергетика осуществляет массовое извлечение из природной среды преимущественно не возобновляемых ресурсов. Многообразие видов работ в каждой системе, осуществляемых на открытом воздухе, требует избирательного и обширного метеорологического обеспечения. Это касается проектирования новых энергетических объектов (ЛЭП, ТЭЦ, ГЭС, угольных разрезов, шахт, нефтяных скважин и др.), их строительства и ежедневного функционирования, обеспечивающего энергоснабжение всех отраслей экономики. Единая энергетическая система любой стране разделена на ряд региональных энергосистем, имеющих свою специфику по энергоисточникам, масштабам обеспечения промышленности и городов, автономности и другим условиям гидрометеорологического и экономического характера.
На стадии проектирования и строительства широко используются климатические материалы. Они выбираются или определяются потребителем (по конкретным предприятиям ТЭК) на основании сведений, предоставляемых территориальными управлениями Гидрометслужбы. Так, для проектирования и строительства источников электроэнергии (ГЭС, ТЭЦ и др.) необходимы данные многолетнего метеорологического и гидрологического режимов в пункте строительства, регионе (водозапасы, расходы воды, экстремальные и расчетные температуры воздуха). Строительство воздушных ЛЭП требует сведений, содержащих данные о максимальных размерах гололедно-изморозевых отложений (вид, масса и продолжительность), а также о максимальной скорости ветра и минимальной температуре воздуха на протяжении маршрута строительства. Метеорологические сведения позволяют рассчитать гололедно-ветровую нагрузку и эквивалентную скорость ветра в заданном пункте, смоделировать распределение механических напряжений и экстремальные условия несущих опор.
Однако это иллюстрация лишь малой доли климатических данных, используемых в электроэнергетической системе.
Основная часть потребляемой в стране электроэнергии вырабатывается на гидравлических (ГЭС), атомных (АЭС) и тепловых(ТЭЦ) электростанциях, а также при комбинированном производстве электроэнергии и тепла на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ). Сюда же включаются, хотя и с малой долей выработки электроэнергии, приливные электростанции. Отсюда очевидно, насколько велик диапазон необходимых климатических сведений для данных потребителей. В этих целях широко используются нормативные климатические параметры, представленные в СНиПах (строительных нормах и правилах). Во второй части СНиПа содержатся нормативные правила и требования, связанные со строительной климатологией, геофизикой, нагрузками и воздействиями применительно к конкретному объекту проектирования и строительства. Однако, энергетическое и гидротехническое строительство требует ряда дополнительных климатических параметров или уточнения данных СНиПа, что относится уже к области специализированного метеорологического обеспечения.
Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) также включает: добычу торфа и производство торфобрикетов; добычу нефти и нефтепереработку; разветвленную сеть газопроводов, нефтепроводов и нефтепродуктопроводов; производство, передачу и распределение электрической и тепловой энергии и более 95% энергии вырабатывается на ТЭС.
Выделяют две группы гидрометеорологических параметров во всей совокупности специализированного обеспечения электроэнергетики.
В нее входят: водозапасы, расходы воды и др. Важной составляющей является информация о средних месячных и экстремальных суммах осадков, о количестве и продолжительности ливневых осадков в суточном режиме гидрологических данных. Выработка электроэнергии на тепловых станциях является относительно стационарной и обусловлена энергетической потребностью города, региона.
Режим потребителя электроэнергии в значительной мере зависит от температуры воздуха и естественной освещенности, учитываемой по конкретному региону страны, а также от потребностей в этом виде энергоресурсов развивающегося производства.
Электроэнергетическая система состоит из электростанций, линий электропередач (ЛЭП), подстанций и тепловых сетей, связанных общим режимом и непрерывностью процесса. Основной ее задачей является качественное и надежное электроснабжение всех отраслей экономики и населения. Особенностью электроэнергетики является комбинированное производство электроэнергии и тепла на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ). Теплосеть, как самостоятельная организация энергосистемы, осуществляет снабжение теплом, вырабатываемым на ТЭЦ, промышленные предприятия и население. Основными источниками электроэнергии во многих стран мира являются тепловые электростанции. Высоковольтная сеть обеспечивает передачу и распределение электроэнергии по ЛЭП через распределительные устройства подстанций. Нормальное, безаварийное функционирование электроэнергетической системы осуществляется при обязательном оперативном учете фактических и прогнозируемых условий погоды и состояния водоемов.
ТЭЦ совместно с теплосетью образуют самостоятельную локальную энергосистему, осуществляющую теплоснабжение. Отпуск тепла регулируется в зависимости от ожидаемой температуры наружного воздуха и скорости ветра на предстоящие сутки. На основании прогноза температуры воздуха и ветра задается режим работы ТЭЦ — ее тепловая нагрузка.
Графики работы энергосистемы составляются на год, месяц, декаду и на каждый день.
В электроэнергетике широко используется климатическая информация (режимы погоды) на заданные периоды, а также данные о фактической и прогностической погоде.
К опасным для электроэнергетики явлениям погоды относятся:
Особое внимание уделяется оперативному метеорологическому обеспечению высоковольтной сети данного региона.
В холодный период года необходим прогноз гололедно-ветровых нагрузок, а в летний — грозовых условий погоды. Отложение на проводах гололеда и изморози, сопровождаемое сильным ветром, может привести к обрыву проводов и поломке опор. Это необходимо учитывать и в случаях выпадения мокрого снега с последующим резким понижением температуры, что может быть связано с прохождением холодного фронта.
Большое значение имеет заблаговременное предупреждение о грозах, которое позволяет своевременно перейти на грозовой режим работы, ввести в действие предусмотренные им меры защиты и таким образом заметно снизить потери (ввод в действие специальных установок молниеотводов и грозозащитной аппаратуры).
Режим потребления электроэнергии в значительной мере зависит от температуры наружного воздуха и естественной освещенности. Так, изменение средней суточной температуры на 1 °С приводит к изменению генерирующей мощности по России на сотни тысяч кВт и соответственно к изменению расходов условного топлива.
Естественная освещенность учитывается по количеству облачности нижнего яруса в светлое время суток и суммарная радиация. Так, при понижении температуры воздуха происходит увеличение потребления электроэнергии и тепла, вырабатываемых ТЭЦ, а при повышении температуры - уменьшение. Например, на ЕТР днем в декабре при изменении облачности от "небольшой" до "сплошной" (или наоборот) потребление электроэнергии увеличивается (или уменьшается) примерно на 5%что эквивалентно 1 млн кВт. Освещенность зависит и от явлений погоды, снижающих видимость. Это осадки, метели, пыльные бури и другие. Прогноз ясной погоды позволяет уменьшить нагрузку и выработку электроэнергии на электростанциях, а пасмурной — предусмотреть повышенную нагрузку. Оперативное специализированное метеорологическое обеспечение региональных электроэнергетических систем осуществляют местные гидрометслужбы.
Температура воздуха, его влажность, а также скорость ветра являются важными факторами, влияющими на эффективность системы охлаждения тепловых электростанций. При сильных морозах происходит натяжение проводов, что может привести к их повреждениям, а также повреждениям изоляторов и др.
Сильное увлажнение, туманы снижают разрядные характеристики изоляции, а налипание мокрого снега и эти же явления могут повредить ее. Кроме того, высокая влажность и гололедно-изморозевые отложения на проводах вызывают потери электрической энергии на "корону". "Корона" (коронный разряд) создается вокруг проводов ЛЭП при критическом напряжении на проводе. При этом возрастают потери, и, как следствие, увеличивается суммарное потребление активной мощности и электроэнергии.
"Пляска проводов" (раскачивание) - одна из причин серьезных аварий на ЛЭП. Она происходит в осенне- зимний период, когда на проводах наблюдается односторонний гололед малых и средних размеров при ветре 15- 20 м/с и температуре воздуха 0...-5 °С. "Пляска проводов" может продолжаться от нескольких часов до суток и более и прекращается при опадании гололеда. Для ускорения плавления гололеда увеличивают ток больше номинального или применяют механические воздействия.
Учет прогнозов погоды, текущей гидрометеорологической информации и обобщенных многолетних данных имеет огромное значение. Прогноз хода температуры воздуха позволяет диспетчерской службе регулировать рабочую мощность энергосистемы, увеличить надежность энерго- и теплоснабжения потребителей. С получением прогноза об ожидаемых опасных и стихийных явлениях погоды или соответствующего штормового предупреждения усиливаются аварийные бригады, повышается готовность техники и транспортных средств, проводятся дополнительные объезды и осмотры ЛЭП, высоковольтных линий и подстанций. Эти меры позволяют значительно сократить время перебоев в электроснабжении. Месячные прогнозы аномалий температуры воздуха могут использоваться для уточнения планов топливоснабжения ТЭЦ, установки и ремонта линий электропередач.
При эксплуатации ГЭС большое значение имеют прогнозы объемов притока воды в водохранилища, уровней воды, ледовых явлений и др. К гидрологическим явлениям, затрудняющим работу энергетики, относятся заторы и зажоры льда и мощный ледоход на реках. Основное назначение гидрологической информации состоит в том, чтобы оказывать содействие в планировании и наиболее полном использовании энергии водотоков и установленной мощности гидроэлектростанций, а также в предохранении зданий, сооружений и территории электростанций от вредного воздействия на них опасных гидрологических явлений.
При проектировании энергопредприятий огромную роль играет правильное использование климатических и гидрологических материалов. Известно, например, что выбор того или иногозначения расчетной обеспеченности максимальных расходов и объемов стока решающим образом влияет на конструктивные параметры гидротехнических сооружений и на капиталоемкость ГЭС.
Для оптимального режима работы предприятий электроэнергетической системы отрасли необходима следующая специализированная гидрометеорологическая информация: