Каким образом электрическая энергия от электростанции передается: как осуществляется передача электроэнергии от электростанции к потребителю

как осуществляется передача электроэнергии от электростанции к потребителю

Накресліть схему електричного кола, що містить два паралельно з’єднані резистора, які через ключ з’єднані з джерелом струму​

Напишите пожалуйста альфа и бета распад (кобальта, стронция и радия

Вопрос №1Какие системы отсчета называются инерциальными?A) Любые.B) Которые покоятся относительно Земли.C) Которые движутся прямолинейно и равномерно … относительно Земли.Вопрос №2Какое движение тел называется поступательным?A) При котором все точки тела движутся одинаково.B) Любое движение тел.C) При котором тело движется равномерно и прямолинейно.Вопрос №3Укажите признак поступательного движения тел?A) когда тело не меняет направление движения.B) Когда тело вращается.C) Когда любая прямая, проходящая через две любые точки тела, остается параллельной самой себе.Вопрос №4В каких системах отсчета выполняются законы Ньютона?A) В неинерциальных.B) В инерциальных.C) В любых.Вопрос №5В каком законе Ньютона утверждается, что сила действия равна силе противодействия?A) В первом.B) Во втором.C) В третьем.Вопрос №6Сила, действующая на тело, сообщила ему некоторое ускорение. Как по отношению друг к другу направлены сила и ускорение?A) Сонаправлены.B) Направлены в противоположные стороны.C) точно не сможем указать без числовых данных.Вопрос №7Формула второго закона Ньютона.A) F = m/aB) F = a/mC) F = m+aD) F = maВопрос №8Как направлены силы при взаимодействии двух тел?A) По прямой, соединяющей тела.B) По прямой, соединяющей тела и направлены в противоположные стороныC) По прямой, соединяющей тела и направлены в одну сторону.Вопрос №9Под действием силы 10 Н тело массой 5 кг приобрело некоторое ускорение? Чему оно равно? A) 5 НB) 2 НC) 0,5 НВопрос №10Под действием силы 16 Н тело некоторой массы приобрело ускорение 0,4 м/с2. Какое ускорение приобретет это тело под действием в 2 раза большей силы?A) 0,4 м/с2B) 0,8 м/с2C) 0,16 м/с2D) 4 м/с2​

это амперметр или вольтметр?

Чому кропива навіть при слабенькому дотику легко розділяє клітини тіла? пж срочно​

ПОМОГИТЕ ПОЖАЛУЙСТА на наклонную плоскость с углом 30 градусов положили кирпич массой 2кг. коэффициент трения скольжения между поверхностями равен 0,8 … . чему равна сила трения, действующая на кирпич? С ДАНО И ПОНЯТНЫМ РЕШЕНИЕМ ПОЖАЛУЙСТА​

какой источник энергии у тележки? ​

При температуре 12°С давление в баллоне с аргоном равно 60 атмосфер (атм). Каким будет давление в баллоне, если его поместить в лабораторию с температ … урой 24°С?

1. Визнач загальну масу людей та їхнього спорядження на плоскій крижиніплощею 20 м2, якщо ця крижина виступає над поверхнею річки на 5 см, а їїзагальн … а товщина становить 1,3 м. поможіть будь ласка​

собаки понимают не только слова, но и название некоторых предметов. Чем отличается реакция животных на слова от реакции человека?​биология

Каким образом электрическая энергия от электростанции передается

вторник, 30 апреля 2013 г.

Передача электроэнергии. Путь от электростанции к потребителю. Сокращение потерь при передаче электроэнергии.

Передача электроэнергии. Путь от электростанции к потребителю. Сокращение потерь при передаче электроэнергии.

Рассмотрим кратко систему электроснабжения, представляющую из себя группу электротехнических устройств для передачи, преобразования, распределения и потребления электрической энергии. Глава расширит кругозор тех, кто хочет научиться грамотно использовать домашнюю электросеть.

Снабжение электроэнергией осуществляется по стандартным схемам. Например, на рис. 1.4 представлена радиальная однолинейная схема электроснабжения для передачи электроэнергии от понижающей подстанции электростанции до потребителя электроэнергии напряжением 380 В.

От электростанции электроэнергия напряжением 110—750 кВ передается по линиям электропередач (ЛЭП) на главные или районные понижающие подстанции, на которых напряжение снижается до 6—35 кВ. От распределительных устройств это напряжение по воздушным или кабельным ЛЭП передается к трансформаторным подстанциям, расположенным в непосредственной близости от потребителей электрической энергии.

На подстанции величина напряжения снижается до 380 В, и по воздушным или кабельным линиям электроэнергия поступает непосредственно к потребителю в доме. При этом линии имеют четвертый (нулевой) провод 0, позволяющий получить фазное напряжение 220 В, а также обеспечивать защиту электроустановок.
Такая схема позволяет передать электроэнергию потребителю с наименьшими потерями. Поэтому на пути от электростанции к потребителям электроэнергия трансформируется с одного напряжения на другое. Упрощенный пример трансформации для небольшого участка энергосистемы показан на рис. 1.5. Зачем применяют высокое напряжение? Расчет сложен, но ответ прост. Для снижения потерь на нагрев проводов при передаче на большие расстояния.

Потери зависят от величины проходящего тока и диаметра проводника, а не приложенного напряжения.

Например:
Допустим, что с электростанции в город, находящийся от нее на расстоянии 100 км, нужно передавать по одной линии 30 МВт. Из-за того, что провода линии имеют электрическое сопротивление, ток их нагревает. Эта теплота рассеивается и не может быть использована. Энергия, затрачиваемая на нагревание, представляет собой потери.

Свести потери к нулю невозможно. Но ограничить их необходимо. Поэтому допустимые потери нормируют, т. е. при расчете проводов линии и выборе ее напряжения исходят из того, чтобы потери не превышали, например, 10% полезной мощности, передаваемой по линии. В нашем примере это 0,1-30 МВт = 3 МВт.

Например:
Если не применять трансформацию, т. е. передавать электроэнергию при напряжении 220 В, то для снижения потерь до заданного значения сечение проводов пришлось бы увеличить примерно до 10 м2. Диаметр такого «провода» превышает 3 м, а масса в пролете составляет сотни тонн.
Применяя трансформацию, т. е. повышая напряжение в линии, а затем, снижая его вблизи расположения потребителей, пользуются другим способом снижения потерь: уменьшают ток в линии. Этот способ весьма эффективен, так как потери пропорциональны квадрату силы тока.

Действительно, при повышении напряжения вдвое ток снижается вдвое, а потери уменьшаются в 4 раза. Если напряжение повысить в 100 раз, то потери снизятся в 100 во второй степени, т. е. в 10000 раз.

Например:
В качестве иллюстрации эффективности повышения напряжения укажу, что по линии электропередачи трехфазного переменного тока напряжением 500 кВ передают 1000 МВт на 1000 км.

Электрические сети предназначены для передачи и распределения электроэнергии. Они состоят из совокупности подстанций и линий различных напряжений. При электростанциях строят повышающие трансформаторные подстанции, и по линиям электропередачи высокого напряжения передают электроэнергию на большие расстояния. В местах потребления сооружают понижающие трансформаторные подстанции.

Основу электрической сети составляют обычно подземные или воздушные линии электропередачи высокого напряжения. Линии, идущие от трансформаторной подстанции до вводно-распределительных устройств и от них до силовых распределительных пунктов и до групповых щитков, называют питающей сетью. Питающую сеть, как правило, составляют подземные кабельные линии низкого напряжения.

По принципу построения сети разделяются на разомкнутые и замкнутые. В разомкнутую сеть входят линии, идущие к электроприемникам или их группам и получающие питание с одной стороны. Разомкнутая сеть обладает некоторыми недостатками, заключающимися в том, что при аварии в любой точке сети питание всех потребителей за аварийным участком прекращается.

Замкнутая сеть может иметь один, два и более источников питания. Несмотря на ряд преимуществ, замкнутые сети пока не получили большого распространения. По месту прокладки сети бывают наружные и внутренние.

Способы выполнения линий электропередач

Каждому напряжению соответствуют определенные способы выполнения электропроводки. Это объясняется тем, что чем напряжение выше, тем труднее изолировать провода. Например, в квартирах, где напряжение 220 В, проводку выполняют проводами в резиновой или в пластмассовой изоляции. Эти провода просты по устройству и дешевы.

Несравненно сложнее устроен подземный кабель, рассчитанный на несколько киловольт и проложенный под землей между трансформаторами. Кроме повышенных требований к изоляции, он еще должен иметь повышенную механическую прочность и стойкость к коррозии.

Для непосредственного электроснабжения потребителей используются:

♦ воздушные или кабельные ЛЭП напряжением 6 (10) кВ для питания подстанций и высоковольтных потребителей;
♦ кабельные ЛЭП напряжением 380/220 В для питания непосредственно низковольтных электроприемников. Для передачи на расстояние напряжения в десятки и сотни киловольт создаются воздушные линии электропередач. Провода высоко поднимаются над землей, в качестве изоляции используется воздух. Расстояния между проводами рассчитываются в зависимости от напряжения, которое планируется передавать. На рис. 1.6 изображены в одном масштабе опоры для воздушных линий электропередач напряжениями 500, 220, 110, 35 и 10 кВ. Заметьте, как увеличиваются размеры и усложняются конструкции с ростом рабочего напряжения!

Например:
Опора линии напряжением 500 кВ имеет высоту семиэтажного дома. Высота подвеса проводов 27 м, расстояние между проводами 10,5 м, длина гирлянды изоляторов более 5 м. Высота опор для переходов через реки достигает 70 м. Рассмотрим варианты выполнения ЛЭП подробнее.

Воздушные ЛЭП
Определение.
Воздушной линией электропередачи называют устройство для передачи или распределения электроэнергии по проводам, находящимся на открытом воздухе и прикрепленным при помощи траверс (кронштейнов), изоляторов и арматуры к опорам или инженерным сооружениям.

В соответствии с «Правилами устройства электроустановок» по напряжению воздушные линии делятся на две группы: напряжением до 1000 В и напряжением свыше 1000 В. Для каждой группы линий установлены технические требования их устройства.

Воздушные ЛЭП 10 (6) кВ находят наиболее широкое применение в сельской местности и в небольших городах. Это объясняется их меньшей стоимостью по сравнению с кабельными линиями, меньшей плотностью застройки и т. д.

Для проводки воздушных линий и сетей используют различные провода и тросы. Основное требование, предъявляемое к материалу проводов воздушных линий электропередачи, — малое электрическое сопротивление. Кроме того, материал, применяемый для изготовления проводов, должен обладать достаточной механической прочностью, быть устойчивым к действию влаги и находящихся в воздухе химических веществ.

В настоящее время чаще всего используют провода из алюминия и стали, что позволяет экономить дефицитные цветные металлы (медь) и снижать стоимость проводов. Медные провода применяют на специальных линиях. Алюминий обладает малой механической прочностью, что приводит к увеличению стрелы провеса и, соответственно, к увеличению высоты опор или уменьшению длины пролета. При передаче небольших мощностей электроэнергии на короткие расстояния применение находят стальные провода.

Для изоляции проводов и крепления их к опорам линий электропередач служат линейные изоляторы, которые наряду с электрической должны также обладать и достаточной механической прочностью. В зависимости от способа крепления на опоре различают изоляторы штыревые (их крепят на крюках или штырях) и подвесные (их собирают в гирлянду и крепят к опоре специальной арматурой).

Штыревые изоляторы применяют на линиях электропередач напряжением до 35 кВ. Маркируют их буквами, обозначающими конструкцию и назначение изолятора, и числами, указывающими рабочее напряжение. На воздушных линиях 400 В используют штыревые изоляторы ТФ, ШС, ШФ. Буквы в условных обозначениях изоляторов обозначают следующее: Т — телеграфный; Ф — фарфоровый; С — стеклянный; ШС — штыревой стеклянный; ШФ — штыревой фарфоровый.

Штыревые изоляторы применяют для подвешивания сравнительно легких проводов, при этом в зависимости от условий трассы используются различные типы крепления проводов. Провод на промежуточных опорах укрепляют обычно на головке штыревых изоляторов, а на угловых и анкерных опорах— на шейке изоляторов. На угловых опорах провод располагают с наружной стороны изолятора по отношению к углу поворота линии.

Подвесные изоляторы применяют на воздушных линиях 35 кВ и выше. Они состоят из фарфоровой или стеклянной тарелки (изолирующая деталь), шапки из ковкого чугуна и стержня. Конструкция гнезда шапки и головки стержня обеспечивает сферическое шарнирное соединение изоляторов при комплектовании гирлянд. Гирлянды собирают и подвешивают к опорам и тем самым обеспечивают необходимую изоляцию проводов. Количество изоляторов в гирлянде зависит от напряжения линии и типа изоляторов.

Материалом для вязки алюминиевого провода к изолятору служит алюминиевая проволока, а для стальных проводов— мягкая стальная. При вязке проводов выполняют обычно одинарное крепление, двойное же крепление применяют в населенной местности и при повышенных нагрузках. Перед вязкой заготовляют проволоку нужной длины (не менее 300 мм).

Головную вязку выполняют двумя вязальными проволоками разной длины. Эти проволоки закрепляют на шейке изолятора, скручивая между собой. Концами более короткой проволоки обвивают провод и плотно притягивают четыре-пять раз вокруг провода. Концы другой проволоки, более длинные, накладывают на головку изолятора накрест через провод четыре-пять раз.

Для выполнения боковой вязки берут одну проволоку, кладут ее на шейку изолятора и оборачивают вокруг шейки и провода так, чтобы один ее конец прошел над проводом и загнулся сверху вниз, а второй — снизу вверх. Оба конца проволоки выводят вперед и снова оборачивают их вокруг шейки изолятора с проводом, поменяв местами относительно провода.

После этого провод плотно притягивают к шейке изолятора и обматывают концы вязальной проволоки вокруг провода с противоположных сторон изолятора шесть-восемь раз. Во избежание повреждения алюминиевых проводов место вязки иногда обматывают алюминиевой лентой. Изгибать провод на изоляторе сильным натяжением вязальной проволоки не разрешается.

Вязку проводов выполняют вручную, используя монтерские пассатижи. Особое внимание обращают при этом на плотность прилегания вязальной проволоки к проводу и на положение концов вязальной проволоки (они не должны торчать). Штыревые изоляторы крепят к опорам на стальных крюках или штырях. Крюки ввертывают непосредственно в деревянные опоры, а штыри устанавливают на металлических, железобетонных или деревянных траверсах. Для крепления изоляторов на крюках и штырях используют переходные полиэтиленовые колпачки. Разогретый колпачок плотно надвигают на штырь до упора, после этого на него навинчивают изолятор.

Провода подвешиваются на железобетонных или деревянных опорах при помощи подвесных или штыревых изоляторов. Для воздушных ЛЭП используются неизолированные провода. Исключением являются вводы в здания — изолированные провода, протягиваемые от опоры ЛЭП к изоляторам, укрепленным на крюках непосредственно на здании.

Внимание!
Наименьшая допустимая высота расположения нижнего крюка на опоре (от уровня земли) составляет: в ЛЭП напряжением до 1000 В для промежуточных опор от 7 м, для переходных опор — 8,5 м; в ЛЭП напряжением более 1000 В высота расположения нижнего крюка для промежуточных опор составляет 8,5 м, для угловых (анкерных) опор — 8,35 м.

Наименьшие допустимые сечения проводов воздушных ЛЭП напряжением более 1000 В, выбираемые по условиям механической прочности с учетом возможной толщины их обледенения, приведены в табл. 1.1.

Минимально допустимые значения проводов возжушныхЛЭП напряжением более 1000 В
Таблица 1.1

На воздушных ЛЭП напряжением до 1000 В устанавливают заземляющие устройства. Расстояние между ними определяется числом грозовых часов в году:

♦ до 40 часов — не более 200 м;
♦ более 40 часов — не более 100 м.

Сопротивление заземляющего устройства должно быть не более 30 Ом.

Допустимые расстояния от нижних проводов воздушных ЛЭП напряжением до 1000 В и до 10 кВ и их опор до объектов представлены в табл. 1.2.

«Физика – 11 класс»

Производство электроэнергии

Производится электроэнергия на электрических станциях в основном с помощью электромеханических индукционных генераторов.
Существует два основных типа электростанций: тепловые и гидроэлектрические.
Различаются эти электростанции двигателями, вращающими роторы генераторов.

На тепловых электростанциях источником энергии является топливо: уголь, газ, нефть, мазут, горючие сланцы.
Роторы электрических генераторов приводятся во вращение паровыми и газовыми турбинами или двигателями внутреннего сгорания.

Тепловые паротурбинные электростанции – ТЭС наиболее экономичны.

В паровом котле свыше 90% выделяемой топливом энергии передается пару.
В турбине кинетическая энергия струй пара передается ротору.
Вал турбины жестко соединен с валом генератора.
Паровые турбогенераторы весьма быстроходны: число оборотов ротора составляет несколько тысяч в минуту.

Тепловые электростанции — ТЭЦ позволяют значительную часть энергии отработанного пара использовать на промышленных предприятиях и для бытовых нужд.
В результате КПД ТЭЦ достигает 60—70%.
В России ТЭЦ дают около 40% всей электроэнергии и снабжают электроэнергией сотни городов.

На гидроэлектростанциях – ГЭС для вращения роторов генераторов используется потенциальная энергия воды.

Роторы электрических генераторов приводятся во вращение гидравлическими турбинами.
Мощность такой станции зависит от создаваемого плотиной напора и массы воды, проходящей через турбину в каждую секунду.

Гидроэлектростанции дают около 20% всей вырабатываемой в нашей стране электроэнергии.

Атомные электростанции – АЭС в России дают около 10% электроэнергии.

Использование электроэнергии

Главным потребителем электроэнергии является промышленность – 70% производимой электроэнергии.
Крупным потребителем является также транспорт.

Большая часть используемой электроэнергии сейчас превращается в механическую энергию, т.к. почти все механизмы в промышленности приводятся в движение электрическими двигателями.

Передача электроэнергии

Передача электроэнергии связана с заметными потерями, так как электрический ток нагревает провода линий электропередачи. В соответствии с законом Джоуля — Ленца энергия, расходуемая на нагрев проводов линии, определяется формулой

где
R — сопротивление линии,
U — передаваемое напряжение,
Р — мощность источника тока.

При очень большой длине линии передача энергии может стать экономически невыгодной.
Значительно снизить сопротивление линии R практически весьма трудно, поэтому приходится уменьшать силу тока I.

Так как мощность источника тока Р равна произведению силы тока I на напряжение U, то для уменьшения передаваемой мощности нужно повысить передаваемое напряжение в линии передачи.

Для этого на крупных электростанциях устанавливают повышающие трансформаторы.
Трансформатор увеличивает напряжение в линии во столько же раз, во сколько раз уменьшает силу тока.

Чем длиннее линия передачи, тем выгоднее использовать более высокое напряжение. Генераторы переменного тока настраивают на напряжения, не превышающие 16—20 кВ. Более высокое напряжение потребовало бы принятия сложных специальных мер для изоляции обмоток и других частей генераторов.

Далее для непосредственного использования электроэнергии потребителем необходимо понижать напряжение.

Это достигается с помощью понижающих трансформаторов.

Понижение напряжения (и соответственно увеличение силы тока) осуществляются поэтапно.

При очень высоком напряжении между проводами может начаться разряд, приводящий к потерям энергии.
Допустимая амплитуда переменного напряжения должна быть такой, чтобы при заданной площади поперечного сечения провода потери энергии вследствие разряда были незначительными.

Электрические станции объединены высоковольтными линиями электропередачи, образуя общую электрическую сеть, к которой подключены потребители.
Такое объединение, называемое энергосистемой, дает возможность распределять нагрузки потребления энергии.
Энергосистема обеспечивает бесперебойность подачи энергии потребителям.
Сейчас в нашей стране действует Единая энергетическая система европейской части страны.

Использование электроэнергии

Потребность в электроэнергии постоянно увеличивается как в промышленности, на транспорте, в научных учреждениях, так и в быту. Удовлетворить эту потребность можно двумя основными способами.

Первый — строительство новых мощных электростанций: тепловых, гидравлических и атомных.
Однако строительство крупной электростанции требует нескольких лет и больших затрат.
Кроме того, тепловые электростанции потребляют невозобновляемые природные ресурсы: уголь, нефть и газ.
Одновременно они наносят большой ущерб равновесию на нашей планете.
Передовые технологии позволяют удовлетворить потребности в электроэнергии другим способом.

Второй – эффективное использование электроэнергии: современные люминесцентные лампы, экономия освещения.

Большие надежды возлагаются на получение энергии с помощью управляемых термоядерных реакций.

Приоритет должен быть отдан увеличению эффективности использования электроэнергии, а не повышению мощности электростанций.

Источник: «Физика – 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин

Производство, передача и использование электрической энергии. Физика, учебник для 11 класса – Класс!ная физика

Генераторные установки преобразуют энергию рек, ветра, сгорания топлива и даже атомных связей в электричество. Они распределены по всей стране, объединены в единую систему трансформаторными подстанциями. Передача электроэнергии на расстояние между ними производится линиями электропередач. Их протяженность может составлять от двух-трех до сотен километров.

Транспортные магистрали электрической энергии

Электроэнергия больших мощностей может передаваться по силовым кабелям, закопанным в землю или заглубленным в водоемы. Но наиболее распространен метод транспортировки по воздушным линиям, закрепленным на специальных инженерных сооружениях — опорах.

Так они выглядят для ВЛ-330 кВ (для увеличения нажмите на фотографию):

А вот фотография отдельной линии 110 кВ.

Электрические подстанции

Воздушные и кабельные ЛЭП соединяют между собой трансформаторные подстанции с распределительными устройствами одинакового напряжения для передачи энергии от одного силового трансформатора к другому.

Например, автотрансформатор 330/110/10 кВ принимает по высокой стороне 330 мощности от нескольких линий. Передача электроэнергии потребителям происходит по средней 110 и низкой 10 кВ части.

Однако автотрансформатор может питаться со стороны среднего или низкого напряжения. Это зависит от состояния схемы и динамики процессов, происходящих в ней.

Вид трансформатора 110/10 удаленной подстанции, который получает электроэнергию по стороне 110, распределяя ее по линиям 10 кВ.

Он же, но с противоположной стороны.

Для подключения линий к трансформаторам используются огороженные участки местности, на которых монтируются силовые элементы схемы.

Вид небольшого фрагмента открытого распределительного устройства подстанции 330 кВ.

Часть территории ОРУ-110кВ.

Вариант передачи электрической энергии от ввода 110 АТ-330 к трансформатору 110/10 кВ

Пример фрагмента первичной силовой схемы (одной секции) распределения электроэнергии на открытой местности для 7 воздушных ЛЭП (для увеличения нажмите на картинку):

Здесь реализована возможность перевода питания от вводов 110 АТ №1 или АТ №2. В схеме выполнено подключение каждого ввода АТ к своей системе шин выключателями №10 и №15 с разделением шин на секции через выключатели №8 и №9 при использовании обходной системы шин, коммутируемой выключателем №13. Шины 1СШ и 2 СШ могут объединяться выключателем №18.

Воздушные ЛЭП питаются от выключателей №11, 12, 14, 16, 17, 19, 20. В схеме предусмотрен вывод из работы каждого из них для питания ВЛ через обходную систему шин.

Элегазовый выключатель 110 кВ в этой схеме представлен на фото.

От него мощности передаются на воздушную ЛЭП к отдаленной подстанции 110/10. На фото ниже показаны ее основные силовые элементы начиная от конечной вводной опоры ЛЭП (для увеличения нажмите на рисунок):

Электроэнергия поступает к силовому трансформатору через разъединитель, отделитель, измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Каждый из них выполняет определенные задачи:

Измерительные ТТ и ТН оценивают вектора токов и напряжений в фазах первичной схемы с определенными метрологическими погрешностями, передают их во вторичные устройства защит, автоматики, измерений для последующей обработки;

Разъединитель служит для ручного размыкания/включения силовой цепи при отсутствии нагрузки на силовых проводах схемы;

Отделитель в автоматическом режиме отключает силовой трансформатор подстанции от линии в бестоковую паузу, которая создается при аварийных режимах в трансформаторе.

Для сравнения картины передаваемых мощностей и сложности конструкций посмотрите вид разъединителя на ОРУ-330 кВ. Его приводят в действие мощные трехфазные электродвигатели, управляемые автоматикой с цепями сигнализации.

В сети 380/220 вольт такое устройство — обыкновенный рубильник. Но вернемся к схеме подстанции 110/10 кВ.

Обратите внимание! Высоковольтного выключателя для устранения аварий на ней нет.

Однако это не значит, что вопросами безопасной эксплуатации пренебрегли. В силовом трансформаторе постоянно происходят сложные электромагнитные преобразования с выделением тепловой энергии и передачей больших электрических мощностей. Все это контролируется измерительными органами защит.

Они расположены на отдельных панелях.

При возникновении критических ситуаций электроэнергия с оборудования снимается со всех сторон: 110 и 10 кВ. Питающее напряжение отключается в этой схеме элегазовым выключателем, расположенным на подстанции 330/110 кВ.

Чтобы он сработал, используется короткозамыкатель (для увеличения нажмите на фотографию):

Это специальное устройство, которое служит исполнительным элементом защит силового трансформатора. Оно имеет подвижный заземленный нож с электромеханическим приводом.

При критическом режиме работы защиты, отслеживающие состояние процессов внутри трансформатора, выдают мощный импульс на электромагнит катушки короткозамыкателя. От него происходит воздействие на защелку пружинного привода, который срабатывает и накладывает нож короткозамыкателя на высоковольтные шины (принцип мышеловки).

В схеме возникает замыкание на землю. Ток от него чувствуют защиты элегазового выключателя на удаленной питающей подстанции. Их автоматика отключает выключатель на определенный интервал времени в несколько секунд.

За это время на всех подстанциях, подключенных к этой ЛЭП, создается бестоковая пауза. В течение ее защиты и автоматика рассматриваемого трансформатора выдают команду на привод отделителя, который автоматически разводит свои ножи, разрывая схему подачи напряжения к силовому трансформатору, чем окончательно «гасит подстанцию».

Все эти операции занимают порядка 4 секунд. По их истечению автоматика удаленного выключателя производит его включение с подачей напряжения на линию. Но на поврежденный силовой трансформатор оно не дойдет из-за разрыва, созданного отделителем. А все другие потребители продолжат получать электроэнергию.

Обратные коммутации короткозамыкателем и отделителем выполняются вручную оперативным персоналом после анализа работы автоматики по результатам действий цепей сигнализации.

Таким способом повышается надежность оборудования, снижаются потери при передаче электроэнергии в электрических сетях.

Схема 10 кВ

Из силового трансформатора преобразованная энергия 10 кВ поступает на ввод в КРУН — комплектное распределительное устройство наружного исполнения и распределяется через систему шин и выключатели с защитами и автоматикой по воздушным или кабельным магистралям.

Отходящие от КРУН воздушные ЛЭП-10 кВ видны на фото.

Воздушная ЛЭП 10 кВ на местности вдоль автомобильной дороги.

К таким линиям подключаются подстанции 10/0,4 кВ.

Трансформатор 10/0,4 кВ

Устройство и размеры силовых трансформаторов, преобразующих электроэнергию с напряжением 10 кВ в 380 вольт, зависят от выполняемых ими задач и передаваемых мощностей. Их внешние габариты можно оценить по нескольким фото.

Конструкция в отдельном закрытом сооружении для многоэтажных зданий в поселке.

Металлические закрытые шкафы 10/0,4 кВ в сельской местности.

Трансформатор 10/0,4 кВ в гаражном кооперативе (для увеличения нажмите на фотографию):

Как работают такие трансформаторы, происходит передача энергии потребителям, возникают потери при передаче электроэнергии в электрических сетях и осуществляется их компенсация, будет рассказано в следующей статье.

Поделитесь этой статьей с друзьями:

Вступайте в наши группы в социальных сетях:

Передача электрической энергии на расстояние — урок. Физика, 9 класс.

Электрическая энергия имеет неоспоримые преимущества перед другими видами энергии.

• Во-первых, её легко преобразовать в другие виды энергии: вспомни работу электродвигателя, нагревательных приборов, электрическое освещение и многое другое.
• Во-вторых, это экологически чистый вид энергии: при её преобразовании в другие виды окружающая среда не загрязняется.
• В-третьих, электрическую энергию легко передать на любые расстояния.

Как известно, электроэнергию вырабатывают на электростанциях и передают потребителям на большие расстояния с помощью линий электропередачи (ЛЭП).  Но при передаче электрической энергии по проводам  часть энергии тратится на нагревание проводов линий электропередачи.

 

Теплота \(Q\), выделяемая током в проводнике, определяется по формуле закона Джоуля — Ленца: Q=I2Rt.

Очевидно, чтобы уменьшить потери тепловой энергии в проводах, нужно либо уменьшать силу тока, либо уменьшать сопротивление.

Сопротивление проводника вычисляется по формуле: R=ρlS.

Объединив эти формулы, получим следующее выражение: Q=I2ρlSt.

Чтобы уменьшить сопротивление линии, используют провода, изготовленные из материала с малым удельным сопротивлением (обычно медь или алюминий), и увеличивают их поперечное сечение. Однако этот путь малоэффективен — провода должны иметь малую массу.  Поэтому возможности в решении проблем потерь электроэнергии при передаче её на большие расстояния за счёт свойств проводов весьма ограничены.

 

Обрати внимание!

Для уменьшения силы тока при сохранении мощности (\(P = IU\)) повышают напряжение, т. е. ток трансформируют.

Для этого на территории электростанции устанавливают повышающие трансформаторы. Переданная по ЛЭП электрическая энергия из-за её высокого напряжения не может быть непосредственно использована потребителями, поэтому её напряжение на местах потребления трансформируется до напряжения, на которое рассчитаны потребители.

Как происходит подача электроэнергии в наши дома

Ни для кого не секрет, что электричество в наш дом попадает от электростанций, являющихся основными источниками электроэнергии.

Однако между нами (потребителями) и станцией может быть сотни километров и через все это дальнее расстояние ток должен каким-то образом передаваться с максимальным КПД.

В этой статье мы, собственно, и рассмотрим, как передается электроэнергия на расстоянии к потребителям.

Маршрут транспортировки электричества

Итак, как мы уже сказали, начальной точкой является электрическая станция, которая, собственно, и генерирует электроэнергию. На сегодняшний день основными видами электростанций являются гидро- (ГЭС), тепло- (ТЭС) и атомные (АЭС). Помимо этого бывают солнечные, ветровые и геотермальные эл. станции.

Далее от источника электричество передается к потребителям, которые могут находиться на дальних расстояниях. Чтобы осуществить передачу электроэнергии, нужно повысить напряжение с помощью повышающих трансформаторов (напряжение могут повысить вплоть до 1150 кВ, в зависимости от расстояния).

Почему электроэнергия передается при повышенном напряжении? Все очень просто.

 Вспомним формулу электрической мощности — P=UI, тогда если передавать энергию к потребителю, то чем выше напряжение на линии электропередач — тем меньше ток в проводах, при той же потребляемой мощности.

Благодаря этому можно строить ЛЭП с большим напряжением, уменьшив сечение проводов, по сравнению с ЛЭП с низшим напряжением. Значит и сократятся расходы на строительство — чем тоньше провода, тем они дешевле.

Соответственно от станции электричество передается на повышающий трансформатор (при необходимости), а после этого с помощью ЛЭП осуществляется передача электроэнергии на ЦРП (центрально распределительные подстанции). Последние, в свою очередь, находятся в городах или в близком расстоянии от них. На ЦРП происходит понижение напряжения до 220 или же 110 кВ, откуда электроэнергия передается к подстанциям.

Далее напряжение еще раз понижают (уже до 6-10 кВ) и происходит распределение электрической энергии по трансформаторным пунктам, именуемым также ТП.

К трансформаторным пунктам электричество может передаваться не по ЛЭП, а подземной кабельной линией, т.к. в городских условиях это будет более целесообразно.

Дело в том, что стоимость полосы отчуждения в городах достаточно высокая и более выгодно будет прокопать траншею и заложить кабель в ней, нежели занимать место на поверхности.

От трансформаторных пунктов электроэнергия передается к многоэтажным домам, постройкам частного сектора, гаражному кооперативу и т.д. Обращаем ваше внимание на то, что на ТП напряжение еще раз понижается, уже до привычных нам 0,4 кВ (сеть 380 вольт).

Если кратко рассмотреть маршрут передачи электроэнергии от источника к потребителям, то он выглядит следующим образом: электростанция (к примеру, 10 кВ) – повышающая трансформаторная подстанция (от 110 до 1150 кв) – ЛЭП – понижающая трансформаторная подстанция – ТП (10-0,4 кВ) – жилые дома.

Вот таким способом электричество передается по проводам в наш дом. Как вы видите, схема передачи и распределения электроэнергии к потребителям не слишком сложная, все зависит от того, насколько большое расстояние.

• Наглядно увидеть, как электрическая энергия поступает в города и доходит до жилого сектора, вы можете на картинке ниже:
• Более подробно об этом вопросе рассказывают эксперты:

Как электричество поступает от источника к потребителю

Что еще важно знать

Также хотелось пару слов сказать о моментах, которые пересекаются с этим вопросом. Во-первых, уже достаточно долго проводятся исследования на тему того, как осуществить передачу электроэнергии без проводов.

Существует множество идей, но самым перспективным на сегодняшний день решением является использование беспроводной технологии WI-Fi.

Учёные из Вашингтонского университета выяснили, что этот способ вполне реален и приступили к более подробному исследованию вопроса.

Во-вторых, на сегодняшний день по ЛЭП передается переменный ток, а не постоянный.

Это связано с тем, что преобразовательные устройства, которые сначала выпрямляют ток на входе, а потом снова делают его переменным на выходе, имеют достаточно высокую стоимость, что экономически не целесообразно.

Однако все же пропускная способность линий электропередач постоянного тока в 2 раза выше, что также заставляет думать над тем, как ее более выгодно осуществить.

Вот мы и рассмотрели схему передачи электричества от источника к дому. Надеемся, вам стало понятно, как передается электроэнергия на расстоянии к потребителям и почему для этого используют высокое напряжение.

Будет интересно прочитать:

Электрический ток, откуда он берется и как добирается до наших домов?

Дороги и тропинки эти отнюдь не просты, порой извилисты и многократно меняют направление, но знать, как они выглядят – обязанность каждого культурного человека XXI века.

Века, облик которого во многом определяет покорившаяся нам электроэнергия, которую мы научились преобразовывать так, чтобы были удовлетворены все наши потребности – как в промышленности, так и в частном пользовании. Ток в проводах линий электропередач и ток в батарейках наших гаджетов – очень разные токи, но они остаются все тем же электричеством.

Какие усилия приходится прилагать электроэнергетикам, инженерам, чтобы обеспечить мощнейшие токи сталеплавильных заводов и маленькие, крошечные токи, допустим, наручных часов? Сколько работы приходится проделывать всем тем, кто поддерживает систему преобразований, передачи и распределения электроэнергии, какими такими методами обеспечена стабильность этой системы? Чем «Системный Оператор» отличается от «Федеральной Сетевой Компании», почему обе этих компании были, есть и будут в России не частными а государственными?

Вопросов очень много, ответы на них надо знать, чтобы более менее представлять, зачем нам так много энергетиков и чем же они, грубо говоря, занимаются? Мы ведь настолько привыкли, что с электричеством в домах и в городах все в полном порядке, что про электроинженеров вспоминаем только тогда, когда что-то вдруг перестает работать, когда мы выпадаем из зоны привычного уровня комфорта. Темно и холодно – вот только тогда мы с вами и говорим об энергетиках, причем говорим такие слова, которые мы печатать точно не будем.

Мы уверены, что нам откровенно повезло – взяться за эту не простую, нужную, да еще и огромную тему согласился настоящий профессионал. Просим любить и жаловать – Дмитрий Таланов, Инженер с большой буквы.

Знаете, есть такая страна – Финляндия, в которой звание инженера настолько значимо, что в свое время ежегодно издавался каталог с перечнем специалистов, его имеющих.

Хотелось бы, чтобы и в России когда-нибудь появилась такая славная традиция, благо в наш электронно-интернетный век завести такой ежегодно обновляемый каталог намного проще.

Статья, которую мы предлагаем вашему вниманию по инженерному коротка, точна и емка. Конечно, обо всем, что написал Дмитрий, можно рассказать намного подробнее, и в свое время наш журнал начал цикл статей о том, как в XIX веке происходило покорение электричества.

Георг Ом, Генрих Герц, Андре-Мари Ампер, Алессандро Вольт, Джеймс Ватт, Фарадей, Якоби, Ленц, Грамм, Фонтен, Лодыгин, Доливо-Добровольский, Тесла, Яблочков, Депрё, Эдисон, Максвелл, Кирхгоф, братья Сименсы и братья Вестингаузы – в истории электричества много славных имен, достойных того, чтобы мы о них помнили. В общем, если кому-то хочется припомнить подробности того, как все начиналось, милости просим, а статья Дмитрия – начало совсем другой истории. Очень надеемся, что она вам понравится, а продолжение статей Дмитрия Таланова мы увидим в самое ближайшее время.

Уважаемого Дмитрия от себя лично – с дебютом, ко всем читателям просьба – не скупитесь на комментарии!

Что такое электрический ток, откуда он берется и как добирается до наших домов?

Для чего нам электроэнергия и насколько она помогает нам жить, может узнать каждый, обведя критическим взглядом свое жилище и место работы

Первое, что бросается в глаза, это освещение. И верно, без него даже 8-часовой рабочий день превратился бы в муку.

Добираться до работы во многих мегаполисах и так небольшое счастье, а если придется это делать в темноте? А зимой так и в оба конца! Газовые фонари помогут на главных магистралях, но чуть свернул в сторону, и не видно ни зги.

Можно легко провалиться в подвал или яму. А за городом на природе, освещаемой только светом звезд?

Ночное освещение улицы,  pixabay.com

Удалять жару из офисов, куда с трудом добрался, без электричества тоже нечем. Можно, конечно, открыть окна и обвязать голову мокрым полотенцем, но надолго ли это поможет. Качающим воду насосам тоже нужно электричество, или придется регулярно ходить с ведром на ручную колонку.

Кофе в офисе? Забудьте! Только если всем сразу и не часто, чтобы дым от сгорающего угля не отравил рабочую атмосферу. Или за дополнительную денежку получать из соседнего трактира.

Отправить письмо в соседний офис? Надо взять бумагу, написать письмо от руки, затем ножками отнести его. На другой конец города? Вызываем курьера. В другую страну? А вы знаете, сколько это будет стоить? К тому же ответа не ждите ранее полугода из соседних стран и от года до пяти из-за океана.

Вернулись домой, надо зажечь свечи. Читать при них – мучение для глаз, поэтому придется заняться чем-то другим. А чем? ТВ нет, компьютеров нет, смартфонов – и тех нет, ибо нечем их запитать. Лежи на лавке и гляди в потолок! Хотя рождаемость точно повысится.

К этому следует добавить, что все пластмассы и удобрения сейчас получают из природного газа на заводах, где крутятся тысячи моторов, приводимых в движение всё тем же электричеством.

Отсюда список доступных удобрений сильно укорачивается до тех, которые можно приготовить из природного сырья в чанах, размешивая в них ядовитую жижу лопатками с ручным, водяным или паровым приводом.

Как результат, сильно сжимается объем производимых продуктов.

О пластмассах – забудьте! Эбонит – наше высшее счастье из длинного списка. А из металлов самым доступным становится чугун. Из медицины на сцену в качестве главного орудия снова выступают стетоскоп и быстро ржавеющий скальпель. Остальное канет в Лету.

Продолжать можно долго, но идея должна быть уже понятна. Нам нужно электричество. Мы можем выжить без него, но что это будет за жизнь! Так откуда же появилось это волшебное электричество?

Открытие электричества

Все мы знаем физическую истину, что ничто никуда бесследно не исчезает, а только переходит из одного состояния в другое. С этой истиной столкнулся греческий философ Фалес Милетский в VII веке до н. э.

обнаружив электричество как вид энергии, натирая кусок янтаря шерстью.

Часть механической энергии при этом перешла в электрическую и янтарь (на древнегреческом «электрон») электризовался, то есть приобрел свойства притягивать легкие предметы.

Этот вид электричества сейчас называют статическим, и он нашел себе широкое применение, в том числе в системах очистки газов на электростанциях.

Но в Древней Греции ему не нашлось применения и, если бы Фалес Милетский не оставил после себя записей о своих экспериментах, мы бы никогда не узнали, кто был тот первый мыслитель, заостривший свое внимание на виде энергии, являющейся едва ли не самой чистой среди всех, с которыми мы знакомы по настоящий день. Ею также наиболее удобно управлять.

Сам термин «электричество» – то есть «янтарность» – ввел в употребление Уильям Гилберт в 1600 году. С этого времени с электричеством начинают широко экспериментировать, пытаясь разгадать его природу.

Как результат, с 1600 по 1747 годы последовала череда увлекательных открытий и появилась первая теория электричества, созданная американцем Бенджамином Франклином. Он ввел понятие положительного и отрицательного заряда, изобрел молниеотвод и с его помощью доказал электрическую природу молний.

Далее в 1785 происходит открытие закона Кулона, а в 1800 году итальянец Вольта изобретает гальванический элемент (первый источник постоянного тока, предшественник нынешних батарей и аккумуляторов), представлявший собой столб из цинковых и серебряных кружочков, разделённых смоченной в подсоленной воде бумагой. С появлением этого, стабильного по тем временам, источника электричества новые и важнейшие открытия быстро следуют одно за другим.

Майкл Фарадей, читающий рождественскую лекцию в Королевском институте. Фрагмент литографии,  republic.ru

В 1820 году датский физик Эрстед обнаружил электромагнитное взаимодействие: замыкая и размыкая цепь с постоянным током, он заметил цикличные колебания стрелки компаса, расположенной вблизи проводника. А в 1821 году французский физик Ампер открыл, что вокруг проводника с переменным электрическим током образуется переменное электромагнитное поле.

Это позволило уже Майклу Фарадею в 1831 году открыть электромагнитную индукцию, описать уравнениями электрическое и магнитное поле и создать первый электрогенератор переменного тока. Фарадей вдвигал катушку с проводом в намагниченный сердечник и в результате в обмотке катушки появлялся электрический ток.

Фарадей также придумал первый электродвигатель – проводник с электрическим током, вращающийся вокруг постоянного магнита.

Всех участников «гонки за электричеством» невозможно упомянуть в этой статье, но результатом их усилий явилась доказуемая экспериментом теория, детально описывающая электричество и магнетизм, в соответствии с которой мы производим сейчас всё, что требует электричества для своего функционирования.

Постоянный или переменный ток?

В конце 1880-х годов, еще до появления мировых стандартов на производство, распределение и потребление промышленной электроэнергии, разразилась битва между сторонниками использования постоянного и переменного тока. Во главе противостоящих друг другу армий встали Тесла и Эдисон.

Оба были талантливыми изобретателями. Разве что Эдисон обладал куда более развитыми способностями к бизнесу и к моменту начала «войны» успел запатентовать множество технических решений, в которых использовался постоянный ток (в то время в США постоянный ток являлся стандартом по умолчанию; постоянным называется ток, направление которого не меняется по времени).

Но была одна проблема: в те времена постоянный ток было очень трудно трансформировать в более высокое или низкое напряжение.

Ведь если сегодня мы получаем электроэнергию напряжением 240 вольт, а наш телефон требует 5 вольт, мы втыкаем в розетку универсальную коробочку, которая преобразует что угодно во что угодно в нужном нам диапазоне, используя современные транзисторы, управляемые крошечными логическими схемами с изощренным программным обеспечением. А что можно было сделать тогда, когда до изобретения самых примитивных транзисторов оставалось еще 70 лет? И если по условиям электрических потерь требовалось повысить напряжение до 100’000 вольт, чтобы доставить электроэнергию на расстояние 100 или 200 километров, любые столбы Вольта и примитивные генераторы постоянного тока оказывались бессильны.

Понимая это, Тесла выступал за переменный ток, трансформация которого в любые уровни напряжения не представляла труда и в те времена (переменным считается ток, величина и направление которого периодически меняются со временем даже при неизменном сопротивлении этому току; при частоте сети 50Гц это происходит 50 раз в секунду). Эдисон же, не желая терять патентные отчисления себе, развернул кампанию по дискредитации переменного тока. Он уверял, что этот вид тока особо опасен для всего живого, и в доказательство публично убивал бродячих кошек и собак, прикладывая к ним электроды, соединенные с источником переменного тока.

Эдисон проиграл битву, когда Тесла предложил за 399’000 долларов осветить весь город Буффало против предложения Эдисона сделать то же за 554’000 долларов.

В день, когда город осветился электричеством, полученным от станции, расположенной у Ниагарского водопада и вырабатывающей именно переменный ток, компания General Electric выкинула постоянный ток из рассмотрения в своих будущих бизнес-проектах, полностью поддержав своим влиянием и деньгами переменный ток.

Томас Эдисон (США), Рис.: cdn.redshift.autodesk.com

Может показаться, что переменный ток навсегда завоевал мир. Однако у него имеются наследственные болячки, растущие из самого факта переменности. Прежде всего это электрические потери, связанные с потерями в индуктивной составляющей проводов ЛЭП, которые используются для передачи электроэнергии на большие расстояния.

Эти потери в 10-20 раз превышают возможные потери в тех же самых ЛЭП в случае протекания по ним постоянного тока.

Плюс сказывается повышенная сложность синхронизации узлов энергосистемы (для пущего понимания, скажем, отдельных городов), ведь для этого требуется не только выровнять напряжения узлов, но и их фазу, ибо переменный ток представляет собой волну синусоиды.

Отсюда видна и значительно большая приверженность к «качаниям» узлов по отношению к друг другу, когда напряжение-частота начинают меняться вверх-вниз, на что обычный потребитель обращает внимание, когда у него в квартире мигает свет.

Обычно это предвестник конца совместной работы узлов: связи между ними рвутся и какие-то узлы оказываются с дефицитом энергии, что ведет к снижению в них частоты (т.е.

к снижению скорости вращения тех же электродвигателей и вентиляторов), а какие-то с избытком энергии, приводящем к опасному повышению напряжения по всему узлу, включая наши розетки с подключенными к ним устройствам. А при достаточно большой длине ЛЭП, что, к примеру, критично для РФ, начинают проявляться и другие портящие настроение электрикам эффекты.

Не вдаваясь в детали, можно указать, что передавать электроэнергию переменного тока по проводам на сверхдальние расстояния становится трудно, а иногда и невозможно. Для сведения, длина волны частотой 50 Гц составляет 6000 км, и при приближении к половине этой длины – 3000 км – начинают сказываться эффекты бегущих и стоячих волн плюс эффекты, связанные с резонансом.

Эти эффекты отсутствуют при использовании постоянного тока. А значит, повышается стабильность работы энергосистемы в целом.

Принимая это во внимание, а также то, что компьютеры, светодиоды, солнечные панели, аккумуляторы и многое другое используют для своей работы именно постоянный ток, можно заключить: война с постоянным током еще не проиграна.

Современным преобразователям постоянного тока на любые используемые сегодня мощности и напряжения осталось совсем немного, чтобы сравняться в цене с привычными человечеству трансформаторами переменного тока. После чего, видимо, начнется триумфальное шествие по планете уже постоянного тока.

 itc.ua

Как происходит подача электроэнергии в наши дома | Инвертор, преобразователь напряжения, частотный преобразователь

Подача электроэнергии в многоквартирные и личные дома.

Электроэнергия вырабатывается на электростанции, дальше передается по ВЛЭП (высоковольтные полосы электропередач), позже попадает на городские и районные РЭС.

После РЭС электричество попадает на ТП (трансформаторные подстанции), где снижается до нужных нам 380/220 Вольт. И вот эти самые 380/220 вольт мы и получаем в конечном итоге у себя дома. Вот последнюю ступень мы и разглядим более тщательно.

На трансформаторной подстанции происходит снижение напряжения с 6кВ либо10кВ, зависимо от трансформатора, до 380В/220В. В трансформаторной подстанции, как и в обычном трансформаторе, есть две части- высочайшая и низкая.

Дальше, от трансформаторной подстанции под землей к дому прокладывают кабеля. Обычно, прокладывают два кабеля — основной и запасный, на случай аварии. В доме находится ГРЩ (главный распределительный щит) либо ВРУ (вводно-распределительное устройство).

В этажных распределительных щитах находятся приборы учета электроэнергии, автоматические выключатели. Зависимо от проекта, в щите на каждую квартиру предвидено два и поболее автоматических выключателя.

В ближайшее время, многие, делая ремонт в квартире, создают полную подмену проводки.

Для более комфортного и неопасного эксплуатирования электроприборов, устанавливают в квартире собственный, отдельный щит, где происходит рассредотачивание всей нагрузки через большее количество автоматов.

В таком случае, в этажном распределительном щите остается только доучетный автомат соответственного номинала и прибор учета (счетчик).

Подача электроэнергии в личный сектор происходит малость по другой схеме. Если в городских критериях все коммуникации (кабеля) проводят под землей, то сельской местности, почти всегда, питание трансформаторных подстанций осуществляется по ЛЭП.

На трансформаторы подается высокое- 6(10) кВ напряжение, дальше по проводам на личный сектор от трансформатора уходит уже низкое (относительно)-380/220В напряжение.

Приблизительно так смотрится схема подачи электроэнергии в наши дома.

Как электричество попадает в дом

Как электричество попадает в наши дома и квартиры? В этой статье  доступно простым языком, рассмотрена схема энергоснабжения частного дома и квартиры в многоэтажном доме. Рассмотрим две типовых схемы подачи электроэнергии в наши дома и квартиры.

1. Типовая схема подачи электроэнергии в частный дом.

В частном секторе электроэнергия от трансформаторной подстанции по воздушным линиям электропередач подается к домам потребителей.

От линии электропередач электроэнергия по проводам подается на герметичный бокс, который устанавливается на столбе или на фасаде дома. В боксе устанавливается вводной автоматический выключатель, к которому подключаются провода от воздушной линии.

После вводного автомата устанавливается прибор учета электроэнергии — электрический счетчик. Бокс пломбируется от возможности постороннего доступа энерго-обслуживающей организацией.

От бокса со счетчиком электроэнергия по кабелю подается в дом, где обычно устанавливают внутренний электрический щит.

В этом электрощите устанавливаются аппараты защиты: автоматические выключатели, устройства защитного отключения (УЗО) и другие модульные устройства.  К ним подключаются различные группы потребителей: электроплиты, водонагреватели, кондиционеры, розетки для подключения приборов, светильники.

Автоматические выключатели защищают цепи потребителей от токов короткого замыкания и перегрузок, а также позволяют при необходимости отключить конкретную электрическую цепь для проведения ремонтных работ.

2. Схема подачи электроэнергии в многоэтажных домах.

В многоэтажных домах подача электроэнергии происходит немного по другой схеме.

От трансформаторной подстанции электроэнергия подается к главному распределительному щиту ГРЩ здания, который обычно устанавливается в щитовой здания. Электрические кабели обычно прокладывают под землей.

От главного распределительного щита питающие кабели заводятся в каждый подъезд и по специальным этажным стоякам подводятся к этажным распределительным щитам, которые устанавливаются на каждом этаже в этажных коридорах.

В этажных распределительных щитах устанавливаются вводные автоматические выключатели и счетчики электроэнергии отдельно на каждую квартиру. Количество счетчиков такое же, как и количество квартир на этаже.

Групповые автоматические выключатели могут устанавливаться как в этажном распределительном щите, так и в отдельно вынесенном квартирном электрощите, который чаще всего устанавливается в прихожей квартир.

В общем случае схема электрической сети квартиры или дома будет выглядеть, как на схеме ниже.

• Электроэнергия от внешней электросети подается на вводной автоматический выключатель.
• После него подключается счетчик электроэнергии.
• После счетчика подключаются групповые автоматические выключатели, через которые подключаются потребители — бытовые приборы: электроплиты, водонагреватели, кондиционеры, светильники и др.
• Для большей наглядности посмотрите видео: Как электроэнергия попадает в дома и квартиры.
• Интересные статьи по теме:
• Как выбрать квартирный электрощит?
• Электрощит своими руками.
• Автоматические выключатели УЗО дифавтоматы — подробное руководство.
• Номиналы групповых автоматов превышают номинал вводного?
• Работа УЗО при обрыве нуля.
• Почему УЗО выбирают на ступень выше?
• Почему в жару срабатывает автоматический выключатель?
• Менять ли автоматический выключатель, если его «выбивает»?

Как электричество попадает к нам в дом. От электростанции до квартиры

Электроэнергия является неотъемлемой частью нашей жизни. Каждый день мы, не задумываясь, используем множество бытовых электроприборов, не говоря уже о производстве. А откуда берется так необходимая нам электроэнергия? Ответ на этот вопрос знают даже дети: ее производят электростанции.

А вот как она поступает от электростанции к нам, потребителям, знают не все. На этот вопрос мы постараемся ответить в нашей статье. Итак, начнем с электростанций. Все знают основные виды электростанций: АЭС, ГЭС, ТЭС.

Многие наверняка слышали о существовании дизельных генераторных установок и миниэлектростанций, которые все чаще используются на строительных площадках, в качестве защиты от обесточивания в больницах, а также могут обеспечить электроэнергией частный дом и т.д. В Европе для получения электроэнергии используют также энергию ветра и солнечную энергию.

Ученые всего мира также работают над альтернативными видами электроэнергии, такими как реакция синтеза, электростанции на биомассе. В нашей стране на сегодняшний день основными источниками электроэнергии являются АЭС, ГЭС и ТЭС. Более половины электроэнергии производят тепловые электростанции.

Чаще всего такие электростанции располагаются в местах добычи топлива. В городах могут также использоваться теплоэлектроцентрали, которые обеспечивают город не только электроэнергией, но и горячей водой и теплом. Наиболее дешевую электроэнергию производят гидроэлектростанции. Атомные электростанции – наиболее современные.

Одним из важнейших преимуществ является тот факт, что они не привязаны к источнику сырья, а, следовательно, могут быть размещены практически в любом месте. АЭС также не загрязняют окружающую среду, при условии учета всех природных факторов и выполнения требований к их постройке.

Но вот у нас есть электростанция, которая производит электроэнергию. Что же происходит дальше? А дальше электроэнергия с электросъёмных шин и кабелей подаётся в электрическую часть электростанции, которая бывает открытого, закрытого и комбинированного типа.

В электрочасти находится диспетчерский пункт управления электростанцией, автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП), коммутационные аппараты, релейная защита, контрольно — измерительные приборы и сигнализации, высоковольтные повышающие и понижающие трансформаторы, высоковольтные выключатели, сборные шины и автотрансформаторы.

После преобразования энергии электричество подаётся на высоковольтную линию электропередач (ВЛЭП). Линии электропередач, предназначенные для транспортировки электроэнергии на большие расстояния, должны иметь большую пропускную способность и малые потери, и состоят из проводов, опор, крепёжной арматуры, грозозащитных тросов, а также вспомогательных устройств.

По своему назначению ЛЭП подразделяются на сверхдальние, магистральные и распределительные. Основными элементами воздушных линий электропередач являются металлические опоры, которые устанавливаются на определенном расстоянии друг от друга. Они бывают анкерными, промежуточными и угловыми.

Анкерные опоры устанавливают в начале и конце линии электропередач, а также в местах перехода инженерных сооружений или естественных преград. Промежуточные опоры устанавливаются на прямых участках и предназначены для поддержки проводов с допустимым провисанием 6-8 метров в населённой местности, и 5-7 метров — в не населённой.

Угловые опоры устанавливаются на углах поворота линии электропередач. Специальные транспозиционные опоры устанавливаются для изменения порядка расположения проводов на опорах, а так же для ответвления проводов от магистральной линии ВЛЭП.

Для передачи электроэнергии в высоковольтных линиях электропередач применяются неизолированные провода, изготовленные из алюминия и сталеалюминия следующих марок: АН, АЖ, АКП (алюминиевые) и ВЛ, АС, АСКС, АСКП, АСК (сталеалюминевые).

Провода к опорам крепятся при помощи поддерживающих или натяжных изоляторов, которые монтируются на опору подвесным способом, и крепёжной арматуры. В свою очередь изоляторы бывают фарфоровые, с покрытием из глазури, стеклянные, из закалённого стекла, и полимерные, из специальных пластических масс. Для защиты линии электропередач от молнии на опорах натягиваются грозозащитные тросы, устанавливаются разрядники, а опоры заземляются. Так как линия обычно тянется на большое расстояние, то во избежание потерь напряжения используются промежуточные подстанции с повышающими трансформаторами.

Для дальнейшего распределения электроэнергии к магистральным ВЛЭП подключаются распределительные подстанции, которые в свою очередь раздают электроэнергию на понижающие подстанции. При распределении электроэнергии от подстанции к КТП может использоваться 2 типа прокладки кабелей: воздушный и под землей.

При воздушной прокладке обычно используют алюминиевые или сталемедные неизолированные провода, которые подвешиваются на опорах. При подземной прокладке используется силовой кабель с медными или алюминиевыми токопроводящими жилами и броней, которая обеспечивает надежную защиту от механических воздействий.

К кабелям такого типа относятся марки, предназначенные для эксплуатации на напряжение до 35 кВ, например АСБл или СБЛ (6-10 кВ), ПвПБВ или АПвПгТ (10-35 кВ).

Если трансформаторная подстанция находится на большом расстоянии, то использование силового кабеля будет экономически не выгодным, в таком случае используется воздушная прокладка.

От понижающей подстанции по линиям электропередач энергия распределяется между КТП, которые разделяются на мачтовые и киосковые (проходные и тупиковые). Комплектные трансформаторные подстанции осуществляют понижение напряжения с 10(6) до 0,4 кВ переменного тока частотой 50 Гц и предназначены для подачи электроэнергии в частные дома, отдельные населенные пункты или небольшие промышленные объекты. В мачтовых трансформаторных подстанциях ввод и вывод кабеля осуществляется при помощи воздушных линий. КТП киоскового типа служат для тех же целей, но устанавливаются в простейшую бетонную площадку и имеют серьезное преимущество – они позволяют осуществлять ввод и отвод, как воздушным путем, так и под землей.

Для отвода воздушных линий используется самонесущие алюминиевые изолированные провода СИП, которые подвешиваются на деревянных или бетонных опорах при помощи монтажной арматуры.

Такой способ прокладки распределительной линии используется в частных секторах, гаражных кооперативах или там где необходимо запитать большое количество потребителей находящихся на некотором расстоянии друг от друга.

Для прокладки подземных линий используется силовой кабель с алюминиевыми или медными жилами, с изоляцией из различных материалов, экранированный, бронированный, с защитным покровом или без него. В зависимости от способа прокладки могут использоваться различные марки кабеля.

Для прокладки в специальных двустенных гофрированных трубах могут использоваться силовые кабели без защитного покрова и брони, такие, как АВВГ или ВВГ. Для прокладки в траншеях используются кабели с броней и защитными покровами, которые имеют хорошую защиту от физического и механического воздействия.

Это такие кабели как АВБбШв и ВБбШв (с броней и защитным покровом) или АВВБГ и ВВБГ (с броней без защитного покрова). Кроме того, в зависимости от характера блуждающих токов, могут использоваться силовые кабели с различными видами экранов, которые предназначены для прокладки, как в траншеях, так и в защищенных трубах. К таким кабелям относятся марки АПвЭгП или АПвАШв.

От трансформаторной подстанции электроэнергия по выбранным проводам передается на распределительные пункты, которые находятся в специально отведенных для этого комнатах (щитовых).

В щитовых устанавливаются распределительные устройства, которые не только обеспечивают передачу электроэнергии в квартиры, но также осуществляют запитку этажного и аварийного освещения, лифтов, систем вентиляции, кондиционирования и систем безопасности.

Распределение от электрощитовой до этажных щитов, осуществляется при помощи кабелей, которые согласно условиям пожарной безопасности должны не распространять горение и иметь низкие показатели дымо и газовыделения. К таким маркам кабелей можно отнести АВВГнг-LS (алюминиевые токопроводящие жилы), ВВГнг-LS (медные жилы).

Для прокладки магистральной линии используется лоток лестничный и специальные крепежные скобы, которые обеспечивают сохранность кабеля на весь срок службы. Кроме того, для подвода питания от щитовой на этажные щиты может применяться шинопровод, который имеет ряд плюсов по сравнению с кабельной магистральной линией.

К ним можно отнести удобство монтажа (секции без особых проблем собираются и монтируются в нишу), меньшие габариты по сравнению с кабельной линией (секции состоят из медных или алюминиевых шин, которые зачищены металлическим корпусом), удобство дальнейшей эксплуатации. И, наконец, от этажных щитов электроэнергия поступает на счетчик либо щит учетно-распределительный щит квартиры.

 

Передача электроэнергии

Передача электрической энергии — технология передачи энергии от мест генерирования к местам потребления. Передача электроэнергии осуществляется посредством электрических сетей, в состав которых входят преобразователи, линии электропередачи и распределительные устройства.

История

Линии электропередач в Германии

Возможность передачи электроэнергии на расстояние впервые обнаружил Стивен Грей в 1720-е годы. В опытах Грея заряд передавался по шёлковому проводу на расстояние до 800 футов[1]

До конца XIX века электричество использовалось только поблизости от мест генерации. Это, в свою очередь, ограничивало степень использования доступных ресурсов, так как большие мощности для местного производства не требовались.

С изобретением электрического освещения необходимость передачи электричества на большие расстояния стало актуальной проблемой, так как освещение требовалось в первую очередь в крупных городах, удалённых от источников энергии[2].

В 1873 году Фонтен впервые продемонстрировал генератор и двигатель постоянного тока, связанные проводом длиной 2 км. В 1874 году Ф. А. Пироцкий осуществил передачу электроэнергии мощностью 6 л. с.

на расстояние 1 км, а в 1876 году повторил опыт, используя в качестве проводника рельсы Сестрорецкой железной дороги длиной 3,5 км. В конце 1870-х — начале 1880-х Д. А. Лачинов показал, что потери энергии при передаче имеют обратную зависимость от напряжения, а П. Н. Яблочков и И. Ф.

Усагин создали первые трансформаторы, что позволило Усагину на Всероссийской выставке в Москве в 1882 году продемонстрировать первую высоковольтную систему передачи электроэнергии, включавшую повышающий и понижающий трансформаторы и линию электропередачи.

В том же году на Мюнхенской выставке опыт передачи постоянного электрического тока напряжением до 2000 В на расстояние 60 км продемонстрировал Марсель Депре, при этом потери составили 78 %[2].

Прорывом в передаче электроэнергии на большие расстояния стал опыт М. О. Доливо-Добровольского на международной электротехнической выставке во Франкфурте-на-Майне в 1891 году, в ходе которого энергия от установки на реке Неккар в городе Лауффен была передана во Франкфурт по трёхфазной линии на 175 км.

Энергия передавалась при напряжении 15200 В, преобразование осуществлялось с помощью трёхфазных трансформаторов. КПД линии достигал 80,9 %, а передаваемая мощность — более 100 л. с., использованных для работы электрического двигателя и освещения. Опыт способствовал внедрению трёхфазного переменного тока и высоковольтных систем передачи.

К 1910 году в США появились первые линии 110 кВ, в 1923 — 220 кВ, в то же время началось внедрение высоковольтных линий в Европе[2].

Передачи энергии на постоянном токе, в первую очередь, по системе Тюри, имела некоторое распространение в начале XX века, в частности, функционировали линия в Батуми протяжённость 10 км и линия Мутье-Лион протяжённостью 180 км, но в конце концов они были демонтированы и заменены линиями переменного тока[2].{2}}{Z_{0}}}}

• где

  U

  {displaystyle U}

  — напряжение, В;

  Z

  0

  {displaystyle Z_{0}}

  — волновое сопротивление, Ом.

• Например, для линии 110 кВ пропускная способность составляет 30 МВт
• Пропускную способность снижают потери энергии[8], другим ограничением является устойчивость параллельной работы синхронных машин, находящихся на концах линии[9].

Примечания

1. ↑ Храмов Ю. А. Грей Стефен (Gray Stephen) // Физики: Биографический справочник / Под ред. А. И. Ахиезера. — Изд. 2-е, испр. и дополн. — М.: Наука, 1983. — С. 91. — 400 с. — 200 000 экз. (в пер.)
2. ↑ 1 2 3 4 Крачковский, 1953, с.

   6—12.

3. ↑ Крачковский, 1953, с. 23—24.
4. ↑ Крачковский, 1953, с. 24.
5. ↑ 1 2 Крачковский, 1953, с. 22.
6. ↑ Крачковский, 1953, с. 23.
7. ↑ Крачковский, 1953, с. 27.
8. ↑ Крачковский, 1953, с. 28.
9. ↑ Крачковский, 1953, с. 31.

Литература

• Крачковский Н. Н. Передача электрической энергии на дальние расстояния / Отв. ред. академик А. В. Винтер. — М.: Издательство Академии наук СССР, 1953.
• Герасименко А. А., Федин В. Т. Передача и распределение электрической энергии: Учебное пособие. — 2-е. — Ростов-на-Дону: Феникс, 2008. — 715 с. — (Высшее образование).

См. также

• Распределение электроэнергии

Для улучшения этой статьи желательно: Проставить для статьи более точные категории. Добавить иллюстрации. Пожалуйста, после исправления проблемы исключите её из списка параметров. После устранения всех недостатков этот шаблон может быть удалён любым участником.

Передача электроэнергии на большие расстояния

 

Передача новостей на большие расстояния всего пару сотен лет назад казалась чем-то из области фантастики. Время почтовых голубей, издревле использовавшихся римлянами, персами, и египтянами, прошло после изобретения телеграфной связи. С уверенностью можно сказать, что с передачей энергии на большие дистанции в те же периоды истории дела обстояли гораздо хуже. Проводники с высоким сопротивлением, низкое напряжение, серьезная коммерческая борьба за использование постоянного тока – лишь некоторые из факторов, тормозивших развитие электрических систем и сетей.

Ни для кого не секрет, что энергетику можно назвать достаточно консервативной отраслью. Если сравнивать скорость развития тепло- и электроэнергетики с прогрессом в информационных технологиях за одинаковые периоды времени, то разница чувствуется особенно резко. Окружающие нас сенсорные дисплеи с ультравысоким разрешением, искусственный интеллект, повсеместный и универсальный доступ к сети Интернет заметно развились с начала этого столетия. Однако опоры линий электропередачи (ЛЭП) до сих пор несут на себе тысячи километров сталеалюминиевыех проводов, перегрузки предотвращаются автоматическими выключателями, не сильно изменившимися за последние 70 лет. Суперпроводники, работающие при комнатной температуре, так и остались артефактами на страницах научных журналов и научно-популярной литературы. Чем же вызвана кажущаяся неповоротливость энергетики? Какие факторы на это влияют? И как вообще происходит передача электроэнергии на большие расстояния? Обо всем по порядку.

Как отмечалось выше, исторически сложилось, что изначально сторонников передачи электричества с использованием постоянного тока было больше. Такой перевес не был обусловлен точными расчетами, имела место пропаганда в СМИ и реклама. Почему же сейчас в контексте передачи электроэнергии мы слышим лишь о переменном токе?

Все начинается с электростанций. И для производителей, и для потребителей электроэнергии экономически выгодно иметь один централизованной источник энергии, а не множество разрозненных. От таких центров питания финансово целесообразно прокладывать ЛЭП к потребителям. Как известно, мощность (а в каждый момент времени по проводам передается именно мощность) равна произведению напряжения на ток. Для получения одной и той же мощности можно либо увеличить ток и снизить напряжение, либо сделать наоборот.

Случай с низким напряжением и высоким током очень неэффективный, при такой стратегии потери электроэнергии на длинных ЛЭП могут составлять 60 и более процентов. Случай с высоким напряжением и низким током гораздо более выгодный. При использовании постоянного тока увеличение уровня напряжения составляет серьезную проблему, а вот с переменным этого добиться очень просто. Трансформаторы – это электрические машины, преобразующие электрическую мощность с низкого напряжения в мощность с высоким напряжением. Чем длиннее ЛЭП, тем под более высоким напряжением находятся ее провода. Кроме того, бесчисленное количество заводов и предприятий используют электродвигатели. Двигатели постоянного тока в сравнении с двигателями переменного тока безусловно проигрывают: их КПД ниже, в них больше трущихся частей, их конструкция сложнее. Поэтому большинство электродвигателей в мире – это двигатели переменного тока.

Теперь, зная ответ на вопрос, почему победа осталась за переменным током, можно взглянуть на энергосистему с большей высоты. Различные электростанции в разных уголках планеты производят электричество. Говоря упрощенно, от электрогенераторов на станциях провода тянутся к трансформаторной подстанции (ТП), повышающей напряжение до 35, 110, 330, или 750 кВ. Провода на опорах оттуда тянутся к потребителям – в города и на заводы, где напряжение снова понижается на понижающих ТП до уровня, необходимого потребителю. Это напряжения в 0.4, 1, 10 кВ. Точка, в которой соединяются две и более ЛЭП, называется электрической подстанцией. Таким образом различные электростанции одной страны связываются в одну энергосистему, а энергосистемы разных стран – в объединенную энергосистему.

Трансформатор на подстанции

Передача энергии на большие расстояния – это всегда вопрос компромисса. Что выгоднее: строить новую электростанцию или прокладывать ЛЭП от существующих станций на огромное расстояние? Например, суммарная протяженность ЛЭП в Беларуси на начало 2019 года составляла почти 280 000 км. Где и как строить линию электропередачи? При монтаже опор огромное значение играет рельеф местности и характер грунта, а также наличие населенных пунктов, дорог и деревьев.

От потребляемой мощности зависит напряжение сети. От мощности, напряжения, и, как ни странно, погоды зависит выбор проводов, изоляторов и опор. При строительстве энергоемких предприятий надо решить: питаться от существующей подстанции или монтировать ТП в цеху? В целом при строительстве объектов решается вопрос о категории электроснабжения, то есть нужно ли прокладывать резервные линии и если да, то сколько? Отдельный и сложный вопрос представляет собой устойчивость энергосистемы, то есть ее способность функционировать, когда пропадает питание от электростанций или ЛЭП вследствие запланированного ремонта или аварии.  

Ротор турбогенератора

На данный момент принимается множество решений для модернизации энергосистем, например, привычные провода заменяют на алюминиевые с композитным тросом вместо стального. Это уменьшает провис проводов, увеличивает безопасную зону вокруг ЛЭП и их надежность. В целом же человечество еще не вышло на революционно новые методы производства и передачи электроэнергии.

Пожалуй, можно сказать, что в современном мире электроэнергетика находится на третьем месте после воздуха и воды. Миллионы километров проводов и кабелей смонтированы, огромные генераторы (диаметром до 16 метров) прочно закреплены на земной поверхности, это и объясняет вынужденную неповоротливость и стратегическую важность высоковольтной электроэнергетики.

Для обслуживания и проверки ЛЭП и электрических сетей существуют лаборатории электрофизических измерений. К таким, например, относится компания «ТМРсила-М», имеющая многолетний опыт работы в энергетике и сформированная из опытных специалистов.

 

Как передается электроэнергия и как запитаны города и предприятия

Современные системы электроснабжения промышленных предприятий состоят из устройств производства электроэнергии и (или) пунктов приема ее из энергосистемы — главных понизительных подстанций (ГПП), главных распределительных пунктов (ГРП). промежуточных распределительных пунктов (РП), десятков и даже сотен трансформаторных подстанций (ТП), а также преобразовательных подстанций (ПП), линий электропередачи (ЛЭП) значительной протяженности, связывающих сетевые объекты по определенным схемам.

Эти схемы характеризуются значительным многообразием и имеют структурное, иерархическое построение, представляющее собой ориентированный граф, где корнем являются источники питания, вершинами — отдельные электроприемники. Между 0-м и 1-м уровнями организуется внешнее, 1-м и 5-м — внутреннее (внутризаводское — 1—3-й уровни, цеховое — 3—5-й уровни) электроснабжение.

Способы электроснабжения предприятий

Электроснабжение промышленных предприятий в основном осуществляется от районных электроэнергетических систем (централизованное электроснабжение). Возможны варианты и комбинированного питания, при котором предприятие получает электрическую энергию от электроэнергетических систем (ЭСС) и собственной электростанции, а также в редких случаях обеспечения предприятия питанием только от собственной электростанции.

Целесообразность сооружения собственной электростанции обуславливается технико-экономическими соображениями, среди которых: потребность в тепловой энергии для производственных нужд, удаленность предприятия от энергосистем, наличие и возможность использования вторичных энергоресурсов в качестве топлива для электростанции, уровень надежности электроснабжения.

Питание промышленного предприятия может быть подведено к одному общему или к двум и более приемным пунктам. От одного пункта приема электроэнергии могут питаться одно или более промышленных предприятий, расположенный вблизи микрорайон или другие потребители. Все пункты приема электроэнергии от ЭЭС, а также собственные станции предприятия электрически связываются между собой. Наличие того или иного пункта приема электроэнергии на промышленном предприятии обуславливается в основном величиной потребляемой мощности и удаленностью предприятия от источника питания. Например, при относительно небольшом расстоянии (до 8 км) предприятия малой и средней мощности в большинстве случаев получают электроэнергию на напряжении 6—20 кВ, пунктом приема является ГРП, который без трансформации указанного напряжения распределяет электроэнергию внутри предприятия.

Малые предприятия имеют в основном один пункт приема электроэнергии в виде распределительного пункта 6—20 кВ или цеховой трансформаторной подстанции. Предприятия малой и средней мощности располагают одним-двумя приемными пунктами в виде ГПП, ГРП; предприятие большой мощности — одним или более приемными пунктами в виде ГРП, ГПП, ПГВ.

Пункты приема электроэнергии могут питаться отпайками от проходящих ЛЭП или непосредственно от распределительных устройств подстанций и электростанций энергосистемы.

Внутризаводское электроснабжение на действующих предприятиях выполняется по ступенчатому принципу в основном на напряжении 6—10 кВ. Перспективным является перевод сети с 6 на 10 кВ. а на вновь строящихся крупных предприятиях — применение напряжения 20 кВ.

Назначение распределительных подстанций

При одноступенчатых схемах отсутствуют промежуточные РП. При двух- и более ступенчатых схемах применяются РП. от которых питаются ТП и высоковольтные электроприемники второй ступени, а также РП последующей ступени распределения электроэнергии.

Необходимость сооружения и количество промежуточных РП определяются в основном величиной и территориальным размещением электрической нагрузки. Количество ТП регламентируется выбранной мощностью силовых трансформаторов и их количеством на подстанции. При глубоких вводах внутризаводское электроснабжение может осуществляться на напряжении 35 кВ и выше. При этом к потребителям подводится максимально высокое напряжение и применяются разукрупненные понизительные подстанции глубоких вводов (ПГВ) 35/0,4; 110/6—10 кВ.

Цеховое электроснабжение осуществляется в основном на напряжении 380/220 В с перспективой применения при наличии технико-экономического обоснования напряжения 660 В.

Источники питания крупных городов

Источниками питания электроснабжения городов являются энергосистема и собственные электростанции предприятий, отдельные микрорайоны могут питаться от пунктов приема электроэнергии близлежащих промышленных предприятий.

Электроснабжение городов осуществляется в основном от районных подстанций, питающихся от энергосистемы.

Электроснабжение промышленных предприятий, городов выполняется посредством электрических сетей (распределительных сетей до и выше 1 кВ) — каналов передачи и преобразования электроэнергии. Питание конкретного электроприемника (узла нагрузки) осуществляется по основному каналу, предусмотренному проектом.

Однако следует отметить, что каналы питания электроприемников вследствие управления режимами распределения электроэнергии, вывода в плановый ремонт отдельного оборудования, а также отказов отдельных элементов системы не постоянны во времени и могут в значительной степени претерпевать изменения своей конфигурации. Происходит это потому, что электрическое оборудование системы электроснабжения может находиться в различных состояниях: в работе, ремонте или резерве.

С целью обеспечения определенной »живучести» и необходимой степени надежности системы электроснабжения оснащаются релейной защитой и сетевой автоматикой — автоматическим вводом резерва (АРВ), автоматическим повторным включением (АПВ), автоматической частотной разгрузкой (АЧР).

Откуда в доме тепло и свет? Почему нужно экономить электроэнергию

Нас с детства учили выключать свет, когда выходишь из комнаты, и отключать приборы из розетки, когда их не используешь, только не объясняют, почему. Электричество, горячая вода, отопление — незаменимые атрибуты современной жизни. Мы ежедневно пользуемся электроприборами, освещение делает наши дома и квартиры удобными и уютными, а улицы — безопасными, батареи согревают жилые пространства зимой, а без горячей воды сложно обойтись даже летом — вспомните, сколько дискомфорта приносит отключение горячей воды. Мы привыкли к этому, но мало кто задумывается, что свет и тепло — результат сложного процесса, который сильно нагружает природу и требует ресурсов в больших объемах.

Ресурсы — энергия — свет и тепло

Ничто в мире не исчезает в никуда и не появляется из ниоткуда. Так и у электричества, горячей воды и тепла есть источники. Это полезные ископаемые: уголь, газ, нефть и нефтепродукты, урановая руда, а также возобновляемые источники — ветер, вода, солнечный свет, приливы и отливы, биомасса и термальные источники. Прежде, чем свет и тепло достигнут наших домов, ресурсы проходят долгий путь. Сначала они добываются и доставляются на электростанцию. На электростанции из них вырабатывается энергия, которая передается и распределяется по территории и в конце концов доходит до нас.

Мы видим провода, по которым передается электричество, а откуда они тянутся,  знают далеко не все. Все, что происходит на электростанции, остается за границами нашего восприятия. Аналогично можно видеть часть труб, по которым течет горячая вода, но где же они берут начало? В централизованных котельных или на тех же электростанциях. Большинство электростанций, кроме электроэнергии, производят тепло — оно является побочным продуктом выработки энергии.

Тепловые электростанции

В России 57,7% электроэнергии производится на тепловых электростанциях (ТЭС). В процессе сгорания ископаемого топлива образуется тепловая энергия пара — она используется для отопления. Далее пар с высоким давлением приводит во вращение турбину. Турбина вращает магнит внутри генератора, который вырабатывает электроэнергию.

Фундамент этого процесса — источники первичной энергии. Это ископаемые виды органического топлива: нефть, уголь и природный газ. Чаще всего на ТЭС используются последние два.

Доля угля в топливно-энергетическом балансе России составляет 15%. Уголь — недорогой вид топлива и широко представлен в разных регионах. Кроме того, разведанные запасы угля больше, чем разведанные запасы природного газа. Но угольные ТЭС обладают более низким КПД по отпуску электроэнергии и быстрее изнашиваются.

В России природный газ составляет 40% первичной энергии. Газ доступен практически во всех промышленных зонах России и более эффективен экономически: электрический КПД современной газовой электростанции может достичь 60%, в то время как угольной — максимум 34%. Кроме того, газ — более чистое топливо: при его сгорании выделяется почти в два раза меньше углекислого газа, чем при сгорании угля.

В малой энергетике (например, в отдаленных регионах, которые не могут быть подключены к общей сети, или на отдельных объектах) чаще всего в виде топлива используются нефтепродукты — мазут и дизель. Дизельное топливо (солярка) — нефтепродукт, который образуется в результате перегонки нефти, но это дорогой и вредный для окружающей среды вид топлива. В середине двадцатого века на некоторых ТЭС активно использовали мазут — смесь тяжелых углеводородов, остаточный продукт перегонки нефти. Но сейчас в качестве основного топлива он не используется из-за высокой цены.  Что к лучшему — при сжигании мазута выделяется много оксида серы. 

Какой бы из видов топлива не использовался, при его сжигании на ТЭС выделяется углекислый газ и водяной пар. Серый дым, который поднимается из тонких труб ТЭС, — это продукты сгорания, включающие СО2 и массу других вредных элементов. Водяной пар можно увидеть над большими трубами — он так же, как и СО2, является парниковым газом, а значит, его выбросы способствуют изменению климата.

Каждый раз, включая свет или электроприборы, представьте себе картинку: у вас в доме горит свет, работает стиральная машина, заряжается телефон — а на другом конце электросети производится энергия, и парниковые газы поступают в атмосферу. Нас с детства учат выключать свет, когда выходишь из комнаты, и отключать приборы из розетки, когда их не используешь, только не объясняют, почему. Парниковые газы — одна из весомых причин приобрести такую привычку. А еще нефть, уголь, газ — исчерпаемые ресурсы, их запасы не смогут обеспечить энергией будущие поколения. Кроме того, с каждым расходуемым киловаттом энергии ресурсы исчезают из недр земли, а значит, разрушаются экосистемы.

Атомные электростанции (АЭС)

В России 18,7% электроэнергии вырабатывается на атомных электростанциях (АЭС). В качестве топлива на них использует Уран-235, и на этих станциях установлен ядерный реактор. В остальной сам процесс выработки энергии похож на ТЭС, с единственным отличием на первом этапе — тепловая энергия образуется в результате распада Урана-235.

В отличие от ТЭС, при работе атомных электростанций (АЭС) не создаются выбросы вредных веществ в атмосферу. Атомные станции в Европе ежегодно помогают сократить выбросы на 700 млн тонн СО2, в России на 210 млн тонн СО2. Но в результате работы ядерного реактора образуются радиоактивные отходы. Часть из них перерабатывается для дальнейшего использования, остальное держат в специальных хранилищах, чтобы они не нанесли вред человеку и окружающей среде. То есть эти отходы будут накапливаться и храниться — по человеческим меркам — вечно.

Обеспечение безопасности на АЭС — очень сложный и важный момент. Малейшие нарушения чреваты тяжелыми последствиями, которые распространяются на большие территории и делают их не просто непригодными для жизни, но и опасными для здоровья. Есть печальные случаи — Чернобыль и Фукусима-1. Свести риски к минимуму, обеспечив безопасность работы АЭС на 100%, увы, невозможно. А радиацию человек нейтрализовать не способен.

Возобновляемые источники энергии

17,7% электроэнергии в России производится на гидроэлектростанциях (ГЭС).

Гидроэнергетика в России хорошо развита, так как на территории страны много крупных рек. Это способ отказаться от «грязных» видов топлива там, где есть подходящие реки. В ходе выработки энергии на ГЭС не создается выбросов — это главное преимущество. Но и у этой системы есть свои минусы — строительство и эксплуатация ГЭС сильно изменяет речные экосистемы. 

Многие страны обеспокоены климатическими изменениями и поэтому стремятся отказаться от углеводородов в пользу возобновляемых источников энергии (ВИЭ), чтобы снизить выбросы парниковых газов. В России доля ВИЭ пока меньше 1%. 

Главное преимущество ВИЭ в том, что в результате их использования не создаются выбросы парниковых газов и вредных веществ, и они неиссякаемы. Но развитие ВИЭ тормозит ряд недостатков: многие зависят от метеорологических и климатических условий, большинство неконкурентоспособны, невозможна транспортировка такой энергии на дальние расстояния. 

По данным системного оператора единой электроэнергетической системы России, суммарная установленная электрическая мощность ветряных электростанций в стране составляет всего 0,08% от установленной мощности всех электростанций. Биоэнергетика — одно их самых перспективных направлений для России. Наибольшим потенциалом обладают сферы утилизации отходов — аграрного и деревообрабатывающего секторов и пищевой промышленности. На морских (приливных) электростанциях для производства электроэнергии используется движения волн, приливов и отливов. Единственная в России морская электростанция расположена в Мурманской области на берегу залива Кислая губа. Она была построена в рамках эксперимента и до сих пор функционирует в этом режиме. Солнечная энергетика в России развивается очень медленно, несмотря на то, что солнца здесь гораздо больше, чем во многих странах Европы, где солнечные батареи используются повсеместно. 

Но не все так солнечно и в области возобновляемой энергетики. У ветровых турбин много противников из-за их негативного воздействия на окружающую среду, в частности, из-за угрозы для птиц, а также высокого уровня шума. Производство солнечных батарей энергоемко, а процессы биоэнергетики могут нарушить минеральный баланс почвы. Это ставит под вопрос экологичность данных типов производства энергии.

Производство энергии, даже из возобновляемых источников, создает серьезные экологические проблемы. Поэтому необходимо разрабатывать новые способы ее получения — более безопасные и менее ресурсоемкие. Но пока экосистемы разрушаются, климат продолжает стремительно изменяться, запасы ресурсов сокращаются. Поэтому разумное использование энергии и бережное отношение к ней — это необходимость и привычка, которая поможет снизить вредное воздействие на окружающую среду. И она доступна каждому из нас.

 

Подготовила Татьяна Иванникова

Источники фото: PxHere, Wikimedia Commons (ПАО «Мосэнерго»/Анна Самарина; Trougnouf; Andshel)

 

Присоединяйтесь к онлайн-марафону «Позитивная энергия»!
Давайте вместе беречь энергию, устраивать цифровой детокс и использовать электротехнику с умом!

Присоединиться

Основы системы передачи электроэнергии

Электроэнергетика Основы системы передачи электроэнергии

21.04.2020 Автор / Редактор: Люк Джеймс / Erika Granath

Передача электроэнергии включает в себя массовое перемещение электроэнергии от генерирующей площадки, такой как электростанция или электростанция, на электрическую подстанцию, где напряжение преобразуется и распределяется между потребителями или другими подстанциями.

Связанные компании

Технологии передачи и распределения электроэнергии (T&D) включают компоненты, используемые для передачи и распределения электроэнергии от объектов генерации до конечных пользователей.

(Источник: Unsplash)

Взаимосвязанные линии, по которым передается электроэнергия, известны как «передающая сеть», и они образуют систему передачи электроэнергии или, как это более широко известно, энергосистему.

Первичная передача

Базовое представление энергосистемы с передачей, выделенной синим цветом.

(Источник: Solo Nunoo через ResearchGate)

Когда она вырабатывается на электростанции, электрическая энергия обычно находится в диапазоне от 11 кВ до 33 кВ. Перед отправкой в ​​распределительные центры по линиям электропередачи он повышается с помощью трансформатора до уровня напряжения, который может находиться в диапазоне от 100 кВ до 700 кВ или более, в зависимости от расстояния, на которое его необходимо передать; чем больше расстояние, тем выше уровень напряжения.

Причина, по которой электрическая мощность повышается до этих уровней напряжения, состоит в том, чтобы сделать ее более эффективной за счет снижения потерь I2R, которые имеют место при передаче энергии. Когда напряжение повышается, ток уменьшается относительно напряжения, так что мощность остается постоянной, тем самым уменьшая эти потери I2R.

Этот этап известен как первичная передача – передача большого количества электроэнергии от начальной генерирующей станции к подстанции по воздушным линиям электропередачи.В некоторых странах подземные кабели также используются в случаях, когда передача осуществляется на более короткие расстояния.

Вторичная передача

Когда электрическая энергия достигает приемной станции, напряжение понижается до значения обычно от 33 кВ до 66 кВ. Затем он отправляется на линии передачи, выходящие из этой приемной станции, на электрические подстанции, расположенные ближе к «центрам нагрузки», таким как города, деревни и городские районы. Этот процесс известен как вторичная передача.

Когда электрическая мощность достигает подстанции, она снова понижается понижающим трансформатором до напряжений, близких к тем, при которых она была произведена – обычно около 11 кВ. Отсюда фаза передачи переходит в фазу распределения, и электроэнергия используется для удовлетворения спроса первичных и вторичных потребителей.

(ID: 46489228)

Основы электричества | Американская ассоциация государственной энергетики

Что такое электричество?

Люди используют электричество каждый день – чтобы заряжать телефоны, приводить в действие компьютеры, включать свет, готовить ужин и заваривать утреннюю чашку кофе.

Электричество – это поток электрического заряда. Дома, здания и предприятия получают электроэнергию через взаимосвязанную систему, которая генерирует, передает и распределяет электроэнергию, также называемую сетью.

ПОКОЛЕНИЕ : Электричество производится, когда определенные силы (механические, магнитные, тепловые или световые) взаимодействуют с энергоресурсами – солнечным светом, ветром, водой, природным газом, углем, нефтью, ядерной энергией. Различные процессы преобразуют потенциальную энергию этих ресурсов в электрический ток, который представляет собой движение заряженных частиц.

ПЕРЕДАЧА : Электрический ток затем перемещается к группе взаимосвязанных линий электропередач и другому оборудованию. Эти линии перемещают электричество от источника, часто передавая электрический ток высокого напряжения на большие расстояния.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ : Устройства, называемые трансформаторами, затем снижают напряжение электричества и перемещают его на другой набор линий и оборудования, которые подключаются непосредственно к домам и предприятиям в вашем районе.

Какие источники электроэнергии?

Наличие электроэнергии

Некоторые источники энергии можно довольно легко наращивать и уменьшать, в то время как другие должны работать непрерывно. Непрерывно работающие станции также называются «ресурсами базовой нагрузки», а станции, которые используются только при увеличении энергопотребления, называются «промежуточными» или «пиковыми» ресурсами.Возобновляемые источники вырабатывают электроэнергию только при наличии достаточного количества энергии, например, от ветра или солнца, и при отсутствии соответствующих накопительных мощностей считаются «прерывистыми» или «переменными» ресурсами.

Куда едет электричество

Сеть электропередачи в Соединенных Штатах состоит из трех соединений – больших сетей, которые работают синхронно и тщательно координируются для предотвращения массовых отключений электроэнергии. Эти соединения эффективно устанавливают границы того, где электричество течет через U.С.

Купля-продажа электроэнергии

Поставщики электроэнергии могут продавать электроэнергию, которую они производят или передают, на оптовых рынках электроэнергии. Федеральная комиссия по регулированию энергетики регулирует эту оптовую продажу электроэнергии. Стремясь расширить доступ к передаче для покупателей и продавцов, FERC призвал владельцев инфраструктуры передачи передать операции по передаче электроэнергии региональным передающим организациям, также называемым независимыми системными операторами.Эти RTO / ISO предоставляют услуги по передаче электроэнергии между штатами и управляют оптовыми рынками энергоснабжения. Не во всех регионах страны есть RTO или ISO, и существуют различия в региональных рынках электроснабжения и передачи.

Что такое интеллектуальная сеть?

Интеллектуальная сеть – это развивающаяся сеть линий электропередачи, оборудования, средств управления и технологий, работающих вместе для немедленного реагирования на спрос на электроэнергию.

Подробнее об электроэнергии

сетей передачи электроэнергии – Всемирная ядерная ассоциация

(обновлено в августе 2020 г.)

• Национальные и региональные сетевые системы, соединяющие производителей с оптовыми потребителями, обычно так же важны, как и производство электроэнергии.
• Инвестиции в них часто имеют такой же масштаб, что и генерирующие мощности.
• Новая технология позволяет передавать высокие напряжения на большие расстояния без больших потерь.
• Операторы систем передачи (TSO) несут ответственность за качество электроснабжения.
• В тех случаях, когда национальная энергетическая политика ставит во главу угла безопасность энергоснабжения, роль TSO заключается в достижении эксплуатационной надежности из различных источников с различными характеристиками.

Страны с хорошо развитой электроэнергетической инфраструктурой создали сети, управляемые операторами систем передачи (TSO), для передачи электроэнергии в распределительные системы там, где это необходимо. Если электростанции могут быть расположены близко к центрам нагрузки, они менее важны, чем удаленные станции, как, например, многие гидроэлектростанции и ветряные электростанции. Можно использовать более низкое напряжение. При более высоких напряжениях, например 500 кВ и выше, потери при передаче на сотни километров значительно снижаются.При сверхвысоких напряжениях (UHV) например 1000 кВ переменного тока или 800 кВ постоянного тока, потери дополнительно снижаются (, например, до 5% на 1000 км или 3,5% для HVDC), но требования к капиталу выше. Новые планы касаются линий 1100 кВ постоянного и 1050 кВ переменного тока. В Германии рассматривается возможность преобразования некоторых существующих линий переменного тока в постоянный ток для увеличения их пропускной способности.

Потери при передаче часто составляют около 6%, хотя средний мировой показатель составляет 8%. В США оценка составляет около 6%, или 250 ТВтч в год, на сумму около 20 миллиардов долларов.ЕС теряет 6%, но показатель Великобритании составляет 8%. Китай работает над сокращением потерь при передаче с 6,6% в 2010 году до 5,7% в 2020 году, Япония в 2013 году имела потери 5%, а Южная Корея – 3%. В Индии потери при передаче в 2011 г. составили 222 ТВт-ч (21%), а в 2013 г. – 18%, в основном из-за краж. Некоторые страны выше. (Статистика Международного энергетического агентства)

Оптовые распределительные компании («дискотеки») понижают напряжение с помощью трансформаторов, в конечном итоге, до внутреннего напряжения, и продают электроэнергию.

Передающие сети обычно работают с переменным током (AC), который можно легко преобразовать в более высокие или более низкие напряжения. Все чаще линии постоянного тока (DC) используются для конкретных проектов, в частности, подводные кабели, связывающие страны или соединяющие морские ветряные электростанции с наземными сетями через преобразовательные подстанции. Кроме того, высоковольтные линии постоянного тока (HVDC) становятся все более важными для эффективной передачи на большие расстояния.

Обычно напряжение 132 кВ или выше будет подключать электростанции и обеспечивать основу сетевой системы, в то время как 66 кВ, 33 кВ или 11 кВ могут подключать к ним возобновляемые источники энергии, такие как ветер.Распределение составляет 400 вольт, а иногда и меньше.

В синхронной сети, такой как Западная Европа, все генераторы синхронизированы, что позволяет передавать электроэнергию переменного тока по всей территории, соединяя большое количество генераторов и потребителей электроэнергии и потенциально обеспечивая более эффективные рынки электроэнергии и резервные генерирующие мощности. В мае 2014 г. были подключены электрические сети и АТС в южной и северо-западной Европе, что охватило около 70% европейских потребителей и с годовым потреблением почти 2400 ТВтч.Общий рынок электроэнергии на сутки вперед, созданный в результате физической и финансовой интеграции двух регионов, простирается от Португалии до Финляндии. Ожидается, что это приведет к более эффективному использованию энергосистемы и трансграничной инфраструктуры в результате лучшей гармонизации между энергетическими рынками. Ожидается, что рынки электроэнергии в Чешской Республике, Словакии, Венгрии и Румынии объединятся аналогичным образом, а затем соединятся с остальной Европой. Польша частично интегрирована с северо-западным регионом Европы через подводную линию в Швецию.Возможная интеграция Италии будет зависеть от переговоров Швейцарии с Европейским союзом о подключении энергосистем.

Иногда сети переменного тока соединяются высоковольтными линиями постоянного тока (HVDC) с использованием преобразователей источника напряжения (VSC). HVDC позволяет подключать асинхронные системы переменного тока. Ожидается, что к 2020 году к мировым сетям будет добавлено более 300 ГВт новой мощности передачи постоянного тока высокого напряжения, две трети из которых будут приходиться на Китай для подключения внутренних возобновляемых источников (особенно гидро) к прибрежным центрам нагрузки. В июле 2016 года компания Siemens получила свой первый заказ на преобразовательные трансформаторы на 1100 кВ для линии высоковольтного постоянного тока Чанцзи – Гуцюань, протяженностью 3200 км, протяженностью 12 ГВт в Китае, ввод в эксплуатацию ожидается в конце 2018 года.

Одной из основных проблем для многих стран, намеревающихся добавить ядерные мощности к своей инфраструктуре, является размер их энергосистемы. Многие атомные электростанции больше, чем электростанции, работающие на ископаемом топливе, которые они дополняют или заменяют, и не имеет смысла иметь какой-либо энергоблок, мощность которого превышает одну десятую мощности сети (возможно, 15% при наличии высокой резервной мощности). Это сделано для того, чтобы установку можно было отключить для дозаправки или технического обслуживания, либо из-за непредвиденных событий. Пропускная способность и качество сети также можно рассматривать на региональном уровне, как, например, в Иордании.Во многих ситуациях может потребоваться столько же инвестиций в сеть, сколько в электростанцию ​​(и).

В Европе управляющий орган системы передачи электроэнергии ENTSO-E, в состав которого входит 41 оператор TSO из 34 стран, оценил способность сетевых сетей Европы стать единым внутренним энергетическим рынком. Для этого потребуется около 128 миллиардов долларов на новые и модернизированные линии электропередач, чтобы соответствовать целям ЕС по возобновляемым источникам энергии и интеграции рынка энергии. В своем Десятилетнем плане развития сети на 2012 год он определил 100 препятствий в сфере энергетики, 80% из которых связаны с проблемой интеграции возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра и солнца, в национальные сети.Большая часть европейских инвестиций должна быть направлена ​​на реконструкцию или строительство около 51 000 км высоковольтных линий электропередач и кабелей, которые должны быть объединены в 100 крупных инвестиционных проектов, направленных на устранение основных проблем. Одна цель (поставленная в 2002 году) – обеспечить уровень межсетевого взаимодействия для каждой страны, по крайней мере, эквивалентный 10% ее генерирующих мощностей, для создания инфраструктуры электроэнергии в странах ЕС. Это было далеко не достигнуто в 2013 году, но вышеуказанные инвестиции принесут пользу всем странам ЕС, кроме Испании.Одно из узких мест устраняется путем строительства линии HVDC мощностью 1400 МВт на 65 км через Пиренеи, чтобы удвоить пропускную способность Испания-Франция, самой длинной подземной линии HVDC в мире стоимостью 700 миллионов евро. Запланированное строительство второй подводной линии связи увеличит межсетевое соединение до 5000 МВт примерно к 2020 году.

В исследовательском проекте ENTSO-E 2013 участвовали 20 партнеров из 12 стран, чтобы пересмотреть определение надежности во все более взаимосвязанной системе с преобладанием возобновляемых источников энергии. Проект GARPUR (общепринятый принцип надежности с моделированием неопределенности и вероятностной оценкой рисков) фокусируется на оптимальном балансе между затратами на обеспечение надежного электроснабжения и социально-экономическими затратами на перебои в подаче электроэнергии во все более сложной системе.Этот подход учитывает вероятности отказов на основе погодной зависимости, истории технического обслуживания и условий реального времени. Он учитывает неопределенности как в прогнозах генерации, так и в прогнозе нагрузки, а также гибкость, обеспечиваемую спросом, хранением энергии и распределенными возобновляемыми источниками энергии. Это позволяет правительствам, регулирующим органам и TSO определять цену за надежность поставок и минимизировать затраты на ее достижение.

Пропускная способность производителей должна быть достаточной для пиковой выработки у них.Следовательно, из расчета на МВтч, поставленный оптовикам, это в три или четыре раза дороже для возобновляемых источников энергии с перерывами, чем для станций с базовой нагрузкой. В Австрии плата за доступность сети и потери в линии на 2015 год установлена ​​на уровне около 3,50 евро / МВтч для возобновляемых источников энергии.

Германия является ярким примером потребности в увеличении пропускной способности, имея традиционные электростанции, работающие на ископаемом топливе, и атомные электростанции на юге, с линиями, простирающимися оттуда до остальной части страны, в то время как источники энергии ветра расположены вдоль северного побережья Балтийского моря. .Следовательно, существующие линии с севера на юг стали узкими местами, неспособными передавать достаточное количество ветровой энергии с севера, чтобы заменить закрытые мощности на юге.

TSO заявили, что их анализ показал, что расширение сети только на 1,3 процента позволяет добавить 3 процента генерирующих мощностей и интегрировать 125 гигаватт возобновляемых источников энергии – и все это по цене 2 цента за киловатт-час для потребителей электроэнергии сверх 10-летний период. «Обременительные процедуры выдачи разрешений и отсутствие общественного признания в отношении линий электропередач в настоящее время являются наиболее серьезными препятствиями», с которыми сталкиваются эти усилия.Следовательно, ENTSO-E предлагает, чтобы каждое государство-член ЕС назначило единый компетентный орган, ответственный за завершение всего процесса выдачи разрешений, который не должен превышать трех лет.

Другая цель усилий ЕС в области сетевой инфраструктуры – снижение статуса «энергетического острова» Италии, Пиренейского полуострова, Ирландии, Великобритании и стран Балтии. Это будет решено с помощью обновлений, при этом общие затраты на генерацию снизятся примерно на 5%.

Планируемое соединение HVDC по Nordlink мощностью 1,4 ГВт (эл.) Между Германией и Норвегией имеет большой потенциал для соединения солнечной и ветровой мощности северной Германии с гидроэнергетикой Норвегии с 2020 года, обеспечивая важную поддержку Германии и позволяя экспортировать излишки энергии ветра и солнца на север.Ожидается, что общая стоимость строительства 620 км к западу от Дании составит 2,8 миллиарда долларов. Однако Норвегия настаивает на том, чтобы в сделке учитывалась возможность диспетчеризации ее гидроэнергетических мощностей и чтобы она была частью любого рынка мощности, который вознаграждает за это свойство, поддерживая перебои Германии. Сообщается, что Германия считает эту связь жизненно важной для своих планов по отказу от диспетчерской ядерной энергетики в 2022 году. Норвежская Stattnett будет владеть 50%, немецкий TenneT TSO и государственный банк KfW Group будут владеть по 25% каждая.Норвегия производит около 95% электроэнергии за счет гидроэнергетики. Он уже имеет линии электропередачи со Швецией, Данией (1700 МВт, планируется еще 700 МВт HVDC) и Нидерландами (NorNed, 700 МВт), и строит линию HVDC протяженностью 730 км, стоимостью 2 млрд евро с Великобританией (линия NSN 1,4 ГВт, ввод в эксплуатацию в 2021 году). Проект NSN был выбран в качестве одного из проектов Европейской комиссии, направленных на создание интегрированного энергетического рынка ЕС.

Исследование Booz, спонсируемое Европейской комиссией, в 2013 году поддержало план ENTSO-E по увеличению передачи на 40% к 2020 году, но заявило, что этот показатель должен сохраняться до 2030 года.«Около 90% преимуществ достижимы, даже если будет достигнута только половина желаемого увеличения пропускной способности, даже без снижения спроса», – говорится в сообщении. В исследовании говорится, что более тесная интеграция рынков электроэнергии ЕС может приносить до 40 млрд евро в год к 2030 году, а координация инвестиций в возобновляемые источники энергии может добавить к этому 30 млрд евро в год. Улучшение реакции со стороны спроса с помощью интеллектуальных сетей может составлять до 5 миллиардов евро в год, а совместные расходы по балансировке могут составлять до 0 евро.Согласно исследованию, 5 миллиардов в год, что приведет к общей потенциальной выгоде до 75,5 миллиардов евро в год к 2030 году.

В мировом масштабе, по оценке французского RTE, в течение десяти лет до 2022 года потребуются инвестиции в размере 700 миллиардов долларов в 16 крупнейших энергосистем, обслуживающих 70% мировой электроэнергии, частично за счет интеграции возобновляемых источников. В 16 сетях – 2,2 млн км линий. Сама RTE планирует инвестировать 19 миллиардов долларов к 2020 году. В развитых странах развитие электросетей идет медленно из-за процесса утверждения и возражений общественности.

Отправка

Основными проблемами для управления сетью являются управление частотой и напряжением в процессе удовлетворения спроса, который постоянно меняется. Это означает, что TSO должны иметь возможность диспетчеризации. Традиционно они отправляются в порядке значимости, то есть в соответствии с наименьшими предельными затратами. Однако с установлением преференциального доступа для периодически возобновляемых источников энергии в сочетании с относительно высокими льготными тарифами или другими договоренностями это все больше ставится под угрозу.Когда к сети подключены большие периодически возобновляемые мощности, поставки из них могут удовлетворить большую часть спроса или даже иногда превышать его, что означает, что надежные мощности с низкими маржинальными затратами затем отключаются. Поскольку такие установки часто представляют собой оборудование с высокими капитальными затратами и низкими эксплуатационными расходами, их экономическая жизнеспособность подрывается.

Органы управления энергосистемой, столкнувшиеся с необходимостью иметь возможность передавать электроэнергию в короткие сроки, рассматривают ветроэнергетику не как доступный источник поставки, который может быть задействован при необходимости, а как непредсказуемое падение спроса.В любом случае ветровой энергии требуется около 90% резервного питания, тогда как уровень поддержки для других форм производства электроэнергии, которые могут быть задействованы по запросу, составляет около 25%, просто учитывая время простоя на техническое обслуживание. Некоторое обсуждение затрат на интеграцию возобновляемых источников энергии содержится в сопроводительном документе WNA по возобновляемым источникам энергии и электроэнергии.

В тех случаях, когда время от времени поступает значительный объем возобновляемых источников энергии, все чаще звучат призывы к оплате мощности или механизмам вознаграждения за мощность (CRM) – положение о выплате коммунальным предприятиям, чтобы поддерживать диспетчерские мощности доступными и, в среднесрочной перспективе, поощрять инвестиции в них.Германия – это страна, в которой большинство газовых электростанций стало нерентабельным из-за положений Energiewende о поощрении возобновляемых источников энергии, и она предлагает два типа оплаты мощности: один на основе клиента, как во Франции, и один с центральным покупателем, как запланировано СОЕДИНЕННОЕ КОРОЛЕВСТВО. В начале 2014 года в половине стран ЕС был или планировался какой-либо рынок мощности. В системе Великобритании требования к мощности будут определяться административно в соответствии с прогнозами TSO, а цена будет определяться на аукционе. Во французской системе потребность в мощности определяется децентрализованным спросом на розничном рынке, а цена определяется торговыми сертификатами.Центральная система имеет эффект социализации инвестиционных рисков. Первый аукцион мощности в Великобритании на 2018-2019 годы состоится в ноябре 2014 года. Eurelectric призвала к тому, чтобы CRM были рыночными, а не государственной, технологически нейтральными, недискриминационными и регионально связанными.

С появлением высоких мощностей возобновляемых источников энергии становится все труднее поддерживать управляемую мощность. Но цена неспособности удовлетворить спрос очень высока. Стоимость потерянной нагрузки (VOLL) оценивается в 50–350 раз от стоимости поставленного кВтч.Следовательно, необходимо поддерживать запас мощности, чтобы удовлетворить неожиданные всплески спроса и изменчивость ввода возобновляемых источников энергии.

Вспомогательные услуги: контроль напряжения и частоты

Одна из основных функций TSO – гарантировать, что напряжение в распределительных сетях и частота существенно не отклоняются от установленных критериев. Он также должен контролировать поток энергии (загрузку сети) и устранять необычные помехи. TSO часто заранее заключает договор на эти вспомогательные услуги.

Вспомогательные услуги управления частотой (FCAS) являются фундаментальными, и в сети есть два типа: управление регулированием сглаживает обычные незначительные колебания нагрузки или генерации; Контроль непредвиденных обстоятельств – это корректировка баланса спроса и производства, чтобы избежать резких скачков частоты в сети, возникающих из-за серьезных перебоев в поставках. Первые используются постоянно и централизованно, вторые – только иногда и более локально.

В Великобритании национальная электросеть обязана поддерживать частоту в диапазоне 49.5–50,5 Гц и обычно составляет от 49,8 Гц до 50,2 Гц. В Австралии автоматическое управление генерацией поддерживает частоту от 49,85 до 50,15 Гц. В других местах допускается изменение 0,25 Гц. Регулирующее управление осуществляется путем регулировки выходной мощности генераторов. Контроль непредвиденных обстоятельств может потребовать более серьезных изменений в генерации или сбросе нагрузки, в зависимости от временных рамок. Во Франции уровень безопасности составляет 49,2 Гц, а ниже 49 Гц происходит отключение нагрузки.

Быстрые изменения частоты ослабляются из-за инерции вращающихся турбогенераторов в обычных синхронных электростанциях, что называется мгновенным резервом.В системах с высокой долей возобновляемых источников энергии электроника подающих инверторов может в некоторой степени имитировать это как синтетическую инерцию. Без этого необходимо ограничить мгновенное проникновение от асинхронных источников, таких как солнце и ветер. Кроме того, обычно имеется аварийный резерв или «вращающийся резерв», равный мощности самого большого генератора в системе.

После полного отключения электроэнергии во всем штате Южная Австралия в сентябре 2016 года из-за потери контроля напряжения и частоты, когда большая часть энергии поступала от ветряных электростанций, Австралийский оператор энергетического рынка (AEMO) потребует, чтобы как минимум два синхронных генератора всегда были онлайн в штате (а также с сохранением некоторой резервной мощности от межгосударственного).В третьем промежуточном отчете AEMO об инциденте говорится: «Сила системы … в первую очередь зависит от количества расположенных поблизости синхронных генераторов».

Ключевым показателем является скорость изменения частоты (RoCoF). Маленькие заводы созданы, чтобы выжить только в небольших RoCoF, например, . 0,5 Гц / с, а если больше они отключаются (отключаются). Перед отключением большие генераторы должны выдерживать RoCoF до 3 Гц / с. Серьезное отключение электроэнергии в Южной Австралии в сентябре 2016 года произошло после того, как RoCoF достиг 7 Гц / с.

В Японии из-за повреждений, вызванных землетрясением Тохоку в марте 2011 года, частота Tepco упала до 48,44 Гц чуть более чем за минуту, но отключение нагрузки на 5570 МВт, за которым быстро последовало еще 135 МВт в непосредственной близости, позволило избежать отключения системы. Частота была восстановлена ​​примерно за пять минут при увеличении выработки (хотя потеря энергоснабжения в размере 9100 МВт потребовала недели, чтобы исправить ее после веерных отключений).

В начале 2016 года Национальная электросеть Великобритании активно откликнулась на тендер на «усиленную частотную характеристику» мощностью 200 МВт.Он предлагал четырехлетние контракты на мощность, способную обеспечить 100% выходную активную мощность за секунду или меньше регистрации отклонения частоты. Было предложено около 888 МВтэ емкости аккумуляторных батарей, 150 МВтэ межсетевого взаимодействия, 100 МВтэ мощности отклика на стороне спроса и 50 МВтэ мощности маховика. В сентябре были объявлены выигравшие заявки на усиление частотной характеристики – 64 проекта мощностью от 10 до 49 МВт и общей стоимостью 66 миллионов фунтов стерлингов. Все, кроме трех, связаны с хранением батарей. Выигрышные предложения варьировались от 7 до 12 фунтов стерлингов за МВтч усиленной частотной характеристики.

В Европе для TSO было предложено разрешить большее изменение частоты, например, от 50 до 47,5 Гц в течение длительных периодов времени, чтобы можно было лучше приспособить прерывистые возобновляемые источники. Правительства некоторых стран ЕС призывают к увеличению вклада возобновляемых источников энергии, но в случае Германии исследование вспомогательных услуг до 2033 года предполагает, что можно управлять частотным регулированием. ENTSO-E заявляет, что предложение о большей гибкости заключается в решении «проблем трансграничных сетей и проблем рыночной интеграции», одна из которых требует «содействия достижению целей по проникновению возобновляемой генерации.«В настоящее время допускается кратковременное изменение до 1 Гц. Западноевропейская ассоциация органов регулирования ядерной энергетики (WENRA) заявила, что это предложение «может отрицательно повлиять на ядерную безопасность», потому что «определение диапазона частоты и напряжения слишком велико». Кроме того, изменчивость ускоряет старение некоторых компонентов установки, особенно электродвигателей. Данные ENTSO-E показывают, что увеличение проникновения возобновляемых источников энергии связано с резким увеличением количества и продолжительности повторяющихся событий.

В соответствии с техническими и проектными спецификациями по ядерной безопасности самая низкая частота, разрешенная для оборудования, связанного с безопасностью, составляет 48 Гц, а частота ниже этого значения означает, например, что насос охлаждающей жидкости может работать слишком медленно. Кроме того, ядерное законодательство нескольких стран WENRA не позволяет атомным станциям участвовать в регулировании частоты или отслеживании нагрузки, как это было предложено ENTSOE-E.

Вспомогательные услуги по управлению напряжением связаны с поддержанием потока мощности в пределах физических ограничений оборудования.Один из методов управления напряжением заключается в том, что генераторы поглощают реактивную мощность из электросети или генерируют в ней реактивную мощность и соответственно регулируют местное напряжение. Это также можно сделать с помощью высокоинерционных вращающихся стабилизаторов в решетчатой ​​системе. В ЕС постоянно допустимый диапазон изменения напряжения генератора составляет от 95% до 105% номинального напряжения на срок до 15 минут. В течение ограниченного времени генераторы должны быть способны работать в диапазоне напряжения от 92% до 108% номинального напряжения, чтобы компенсировать проблемы TSO, в основном для обеспечения синхронной работы сети и поддержки системы при возникновении локальных проблем с напряжением. ( у.е.грамм. , чтобы избежать падения напряжения). В точке подключения системы передачи для распределения напряжение может изменяться на 10%. В Германии исследуются несколько новых средств обеспечения повышенной реактивной мощности в сети, в том числе трансформаторы с фазовым сдвигом, и может быть использована некоторая перераспределение. Также предусмотрено обеспечение реактивной мощности через инверторные станции планируемых линий постоянного тока.

Управление напряжением и частотой в сочетании с быстрым повышением и понижением – основные проблемы, возникающие из-за увеличения доли солнечных и ветровых возобновляемых источников энергии в любой энергосистеме.Должна быть подключена достаточная управляемая мощность синхронной генерации, чтобы обеспечить инерцию для поддержания частоты. Асинхронный ввод от ветряных и солнечных фотоэлектрических модулей сам по себе не может обеспечить требуемый контроль для обеспечения безопасности системы, что вызывает необходимость в других мерах.

Некоторая синтетическая инерция может быть обеспечена электроникой питающих инверторов от ветряных турбин или, что более надежно, синхронные конденсаторы могут обеспечить достаточную реальную инерцию для стабилизации системы.Это высокоинерционные вращающиеся машины, которые могут поддерживать энергосистему в обеспечении эффективной и надежной синхронной инерции и могут помочь стабилизировать отклонения частоты за счет генерации и поглощения реактивной мощности. Некоторые новые ветряные турбины напрямую связаны и работают синхронно с фиксированными скоростями вращения, определяемыми сетью, обеспечивая некоторую стабильность частоты, хотя и меньшую общую выходную энергию, чем при выходе постоянного тока.

Синхронные конденсаторы похожи на синхронные двигатели без нагрузки и механически ни с чем не связаны.Они могут быть дополнены маховиком для увеличения инерции. Они используются для управления частотой и напряжением в слабых частях сети или там, где имеется большая доля переменного возобновляемого ввода, требующего повышения стабильности сети. Добавление синхронных конденсаторов может помочь с потреблением реактивной мощности, повысить устойчивость к короткому замыканию и, следовательно, инерцию системы, а также обеспечить лучшее динамическое восстановление напряжения после серьезных сбоев системы. Они могут компенсировать опережающий или запаздывающий коэффициент мощности путем поглощения или подачи реактивной мощности (измеренной в вольт-амперных реактивных, ВАр) в линию.Некоторые генераторы, снятые с угольных электростанций, переоборудованы в синхронные конденсаторы, работающие от сети.

В Германии сильно изменяющийся поток от морских ветряных электростанций на севере передается в основные центры нагрузки на юге, что приводит к колебаниям напряжения и необходимости усиленного контроля реактивной мощности. Уменьшение инерции во всей энергосистеме сделало потребность в повышении устойчивости к короткому замыканию и стабильности частоты более критичной, что было решено путем установки большого синхронного конденсатора GE в Берграйнфельде в Баварии.После отключения электроэнергии по всему штату Южная Австралия устанавливает четыре синхронных конденсатора Siemens, чтобы компенсировать значительную долю ветрового воздействия на энергосистему и снизить уязвимость к дальнейшим проблемам, связанным с этим.

В Великобритании Statkraft планирует установить два вращающихся стабилизатора GE для обеспечения устойчивости сети передачи в Шотландии. Они потребляли бы около 1 МВтэ из сети и обеспечивали синхронную инерцию, во много раз превышающую импульсную возобновляемую энергию, заменяя роль инерции в ископаемом топливе или атомных станциях.Этот проект входит в число пяти инновационных контрактов на стабильность сети, заключенных оператором электроэнергетической системы Национальной сети в январе 2020 года.

Некоторые определения вспомогательных услуг включают повторную отправку и сокращение, наряду с отслеживанием нагрузки, среди других услуг для обеспечения надежной работы сети. Это новое явление, возникающее из-за чрезмерной мощности солнечной и ветровой энергии, которая обычно имеет приоритет. (Гидроэнергетика как возобновляемый источник может быть отключена без потери потенциальной энергии, которая остается доступной по запросу в качестве диспетчерского источника.)

Системные затраты

По мере возрастания роли возобновляемых источников все больше внимания уделяется системным эффектам, связанным с взаимодействием переменных возобновляемых источников энергии с управляемыми технологиями. Системные эффекты относятся к затратам, превышающим затраты на уровне завода, на поставку электроэнергии при заданной нагрузке и уровне надежности снабжения. В отчете Агентства по ядерной энергии ОЭСР 2012 года основное внимание уделялось «системным затратам на уровне сети», подмножеству системных затрат, опосредованных электросетью, которые включают а) затраты на расширение и усиление транспортных и распределительных сетей, а также на подключение новых мощностей, и б) затраты на усиление краткосрочного балансирования и поддержание долгосрочной адекватности и безопасности электроснабжения.

Отчет показал, что, хотя все технологии приводят к системным затратам, затраты на управляемые генераторы по крайней мере на порядок ниже, чем у переменных возобновляемых источников энергии. Если системные затраты на переменные возобновляемые источники энергии были включены на уровне электросети, общие затраты на электроснабжение увеличились до одной трети, в зависимости от страны, технологии и уровней проникновения. В то время как затраты на энергосистему для диспетчерских технологий ниже 3 долларов США / МВтч, они могут достигать 40 долларов США / МВтч для берегового ветра, до 45 долларов США / МВтч для морского ветра и до 80 долларов США / МВтч для солнечной энергии.Кроме того, чем больше распространяются прерывистые возобновляемые источники энергии, тем выше стоимость системы. Внедрение возобновляемых источников энергии до 10% от общего объема поставок электроэнергии увеличит затраты на МВтч на 5-50% (в зависимости от страны) и обычно на 13-14%, но с 30% возобновляемыми источниками энергии затраты на МВтч обычно увеличиваются на одну треть.

В настоящее время такие затраты на уровне сети просто покрываются потребителями электроэнергии за счет более высоких сетевых сборов, а производителями диспетчерской электроэнергии в виде сниженной маржи и более низких коэффициентов нагрузки.Неспособность учесть системные затраты означает добавление неявных субсидий к уже значительным явным субсидиям для переменных возобновляемых источников энергии. Пока эта ситуация сохраняется, диспетчерские технологии не будут все больше заменяться по мере того, как они достигают конца своего срока эксплуатации, тем самым серьезно снижая надежность снабжения. Между тем их экономическая жизнеспособность серьезно подрывается, что особенно сильно сказывается на технологиях с самыми высокими переменными затратами. Поддержание высокого уровня безопасности электроснабжения в декарбонизирующих электроэнергетических системах со значительной долей переменных возобновляемых источников энергии потребует стимулов для интернализации системных затрат, а также рыночных структур, которые адекватно покрывают затраты на все диспетчерское производство электроэнергии, включая низкоуглеродную ядерную энергию.

В отчете NEA делается вывод о том, что в краткосрочной перспективе ядерная энергетика будет относительно лучше, чем уголь или газ из-за ее низких переменных затрат. Однако в долгосрочной перспективе, когда необходимо будет принять новые инвестиционные решения, снижение коэффициентов нагрузки непропорционально сильно повлияет на технологии с высокими фиксированными затратами, такие как атомная энергия, из-за снижения использования мощностей. Таким образом, в системах, которые в настоящее время используют ядерную энергию, внедрение переменных возобновляемых источников энергии, вероятно, приведет к увеличению общих выбросов углерода из-за использования технологий с более высоким уровнем выбросов углерода, таких как газ, в качестве резервного (несмотря на краткосрочное воздействие на его жизнеспособность).

Наличие высоких системных затрат означает, что потребуются значительные изменения для обеспечения экономически жизнеспособного сосуществования ядерной энергии и возобновляемых источников энергии во все более декарбонизированных электроэнергетических системах. Такие изменения могут включать более широкое использование ценообразования на выбросы углерода, долгосрочных контрактов на поставку электроэнергии и механизмов оплаты мощности, чтобы обеспечить адекватные стимулы для новых инвестиций.

Отчет NEA содержит четыре рекомендации:

• Повышение прозрачности затрат на генерацию на системном уровне для обеспечения рациональной политики.
• Подготовить нормативно-правовую базу, которая минимизирует системные затраты и интернализирует их для каждой технологии, чтобы обеспечить жизнеспособные, адекватные и устойчивые поставки с балансом системы.
• Признать ценность управляемых низкоуглеродных технологий и реформировать энергетические рынки для их поддержки.
• Повысьте гибкость системы с помощью отслеживания нагрузки, хранения, управления спросом и межсетевого взаимодействия.

Уязвимость

Жизненно важная роль передающей инфраструктуры вызывает опасения по поводу ее уязвимости для враждебных государств или террористических атак, особенно от высокогорного электромагнитного импульса (ЭМИ).Согласно исследованию Федеральной комиссии по регулированию энергетики (FERC), США могут быть отключены на целых 18 месяцев из-за террористических атак на девять жизненно важных трансформаторных подстанций. FERC отвечает за регулирование безопасности межгосударственных электрических сетей, включая планы восстановления после аварийного запуска, которые необходимы для всех частей энергосистемы США. FERC и North American Electric Reliability Corporation опубликовали подробную оценку планов «черного старта» в 2016 году на основе опроса девяти неназванных сетевых операторов, включая генерирующую компанию, операторов передачи и координаторов контроля.

Конгресс назначил Комиссию EMP для оценки ситуации и рекомендации превентивных мер. Она провела тесты повреждения импульсным ЭМИ на сетевом оборудовании и сообщила в 2008 году, что многие системы управления были уязвимы. Законопроект США, Закон о защите критически важной инфраструктуры, ожидает принятия в Палате представителей. Новый анализ угрозы EMP, проведенный Исследовательским институтом электроэнергетики (EPRI), запрошенный Министерством энергетики (DOE) и запланированный на 2018 год, и обновленный анализ угроз Комиссией EMP прояснят варианты.Другие страны и ЕС также рассматривают эти уязвимости, при этом Южная Корея, как сообщается, лидирует в отношении защиты от ЭМИ. Угрозы варьируются от высотного ЭМИ, который может вызвать глубокие и обширные повреждения, до огнестрельного оружия по трансформаторной подстанции и кибератак.

Некоторые коммунальные предприятия США начали защищать свои системы от ЭМИ. Dominion Energy в Вирджинии планирует потратить до 500 миллионов долларов к 2020 году на защиту своей системы от атак, включая строительство операционного центра стоимостью 80 миллионов долларов, защищенного от волн ЭМИ.Duke Energy имеет проект по защите трех своих генерирующих станций в Каролине. В случае атаки EMP гидроэлектростанция Герцога на озере Уайли на государственной границе будет доступна для подачи энергии из блэкстарта.

Отдельные страны

Китай разрабатывает очень сложную энергосистему, поскольку его основные месторождения угля находятся на севере, его основной ветровой потенциал – на крайнем западе, а его атомные станции – на побережье – недалеко от центров нагрузки. Сетевая система, управляемая Государственной сетевой корпорацией Китая (SGCC) и China Southern Power Grid Co (CSG), быстро растет, используя сверхвысокое напряжение (1000 кВ переменного тока с 2009 года и 800 кВ постоянного тока с 2010 года).К 2015 году SGCC инвестировала 500 миллиардов юаней (75,5 миллиардов долларов) в расширение сети сверхвысокого напряжения до 40 000 км. К 2020 году мощность сверхвысоковольтной сети, как ожидается, составит около 300-400 ГВт, которая будет функционировать как основа всей системы, соединяя шесть региональных кластеров. К 2020 году должно быть подключено 400 ГВт чистых источников энергии, из которых гидроэнергетика будет составлять 78 ГВт, а энергия ветра с севера – еще более значительную часть. Планируется, что ветровая мощность к 2020 году составит более 100 ГВт. Однако, по данным Национального управления энергетики, в 2015 году около 34 ТВт · ч ветровой выработки – около 20% – было потеряно из-за неадекватного подключения к сети.

В конце 2009 года Китай запланировал потратить 600 миллиардов долларов на модернизацию своей сети. Ожидается, что в период с 2014 по 2020 год высоковольтные линии электропередачи увеличатся с 1,15 млн. Км до 1,6 млн. Км, что соответствует значительному увеличению генерирующих мощностей, а эксплуатационные потери при передаче составят 5,7% по сравнению с 6,6% в 2010. SGCC также реализует экспортные проекты – см. Бразилию ниже.

Линия сверхвысокого напряжения постоянного тока из Юньнани в Шэньчжэнь в провинции Гуандун составляет почти 2000 км и стоит 22 миллиарда юаней (3 миллиарда долларов) для CSG, и с 2017 года будет передавать 20 ТВт-ч в год.Это один из 11 крупных проектов ЛЭП.

Северная часть Индия пострадала от двух крупных сбоев электросети в июле 2012 года, в результате чего первые 390 миллионов человек остались без электричества, а днем ​​позже около 680 миллионов человек в 22 штатах, что подчеркивает инфраструктурные проблемы страны. Первой пострадала северная сеть, затем эта плюс части восточной и северо-восточной сетей, после того, как низкое напряжение в одном месте отключило линию, и это привело к каскадному отключению. Большинство реле понижения частоты (UFR) в северном регионе не работали, и диспетчерские центры не реагировали на проблему.Электропитание некоторых основных служб возобновлялось каждый раз через несколько часов, но другие не работали более суток. Все пять сетей контролируются Power Grid Corporation, которая эксплуатирует 95 000 км линий электропередачи. В стране 33 государственных центра диспетчеризации грузов (SLDC), пять региональных центров диспетчеризации грузов (RLDC) и национальный центр диспетчеризации грузов.

USA представляет собой лоскутное одеяло из сетей, которые часто почти не связаны между собой. Western Interconnection включает около 11 штатов, а также Британскую Колумбию и Альберту.ERCOT включает большую часть Техаса, а Eastern Interconnection – остальную часть США и Канады. В центре страны очень небольшая мощность сети. Exelon несколько раз на протяжении более года временно сокращала внепиковую выработку на одной или нескольких своих атомных электростанциях в Иллинойсе из-за ограничений энергосистемы в зоне межсетевого взаимодействия PJM. Компания ранее заявляла, что в регионе вокруг этих станций возникают периодические перегрузки в сети из-за отключений линий электропередачи для планового технического обслуживания, большого притока ветровой энергии в сеть в непиковые часы или комбинации этих факторов.

В 2012 году в отчете Американского общества инженеров-строителей говорилось, что устаревшее оборудование и нехватка мощностей приводили к периодическим сбоям, и говорилось, что к 2020 году потребуются дополнительные инвестиции в размере 107 миллиардов долларов. Это может быть консервативным. В сентябре 2011 года простая ошибка привела к каскадному и неконтролируемому отказу, который затронул южную Калифорнию и стал самым масштабным в истории штата. Он соперничал с провалом 2003 года, в результате которого большая часть северо-востока и 50 миллионов человек остались без электричества.Среди четырех основных причин отключения электроэнергии на северо-востоке, которые следователи перечислили шесть месяцев спустя: основное предприятие энергоснабжения «не осознавало и не осознавало ухудшающееся состояние своей системы». Согласно исследованию Института инженеров по электротехнике и радиоэлектронике, за период с 1965 по 2009 год в США и Канаде произошло 57 крупных сбоев электросети, 41 из них в США и два из них – общие.

В отчете Массачусетского технологического института за 2011 год говорится, что энергосистема США столкнется с «рядом серьезных проблем в течение следующих двух десятилетий, в то время как новые технологии также предоставляют ценные возможности для решения этих проблем.«Включение большего количества возобновляемых источников энергии – это одна проблема, рост проникновения электромобилей – другая. Но« разнообразие форм собственности и регулирующих структур в энергосистеме США усложняет разработку политики, и остается ряд институциональных, нормативных и технических препятствий, требующих принятия мер. . “Он вынес соответствующие рекомендации.

Отчетная карта инфраструктуры Американского общества инженеров-строителей за 2017 год показала, что большинство линий электропередачи и распределения в США были построены в период с 1950 по 1969 год с ожидаемым сроком эксплуатации 50 лет.Опрос, проведенный в мае 2017 года Smart Electric Power Alliance (SEPA) и Black & Veatch, показал, что инвестиции в передачу и распределение быстро растут, отчасти из-за необходимости интеграции возобновляемых источников энергии. В августе 2017 года Министерство энергетики (DOE) опубликовало отчет о рынках электроэнергии и надежности, в котором рекомендовалось, чтобы Федеральная комиссия по регулированию энергетики (FERC) играла ведущую роль в обеспечении эффективных сетевых подключений для более широкого и надежного удовлетворения спроса на базовую нагрузку, поскольку а также обеспечение устойчивости энергосистемы.

В августе 2014 года новая линия HVDC мощностью 530 км, мощностью 1000 МВт (эл. части рек Гудзон, Гарлем и Ист-Ривер до Нью-Йорка. Стоимость проекта оценивается в 2,2 миллиарда долларов и будет завершена к началу 2018 года. Он рассматривается как усиленная инфраструктура, обеспечивающая 1 ГВт электроэнергии, устойчивую к стихийным бедствиям.В декабре 2016 года была утверждена линия New England Clean Power Link – линия HVDC мощностью 1000 МВт протяженностью 246 км от Канады до Вермонта, две трети которой находятся под озером Шамплейн. Hydro-Québec предлагает рынкам США избыточную мощность 3000 МВт (эл.).

Другой проект HVDC, коннектор CleanPower на озере Эри мощностью 1000 МВт (эл.

Eversource предлагает проект электропередачи через Северный перевал стоимостью 1,6 миллиарда долларов, чтобы вывести 1090 МВт квебекской гидроэнергетики в Нью-Гэмпшир и Массачусетс.Это 380 км, 320 кВ постоянного тока, но в 2018 году не удалось получить разрешение от Нью-Гэмпшира, где около одной трети его длины будет проходить под землей.

В ноябре 2013 года правительством США был одобрен проект шлюза мощностью 1500 МВт (эл.

В 2015 году было выдвинуто предложение о создании экологически чистой энергии на сумму 2 миллиарда долларов для линии передачи постоянного тока постоянного тока мощностью 3500 МВт (1129 км) от ветряных электростанций в Оклахоме и Техасе до Мемфиса, Теннесси, с подключением к сети TVA.Строительство этой линии Plains & Eastern Clean Line должно было начаться в 2017 году для ввода в эксплуатацию в 2020 году, при этом GE будет поставлять преобразовательные подстанции HVDC. Первоначально Арканзас выступал против проекта, а затем в августе 2017 года Миссури отклонил его в ожидании согласия пострадавших округов. Это будет первый из нескольких проектов, связывающих ветроэнергетику в центре континента с рынками востока и запада. Предлагаемая линия Grain Belt Express Clean Line будет 1250 км HVDC от западного Канзаса через северный Миссури и Иллинойс, соединяясь с рынком межсетевых соединений PJM.Другие предложения связаны с ветряными электростанциями в северном Техасе и западном Канзасе.

В 2014 году вступили в строй конкурентные зоны возобновляемой энергии (CREZ) ERCOT, которые связали 11,6 ГВт ветрогенерации в северном Техасе и западном Техасе с центрами нагрузки на юге, с 5700 км линий электропередачи 345 кВ. Он рассчитан на 18,5 ГВт. Ветровая генерация поддерживается большим парком парогазовых установок.

В середине 2016 года независимый системный оператор Калифорнии (CAISO) заявил в 700-страничном отчете, что расширение его деятельности за счет включения большего числа западных штатов приведет к более эффективной электросети, уменьшит выбросы парниковых газов на западе, а также или превысить поставленную государством цель получать половину своей энергии из возобновляемых источников.Исследование показало, что региональный рынок в 11 штатах сократит расходы, позволив производителям более легко продавать избыточную электроэнергию через границы штата, а также позволив Калифорнии импортировать большие объемы возобновляемой энергии из соседних штатов. CAISO заявил, что Калифорния должна произвести к 2025 году излишек возобновляемой энергии в размере 13 ГВт, который необходимо будет отключить, когда пиковая выработка превысит спрос. Расширение территории ISO позволит использовать его совместно или вывозить на свалку между штатами без остановки турбин.

В Германии существующие линии с севера на юг перегружены и не могут передавать достаточное количество ветровой энергии с севера для замены закрытых мощностей на юге. В мае 2011 года немецкое федеральное сетевое агентство и управление электросетей Bundesnetzagentur (BNetzA) сообщило о последствиях планов по прекращению производства ядерной энергии и значительному увеличению доли ветряных и солнечных источников. Он строго предупредил о возможной уязвимости к серьезным сбоям, а также о ненадежности, особенно на юге.Стабильность сети была основной проблемой, наряду с производительностью и пропускной способностью передачи.

В декабре 2012 года отчет Немецкого энергетического агентства (Deutsche Energie-Agentur GmbH, DENA) показал, что к 2030 году потребуются инвестиции в размере от 27,5 до 42,5 миллиардов евро для расширения и модернизации распределения электроэнергии, чтобы справиться с увеличением доли возобновляемых источников энергии в поставках. Исследование распределения DENA показало, что необходимо расширение сети и распределения с 135 000 км до 193 000 км. Он призвал к реформированию нормативно-правовой базы, чтобы помочь операторам сетей получить прибыль, необходимую в качестве стимулов для необходимых инвестиций.DENA на 50% принадлежит министерствам федерального правительства и на 50% – финансовым учреждениям Германии. Исследование распределения было поддержано немецкими генерирующими и сетевыми компаниями, включая EnBW, EOn и Vattenfall.

В октябре 2015 года правительство утвердило планы строительства четырех основных высоковольтных линий электропередачи постоянного тока общей протяженностью около 1000 км с севера и вблизи населенных пунктов под землей, первоначально из-за противодействия Баварии воздушным линиям. По оценке министерства энергетики, подземный вариант будет стоить от 3 до 8 миллиардов евро больше, чем воздушные линии, которые будут добавлены к счетам потребителей, но ожидалось, что это ускорит получение разрешений.В мае 2016 года BNetzA оценила стоимость необходимых 7000 км новых линий электропередачи в 35 миллиардов евро, при этом приоритет будет отдан трем линиям север-юг к 2022 году, когда должна быть закрыта последняя атомная станция. Планы по этим четырем коридорам HVDC с севера на юг отстают от графика.

Наряду с 2800 км новых линий, совместно называемых SuedLink, обновляется около 1500 км существующей сети. Правительства штатов согласились позволить BNetzA координировать планы, а не отстаивать региональные интересы.Один из строящихся проектов – это так называемый мост Тюрингии на 380 кВ, соединяющий Саксонию-Ангальт на востоке Германии с Баварией, который должен быть завершен в начале 2016 года. Планируется дальнейшее увеличение пропускной способности с севера на юг путем преобразования 400 км к северу. Линия Рейн-Вестфалия – Баден-Вюртемберг до 2 ГВт HVDC. Он должен был быть введен в эксплуатацию в 2019 году, когда АЭС Phillipsburg 2 EnBW мощностью 1392 МВт (эл.) Будет закрыта, но с отставанием примерно на год.

Планы по линии HVDC мощностью 1400 МВт с Норвегией обещают помочь Германии в достижении целей возобновляемой энергии, как это уже несколько лет делает соединительный узел между Данией и Норвегией для ветроэнергетики Дании.(Ветряные турбины Дании в значительной степени зависят от их эффективного использования на 29 ГВт гидроэнергетических мощностей в Норвегии, более 1 ГВт из которых могут быть отправлены незамедлительно, когда энергия ветра недоступна в Западной Дании. В 2014 году эта цифра увеличится на 700 МВт. естественная взаимозависимость между ветром Западной Дании и норвежской гидроэнергетикой. При хороших ветрах энергия может быть экспортирована обратно в Норвегию и там сохранить гидроэнергетический потенциал.)

Чешская Республика – одна из соседних стран, затронутых проблемами энергосистемы Германии.С середины 2012 года электростанция Темелин мощностью 2 ГВт выработала мощность примерно на 100 МВт ниже мощности, как было указано оператором сети CEPS, из-за проблем с безопасностью сети, вызванных скачками напряжения из-за производства возобновляемой энергии в Германии. Чешская Республика и Польша установили фазосдвигающие трансформаторы на границе с Германией, чтобы заблокировать сброс электроэнергии в Германии; Они уже были во Франции, Нидерландах и Бельгии.

Австрия – еще одна страна, испытывающая трудности из-за субсидируемых ветровых и солнечных фотоэлектрических систем.Австрийской энергосистеме (APG) становится все труднее уравновесить непредсказуемое предложение и спрос. Это вызвало необходимость в адекватных источниках балансирующей мощности, что потребовало наличия надежных источников, таких как газовые генераторные установки. В Австрии большинство из них сейчас не работает, не в состоянии конкурировать экономически, и, следовательно, страна сильно зависит от неопределенных немецких поставок. ПНГ предлагает оплату мощности, чтобы поддерживать запасы ископаемого топлива в режиме ожидания, особенно в связи с тем, что дополнительные ветровые мощности вводятся в эксплуатацию с ограниченным доступом к сети.

Французский сетевой оператор RTE планирует инвестировать 15 миллиардов евро (19 миллиардов долларов) в национальную сеть к 2020 году и еще 20 миллиардов евро к 2030 году с учетом существующей структуры энергопотребления. Однако в нем говорится, что к 2030 году потребуется 50 миллиардов евро, чтобы справиться с сокращением доли ядерной энергетики с 75% до 50% поставок и заменой ее возобновляемыми источниками энергии. Основные инвестиции в энергосистему необходимы для повышения надежности энергоснабжения и обеспечения растущей мощности возобновляемых источников энергии. RTE имеет 105 000 км линий электропередачи, и расходы на транспортировку по сети составляют около 10% счетов потребителей.

Франция уже экспортирует много электроэнергии в Италию. В 2015 году компания RTE начала работы по строительству нового соединения HVDC Savoie-Piemont мощностью 1200 МВт (эл.) Из Шамбери в Турин в Италии стоимостью около 1 миллиарда евро, что может иметь отношение к новой энергетической политике и ограничению внутренних поставок. Это будет самая длинная подземная высоковольтная линия электропередачи (320 кВ), когда она будет введена в эксплуатацию в 2019 году. В 2014 году Италия импортировала 19 ТВт-ч по существующим линиям мощностью 2700 МВт, а новое соединение добавит мощности еще на 10,5 ТВт-ч.

Итальянская Terna является оператором связи с 64 000 км линий электропередачи. Он разделит стоимость подключения HVDC Savoie-Piemont.

Новое правительство Украины , сформированное в 2014 году, нацелено на интеграцию с европейской энергосистемой и газовой сетью, чтобы сделать страну частью европейского энергетического рынка к 2017 году. В марте 2015 года соглашение было подписано между украинской распределительной компанией Укрэнерго и польской компанией Polenergia. партнером, для экспорта электроэнергии в рамках «энергетического моста» Украина-ЕС и в связи с Планом объединения энергетических рынков Балтии.Это позволит более эффективно использовать ядерные мощности Украины и сгенерирует средства для оплаты увеличения этих мощностей в Хмельницком. Предусмотрено подключение линии электропередачи 750 кВ от Хмельнисток к Жешову в Польше, включая также угольную электростанцию ​​на острове Бурштын на Украине, при этом блок 2 Хмельнистки будет отключен от украинской энергосистемы. В июне 2015 года правительство одобрило проект.

Российская Федеральная сетевая компания на 80% принадлежит государству и контролирует 125 000 км линий электропередачи из более чем 13.6 млн кв. Км. Его клиентами являются региональные распределительные компании («дискотеки»), поставщики электроэнергии и крупные промышленные предприятия.

Сетка Японии очень необычна тем, что на главном острове, Хонсю, северо-восточная половина, включая Токио, составляет 50 Гц, обслуживается Тепко (и Тохоку), а юго-западная половина, включая Нагоя, Киото и Осака, – 60 Гц, обслуживается Чубу. (с Kansai & Hokuriku), и их соединяет только 1 ГВт преобразователей частоты. Это связано с оригинальным оборудованием из Германии и США соответственно.Межсетевое соединение увеличивается до 2,1 ГВт за счет средств коммунальных предприятий. В начале 2013 года было объявлено, что METI создаст новый орган для балансирования спроса и предложения на электроэнергию на обширных территориях по всей Японии уже в 2015 году. Новый орган будет управлять сетями и объектами передачи, которые в настоящее время принадлежат и управляются коммунальными компаниями.

Между Финляндией и Швецией , линия Fenno-Skan 2 HVDC была завершена в декабре 2011 года, увеличив количество подключений на 40%. Это улучшает функционирование скандинавского рынка и позволяет Финляндии импортировать недостающую электроэнергию из Швеции, а не из России.Это 300 км, две трети подводных лодок через Ботнический залив и 800 МВт при 500 кВ постоянного тока. Это стоило 315 миллионов евро. Fingrid планирует установить дальнейшее сообщение со Швецией к 2024 году.

В , Бразилия, , Государственная электросетевая корпорация Китая (SGCC) строит линию связи длиной 2084 км от гидроэлектростанции Белу-Монте мощностью 11 233 МВт на реке Шингу в северном штате Пара до южных экономических центров в штате Минас-Жерайс. Это первый подобный экспортный проект сверхвысокого напряжения для компании, он составляет 800 кВ постоянного тока.Кроме того, State Grid Brazil строит 250-километровую линию сверхвысокого напряжения от электростанции Bel Monte до Рио-де-Жанейро. Ожидается, что стоимость двух проектов составит 4,7 миллиарда долларов. SGCC уже является четвертым по величине TSO в Бразилии.

Крупные региональные сетевые проекты

План объединения энергетического рынка Балтии (карта энергосистемы Балтии, pdf)

Планируемая АЭС в Висагинасе рассматривается как краеугольный камень Плана объединения энергетических рынков Балтии (BEMIP), связывающего Польшу, Финляндию и Швецию.Высоковольтное (400 кВ) юго-западное объединение постоянного тока мощностью 1000 МВт – PowerBridge или LitPol Link – стоимостью 250-300 миллионов евро для увеличения пропускной способности между Литвой и Польшей должно быть построено, 500 МВт к 2015 году и еще 500 МВт запланировано 2020. Большая часть финансирования поступает от Европейского союза (ЕС), и работа идет с опережением графика. Для синхронизации трех стран Балтии с Польшей и ЕС к 2025 году потребуются дополнительные линии передачи данных между Эстонией и Латвией.

Это следует за открытием соединительной линии между Эстонией и Финляндией на севере – Estlink-1, высоковольтного кабеля постоянного тока мощностью 150 кВ, 350 МВт стоимостью 110 миллионов евро, также поддерживаемого финансированием ЕС.170 км 450 кВ HVDC Estlink-2 дальше на восток и в настоящее время строится, обеспечит еще 650 МВт в начале 2014 года. Бюджет проекта составляет около 320 миллионов евро, которые будут разделены между TSO Finngrid и Elering (Эстония), с 100 миллионов евро будут предоставлены ЕС в рамках обширного пакета ЕС по восстановлению экономики. Оба будут эксплуатироваться двумя TSO.

Еще одна важная линия электропередачи к западу по дну Балтийского моря, проект NordBalt 300 или 400 кВ HVDC мощностью 700 МВт, планируется между Клайпедой в Литве и Нибро в Швеции (400 км) Svenska Kraftnat и LitGrid.Ожидается, что проект стоимостью 550 миллионов евро будет завершен к 2016 году. (Страны Балтии и Беларусь имеют хорошее объединение сетей с советских времен, но это не распространялось на Польшу, не говоря уже о Германии. Калининград получает всю электроэнергию из России. , через сеть Литвы.)

Пересмотренная в 2012 году энергетическая политика Литвы включает в себя перестройку энергосистемы, чтобы она была независимой от российской системы и для работы с синхронной системой Европейской сети операторов системы передачи (ENTSO), а также укрепление взаимосвязи между тремя странами Балтии.

Интеграция с ЕС стала важным фактором, который привел к приостановке Россией работ на своей новой Балтийской атомной электростанции в своем эксклаве Калининград. Он был разработан для энергосистемы ЕС и построен примерно на 20%. Несмотря на попытки привлечь западноевропейский капитал и обеспечить продажу электроэнергии в ЕС через предлагаемые линии электропередачи, электростанция мощностью 1200 МВт изолирована, и у нее нет ближайших перспектив для достижения поставленной цели. Калининград имеет ограниченный канал передачи данных в Литву, а не в Польшу, его другого соседа.Обе эти страны отказались покупать продукцию нового балтийского завода. Литва не желает модернизировать свое подключение к сети Калининграда, чтобы позволить передавать электроэнергию Балтийской АЭС через ее территорию и Беларусь в Россию. Помимо модернизации линии связи с Литвой, российский сетевой оператор ИнтерРАО планировал построить линию связи мощностью 600-1000 МВт через границу Калининграда с Польшей и подводную линию связи HVDC мощностью 1000 МВт с Германией, но без клиентов эти планы не выполняются. В марте 2013 года Росатом заявил, что Россия подала заявку на присоединение Калининграда к энергосистеме ЕС (ENTSO-E), но, очевидно, без ответа.

Электростанции Европы и Скандинавии

В европейском регионе существует несколько энергетических бирж: NordPool, охватывающий Скандинавию, страны Балтии и Польшу; Европейский (EEX), охватывающий Францию, Германию, Австрию и Великобританию; GME, охватывающая Италию, Швейцарию и некоторые страны к востоку от Италии; и OMEL для Испании и Португалии. Они торгуются на спотовом и фьючерсном рынках.

Сеть Северного моря

Стремясь к достижению цели ЕС по достижению 20% доли энергии из возобновляемых источников к 2020 году, девять европейских стран согласились построить энергосистему из высоковольтных кабелей под Северным морем.Это будет первая многонациональная сеть, предназначенная для решения проблемы неустойчивого характера «зеленой» выработки электроэнергии. Инициатива по сетям Северного моря включает Германию, Данию, Норвегию, Швецию, Бельгию, Францию, Нидерланды, Люксембург и Соединенное Королевство.

Проект направлен на подключение около 100 ГВт морской ветровой энергии, что в настоящее время планируется европейскими энергетическими компаниями. Великобритания запустила программу стоимостью 100 миллиардов фунтов стерлингов для развития своих оффшорных ветряных электростанций; уже самая большая в мире – около 1 ГВт, до 40 ГВт к 2020 году.Ориентировочная стоимость проекта составит около 40 миллиардов долларов, и ожидается, что он будет запущен к 2023 году, обеспечивая баланс между поставками и нагрузками по регионам и от крупных ветряных и солнечных электростанций.

В феврале 2016 года в Европе был построен или только что завершен ряд подводных кабельных проектов:

Skagerrak 4, 700 МВт, соединяющих Норвегию и Данию, введен в эксплуатацию в марте 2015 года.
NordBalt, 700 МВт, соединяющий Швецию и Литву, срок сдачи – 2016 г.
Западная линия HVDC, 2200 МВт, соединяющая Шотландию и Уэльс, срок сдачи – 2017 г.
MON.ITA, 1000 МВт, соединяет Италию и Черногорию, срок сдачи – 2019 г.
NEMO, 1000 МВт, соединяющая Великобританию и Бельгию, срок погашения – 2018 г.
Nord.link, 1400 МВт, соединяющий Германию и Норвегию, срок погашения – конец 2020 г.
UK-Norway NSN, 1400 МВт соединяет Великобританию и Норвегию, срок погашения – 2021 г.
IFA 2, 1000 МВт, соединяющая Великобританию и Францию ​​(предлагается), к 2020 г.
FABlink, 1000-1400 МВт, соединит Великобританию и Францию ​​(предлагается), к 2022 году.

Строительство линии связи по Северному морю мощностью 1,4 ГВт между Норвегией и Нортумберлендом в Великобритании преодолело половину пути и готовилось к завершению к 2021 году, сообщила британская передающая компания National Grid в июне 2020 года.Еще одно соединение на 1,4 ГВт с Шотландией, Northconnect, планируется после ввода в эксплуатацию North Sea Link и Nordlink (в Германию).

Средиземноморские ссылки

Линия 1,4 ГВт (эл.) Между Испанией и Марокко работает с 1998 года.

Новый канал постоянного тока Elmed мощностью 600 МВт планируется соединить итальянскую сеть в Партанне на Сицилии с Эль-Хаварией в Тунисе с 2025 года. Длина подводного кабеля составляет около 192 км, из них 32 км подземного кабеля на Сицилии и 5 км в Тунисе.Смета расходов составляет 600 миллионов евро, половина из которых финансируется ЕС.

Сеть Восточной Азии

Korea Electric Power Corporation (Kepco) продвигает план соединения Пусана в Южной Корее с Фукуокой на юге Японии через остров Цусима. Это будет включать в себя 50-километровый участок до острова и еще 150 км до Японии, и позволит ожидаемому излишку электроэнергии в Южной Корее уменьшить дефицит электроэнергии в Японии. Это будет соединение с частотой 60 Гц с этой частью Японии.

Это следует за предложением японского Softbank в 2012 году о создании Азиатской суперсети, соединяющей Корею, Китай, Японию, Россию (Владивосток и Хабаровск) и Монголию.Сообщается, что Softbank объединился с Newcom в Монголии для разработки ветряной электростанции мощностью 300 МВт в пустыне Гоби, которая в конечном итоге будет снабжать Японию. В дальнейших планах – до 7 ГВт. Newcom уже поставляет 5% электроэнергии Монголии за счет ветра.

Южноафриканский энергетический пул (SAPP)

SAPP координирует энергосистемы 12 стран Сообщества по развитию юга Африки (САДК) (Ангола, Ботсвана, Демократическая Республика Конго, Лесото, Малави, Мозамбик, Намибия, Южная Африка, Свазиленд, Танзания, Замбия и Зимбабве).Девять из стран являются так называемыми «действующими участниками», что означает, что они связаны с объединенной сетью, которая передает около 97% энергии, производимой в SAPP. Общая установленная мощность в 2014 году составила 57 ГВт, из которых было доступно менее 52 ГВт. Большая часть электроэнергии вырабатывается в Южной Африке, где ее мощность составляет 77%. Спрос превышает предложение. Всемирный банк предложил 20 миллионов долларов для финансирования региональных энергетических проектов в рамках SAPP.

В августе 2015 года САДК объявило, что в стадии строительства находятся мощности мощностью 24 ГВт (эл.), Которые должны быть введены в эксплуатацию к 2019 году, около 70% из них – из возобновляемых источников, а остальное – от крупных угольных электростанций Медупе и Кусиле в Южной Африке.Самым крупным проектом была первая очередь гидроэлектростанции Grand Inga на реке Конго в Демократической Республике Конго, которая могла бы в конечном итоге произвести 44 ГВт.

Восточноафриканский энергетический пул (EAPP)

Всемирный банк финансирует новый проект Восточной электрической магистрали, который соединит Эфиопию с Кенией и, в конечном итоге, с Южноафриканским энергетическим пулом. Это первая фаза программы интеграции энергетики Восточной Африки стоимостью 1,3 миллиарда долларов, при этом Банк предоставил 243 миллиона долларов для Эфиопии и 441 миллион долларов для Кении, в котором говорится, что «проект изменит основы электроэнергетического сектора в Восточной Африке».Линия 400 кВ переменного тока и 2000 МВт (эл.) Между Кенией и Танзанией была профинансирована Африканским банком развития в начале 2015 года.

Эфиопия планирует увеличить мощность гидроэнергетики с 2,4 до 10 ГВт и стать региональным экспортером электроэнергии. Государственная энергетическая компания Ethiopian Electric Power подписала контракт на 120 миллионов долларов США с China Electric Power Equipment and Technology на строительство высоковольтной линии электропередачи протяженностью 433 км от Волайты на юге страны до границы с Кенией.Эта линия высоковольтного постоянного тока напряжением 500 кВ, 2000 МВт с Кенией должна быть завершена в 2018 году при финансовой поддержке Всемирного банка.

Энергетический пул Западной Африки (WAPP)

Экономическое сообщество западноафриканских государств (ЭКОВАС) ранее приняло решение о создании Западноафриканского энергетического пула (WAPP). В июле 2015 года было подписано соглашение между несколькими странами о сотрудничестве в разработке комплексной региональной ядерно-энергетической программы Западной Африки, связанной с этим.

Центральная и Южная Америка

Самая длинная в мире линия высоковольтного постоянного тока (2400 км) была введена в эксплуатацию в Бразилии в 2014 году, чтобы вывести 3150 МВт электроэнергии с двух гидроэлектростанций на северо-западе в Сан-Паулу.Бразилия, Аргентина, Уругвай и Парагвай с общими крупными гидроэнергетическими проектами уже имеют обширные сетевые подключения.

Чили, Колумбия, Эквадор и Перу стремятся интегрировать свои энергосистемы в рамках проекта Андской системы электрических соединений (SINEA). В 2015 году Боливия вместе с Аргентиной, Бразилией и Парагваем согласились инвестировать более 620 миллионов долларов США в программу объединения электроэнергии, в результате чего будет построено 1400 км сетевой инфраструктуры. Затем Боливия договорилась с Перу о присоединении.

В Центральной Америке, благодаря проектам в области возобновляемых источников энергии, в 2014 году было завершено строительство последнего звена Центральноамериканской системы электрических соединений (SIEPAC), которое соединило шесть стран от Гватемалы до Панамы через линию длиной 1800 км.

Австралия

Национальный рынок электроэнергии Восточной Австралии (NEM) управляет крупнейшей в мире объединенной энергосистемой, протяженностью более 5000 километров от Северного Квинсленда до Тасмании и центральной части Южной Австралии и поставляет электроэнергию на сумму около 10 миллиардов долларов в год для удовлетворения потребностей более 10 миллионов человек. пользователей.

Умные сети

«Интеллектуальная сеть» относится к классу технологий для доставки электроэнергии, в которых используются компьютерные средства управления для мониторинга и согласования предложения с потребностями конечных пользователей в реальном времени с соответствующим изменением цен. Он включает двустороннюю связь между дистрибьютором и счетчиками и коммутаторами клиентов с управлением этой информацией для оптимизации эффективности. Ключевой особенностью полной интеллектуальной сети является технология автоматизации, которая позволяет коммунальному предприятию настраивать и контролировать каждое отдельное устройство или миллионы устройств из центра.Интеллектуальные сети позволяют оптимально интегрировать бытовые возобновляемые источники энергии в сеть, а также интегрировать в систему электромобили.

Интеллектуальные сети имеют большое значение на уровне распределения, но мало на уровне TSO. Около 80% инвестиций в интеллектуальные сети приходится на уровень DSO и очень мало на TSO. Несмотря на разговоры об электрических магистралях, HVDC и т. Д., Большинство возобновляемых источников, не связанных с гидроэнергетикой, подключены к низковольтным распределительным сетям, а не к высоковольтным сетям.

Препятствия к улучшению

Высокая стоимость проектов передачи электроэнергии является одним из факторов, сдерживающих инвестиции в новые мощности.

Приобретение полосы отвода передающих активов и управление ею – сложный и обременительный процесс во многих странах, где на карту поставлены надежность и мнение потребителей. Электроэнергетические компании и TSO должны управлять многочисленными и часто конкурирующими интересами при переговорах о сервитутах для проектов передачи. Они будут определяться целями надежности и мощности, но у землевладельцев и государственных чиновников другие приоритеты и интересы.

Во Франции противники проекта Котантен-Мэн протяженностью 163 км, соединяющего новый реактор Фламанвиль с основной энергосистемой, утверждали, что неуверенность в безопасности проживания вблизи высоковольтных линий электропередач, включая риск возникновения лейкемии у детей, означает, что проект не должен продолжаться.Противники – экологические группы и местные общественные объединения. Высший административный суд страны отклонил апелляцию, заявив, что это проект, представляющий общественный интерес, и что было проведено достаточное количество оценок безопасности.

---

Примечания и ссылки

Общие источники

Международное агентство по атомной энергии, Серия статей по ядерной энергии № NG-T-3.8, Надежность электрических сетей и взаимодействие с атомными электростанциями (2012)
Международное агентство по атомной энергии, Серия технических отчетов No.224, Взаимодействие характеристик сети с проектированием и производительностью атомных электростанций (1983),
Международное агентство по атомной энергии, Эксплуатация атомных электростанций без базовой нагрузки: режимы гибкой работы с отслеживанием нагрузки и частотным регулированием, Серия изданий МАГАТЭ по ядерной энергии № NP-T-3.23 (апрель 2018 г.)
Агентство по ядерной энергии ОЭСР, Ядерная энергия и возобновляемые источники энергии: системные эффекты в низкоуглеродных электроэнергетических системах , ISBN 9789264188518 (ноябрь 2012 г.)
ОЭСР / АЯЭ, 2013 г., Документы с техническими заключениями CSNI No.16: Глубокая защита электрических систем. NEA # 7070
Гримстон, М., 2013 г., Полная стоимость производства электроэнергии, Proc IMechE Часть A: J Power and Energy 0 (0) 1-11
EnergyMarketPrice 15/5/14 в связи с подключением к сети Европы
Australian Energy Market Operator Ltd и Electranet, Интеграция возобновляемых источников энергии в Южной Австралии (октябрь 2014 г.)
Мировой отчет по передаче, контролю и распределению электроэнергии , Data Group (март 2015 г.)
Ален Буртин и Вера Сильва, EDF R&D, Технико-экономический анализ европейской электроэнергетической системы с 60% ВИЭ (17 июня 2015 г.), доступен на веб-сайте Energy Post
Оператор австралийского энергетического рынка, Руководство по дополнительным услугам на национальном рынке электроэнергии (апрель 2015 г.)

Объекты передачи и передачи электроэнергии

Объекты передачи и передачи электроэнергии Передача электроэнергии – это процесс транспортировки электроэнергии к потребителям на большие расстояния.Для некоторых новых солнечных электростанций могут потребоваться новые объекты передачи электроэнергии. Электротрансмиссия Передача электроэнергии – это процесс, с помощью которого большие объемы электроэнергии, произведенной на электростанциях, таких как промышленные солнечные установки, транспортируются на большие расстояния для последующего использования потребителями. В Северной Америке электричество отправляется с электростанций в сеть передачи Северной Америки , обширную сеть линий электропередач и связанные с ними объекты в Соединенных Штатах, Канаде и Мексике.Из-за большого количества энергии и свойств электричества передача обычно происходит при высоком напряжении (69 кВ или выше). Электроэнергия обычно поставляется на подстанцию ​​ недалеко от населенного пункта. На подстанции электричество высокого напряжения преобразуется в более низкое напряжение, подходящее для использования потребителями, а затем доставляется конечным пользователям по (относительно) низковольтным линиям распределения электроэнергии. Для недавно построенных солнечных электростанций , если бы не было подходящих объектов передачи, потребовались бы новые линии передачи и связанные с ними объекты.Строительство, эксплуатация и вывод из эксплуатации высоковольтных линий электропередачи и связанных с ними объектов создадут ряд воздействий на окружающую среду. Тип и величина воздействий, связанных со строительством, эксплуатацией и выводом из эксплуатации линии электропередачи, будут варьироваться в зависимости от типа и размера линии, а также от длины линии электропередачи и множества других факторов, специфичных для площадки. К основным узлам ЛЭП и сопутствующим объектам относятся: Передаточные башни Башни передачи являются наиболее заметным компонентом системы передачи энергии.Их функция состоит в том, чтобы изолировать проводники высокого напряжения (линии электропередач) от окружающей среды и друг от друга. Существуют различные конструкции башен, которые обычно используют открытую решетку или монополь, но обычно они очень высокие (башня на 500 кв может иметь высоту 150 футов с поперечинами шириной до 100 футов), металлические конструкции. Передаточные башни Нажмите, чтобы увеличить Проводники (линии электропередач) Проводники – это линии электропередач , по которым электроэнергия подается в сеть и через нее к потребителям.Как правило, на опору для каждой электрической цепи натянуто несколько проводов. Проводники состоят в основном из скрученных металлических жил, но более новые проводники могут включать керамические волокна в матрицу из алюминия для дополнительной прочности при меньшем весе. Подстанции Очень высокие напряжения, используемые для передачи электроэнергии, преобразуются в более низкие напряжения для использования потребителями на подстанциях . Подстанции различаются по размеру и конфигурации, но могут занимать несколько акров; они очищены от растительности и обычно засыпаны гравием.Обычно они огорожены, и к ним ведет постоянная подъездная дорога. В общем, подстанции включают в себя множество конструкций, проводов, ограждений, освещения и других элементов, которые создают «промышленный» вид. Подстанция Увеличить Щелкните фото ниже, чтобы просмотреть интерактивную панораму. Подстанция фотоэлектрического объекта – интерактивная панорама. Источник: Аргоннская национальная лаборатория Право проезда (полосы отвода) Полоса отчуждения для коридора электропередачи включает земельных участков, зарезервированных для линии электропередачи и связанных с ней объектов, необходимых для облегчения технического обслуживания и предотвращения риска пожаров и других аварий.Он обеспечивает запас прочности между высоковольтными линиями и окружающими конструкциями и растительностью. Расчистка растительности может потребоваться по соображениям безопасности и / или доступа. Полоса отвода обычно состоит из местной растительности или растений, выбранных по благоприятным моделям роста (медленный рост и низкая зрелая высота). Однако в некоторых случаях подъездные дороги составляют часть полосы отвода и обеспечивают более удобный доступ для автомобилей для ремонта и инспекции. Ширина полосы отвода изменяется в зависимости от номинального напряжения линии от 50 футов.примерно до 175 футов или более для линий 500 кВ. Передача ROW Увеличить нажмите Подъездные пути Маршруты доступа к сооружениям линий электропередачи как для строительства, так и для обслуживания линий обычно требуются и могут быть мощеными или гравийными. Для строительства подъездной дороги может потребоваться очистка от растительности и / или реконструкция земли. Дополнительные временные дороги также могут потребоваться на этапах строительства и вывода из эксплуатации проекта линии электропередачи. Для получения дополнительной информации Более подробная информация об электрической передаче и подробные описания компонентов передающего устройства представлены в следующем техническом отчете.

Поток электроэнергии – Power Lines Inc

Ожидания по электроэнергии

Электричество – одна из тех вещей, которые мы, как потребители, часто принимаем как должное, пока электричество не отключится, возможно, во время шторма. Помимо этого, мы щелкаем выключателем и, не задумываясь, ожидаем, что наши приборы будут работать.

Как вырабатывается электроэнергия

Все начинается на электростанции. Здесь для производства электроэнергии используется такой источник энергии, как гидроэлектростанция, солнце или ветер. Эта электрическая энергия затем доступна для транспортировки потребителям этой электроэнергии.

Но давайте сделаем шаг назад и посмотрим на электричество с атомарного уровня. Атомы содержат ядра с протонами (положительно заряженными частицами) и нейтронами (нейтральными частицами). Снаружи атом окружен электронами (отрицательно заряженными частицами).Число положительных и отрицательных частиц в атоме равно, пока что-то не нарушит этот баланс. Когда этот баланс компенсируется, создается электричество.

Турбина может работать от воды, пара, газа или других источников энергии. Эта турбина превращает механическую энергию в электричество. Электрический ток возникает, когда провод из проводящего материала перемещается в магнитном поле. В большом генераторе магнит будет прикреплен к концу вращающегося вала, который обернут проводящим материалом.Магнит вращается, создавая в этом проводе небольшой ток.

Распределение электроэнергии

Подобно трубопроводам природного газа, по которым газ большого объема под высоким давлением подается через трубопровод большого диаметра и перемещается в трубопровод меньшего диаметра и меньшего объема по мере приближения к конечному пользователю, электрическая сеть работает таким же образом.

Повышающие трансформаторы повышают напряжение (и понижают его, когда оно приближается к конечному использованию). Линии электропередачи транспортируют электроэнергию к распределительным станциям.

Электроэнергия покидает электростанцию ​​в виде высокого напряжения, а на станциях понижается до более низкого напряжения, откуда она затем доводится до конечного пользователя. После того, как он попадает в дом или к конечному пользователю, владелец несет ответственность за оплату объема использования.

Это распределение может быть надземным или подземным. Для воздушных линий вы заметите трансформаторы на полюсах, которые снижают напряжение. Если линии проложены под землей, ящики электрических трансформаторов располагаются на отдельных участках.

Электрические подстанции часто можно увидеть огороженными рядами входящих и выходящих распределительных линий. Именно здесь напряжение снижается для муниципалитетов и конечного конечного пользователя.

Как работают электростанции?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 6 сентября 2020 г.

Не так давно алхимики мечтали стать дешевыми и уродливыми. металлы в ценные, такие как золото. Электростанции (также называемые электростанции) проделывают аналогичный трюк, превращая куски угля и капли нефти в скопления электрический ток, которым можно приготовить ужин или зарядить телефон.Если это не было бы для электростанций, я бы не писал эти слова сейчас – и вы бы их не читали. Фактически, большинство вещей мы делаем каждый день, и большая часть того, что мы используем, имеет скрытый долг в благодарность этим гигантским энергетическим фабрикам, которые превращают «ископаемое топливо» (уголь, природный газ и нефть) в электроэнергию.

Эта энергетическая алхимия – довольно удивительный трюк – и совсем недавно тоже, так как самая первая практическая электростанция была построена в только 1882 г. (Томас Эдисон). Однако изумление часто бывает последним, что мы чувствуем, когда подумайте о производстве электроэнергии в начале 21 века.В эпоху, когда забота об окружающей среде (вполне справедливо) важнее, чем Всегда модно глумиться над электростанциями как над злыми, грязными местами закачивая загрязнения в наш воздух, землю и воду. Однажды мы могли бы быть в состоянии сделать всю нашу электроэнергию полностью чистой и экологически чистой. А пока электростанции жизненно важны для поддержания наших школ, больницы, дома и офисы светлые, теплые и кипящие жизнью; без них современная жизнь была бы невозможна. Как они работают? Давайте присмотритесь!

Фото: Типичная электростанция, работающая на ископаемом топливе, в Дидкоте, Англия.Изначально это были две отдельные электростанции: старая работала на угле и нефти, а новая работала на природном газе. Только газовая установка по-прежнему работает. Обратите внимание на градирни справа и пилоны и линии электропередач, отводящие электричество слева.

Магическая наука о электростанциях

Одна большая электростанция может производить достаточно электроэнергии (около 2 гигаватт, 2000 мегаватт или 20000000000 ватт) для обеспечения пара сотен тысяч домов, и это столько же мощности вы могли бы сделать примерно с 1000 больших ветряных турбин работает изо всех сил.Но блестящая наука, стоящая за этим удивительным трюком, не имеет ничего общего с силовой установкой. чем с топливом горит. Настоящая магия не в этом электростанции превращают топливо в электричество: дело в том, что даже небольшие количества ископаемого топлива содержат большое количество энергии. Килограмм угля или литр масла содержит около 30 МДж энергии – огромное количество, эквивалентен нескольким тысячам 1,5-вольтовых батарей! Работа электростанции состоит в том, чтобы высвободить эту химическую энергию в виде тепла, использовать тепло для управления прядильная машина называется турбиной, а затем использовать турбину для питания генератор (машина для производства электроэнергии).Электростанции могут сделать так много энергии, потому что они сжигают огромное количество топлива – и каждый немного этого топлива заполнено энергией.

К сожалению, большинство электростанций не очень эффективны: на типичной старой электростанции, работающей на угле, только около трети энергии, содержащейся в топливе, преобразуется в электричество, а остальная часть тратится впустую. Более новые конструкции, такие как электростанции комбинированного цикла (которые мы рассмотрим через минуту), могут иметь до 50 процентов эффективности. Как показывает диаграмма, на пути от электростанции до вашего дома тратится еще больше электроэнергии.Если сложить все потери вместе, только пятая часть энергии топлива доступна в качестве полезной энергии в вашем доме.

Диаграмма: Крупные централизованные электростанции, работающие на ископаемом топливе, очень неэффективны, тратя около двух третей энергии на топливо. Вот типичный сценарий: около 62 процентов теряется в самой установке в виде отработанного тепла. Еще 4 процента исчезают в линиях электропередач и трансформаторах, по которым электричество подается с электростанции в ваш дом. После подачи электричества ваша бытовая техника теряет еще 13 процентов.В общем, только 22 процента первоначальной энергии топлива (зеленый кусочек) превращается в энергию, которую вы действительно можете использовать. Источник: данные «Децентрализация власти: энергетическая революция в 21 веке», Гринпис, 2005 г.

Типы электростанций

Паровая турбина

Большинство традиционных электростанций вырабатывают энергию, сжигая топливо для выпуск тепло . По этой причине их называют тепловыми (тепловые) электростанции. Угольные и масличные заводы работают так же, как я показано на иллюстрации выше, сжигание топлива с кислородом для выделения тепла энергия, которая кипятит воду и приводит в действие паровую турбину.Этот базовую конструкцию иногда называют простым циклом .

Фото: Превосходная макет паровой турбины и электрогенератора в разрезе. Пар втекает в турбину по огромным серым трубам наверху, вращая турбину, похожую на ветряную мельницу, посередине. Когда турбина вращается, она вращает подключенный к ней электрогенератор (синий цилиндр, который вы видите справа). Эта модель находится в Think Tank, музее науки и техники в Бирмингеме, Англия.

Газовая турбина

Установки, работающие на природном газе, работают немного иначе, аналогично тому, как работает реактивный двигатель. Вместо пара они горят постоянный поток газа и использовать его для приведения в действие турбины немного другой конструкции (называемой газовой турбиной ) вместо.

Фото: The Электростанция McNeil в Берлингтоне, штат Вермонт, сжигает древесное топливо (коричневый, слева) в газовой турбине, чтобы вырабатывать скромные 50 мегаватт энергии, чего достаточно для местный город.Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено Министерством энергетики США / NREL (Министерство энергетики США / Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).

Комбинированные конструкции

Каждая построенная когда-либо электростанция преследовала одну главную цель: как можно больше полезного электричества из его топлива – другими словами, быть максимально эффективным. Когда реактивные двигатели кричат ​​сквозь небо пускает горячие газы, как реактивные двигатели, они тратят впустую энергия. В самолете мы мало что можем сделать, но мы можем что-то об этом в электростанции.Мы можем взять горячий выхлоп газы, поступающие из газовой турбины, и используют их для питания паровой турбины а также в так называемом комбинированном цикле . Это позволяет нам производят на 50 процентов больше электроэнергии из топлива по сравнению с на обычную установку простого цикла. В качестве альтернативы мы можем улучшить КПД электростанции за счет пропускания отходящих газов через теплообменник. теплообменник, поэтому они вместо этого нагревают воду. Эта конструкция называется комбинированное производство тепла и электроэнергии (ТЭЦ) или когенерация, и это быстро становится одним из самых популярных проектов (также может быть используется для очень мелкомасштабного производства энергии в единицах примерно одинаковых размер как автомобильные двигатели).

Ядерная

Атомные электростанции работают так же, как уголь или уголь простого цикла. масличные растения, но вместо того, чтобы сжигать топливо, они разбивают атомы на части, выделять тепловую энергию. Он используется для кипячения воды, производства пара и запитать паровую турбину и генератор обычным способом. Для большего Подробности читайте в нашей основной статье о том, как работают атомные электростанции.

Hydro

Хотя все эти типы электростанций в основном тепловые (генерирует и выделяет тепло для привода паровой или газовой турбины), два другие очень распространенные типы вообще не используют никакого тепла.Гидроэлектростанции и гидроаккумулирующие установки предназначены для перекачивания огромного количества вода мимо огромных водяных турбин (считайте их очень эффективными водяные колеса), которые напрямую приводят в действие генераторы. В гидроэлектростанции завод , река устроена так, чтобы подпирать огромную бетонную плотину. В вода может выходить через относительно небольшое отверстие в дамбе, называемое затвор и при этом заставляет одну или несколько турбин вращаться вокруг. Пока река течет, турбины крутятся и плотина производит гидроэлектроэнергию.Хотя они не производят загрязнения или выбросов, гидроэлектростанции очень вредны в других отношениях: они деградируют реки, блокируя их течение, и они затапливают огромные территории, вынуждая многих людей из своих домов (плотина «Три ущелья» в Китае привела к перемещению примерно 1,2 миллиона человек).

ГАЗ вырабатывает электроэнергию аналогично гидроэлектростанция, но перемещает одну и ту же воду туда и обратно между высокоуровневым озером и нижним. Во времена пиковый спрос, воде позволено течь из высокого озера в нижний, производящий электроэнергию по высокой цене.Когда спрос ниже, посреди ночи вода снова перекачивается от низкого озера к высокому с использованием низкотарифной электроэнергии. Так накачано хранение – это действительно способ использования того, как электричество в одни разы стоит больше, чем в другие.

Фото: плотина гидроэлектростанции Макнари в Орегоне вырабатывает 980 мегаватт электроэнергии, когда через нее проносится вода. его турбины. Фото Дэвида Хикса любезно предоставлено Министерством энергетики США / NREL (Министерство энергетики США / Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).

Как электричество попадает в ваш дом

Одно из замечательных свойств электричества заключается в том, что мы можем сделать его практически в любом месте и передавать его на большие расстояния по линиям электропередач в наши дома. Это позволяет нам управлять огромными городами без строить огромные грязные электростанции прямо посреди них или размещать электростанции там, где есть удобные месторождения угля или реки с быстрым течением, чтобы их накормить. Теперь требуется энергия, чтобы отправить электрический ток по проводу, потому что даже самые лучшие провода сделаны из таких веществ, как золото, серебро и медь, имеют то, что называется сопротивление – они препятствуют прохождению электричества.В чем длиннее провод, тем больше сопротивление и больше энергии это напрасно. Таким образом, вы можете подумать, что отправка электричества чрезвычайно длинные силовые кабели было бы очень глупо и расточительно.

Однако есть простой способ обойти это. Оказывается, чем больше ток течет через провод тратится больше энергии. Сделав текущим как можно меньше, мы можем свести к минимуму энергию – и мы делаем это, сделав напряжение как можно большим.Электростанции на чем-то производят электричество вроде 14000 вольт, но они используют трансформаторы (повышающие или понижающих устройств), чтобы “поднять” напряжение на что-нибудь от от трех до пятидесяти раз, примерно до 44 000–750 000 вольт, прежде чем отправить его по линиям электропередачи в города где он будет потребляться. Как правило, мощность передается в течение длительного времени. расстояния с использованием ВЛ, натянутых между опорными рамами называется пилонов ; это сделать намного быстрее и дешевле, чем закапывать линии под землей, что обычно делается в городах.Поставка пилонов подстанции , которые фактически являются мини-точками электроснабжения, предназначенными для питания, возможно, большой завод или небольшой жилой массив. Подстанция использует «понижающие» трансформаторы для преобразования высоковольтной электроэнергии. от линии питания до одного или нескольких более низких напряжений, подходящих для фабрики, офисы, дома или что-то еще.

На фото: слева: трансформаторы линий электропередач. Справа: линия передачи (пилон).

Как работает электросеть

Подстанции получили свое название с тех времен, когда электростанции снабжали очень четко определенные локальные территории: каждая станция питала ряд близлежащих подстанций, которые проходили питание домов и других зданий.Проблема с этим договоренность заключается в том, что если электростанция внезапно выйдет из строя, многие дома придется обходиться без электричества. Есть и другие проблемы с запуском электростанции самостоятельно. Одна электростанция могла бы производить электричество очень дешево (возможно, потому что оно очень новое и используется природный газ), а другой (по старой технологии на угле) может быть намного дороже, поэтому имеет смысл использовать более дешевый вокзал по возможности. К сожалению, электростанции не похожи на машину двигатели: они должны работать постоянно; как правило, они не могут запускаться и полностью прекратить, когда мы этого хотим.По этим и другим причинам электроэнергетические компании пришли к выводу, что имеет смысл подключить все их электростанции в обширную сеть под названием grid . Высоко сложные компьютеризированные центры управления используются для повышения или уменьшите производительность станций, чтобы соответствовать спросу от минуты до минута и час к часу (так что больше станций будут работать без перерыва в вечер, например, когда большинство людей готовят себе ужин).

Что ждет электростанции в будущем?

Нам всегда будет нужна энергия и особенно электричество – очень универсальный вид энергии, который мы можем легко использовать по-разному, но это не значит, что нам всегда будут нужны электростанции, подобные тем, которые мы есть сегодня.Давление на окружающую среду уже заставляет многих страны закрыть угольные электростанции, которые производят наибольшие выбросы углекислого газа (ответственные за изменение климата и глобальное потепление). Хотя атомные станции могут предложить самый чистый путь к низкоуглеродному будущему, есть серьезные опасения по поводу того, сможем ли мы построить их достаточно быстро или преодолеть страхи людей по поводу загрязнения и безопасности (будь то опасения рациональны или нет).

Даш на газ

В краткосрочной перспективе довольно ясно, что нас ждет в будущем: есть всемирный “рывок за бензином”.«Большинство новых электрических электростанции теперь используют природный газ, что значительно дешевле, в относительно большом количестве (на данный момент) и с меньшими выбросами чем другие станции, работающие на ископаемом топливе. АЗС также быстрее и дешевле построить, чем более сложные альтернативы, такие как атомные станции и сталкиваются с меньшим сопротивлением общественности. В 2011 г. в США было произведено около четверти его электричество из природного газа; к 2017 году этот показатель вырос почти до трети (32 процента).

Диаграмма: Стремление к газу.Примерно за последнее десятилетие в Соединенных Штатах произошел значительный переход от угольных электростанций (синий) к природному газу (красный), в то время как ядерная энергия (желтый) и гидроэлектроэнергия (зеленый) по-прежнему обеспечивают чуть более четверти всего электричества. Ветер (фиолетовый) и солнечный (оранжевый) сильно выросли, но с очень маленькой базы, поэтому даже сейчас они по-прежнему обеспечивают только около 11 процентов всей электроэнергии. На этой диаграмме показана разбивка источников выработки электроэнергии между 2007 г. (внутреннее кольцо) и 2019 г. (внешнее кольцо), и она была составлена ​​с использованием данных за июнь 2020 г. из журнала Electric Power Monthly, Управления энергетической информации США, по состоянию на 6 сентября 2020 г. (и предыдущих версий настоящего документа). документ).Примечания: 1) Гидроэлектростанция скорректирована с учетом гидроаккумуляции. 2) На диаграмме показано производство электроэнергии только коммунальными предприятиями и исключены маломасштабные фотоэлектрические и другие небольшие установки. 3) “Ветровая и прочая энергия” включает все возобновляемые источники энергии, кроме солнечной и гидроэлектрической.

ТЭЦ

Другие тенденции также становятся важными, особенно смещение к меньшим станциям, использующим комбинированное производство тепла и электроэнергии (ТЭЦ). В отчете Управления энергетической информации США за 2016 г. Соединенные Штаты имеют потенциал построить почти 300 000 малых ТЭЦ. заводы (многие просто питают отдельные здания или комплексы), которые позволит избежать необходимости строительства около 100 крупных угольных или атомных электростанций. растения.Поскольку некоторые из них будут питаться биомассой, (например, деревьями или “энергетические культуры”, выращенные специально для этой цели) или отходы, которые иллюстрирует три разные тенденции в действии: переход к более мелким растений и многое другое, а также переход от ископаемого топлива к возобновляемые источники энергии.

Возобновляемые источники энергии

В более долгосрочной перспективе будущее должно быть возобновляемым, потому что ископаемые запасы топлива либо закончатся, либо (что более вероятно) сочтутся слишком грязными, либо дорогой в использовании. Мы уже видели огромное распространение ветровой энергии на последние пару десятилетий и солнечная энергия, вероятно, увеличится резко в ближайшие годы.Большой недостаток, как я упоминалось ранее, заключается в том, что вам нужно не менее 1000 ветряных турбин ( при 2 МВт) или 400000 солнечных крыш (номинальной мощностью 5 кВт), работающих на максимальной мощности, чтобы сделать то же самое мощность как одна большая электростанция (2 ГВт), поэтому, если мы собираемся переключить от электростанций до зеленой энергии, нам нужно очень много покрывая массивную территорию. Какие бы недостатки ни были у электростанций, они, безусловно, очень эффективно используют землю (хотя можно утверждать, что также следует учитывать обширный отвод угольных шахт или нефтяных и газовых месторождений).

Графики: Изменяющийся характер электростанций. На этих двух диаграммах общая численность населения электростанций в электроэнергетике США разбита по типу топлива или другой энергии, которую они использовали в 2003 и 2018 годах. Вы можете видеть, что на угольных и нефтяных заводах произошло значительное сокращение, а небольшое увеличение. на заводах по производству природного газа (и других газов), и огромное увеличение возобновляемых источников энергии (хотя гидроэлектростанции остаются примерно такими же). На основе данных за декабрь 2018 г. Сколько и каких электростанций имеется в Соединенных Штатах ?, Управление энергетической информации США, 8 декабря 2019 г. (и более ранние версии того же документа для более ранних данных).

Эффективность и управление спросом

Некоторые утверждают, что мы можем избежать строительства электростанций. за счет энергоэффективности, например, за счет более эффективного использования дома техника и лучшая изоляция. Многие коммунальные предприятия имеют принял эту идею с помощью простых инициатив, таких как раздача бесплатных энергосберегающие лампочки домовладельцам. Теоретически, если вы выдадите 50 миллионов энергосберегающих ламп, каждая из которых экономит 50 Вт энергии, вы полностью избежать необходимости строить один большой (2.5ГВт) электростанция. (Эта идея иногда называют «негаватт», это слово было придумано Эмори Ловинсом из Института Скалистых гор.) Мы также можем уменьшить потребность в новых электростанции за счет более рационального хранения энергии и управления спросом, у нас нет таких огромных пиков потребления энергии. К сожалению, это подход только уводит нас так далеко. Проблема в том, что наша общая энергия потребности постоянно растут – и наша потребность в электричестве ограничена также расти, поскольку мы переходим от автомобилей, работающих на ископаемом топливе, и дизельного топлива поезда на электрические альтернативы.Более того, есть проблема растущие потребности в энергии в развивающихся странах: люди в тех страны не могут экономить энергию, которую они еще не используют, и это быть безнравственным, чтобы помешать им использовать энергию, чтобы выбраться из бедности. В конечном счете, миру в целом нужно будет использовать гораздо больше энергии и гораздо больше электроэнергии и, хотя эффективность имеет решающее значение роль, которую нужно сыграть, это лишь небольшая часть решения.

В краткосрочной перспективе стремление к газу помогает, если уводит нас от угля.ТЭЦ также помогает, если улучшается эффективности, но не в том случае, если это на десятилетия заставит нас использовать ископаемое топливо. приехать. Улавливание и хранение углерода (CCS) может помочь нам сделать старее, угольные электростанции более экологичны, но по-прежнему в значительной степени бездоказательно и дорого. Долгосрочное будущее непременно должно быть возобновляемым, и энергоэффективность может сделать будущее более зеленым, питается солнцем и ветром, этого легче достичь. Тем не менее, на данный момент и на десятилетия вперед обычные электростанции, работающие на ископаемом топливе. останется основой нашей энергетики и электроснабжения.Мы должны восхищаться ими, уважать их за то, что они важны для нашей жизни, и они настолько чистые и зеленые, насколько это возможно.

: светлое будущее для передачи и распределения электроэнергии

16 июня 2020

«В 2019 году в электроэнергетике продолжилась многолетняя картина рекордных капитальных вложений в коммунальные услуги на фоне стагнации роста нагрузки. И это мало что изменится, поскольку потребность в обновлении устаревшей инфраструктуры, оцифровке и защите энергосистемы от стихийных бедствий и техногенных катастроф сохраняется.”- Источник: Deloitte 2020 Power and Utilities Industry Outlook.

Передача энергии

Вы когда-нибудь задумывались, как энергия поступает в ваш дом или офис, чтобы питать свет, телевизор и заряжать электронику одним щелчком выключателя? Энергия доставляется потребителям через сложную сеть. Во-первых, он часто генерируется на электростанции и перемещается по сети наземных и подземных электрических линий. В сети находятся электрические подстанции, трансформаторы, линии передачи и распределения, соединяющие производителей энергии с потребителями.Часто энергия должна преодолевать большие расстояния, чтобы добраться до потребителя по высоковольтным линиям электропередачи. Энергия «Передача» относится к массовому перемещению электроэнергии от генерирующего объекта. Затем электрическая энергия поступает на подстанции, где трансформаторы снижают напряжение, чтобы затем электрическая энергия могла быть распределена между конечным пользователем.

Изменение энергетического ландшафта

Возникает растущая потребность коммунальных предприятий в обновлении и модернизации своих сетей передачи и распределения электроэнергии.Из-за этого многие коммерческие поставщики электроэнергии планируют вложить значительные средства в свои сети передачи и распределения электроэнергии.

Есть несколько причин обновить энергетическую инфраструктуру:

1. Большая часть существующих сетей достигла конца своего срока полезного использования и отстает от тенденций в области населения и строительства в развивающихся регионах. Надежность и отказоустойчивость сети имеют решающее значение.
2. Новые или обновленные линии и подстанции предоставляют возможность для технологий чистой или возобновляемой энергии выводить свою продукцию на рынок (с крупных солнечных и ветряных станций, которые часто расположены в сельских районах, не обслуживаемых существующей электросетью в этих районах).Узнать больше.
3. Прокладка линий под землей помогает сократить количество отключений в районах, подверженных штормам.
4. Улучшение сетевых технологий позволяет дистанционно определять проблемы и перенаправлять электроэнергию, тем самым уменьшая количество и продолжительность отключений.
5. Развитие инфраструктуры интеллектуальных измерений позволяет коммунальным предприятиям внедрять больше инструментов для снижения счетов.