Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Нормы напряжения в сети в квартире

Автор Евгения На чтение 22 мин. Опубликовано

Нормы напряжения в сети в квартире

Какое напряжение в бытовой сети оптимальное для работы электроприборов

Уровень напряжения – одни из критериев качества электроснабжения. Каждый из бытовых электроприборов рассчитан на продолжительную нормальную работу при условии питания его от напряжения, находящегося в пределах допустимых значений. В данной статье рассмотрим вопрос о том, какое напряжение в бытовой сети является оптимальным для работы электроприборов.

Уровень напряжения в электрической сети

Прежде всего, следует отметить, что на уровень напряжения в электрической сети влияет множество различных факторов. Электричество от источника – электростанции к конечному потребителю, в частности в жилые дома, приходит, пройдя несколько этапов преобразования. На первом этапе напряжение повышается для передачи его на большие расстояния, по энергосистеме. По мере приближения к конечному потребителю, электричество проходит несколько этапов преобразования напряжения до значений, используемых в быту.

Фиксированное значения напряжения в различных участках энергосистемы невозможно обеспечить, так как в энергетической системе постоянно происходят различные процессы: увеличивается или снижается нагрузка, соответственно изменяется и количество вырабатываемой электроэнергии на электростанциях, возникают аварийные ситуации на различных участках электрической сети, которые в той или иной мере влияют на уровни напряжения. Поэтому на каждом этапе преобразования электроэнергии осуществляется регулировка уровня напряжения, как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения.

Основной задачей регулировки напряжения обеспечить уровень напряжения на тех или иных участках электрической сети в пределах допустимых значений. То же самое касается конечного этапа, который обеспечивает понижение напряжения величины, используемой в быту – 220/380 В.

В наиболее часто используемой для электроснабжения потребителей однофазной электрической сети напряжением 220 В нормально допустимые отклонения напряжения находятся в пределах +/- 5 %. То есть диапазон напряжения 209-231 В является нормальным, может быть постоянным, соблюдение напряжения сети в пределах данных значений является одним из критериев качественного электроснабжения.

Но, как и упоминалось выше, в электрической сети могут возникать аварийные режимы работы, которые могут влиять на уровни напряжения в электрической сети. В связи с этим существует еще одна норма – предельно допустимые отклонения напряжения, которые составляют +/- 10 % или 198-242 В.

Данные отклонения напряжения допускаются на незначительное время, как правило, на время ликвидации аварийной ситуации в электрической сети или на время оперативных переключений, в процессе которых происходит временное изменение значений напряжения электросети.

Какое напряжение в бытовой сети оптимальное для работы электроприборов?

Выше приведены общие нормы напряжения электрической сети. Что касается бытовых электроприборов, то в большинстве случаев они проектируются для нормальной работы в диапазоне предельно допустимых отклонений напряжения, то есть 198-242 В. При этом электроприборы не должны выходить из строя в случае непродолжительного превышения напряжения выше 242 В.

Если рассматривать диапазоны допустимых напряжений в паспортах бытовых электроприборов, то можно выделить две группы электроприборов. К первой группе можно отнести те электроприборы, которые меньше всего подвержены перепадам напряжения – это электрический чайник, электропечь, бойлер, электрический обогреватель и другие электроприборы, в которых основным конструктивным элементом является тепловой нагревательный элемент.

Ко второй группе можно отнести электроприборы, которые наиболее подвержены перепадам напряжения – это, прежде всего, компьютерная техника, блоки питания различной техники, аудио- и видеотехника и различные дорогостоящие электроприборы, конструктивно имеющие электронные схемы, преобразователи.

В паспорте электроприборов первой группы в большинстве случаев можно увидеть рекомендуемое рабочее напряжение 230 В. По сути данные электроприборы будут работать и при более низком напряжении, но при этом они будут работать менее эффективно.

Электроприборы второй группы, как более подверженные к перепадам напряжений, проектируется с учетом работы в широких диапазонах. Часто диапазоны рабочих напряжений выходят ниже предельно допустимых. Например, блок питания аудио- видеоаппаратуры, зарядное устройство мобильного телефона рассчитано для работы в пределах 100-240 В.

Отдельно следует выделить бытовые приборы, конструктивно имеющие электродвигатель, насос или компрессор. Перечисленные элементы рассчитаны для работы при номинальном напряжении, как правило, это 220-230 В.

В случае понижения напряжения в электрической сети увеличивается ток нагрузки в электродвигателе (насосе, компрессоре), что в свою очередь приводит к перегреву его обмоток и снижению срока службы изоляции. В данном случае, чем ниже напряжение в электрической сети, тем меньше срок службы данных электроприборов, в частности их конструктивных элементов – электродвигателей (насосов, компрессоров).

Учитывая диапазоны допустимого напряжения всех электроприборов, используемых в быту, можно сделать вывод, что наиболее оптимальным напряжением в электрической сети является напряжение величиной 230 В. При таком значении напряжения будут нормально работать электроприборы с электродвигателями, нагревательными элементами, а также электроприборы, конструктивно имеющие электронные схемы и преобразователи.

Рассматривая вопрос о том, какое напряжение в бытовой сети оптимальное для работы электроприборов, следует учитывать, что важен не только уровень напряжения, но и его стабильность.

Под стабильностью подразумевается отсутствие скачков напряжения, как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. Перепады напряжения негативно влияют на работу электроприборов и, в конечном счете, могут привести к выходу их из строя.

Искусственный интеллект нашего сайта решил, что эти статьи вам будут особенно полезны:

Что делать, если напряжение электропитания в сети выше или ниже нормы

Отношения по предоставлению коммунальных услуг собственникам и пользователям помещений в многоквартирных домах, собственникам и пользователям жилых домов, в том числе отношения между исполнителями и потребителями коммунальных услуг регулируются «Правилами предоставления коммунальных услуг собственникам и пользователям помещений в многоквартирных домах и жилых домов» (утв. постановлением Правительства РФ от 06.05.2011 № 354) (далее Правила). Указанные Правила устанавливают порядок контроля качества предоставления коммунальных услуг, порядок изменения размера платы за коммунальные услуги при предоставлении коммунальных услуг ненадлежащего качества, а также регламентируют вопросы, связанные с наступлением ответственности исполнителей и потребителей коммунальных услуг.

Коммунальные услуги – это осуществление деятельности исполнителя по подаче потребителям любого коммунального ресурса в отдельности или 2 и более из них в любом сочетании с целью обеспечения благоприятных и безопасных условий использования жилых, нежилых помещений, общего имущества в многоквартирном доме.

Электрическая энергия является одним из видов коммунальных ресурсов.

В соответствии с пп. «д» п. 3 Правил качество предоставляемых коммунальных услуг должно соответствовать требованиям, приведенным в приложении № 1 Правилам.

В п. 10 приложения №1 к Правилам указано, что одним из требований к качеству энергоснабжения является постоянное соответствие напряжения и частоты электрического тока требованиям законодательства РФ о техническом регулировании.

В соответствии с п. 4.2.2 ГОСТ 32144-2013 в электрических сетях низкого напряжения стандартное номинальное напряжение электропитания равно 220 В. При этом положительные и отрицательные отклонения напряжения в точке передачи электрической энергии не должны превышать 10% номинального или согласованного значения напряжения в течение 100% времени интервала в одну неделю.

Таким образом, предельное отклонение (как положительное, так и отрицательное) в России не должно превышать отметку в 10% от номинального. Итого получаем такие значения: для сети 220 В – от 198 до 242 В.

В случае, если напряжение в сети потребителя отличается от данных значений, можно говорить о том, что качество коммунальной услуги по электроснабжению является ненадлежащим.

В Правилах прописан порядок установления факта предоставления коммунальной услуги ненадлежащего качества. Если вы обнаружили, что предоставляемая коммунальная услуга имеет ненадлежащее качество, то об этом нужно сообщить в аварийно-диспетчерскую службу исполнителя (письменно или устно, в том числе по телефону). Запишите номер заявки. Если причины нарушения качества коммунальной услуги неизвестны, то с потребителем должна быть согласована дата и время проведения проверки факта нарушения качества коммунальной услуги. Если с потребителем не согласовано иное время, то проверка назначается не позднее 2 часов с момента подачи заявки потребителем. По окончании проверки составляется акт, один экземпляр которого должен быть выдан потребителю. Если факт нарушения качества коммунальной услуги в ходе проведенной проверки подтвердился, то дата и время обращения потребителя в аварийную службу исполнителя будет считаться началом периода, в течение которого считается, что коммунальная услуга предоставляется с нарушениями качества. Период нарушения качества коммунальной услуги считается оконченным, например, с момента установления исполнителем факта возобновления предоставления коммунальной услуги надлежащего качества всем потребителям либо с момента сообщения потребителем исполнителю о возобновлении предоставления ему коммунальной услуги надлежащего качества. Если установлено, что качество предоставляемой электрической энергии было ненадлежащим, то размер платы за каждый час снабжения электрической энергией ненадлежащего качества суммарно в течение расчетного периода (месяца) снижается на 0,15 процента размера платы, определенного за такой расчетный период.

Следует знать, что исполнитель обязан выполнить требование об устранении недостатков в разумный срок, назначенный потребителем (ст. 30 Закона о защите прав потребителей). Для этого потребителю лучше оформить свое требование в виде письменного заявления, подать это заявление исполнителю. Второй экземпляр такого заявления с распиской в получении и датой нужно оставить у себя.

В соответствии с положениями ст. 13 Закона РФ «О защите прав потребителей» за нарушение прав потребителей исполнитель несет ответственность, предусмотренную законом или договором. Если иное не установлено законом, убытки, причиненные потребителю, подлежат возмещению в полной сумме сверх неустойки (пени), установленной законом или договором. Уплата неустойки (пени) и возмещение убытков не освобождают исполнителя от исполнения возложенных на него обязательств в натуре перед потребителем.

В соответствии с пп. «е» п. 33 Правил потребитель вправе требовать от исполнителя возмещения убытков и вреда, причиненного жизни, здоровью или имуществу потребителя вследствие предоставления коммунальных услуг ненадлежащего качества, а также компенсации морального вреда в соответствии с законодательством Российской Федерации.

Если в результате предоставления электрической энергии вышла из строя бытовая техника, потребитель вправе требовать возмещения причиненных убытков (стоимость восстановительного ремонта или стоимость бытовой техники).

С требованиями о предоставлении электрической энергии надлежащего качества и возмещении убытков следует обращаться к той организации, которая поставила ему электроэнергию нестандартного качества и кому он платит за потребленную энергию, т.е. на чей счет поступают денежные средства. Обращение лучше всего составить в письменном виде в виде претензии.

При отсутствии реакции на претензию и требование добровольного возмещения убытков пострадавшим потребителям следует обращаться в суд, приложив к иску все имеющие доказательства (например, акт проверки качества электроэнергии, заключение специализированной сервисной службы или экспертной организации о причинах выхода из строя техники).

В соответствии с п. 2 ст. 17 Закона РФ «О защите прав потребителей» иски о защите прав потребителей могут быть предъявлены по выбору истца в суд по месту:

нахождения организации, а если ответчиком является индивидуальный предприниматель, – его жительства;

жительства или пребывания истца;

заключения или исполнения договора.

Если иск к организации вытекает из деятельности ее филиала или представительства, он может быть предъявлен в суд по месту нахождения ее филиала или представительства.

Потребители, иные истцы по искам, связанным с нарушением прав потребителей, освобождаются от уплаты государственной пошлины в соответствии с законодательством Российской Федерации о налогах и сборах.

Важно знать, что при удовлетворении судом требований потребителя, установленных законом, суд взыскивает с исполнителя в пользу потребителя за несоблюдение в добровольном порядке удовлетворения требований потребителя штраф в размере пятьдесят процентов от суммы, присужденной судом в пользу потребителя (п. 6 ст. 13 Закона РФ «О защите прав потребителей»).

Нормы напряжения в квартире

Фотографии на тему: Нормы напряжения в квартире

Читайте также

Кто наследует квартиру после смерти собственника? Квартирный вопрос всегда был и остается одним из самых важных для всех людей. Рассмотрим ниже более подробно действующие виды наследства – наследование по закону и по завещанию.

Так как дарение недвижимости достаточно частое явление, возникает вопрос можно ли продать дарственную долю в квартире? Ввиду того, что речь идет только о части, а не едином целом объекте, решение зависит от нескольких нюансов, которые являются неотъемлемыми в подобных сделках.

Имущественный вычет при покупке квартиры в ипотеку существует для получения от государства части подоходного налога, уплаченного рабочим человеком ранее, для покупки жилища.

Часто бывает, что в напряжение в квартире “скачет”. Чтобы понять, нужно ли обращаться в обслуживающую компанию, необходимо знать нормы напряжения в квартире. В стандартном многоквартирном доме норма напряжения составляет 220В. Частота сети в норме составляет 50 Гц. Существует допустимые отклонения в 5%, то есть от 209 до 231В, также есть предельно допустимые нормы в 10% (198 – 242В).

Определить есть ли отклонение от нормы достаточно просто.

При пониженном напряжении электроприборы перестанут включаться или будут работать с перебоями. При повышенном напряжении приборы могут вовсе выйти из строя и “сгореть”. Если в квартире напряжение превышает или недотягивает до указанных предельных норм, владелец имеет право обратиться в управляющую компанию. Порядок действий:

  • Собственник обращается с жалобой в компанию, обслуживающую дом.
  • Электрик замеряет напряжение, составляет акт выполненных работ, фиксирует отклонения от нормы.
  • Владелец предоставляет акт в УК для устранения причин отклонений от нормы.
  • В случае если УК отказывает исправлять ситуацию, владелец вправе обратиться в суд.

Причин отклонения от нормы может быть много:

  • Нехватка напряжения трансформатора. Сейчас во многих домах стоят еще советские трансформаторы, их мощности не хватает для обеспечения многоквартирного дома из-за увеличившегося потребления. С появлением микроволновых печей, электрических чайников, компьютеров, пылесосов и т. д. расход электроэнергии значительно увеличился. А мощность трансформатора осталась на прежнем уровне. Компания, обслуживающая дом, должна решить эту проблему заменой трансформатора на более мощный, либо установкой дополнительного трансформатора.
  • Если проблема наблюдается у части жильцов, то причина может быть в тумблере. Часто на трансформаторах ставят специальный тумблер, с помощью которого можно регулировать напряжение. Этот тумблер может выйти из строя, за счет чего специалисты не могут отрегулировать мощность. Решается – заменой тумблера.
  • Еще одной частой причиной отклонения от нормы является перегруженность определенной фазы. При подключении электрик может допустить ошибку и подключить к одной фазе слишком много квартир. Тогда напряжение будет недостаточным.
  • Также причиной недостаточного напряжения может быть сгоревший провод. Если система электроснабжения давно не менялась, нелишним будет “прозвонить” все провода на наличие тока.

В любом случае при нестабильном напряжении тока, необходимо выяснить причину отклонения от нормы напряжения в квартире. Затем обратиться в УК для устранения проблем.

Какое отклонение напряжения в сети считается предельно допустимым

Несоответствие параметров электрической сети требуемым параметрам качества электроэнергии, установленных ГОСТ 32144-2013 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения», негативно влияет на работу электрооборудования. В быту чаще всего это отражается на сроке службы лампочек (быстрее перегорают), а также работе бытовой техники, в частности, холодильников, телевизоров, микроволновых печей. В этой статье мы рассмотрим допустимое и предельное отклонение напряжения в сети по ГОСТ, а также причины возникновения такой проблемы.

Нормы в соответствии с ГОСТом

Итак, руководствоваться мы будем, ГОСТ 32144-2013, согласно которому предельное отклонение (как положительное, так и отрицательное) в России не должно превышать отметку в 10% от номинального. Итого получаем такие значения:

  • для сети 230в – от 207 до 253 Вольта;
  • для сети 400в – от 360 до 440 Вольт.

Что касается допустимого отклонения напряжения у потребителей, в ГОСТе указано, что данную величину в точках общего подключения устанавливает непосредственно сетевая организация, которая в свою очередь должна удовлетворять нормы, указанные в настоящих стандартах.

Помимо этого хотелось бы отметить, что при нормальном режиме работы сети допустимое отклонение напряжения на зажимах электрических двигателей находится в диапазоне от -5 до +10%, а других аппаратов не больше, чем 5%. В то же время после возникновения аварийного режима допускается понизить нагрузку не больше, чем на 5%.

Кстати, хотелось бы дополнительно отметить, что на источнике питания в электросетях 0,4 кВ согласно нормам отклонение не должно превышать отметку в 5%, собственно, как и у самих потребителей. Итого, 5% на источнике + 5% у потребителей, имеем 10% предельно допустимого.

Немаловажно знать о причинах возникновения отклонения напряжений. Так вот основной причиной считается сезонное или суточное изменение электрической нагрузки самих потребителей. К примеру, в зимнее время все резко включают обогреватели, в результате чего параметры электросети заметно падают. О том, что делать, если низкое напряжение в сети, мы рассказывали в соответствующей статье!

Негативное влияние отклонения параметров

Чтобы вы понимали всю опасность отклонения напряжения в сети, предоставляем к прочтению следующие факты:

  1. Когда значение понижается ниже нормы, значительно снижается срок службы используемого электрооборудования и в то же время повышается вероятность возникновения аварии. Помимо этого, в технологических установках увеличивается длительность самого производственного процесса, что влечет за собой увеличение показателей себестоимости продукции.
  2. В бытовой сети, как мы уже говорили, отклонения напряжения сокращает срок службы лампочек. При повышении напряжения на 10% срок эксплуатации обычных лампочек сокращается в 4 раза. В свою очередь энергосберегающие лампы при снижении напряжения на 10% начинают мерцать, что также негативно влияет на продолжительность их работы. Об остальных причинах мерцания люминесцентных ламп вы можете узнать из нашей статьи.
  3. Что касается электрических приводов, то из-за снижения напряжения увеличивается потребляемый двигателем тока. В свою очередь это уменьшает срок службы двигателя. Если же напряжение будет даже на незначительных казалось бы 1% выше нормы, реактивная мощность, которую потребляет электродвигатель, может увеличиться до 7%.

Подведя итог, хотелось бы отметить, что существует несколько современных способов решения проблемы: снижение потерь напряжения в электрической сети, о чем мы писали в соответствующей статье, а также регулирование нагрузки на отходящих линиях и шинах подстанций.

Вот мы и рассмотрели нормы отклонения напряжение в сети по ГОСТ. Теперь вы знаете, насколько низкого или же высокого значения может достигать этот параметр в трехфазной и однофазной сети переменного тока!

Рекомендуем также прочитать:

Каково допустимое напряжение в сети 220 В по ГОСТу: 4 причины введения стандарта

Допустимое напряжение в сети в большинстве сооружений составляет 220 В До совсем недавнего времени в России, как и близлежащих странах СНГ действовали технические нормативно-правовые акты в сфере подачи и обслуживания электроэнергии времени существования СССР. Так, известными в этой области являются ГОСТ 29322-92 и ГОСТ 21128-83 в новой редакции 2014 года. Каждый из них закреплял известное нам всем и привычное до боли значение среднего параметра подаваемого напряжения – 220 В. Однако с недавнего времени, а именно, 2015 года, было принято решение о введении нового стандарта, который соответствует общеевропейским запросам и потребностям. О том, какое на сегодняшний день допустимое напряжение на кабеле электросети и какое наибольшее и минимальное значение должны выдавать счетчики – узнавайте в данной публикации.

Полные нормы напряжение в электросети: ГОСТ

Несмотря на то, что большинство обывателей и людей, не относящихся к категории осведомленных в области напряжения в их электросети, утвердительно скажет о том, что стандартным напряжением является показатель в 220 В. К их удивлению, даже несмотря на старые и привычные всем наклейки, на котором указан общепринятый стандарт, уже не актуальны.

С 2015 года в РФ действует новый стандарт – уровни 230 В и 400 В, что соответствует европейским стандартам.

Такие акты приняты также в Украине и странах Балтии, в том числе Беларуси.

К чему привело изменение стандарта:

  • Изменилось рабочее напряжение на кабеле электросети;
  • Колебания стали чуть более значимыми, нежели ранее, но все также в допустимых нормах 5% и максимальных – 10%;
  • Потенциальная оплата услуг поставки электроэнергии выросла не совершенно символическую сумму;
  • Частота подачи напряжения – 50 Гц.

Нормы напряжения в электросети зависят от типа назначения постройки

Таким образом, напряжение в сети должно считаться несколько возросшим в бытовой практике. Но на деле же все иначе и это сулит наличие подводных камней в сфере поставки организациями электроэнергии. Несмотря на общепринятый стандарт, организации, поставляющие напряжение в квартиры домов, подают все по тем же меркам, принятым еще в советское время и равным 220 В. Все это происходит официально по ГОСТу 32144-2013, которым и руководствуются поставщики.

Стандартные параметры электрической сети

Нормы общепринятых стандартов регламентируют также основные параметры, присущие для электроэнергии, поставляемой в дома. С учетом того, что технический ГОСТ – это десятки и десятки страниц сложной терминологии и расчетов, здесь будут приведены общая оценка приводимых категорий. Как общепринято считать, основными параметрами, определяющими нашу бытовую электроэнергию, считаются частота и сила переменного тока и напряжение. Однако есть и ряд других, которые стоит учитывать.

Стандартные параметры электрической сети включают в себя:

  • Коэффициент временного напряжения;
  • Импульсное напряжение;
  • Отклонение частоты напряжения на кабеле электросети;
  • Диапазон изменения напряжения;
  • Длительность потери напряжения и прочие.

Все перечисленные показатели так или иначе оказывают влияние на потерю или превышение установленных норм подачи энергии в сети.

Максимальное отклонение напряжения в электросети

Ток в сети по естественным причинам непостоянен и изменяется в определенных показателях. В рамках нового стандарта 230 В/400 В номинальное отклонение допустимо в пределах 5% и максимально должны отмечаться в кратковременных промежутках не более 10%. Таким образом, такое теоретические отклонение допускается в пределах 198 В и до 242 В. Такой размах может считаться актуальным для большинства нынешних квартир.

Что влияет на сетевое колебание поставки энергии и потери напряжения:

  • Одним из самых распространенных причин является устаревание оборудования, в том числе счетчиков, электрощитов, кабелей проводки и так далее;
  • Значительные погрешности отмечаются и в плохо обслуживаемой сети;
  • Ошибки при планировке и выполнении прокладочных работ в доме;
  • Значительный рост показателей энергопотребления, превышающих установленный стандарт.

Как уже отмечалось, приемлемы перепады в сети на +-5%. Так, например, по поставляемому показателю в 220 вольт, допустимо отклонение в сети, равное 209 В и наибольшее превышение, равное 231 В.

Посадка напряжения в домашней сети

Так называемая посадка напряжения может быть чревато многими нежелательными последствиями. Причем нежелательными как самими жителями, так и организацией-поставщиком, ведь именно она будет восполнять все непредвиденные расходы. По объективным причинам, описанным ранее, посадка электроэнергии может достигать рекордных показателей.

При проблемах с напряжением в домашней сети следует вызвать электрика

При обнаружении таких колебаний, максимальная просадка фиксируется и с этими показателями, ссылаясь на общепринятый стандарт и качество поставляемой энергии, нужно обращаться в органы-поставщики электроэнергии.

При отсутствии желания исправлять неисправности это является основанием для подачи искового заявления в суд.

Чем чревато превышение или значительное снижение установленных норм поставки напряжения в доме:

  • Быстрее перегорают лампочки;
  • Особенно это пагубно для холодильника, стиральной машинки и прочих электробытовых приборов, требующих мощное и постоянное напряжение;
  • Срок службы любой электротехнической техники, в том числе микроволновки, тостера, телевизора, компьютеров и так далее.

Таким образом становится очевидно, что все классы электротехники страдают от сильных перепадов напряжения. Особенно это влияние деструктивно сказывается, если в сети именно низкое напряжение. И обязанность обеспечить бесперебойным, стабильным и качественным током принадлежит именно организации, которая занимается поставкой и согласно договору, должна обеспечивать ее качественное обслуживание.

Величина допустимого падения напряжения: ПУЭ

Согласно принятым правилам устройства электроустановок (ПУЭ) еще в бывшем СССР, падением напряжения признается разность показателей напряжения на разных точках сети. Как правило, это точки начала и конца цепи. В установленных нормах по закону полагается различать понятия отклонение напряжения от ее потери. Если первый случай в общепринятом масштабе рассматривается на примере лампы накаливания, показатель отклонения которого признается номинальным и обязательным к исполнению, то в случае с потерей, рассматриваемой на шинах станции, – это признается рекомендуемым показателем.

Нормальное падение работы напряжения в сети:

  • В так называемых воздушных линиях – до 8%;
  • В кабельных линиях электроснабжения – до 6%;
  • В сетях на 220 В – 380 В – в районе 4-6%.

При этом падением в рамках аварийного режима признается падение до 12% в сети – это установленный предел. Падение более установленной нормы сулит включение системы защитной автоматики, которая должна срабатывать при достижении пониженной нормы на протяжении не менее 30 секунд.

Также в некоторых источниках можно найти стандарты напряжения, превышающие даже новые показатели в 230 В и 400 В. Не стоит путать примеры бытового использования с заводом или фабрикой, на которых показатели естественно значительно превышают бытовую среду.

Обязательное регулирование напряжения в электрических сетях

Осуществить собственное регулирование напряжения не только трудозатратно, но и потребует финансовых вложений. Еще более трудным вариантом является добиваться стабилизации тока в сети от организации-поставщика. Это можно сделать путем подачи жалоб, личных обращений, исков в суд, однако, результат далеко не всегда достигается даже этими методами.

Для регулировки напряжения в электрической сети используют специальные приборы

Если вы все-таки решили самостоятельно исправить картину, то это возможно следующим образом:

  1. Метод централизованного регулирования напряжения. Этот подход предполагает подсчет того, сколько изменений потребуется для стабилизации ситуации и соответствующее регулирование в центральном блоке питания.
  2. Метод линейного воздействия. Осуществляется с помощью так называемого линейного регулятора, который изменяет фазы с помощью вторичной обмотки на цепи.
  3. Использование конденсаторных батарей в сети. Этот способ в теоретической части называется компенсацией реактивной мощности.
  4. Также предельно нестабильную сеть можно подправить с помощью продольной компенсации. Она подразумевает последовательное подключение к сети конденсаторов.

Также актуальным вариантом, при не слишком выраженным отклонении от установленной нормы, является установка одного крупного или нескольких мелких стабилизаторов в сети. Это потребует некоторых финансовых вложений, специальные навыки монтажа, а также не подходит для максимально колеблющихся систем электроснабжения, ведь просто не смогут делать большой объем работы и регулировать большое количество напряжения.

Итак, как уже было определено, новым общепринятым стандартом считается напряжение в сети в квартире от 230 В до 400 В. Для примера, шкала напряжения бывает и 240 В, 250 В, с учетом максимально допустимой погрешности. Однако для привычной нам розетки э1ф рабочее напряжение – это все тот же уровень 220в, который привычен для нас всех еще с советского периода.

Допустимое напряжение в сети 220 В по ГОСТу (видео)

На счетчиках пишется показатель сетевого напряжения, который должен учитывать каждый житель дома. Следите за своими электроприборами правильно и вовремя обращайтесь в нужные инстанции.

«220 В» или «230 В» — стандартное напряжение в России?

Какое напряжение должно быть в сети 220В или 230В

И так вопрос: «Какое напряжение должно быть в нашей сети 220В или 230В?» На первый взгляд, очень простой вопрос. И очень простой ответ: «В сети должно быть 220В». Действительно, мы с детства знаем, что в розетке 220 Вольт и это опасно для жизни. На заводе, фабрике и в офисе на каждой розетке должна быть надпись «220В». На двери трансформаторной будки: «Не влезай — Убьет! 220В/380В».

Однако это не совсем верный ответ. В настоящее время в России стандартным напряжением в сети является напряжение 230В, но для поставщиков электроэнергии действует 220В. Действительно, ранее в Советском союзе стандартным напряжением было 220В, однако в последствии были приняты решения о переходе на общеевропейский стандарт — 230В. Согласно требований межгосударственного стандарту ГОСТ 29322-92 сетевое напряжение должно составлять 230В при частоте 50 Гц. Переход на этот стандарт напряжения должен был завершиться в 2003 году. В ГОСТ 30804.4.30-2013 так же есть упоминание о необходимости проведения измерений при стандартном напряжении 230В. ГОСТ 29322-2014 определяет стандартное напряжение 230В с возможностью использовать 220В. Электросети поставляют электроэнергию согласно действующего на сегодняшний день ГОСТ 32144-2013, устанавливающего напряжение 220В.

Изменение стандартного значения напряжения было проведено для получения полного соответствия европейским стандартам качества электроэнергии. Из всех бывших республик СССР к стандарту «230В» перешли Россия, Украина, страны Балтии.

При этом следует понимать, что электрическое оборудование, выпускаемое в России и для России должно нормально работать и при напряжении 220В, и при напряжении 230В. Для приборов, как правило, закладывается диапазон по напряжению от -15 % до +10 % от номинального.

География стран со стандартными напряжениями: 100В, 110В, 115В, 120В, 127В, 220В, 230В, 240В

В разных странах мира приняты различные стандарты сетевого напряжения. Можно встретить следующие стандарты: 

  • 100В в Японии
  • 110В в Ямайке, Гаити, Гондурасе, Кубе
  • 115В в Барбадосе, Сальвадоре,Тринидаде
  • 120В в США, Канаде, Венесуэле, Эквадоре
  • 127В в Бонайре, Мексике,
  • 220В во многих странах Азии и Африки
  • 230В во многих странах Европы и части стран Азии
  • 240В в Афганистане, Гайане, Гибралтаре, Катаре, Кении, Кувейте, Ливане, Нигерии, Фиджи.
География стран, в которых приняты напряжения 220В и 230В

Наибольшее распространение получили стандарты 220В и 230В, эти стандарты приняты более чем в 150 странах мира. Ниже приводится таблица стран, в которых приняты стандарты напряжения 220В и 230В. В левой колонке находятся страны, в которых стандартное сетевое напряжение 220В, в правой колонке — страны, где напряжение 230В.

Таблица стран, в которых принято напряжение 220В и 230В

Страна Напряжение Страна Напряжение
Азербайджан 220В Австралия 230В
Азорские острова 220В Австрия 230В
Албания 220В Алжир 230В
Ангола 220В Андорра 230В
Аргентина 220В Антигуа 230В
Балеарские острова 220В Армения 230В
Бангладеш 220В Бахрейн 230В
Бенин 220В Белоруссия 230В (ранее 220В)
Босния 220В Бельгия 230В
Буркина-Фасо 220В Ботсвана 230В
Бурунди 220В Бутан 230В
Восточный Тимор 220В Вануату 230В
Вьетнам 220В
Великобритания
230В
Габон 220В Венгрия 230В
Гвинея 220В Гамбия 230В
Гвинея-Бисау 220В Гана 230В
Гонконг 220В Гваделупа 230В
Гренландия 220В Германия 230В
Грузия 220В Гренада 230В
Вжибути 220В Греция 230В
Египет 220В Дания 230В
Зимбабве 220В Доминика 230В
Индонезия 220В Замбия 230В
Иран 220В Западное Самоа 230В
Кабо-Верде 220В Израиль 230В
Казахстан 220В Индия 230В
Камерун 220В Иордания 230В
Канарские острова 220В Ирак 230В
Киргизия 220В Ирландия 230В
Китай 220В Исландия 230В
Коморы 220В Испания 230В
Конго 220В Италия 230В
Корфу 220В Камбоджа 230В
Лесото 220В Лаос 230В
Литва 220В Латвия 230В (ранее 220В)
Мавритания 220В Лихтенштейн 230В
Мадейра 220В Люксембург 230В
Макао 220В Маврикий 230В
Македония 220В Малави 230В
Мартиника 220В Мальдивские острова 230В
Мозамбик 220В Мальта 230В
Нигер 220В Молдавия 230В (ранее 220В)
Новая Каледония 220В Монголия 230В
ОАЭ 220В Мьянма 230В
Парагвай 220В Непал 230В
Перу 220В Нидерланды 230В
Португалия 220В Новая Зеландия 230В
Реюньон 220В Норвегия 230В
Сан-Томе 220В Пакистан 230В
Северная Корея 220В Польша 230В
Сербия 220В Россия 230В (220В)
Сирия 220В Румыния 230В
Сомали 220В Сенегал 230В
Таджикистан 220В Сингапур 230В
Таиланд 220В Словакия 230В
Тенерифе 220В Словения 230В
Того 220В Судан 230В
Туркменистан 220В Сьерра-Леоне 230В
Узбекистан 220В Танзания 230В
Фарерские острова 220В Тунис 230В
Филиппины 220В Турция 230В
Французская Гвиана 220В Украина 230В (ранее 220В)
Чад 220В Уругвай 230В (ранее 220В)
Черногория 220В Финляндия 230В
Чили 220В Франция 230В
Экваториальная Гвинея 220В Хорватия 230В
Эфиопия 220В Чехия 230В
ЮАР 220В Швейцария 230В
Южная Корея 220В Швеция 230В
    Шри Ланка 230В
    Эритрея 230В
    Эстония 230В

Примечание: при составлении таблицы использованы данные энциклопедии «Википедия»

Какое напряжение походит для электроприборов 220В или 230В

Нам удалось выяснить, что стандартным напряжением в России сегодня является напряжение 230В. На практике конечно напряжение в сети постоянно изменяется и зависит от многих факторов. Какое же напряжение является удовлетворительным для электроприборов, применяемых в нашем доме? Однозначного ответа на этот вопрос нет. Диапазон допустимых напряжений для каждого прибора определяется техническими данными паспорта изделия. Часто допустимый диапазон напряжений указывается на тыльной стороне изделия или на электрической вилке прибора. Так современные компьютеры могут работать при напряжении от 140 до 240 Вольт, зарядное устройство для телефона от 110 Вольт до 250 Вольт. Наиболее требовательны к качеству электропитания приборы, имеющие электродвигатели (холодильники, кондиционеры, стиральные машины, котлы отопления, насосы).
Ясно, что для любых приборов, используемых в России и напряжение 220В и напряжение 230В является хорошим.

Какие бывают отклонения в качестве электроэнергии

Хорошо известно, что в наших сетях часто бывают значительные отклонения от стандартов качества электроэнергии. И напряжение может быть значительно ниже 220В или значительно выше 230В. Причины этого явления тоже известны: старение действующих электрических сетей, плохое обслуживание сетей, высокий износ сетевого оборудования, ошибки в планирование сетей, большой рост потребления электроэнергии. К проблемам в сетях можно отнести: низкое и пониженное напряжение, высокое и повышенное напряжение, скачки напряжения. провалы напряжения, перенапряжение, изменение частоты тока.

Купить по выгодной цене стабилизаторы напряжения можно в нашем магазине с бесплатной доставкой в города: Москва, Санкт-Петербург, Новосибирск, Екатеринбург, Нижний Новгород, Самара, Казань, Омск, Челябинск, Ростов-на-Дону, Уфа, Волгоград, Красноярск, Пермь, Воронеж, Саратов, Краснодар, Тольятти, Ижевск, Барнаул, Ульяновск, Тюмень, Иркутск, Владивосток, Ярославль, Хабаровск, Махачкала, Оренбург, Новокузнецк, Томск, Кемерово, Рязань, Астрахань, Пенза, Набережные Челны, Липецк, Тула, Киров, Чебоксары, Калининград, Курск, Брянск, Улан-Удэ, Магнитогорск, Иваново, Тверь, Ставрополь, Белгород, Сочи, Нижний Тагил, Архангельск, Владимир, Смоленск, Курган, Волжский, Чита, Калуга, Орёл, Сургут, Череповец, Владикавказ, Мурманск, Вологда, Саранск, Тамбов, Якутск, Грозный, Стерлитамак, Кострома, Петрозаводск, Нижневартовск, Комсомольск-на-Амуре, Таганрог, Йошкар-Ола, Новороссийск, Братск, Дзержинск, Нальчик, Сыктывкар, Шахты, Орск, Нижнекамск, Ангарск, Балашиха, Старый Оскол, Великий Новгород, Благовещенск, Химки, Прокопьевск, Бийск, Энгельс, Псков, Рыбинск, Балаково, Подольск, Северодвинск, Армавир, Королёв, Южно-Сахалинск, Петропавловск-Камчатский, Сызрань, Норильск, Люберцы, Мытищи, Златоуст, Каменск-Уральский, Новочеркасск, Волгодонск, Абакан, Уссурийск, Находка, Электросталь, Березники, Салават, Миасс, Альметьевск, Рубцовск, Коломна, Ковров, Майкоп, Пятигорск, Одинцово, Копейск, Железнодорожный, Хасавюрт, Новомосковск, Кисловодск, Черкесск, Серпухов, Первоуральск, Нефтеюганск, Новочебоксарск, Нефтекамск, Красногорск, Димитровград, Орехово-Зуево, Дербент, Камышин, Невинномысск, Муром, Батайск, Кызыл, Новый Уренгой, Октябрьский, Сергиев Посад, Новошахтинск, Щёлково, Северск, Ноябрьск, Ачинск, Новокуйбышевск, Елец, Арзамас, Жуковский, Обнинск, Элиста, Пушкино, Артём, Каспийск, Ногинск, Междуреченск, Сарапул, Ессентуки, Домодедово, Ленинск-Кузнецкий, Назрань, Бердск, Анжеро-Судженск, Белово, Великие Луки, Воркута, Воткинск, Глазов, Зеленодольск, Канск, Кинешма, Киселёвск, Магадан, Мичуринск, Новотроицк, Серов, Соликамск, Тобольск, Усолье-Сибирское, Усть-Илимск, Тимашевск, Тихорецк, Ухта, Севастополь, Симферополь, Ялта, Судак, Саки, Феодосия, Старый Крым, Алупка, Алушта.



Подробнее об этих проблемах читайте также в статьях:

Допустимое отклонение напряжения по ГОСТ: допустимые значения

При проектировании электроприборов, в том числе и бытовой техники, учитываются номинальные характеристики сети, от которой они будут работать. Но в системах электроснабжения могут происходить процессы, вызывающие отклонения от номинальных параметров. Допустимое отклонение напряжения в сети, частоты, а также других характеристик, регулируется требованиями ГОСТ 13109-97 (международный стандарт, принятый в России, Республике Беларусь, Украине и в большинстве других стран СНГ). Приведем информацию о допустимых нормах отклонений и вызывающих их причинах.

Нормы напряжения в электросети по ГОСТу

В нормативном документе определено несколько показателей, позволяющих характеризовать качество электроэнергии в точках присоединения (ввод в сети потребителей). Перечислим наиболее значимые параметры и приведем допустимые диапазоны отклонений для каждого из них:

  • Для установившегося отклонения напряжения не более 5,0% от номинала (допустимая норма) при длительном временном промежутке и до 10% для краткосрочной аномалии (предельно допустимая норма). Заметим, что данные показатели должны быть прописаны в договоре о предоставлении услуг, при этом указанные нормы должны отвечать действующим нормам. Например, для бытовых сетей (220 В) быть в пределах 198,0-220,0 В, а для трехфазных (0,40 кВ) – не менее 360,0 В и не более 440 Вольт.
  • Перепады напряжения, такие отклонения характеризуются амплитудой, длительностью и частотой интервалов. Нормально допустимый размах амплитуды не должен превышать 10,0% от нормы. К перепадам также относят дозу фликера (мерцание света в следствии перепадов напряжения, вызывают усталость), это параметр измеряется специальным прибором (фликометром). Допустимая краткосрочная доза – 1,38, длительная – 1. Пример устоявшегося отклонения и колебания напряжения
  • Броски и провалы. К первым относятся краткосрочные увеличения амплитуды напряжения, превышающие 1,10 номинала. Под вторым явлением подразумевается уменьшение амплитуды на величину более 0,9 от нормы, с последующим возвращением к нормальным параметрам. Ввиду особенностей природы процессов данные отклонения не нормируются. При частом проявлении рекомендуется установить ограничитель напряжения (для защиты от бросков) и ИБП (при частых провалах).
  • Перенапряжение электрической сети, под данным определением подразумевается превышение номинала на величину более 10% длящееся свыше 10-ти миллисекунд. Примеры перенапряжения и провала (А), бросков (В)
  • Несимметрия напряжения. Допустимое отклонение коэффициента несимметрии от нормы – 2,0%, предельное – 4,0%.
  • Несинусоидальность напряжения. Определяется путем расчета коэффициента искажения, после чего полученное значение сравнивают с нормативными значениями. Пример нарушения синусоидальности напряжения
  • Отклонения частоты. Согласно действующим требованиям нормально допустимое отклонение этого параметра 0,20 Гц, предельно допустимое – 0,40 Гц.

Основные причины возникновения отклонения напряжения в сети

Теперь рассмотрим, что могло вызвать изменение характеристик сети:

  • Установившиеся отклонения напряжения связывают со следующими причинами:
  1. Увеличение величины нагрузки из-за подключения одного или нескольких мощных потребителей. Характерный пример – сезонное увеличение нагрузки на энергосистемы ввиду подключения обогревательного оборудования, а также суточные пики.
  2. Увеличение числа потребителей без модернизации энергосистемы.
  3. Обрыв или недостаточное качество контакта нулевого кабеля в трехфазных системах.

При ситуациях, описанных в первом пункте, поставщик нормализует напряжение, используя специальные средства регулирования. В остальных случаях производятся ремонтные работы.

  • Причина перепадов напряжения связана с потребителями электрической энергии, с резко изменяющейся нагрузкой (как правило, при этом изменяется и реактивная мощность). В качестве примера можно привести металлургические предприятия, оборудованные дуговыми печами. Подобный эффект можно наблюдать при работе сварочного электрооборудования или поршневых компрессорных установок.
  • Причины минимального напряжения (провалы) в большинстве случаев связаны с КЗ, которые могут возникнуть в сети дома, на линиях ввода или ЛЭП. Длительность провалов варьируется от миллисекунд до секунд, при этом напряжение может уменьшаться до 90% от нормы. Наиболее чувствительна к таким изменениям электроника, нормализовать ее работу можно при помощи ИБП.
  • Возникновение импульсных напряжений может быть вызвано коммутационными процессами, ударом молнии в ВЛ, а также другими причинами. При этом величина импульса может многократно превышать стандартное напряжение в квартире по ГОСТу. Естественно, что существенное увеличение максимальных значений этого параметра приведет к выходу из строя подключенного к сети оборудования, чтобы не допустить этого, следует использовать ограничитель перенапряжения. Принцип работы этого защитного устройства и схему установки можно найти на нашем сайте. Конструкция ограничителя перенапряжения (ОПН)
  • При кратковременных перенапряжениях уровень отклонений значительно ниже, чем при бросках, но, тем не менее, это может стать причиной выхода из строя оборудования, включенного в розетки. ОПН в этом случае не спасет, но поможет реле напряжения, которое произведет защитное отключение и после нормализации ситуации восстановит подключение. Пределы изменения срабатывания (диапазон регулирования) можно задать самостоятельно или использовать настройки по умолчанию. Что касается причин, вызывающих перенапряжение, то они связаны с коммутационными процессами и КЗ.
  • Несимметрия происходит вследствие перекоса нагрузки между фазами. Ситуация исправляется путем транспозиции питающих линий.
  • Нарушение синусоидальности возникает в тех случаях, когда к энергосистеме подключается мощное оборудование, для которого характерна нелинейная ВАХ. В качестве такового можно привести промышленные преобразователи напряжения с тиристорными элементами.
  • Частота сети напрямую связана с равновесием активных мощностей источника и потребителя. Если происходит дисбаланс, связанный с недостаточной мощностью генераторов, наблюдается снижение частоты в энергосистеме до тех пор, пока не будет установлено новое равновесие. Соответственно, при избыточных мощностях, происходит обратный процесс, вызывающий повышение частоты.

Последствия отклонения от стандартов

Отклонение от номинальных напряжений может вызвать много нежелательных последствий, начиная от сбоев в работе бытовой техники и заканчивая нарушениями производственных техпроцессов и созданием аварийных ситуаций. Приведем несколько примеров:

  • Долгосрочные отклонения напряжения сверх установленной нормы приводят к снижению срока эксплуатации электрооборудования.
  • Броски с большой вероятностью могут вывести из строя электронные приборы и другую технику, подключенную к сети.
  • При провалах происходят сбои в работе вычислительных мощностей, что увеличивает риски потери информации.
  • Перекос фаз приводит к критическому повышению напряжения, что вызовет, в лучшем случае, срабатывание защиты в оборудовании, а в худшем – полностью выведет его из строя.
  • Изменение частоты моментально отразится на скорости вращения асинхронных двигателей, а также приведет к снижению активной мощности. Помимо отклонения приведут к изменению ЭДС генераторов, что вызовет лавинный процесс.

Мы привели только несколько примеров, но и их вполне достаточно, чтобы стало понятно насколько важно придерживаться норм, указанных в настоящих стандартах и ПУЭ.

Список использованной литературы

  • Сибикин Ю.Д. «Основы электроснабжения объектов» 2015
  • Сафонов Д. Г., Лютаревич А.Г., Долингер С. Ю., Бирюков С. В. «Влияние отклонения напряжения на потери мощности в электрооборудовании электрических сетей и потребителей» 2013
  • Ананичева С.С., Алексеев А.А., Мызин А.Л. «Качество электроэнергии регулирование напряжения и частоты в энергосистемах» 2012

Норма напряжения в сети по ГОСТ в РФ: 220 или 230 Вольт

Все привыкли к обозначению над розетками в 220В и практически ни кого не терзают сомнения в правдивости указанного номинала. Однако в среде экспертов часто встречаются разногласия об актуальности величины питающего напряжения. Поэтому далее мы рассмотрим, какая норма напряжения в сети по ГОСТ в РФ: 220 или 230 В является правильной.

Эволюция напряжения в сети – с чего все началось

Уровень стандартных напряжений за последние 100 лет постоянно изменялся, для отечественных бытовых сетей в зависимости от степени технологического развития. Так, на заре электрификации стран советского лагеря для потребителей электрической энергии устанавливался номинал на 127 В. Такая система номинальных параметров вошла в обиход благодаря разработкам Доливо-Добровольского, который и предложил трехфазную генерацию вместо устаревшей двухфазной. Следует отметить, что еще в конце 30-х годов прошлого века  норма напряжения 127 В  уже слабо соответствовала возросшим производственным нуждам, именно тогда возникли первые попытки заменить ее, но с началом Второй мировой войны эти планы так и не реализовались.

Но уже в 60-х годах начались масштабные работы по приведению номинального напряжения к новому стандарту 220/380 В вместо переменного трехфазного 127/220 В. Европейские сети, к тому моменту уже совершили массовый переход на новые номиналы, дабы избежать  необоснованно затратной замены проводов на большее сечение. В попытке не уступать в эффективности советские страны также начали переход, который планировалось закончить за ближайшую пятилетку. Происходило строительство новых электростанций, замена трансформаторов и силовых агрегатов, но процесс перехода на нормы в 220 В фазного напряжения для бытовых потребителей затянулся до 80-х годов.

Рис. 1. Номинал на розетке

В 1992 году ГОСТ 29322-92 (МЭК 38-83) ввел новые нормы напряжения: 230 В фазного вместо 220 В и 400 В линейного вместо привычных 380 В.

Такой шаг преследовал стремление вывести собственную энергетическую систему в один ряд с зарубежными для:

  1. удобства работы с ближайшими соседями;
  2. возможности беспрепятственного выхода на мировые рынки;
  3. упрощения процедуры транзита.

Но, из-за несовершенства всей отечественной системы электроснабжения и отсутствия средств для полномасштабной реконструкции, эти нормы напряжения не установились и по сей день.

Разногласия в ГОСТах

Как же так, есть нормы, в стандарте приведены новые требования, а практическая реализация не наступила и почти что через тридцать лет. Причиной этому послужило постоянное наращивание мощности бытовыми приборами, их количеством и растущее потребление. Поэтому энергоснабжающие организации не могли достигнуть даже допустимых отклонений предыдущего стандартного номинального напряжения.

Первый из рассматриваемых нормативов – это ГОСТ 32144-2013, предназначенный для определения основных параметров качества электрической энергии. Как один из этих показателей, в стандарте установлены допустимые диапазоны для разности потенциалов.

Разумеется, рассматривать все пункты и их расчетную часть смысла не имеет, поэтому оговорим наиболее важные моменты:

  • согласно п.4.2.2 номинальное напряжение считается 220 В между фазой и нулем, и 380 В для линейной нормы.
  • провалы напряжения, которые, как правило, обуславливаются введением мощных потребителей, длительность провала не должна превышать 1 минуты;
  • в соответствии с п.4.3.3 импульсные перенапряжения, которые могут обуславливаться атмосферными разрядами, составляют норму от 1 микросекунды до нескольких миллисекунд;
  • несимметрия трехфазной сети согласно п.4.2.5 должна составлять не более 2 – 4% коэффициента несимметрии в десятиминутном интервале по недельной характеристике.

Для сравнения с предыдущими нормами, в действии находится ГОСТ 29322-2014, который относится к международным стандартам и устанавливает номинальные характеристики рядов напряжения. Был разработан в соответствии с другими нормами — IEC 60038:2009 и аннулировал действие стандарта 1992 года. Но в нем, согласно п.3.1 номинал сетей бытовой энергии устанавливается на отметку 230 В и 400 В для электрических сетей с переменным током частотой 50 Гц. Стоит сказать, что для зарубежных сетей с частотой 60 Гц имеются некоторые отличия, но допустимое отклонение частоты всего 2%, поэтому для отечественных потребителей эти поправки неактуальны.

Как примерить два нормативных документа?

Несмотря на описанные выше несоответствия, оба стандарта допускают возможное отклонение характеристик от номинальной величины на 10% как в большую, так и в меньшую сторону. Однако заметьте, что норма в 220 В будет  допускать отклонение напряжения в пределах от 198 В до 242 В. В то же время, новый номинал в 230 В будет иметь разброс от 207 В до 253 В между возможным минимумом и максимумом в розетке.

Чтобы выровнять несоответствие между разными стандартами ГОСТ 29322-2014 предусматривает такие варианты напряжения для сетей 230 В в таблице А.1:

  • номинальное – 230 В:
  • наибольшее используемое для питания – 253 В;
  • наименьшее для питания – 207 В;
  • наименьшее используемое – 198 В.

Как видите, здесь нижний предел допустимой нормы напряжения расширен до 198 В, что необходимо, как один из этапов эволюции старой отечественной системы к современным стандартам. Таким образом, новые нормы не исключают 220 В, а включают их, как допустимое отклонение от международного стандарта, к которому отечественные электроснабжающие организации еще не перешли в силу тех или иных обстоятельств.

Подводя итоги

Как видите, напряжение 220 В является пережитком старой системы, которые все еще допускается в ваших розетках в качестве частного варианта, как производной от номинала 230 В. Но что касается разброса от минимума до максимума, то здесь следует быть особенно осторожным. Все дело в том, что большинство производителей выпускают бытовое оборудование на определенные пределы напряжения, к примеру от 200 до 240 В, поэтому в случае повышения разности потенциалов на отметку 250 В, являющуюся допустимой, прибор может попросту выйти со строя.

Если у вас в квартире наблюдается подобная ситуация, можете сделать простую процедуру:

  • проверьте норму на интересующем вас приборе;
Рис. 2: проверьте норму напряжения
  • измерьте напряжение в розетке;
Рис. 3. Замерьте напряжение в сети
  • сопоставьте эти величины.

Если напряжение в сети значительно больше допустимого для устройства, вам понадобится стабилизатор или новый прибор. Если же номинал напряжения в сети больше допустимого ГОСТом, то срочно обращайтесь в энергоснабжающую организацию.

Список использованной литературы

  • Д.Файбисович «Каким быть номинальному напряжению в распределительных сетях» 2003
  • Госполитиздат  «План электрификации РСФСР» 1955
  • Шульц Ю. «Электроизмерительная техника: 1000 понятий для практиков» 1989
  • Грищенко А.И., Зиноватный П.С. «Энергетическое право России.»   2008.

Каково допустимое напряжение в сети 220 В по ГОСТу: 4 причины введения стандарта


Полные нормы напряжение в электросети: ГОСТ

Несмотря на то, что большинство обывателей и людей, не относящихся к категории осведомленных в области напряжения в их электросети, утвердительно скажет о том, что стандартным напряжением является показатель в 220 В. К их удивлению, даже несмотря на старые и привычные всем наклейки, на котором указан общепринятый стандарт, уже не актуальны.

С 2015 года в РФ действует новый стандарт – уровни 230 В и 400 В, что соответствует европейским стандартам.

Такие акты приняты также в Украине и странах Балтии, в том числе Беларуси.

К чему привело изменение стандарта:

  • Изменилось рабочее напряжение на кабеле электросети;
  • Колебания стали чуть более значимыми, нежели ранее, но все также в допустимых нормах 5% и максимальных – 10%;
  • Потенциальная оплата услуг поставки электроэнергии выросла не совершенно символическую сумму;
  • Частота подачи напряжения – 50 Гц.

Таким образом, напряжение в сети должно считаться несколько возросшим в бытовой практике. Но на деле же все иначе и это сулит наличие подводных камней в сфере поставки организациями электроэнергии. Несмотря на общепринятый стандарт, организации, поставляющие напряжение в квартиры домов, подают все по тем же меркам, принятым еще в советское время и равным 220 В. Все это происходит официально по ГОСТу 32144-2013, которым и руководствуются поставщики.

Стандартные параметры электрической сети

Нормы общепринятых стандартов регламентируют также основные параметры, присущие для электроэнергии, поставляемой в дома. С учетом того, что технический ГОСТ – это десятки и десятки страниц сложной терминологии и расчетов, здесь будут приведены общая оценка приводимых категорий. Как общепринято считать, основными параметрами, определяющими нашу бытовую электроэнергию, считаются частота и сила переменного тока и напряжение. Однако есть и ряд других, которые стоит учитывать.

Стандартные параметры электрической сети включают в себя:

  • Коэффициент временного напряжения;
  • Импульсное напряжение;
  • Отклонение частоты напряжения на кабеле электросети;
  • Диапазон изменения напряжения;
  • Длительность потери напряжения и прочие.

Все перечисленные показатели так или иначе оказывают влияние на потерю или превышение установленных норм подачи энергии в сети.

Максимальное отклонение напряжения в электросети

Ток в сети по естественным причинам непостоянен и изменяется в определенных показателях. В рамках нового стандарта 230 В/400 В номинальное отклонение допустимо в пределах 5% и максимально должны отмечаться в кратковременных промежутках не более 10%. Таким образом, такое теоретические отклонение допускается в пределах 198 В и до 242 В. Такой размах может считаться актуальным для большинства нынешних квартир.

Что влияет на сетевое колебание поставки энергии и потери напряжения:

  • Одним из самых распространенных причин является устаревание оборудования, в том числе счетчиков, электрощитов, кабелей проводки и так далее;
  • Значительные погрешности отмечаются и в плохо обслуживаемой сети;
  • Ошибки при планировке и выполнении прокладочных работ в доме;
  • Значительный рост показателей энергопотребления, превышающих установленный стандарт.

Как уже отмечалось, приемлемы перепады в сети на +-5%. Так, например, по поставляемому показателю в 220 вольт, допустимо отклонение в сети, равное 209 В и наибольшее превышение, равное 231 В.

Посадка напряжения в домашней сети

Так называемая посадка напряжения может быть чревато многими нежелательными последствиями. Причем нежелательными как самими жителями, так и организацией-поставщиком, ведь именно она будет восполнять все непредвиденные расходы. По объективным причинам, описанным ранее, посадка электроэнергии может достигать рекордных показателей.

При обнаружении таких колебаний, максимальная просадка фиксируется и с этими показателями, ссылаясь на общепринятый стандарт и качество поставляемой энергии, нужно обращаться в органы-поставщики электроэнергии.

При отсутствии желания исправлять неисправности это является основанием для подачи искового заявления в суд.

Чем чревато превышение или значительное снижение установленных норм поставки напряжения в доме:

  • Быстрее перегорают лампочки;
  • Особенно это пагубно для холодильника, стиральной машинки и прочих электробытовых приборов, требующих мощное и постоянное напряжение;
  • Срок службы любой электротехнической техники, в том числе микроволновки, тостера, телевизора, компьютеров и так далее.

Таким образом становится очевидно, что все классы электротехники страдают от сильных перепадов напряжения. Особенно это влияние деструктивно сказывается, если в сети именно низкое напряжение. И обязанность обеспечить бесперебойным, стабильным и качественным током принадлежит именно организации, которая занимается поставкой и согласно договору, должна обеспечивать ее качественное обслуживание.

Величина допустимого падения напряжения: ПУЭ

Согласно принятым правилам устройства электроустановок (ПУЭ) еще в бывшем СССР, падением напряжения признается разность показателей напряжения на разных точках сети. Как правило, это точки начала и конца цепи. В установленных нормах по закону полагается различать понятия отклонение напряжения от ее потери. Если первый случай в общепринятом масштабе рассматривается на примере лампы накаливания, показатель отклонения которого признается номинальным и обязательным к исполнению, то в случае с потерей, рассматриваемой на шинах станции, – это признается рекомендуемым показателем.

Нормальное падение работы напряжения в сети:

  • В так называемых воздушных линиях – до 8%;
  • В кабельных линиях электроснабжения – до 6%;
  • В сетях на 220 В – 380 В – в районе 4-6%.

При этом падением в рамках аварийного режима признается падение до 12% в сети – это установленный предел. Падение более установленной нормы сулит включение системы защитной автоматики, которая должна срабатывать при достижении пониженной нормы на протяжении не менее 30 секунд.

Также в некоторых источниках можно найти стандарты напряжения, превышающие даже новые показатели в 230 В и 400 В. Не стоит путать примеры бытового использования с заводом или фабрикой, на которых показатели естественно значительно превышают бытовую среду.

Обязательное регулирование напряжения в электрических сетях

Осуществить собственное регулирование напряжения не только трудозатратно, но и потребует финансовых вложений. Еще более трудным вариантом является добиваться стабилизации тока в сети от организации-поставщика. Это можно сделать путем подачи жалоб, личных обращений, исков в суд, однако, результат далеко не всегда достигается даже этими методами.

Если вы все-таки решили самостоятельно исправить картину, то это возможно следующим образом:

  1. Метод централизованного регулирования напряжения. Этот подход предполагает подсчет того, сколько изменений потребуется для стабилизации ситуации и соответствующее регулирование в центральном блоке питания.
  2. Метод линейного воздействия. Осуществляется с помощью так называемого линейного регулятора, который изменяет фазы с помощью вторичной обмотки на цепи.
  3. Использование конденсаторных батарей в сети. Этот способ в теоретической части называется компенсацией реактивной мощности.
  4. Также предельно нестабильную сеть можно подправить с помощью продольной компенсации. Она подразумевает последовательное подключение к сети конденсаторов.

Также актуальным вариантом, при не слишком выраженным отклонении от установленной нормы, является установка одного крупного или нескольких мелких стабилизаторов в сети. Это потребует некоторых финансовых вложений, специальные навыки монтажа, а также не подходит для максимально колеблющихся систем электроснабжения, ведь просто не смогут делать большой объем работы и регулировать большое количество напряжения.

Итак, как уже было определено, новым общепринятым стандартом считается напряжение в сети в квартире от 230 В до 400 В. Для примера, шкала напряжения бывает и 240 В, 250 В, с учетом максимально допустимой погрешности. Однако для привычной нам розетки э1ф рабочее напряжение – это все тот же уровень 220в, который привычен для нас всех еще с советского периода.

Допустимое напряжение в сети 220 В по ГОСТу (видео)

На счетчиках пишется показатель сетевого напряжения, который должен учитывать каждый житель дома. Следите за своими электроприборами правильно и вовремя обращайтесь в нужные инстанции.

Допустимые нормы отклонения напряжения по ГОСТ

В данной статье речь пойдет о допустимых нормах отклонения напряжения на зажимах электроприемников, согласно ГОСТов, НТП, РД, СП и различных справочников по электроснабжению.

В настоящее время допустимые отклонения напряжения регламентируются следующими нормативными документами:

  • ГОСТ 32144 — 2013 (взамен ГОСТ Р 54149—2010) соответствует европейскому стандарту EN 50160:2010 и принят в таких странах как: Армения, Беларусь, Кыргызстан, Российская Федерация, Таджикистан и Узбекистан.
  • ДСТУ ЕN 50160:2014 (взамен ГОСТ 13109-87) он разработан на основании европейского стандарта EN 50160:2010 и принят в Украине.
  • НТП 99 (взамен СН 357-77) – Нормы технологического проектирования. Проектирование силовых электроустановок промышленных предприятий.
  • РД 34.20.185-94 — Инструкция по проектированию городских электрических сетей.
  • СП 31-110-2003 — Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий.

Согласно ГОСТ 32144 — 2013 пункт 4.2.2 предельно допустимое значение установившегося отклонения на зажимах электроприемников должно быть в пределах ± 10 % от номинала сети.

Соответственно номинальное напряжение будет находится в пределах:

  • для сети 220 В – от 198 до 242 В;
  • для сети 380 В – от 342 до 418 В;

Обращаю Ваше внимание, что для нормальной работы электроприемников нормально допустимым показателем отклонения напряжения является ±5%. В ГОСТ 32144 — 2013 об этом ничего не сказано, в отличие от ГОСТ 13109-87 (заменен) таблица 1.

Также в действующих нормативных документах приведены следующие формулировки:

РД 34.20.185-94 пункт 5.2.2:

СП 31-110-2003 пункт 7.23:

В справочнике по проектированию электрических сетей и электрооборудования. Ю.Г.Барыбина. 1991г в таблице 2.58, страница 170, приведены допустимые отклонения напряжения на зажимах электроприемников. Данная таблица в полном объеме соответствует таблице, приведенной в нормативном документе СН 357-77 – заменен.

Сравнение ДСТУ ЕN 50160:2014 и ГОСТ 13109-87

На основе проведенного анализа данных нормативных документов предложены сравнительные таблицы со сроками и нормами основных нормативных документов по качеству электрической энергии, которые могут быть полезными для практического использования этих документов. Выявленные недостатки новых нормативных документов, которые необходимо устранить в их следующих переизданиях.

Более подробно о сравнении ДСТУ ЕN 50160:2014 и ГОСТ 13109-87, можно ознакомится в таких материалах как:

  • УДК 621.314 – Порівняльний аналіз основних нормативних документів щодо якості електричної енергії. Трунова І. М., к.т.н., Лебедєва Я. А, д.т.н. В данной статье предлагаются таблицы с терминами и нормами основных нормативных документов по качеству электрической энергии. Выявлены недостатки новых нормативных документов, которые необходимо устранить в их последующем переиздании.
  • УДК 621.312 – Деякі питання щодо застосування ДСТУ ЕN 50160:2014. Трунова І. М., к.т.н., Лебедєва Я. А, д.т.н. В данной статье исследуются противоречия действующих стандартов характеристик напряжения и предлагаются рекомендации по применению ДСТУ EN 50160:2014 в условиях действующего ГОСТ 13109-97.

Литература

Все нормативные документы (ГОСТ, НТП, РД, СП, инструкции по проектированию), справочники по электроснабжению и научные статье, которые приводились в данной статье, вы сможете найти в архиве.

Всего наилучшего! До новых встреч на сайте Raschet.info.

Поделиться в социальных сетях

Благодарность:

Если вы нашли ответ на свой вопрос и у вас есть желание отблагодарить автора статьи за его труд, можете воспользоваться платформой для перевода средств «PayPal».

Данный проект поддерживается и развивается исключительно на средства от добровольных пожертвований.

Проявив лояльность к сайту, Вы можете перечислить любую сумму денег, тем самым вы поможете улучшить данный сайт, повысить регулярность появления новых интересных статей и оплатить регулярные расходы, такие как: оплата хостинга, доменного имени, SSL-сертификата, зарплата нашим авторам.

6.4. Обеспечение электробезопасности / КонсультантПлюс

6.4.1. Устройство и эксплуатация электроустановок должны осуществляться в соответствии с требованиями правил устройства электроустановок, межотраслевых правил охраны труда при эксплуатации электроустановок потребителей, правил эксплуатации электроустановок потребителей.

6.4.2. Устройство и техническое обслуживание временных и постоянных электрических сетей на производственной территории следует осуществлять силами электротехнического персонала, имеющего соответствующую квалификационную группу по электробезопасности.

6.4.3. Разводка временных электросетей напряжением до 1000 В, используемых при электроснабжении объектов строительства, должна быть выполнена изолированными проводами или кабелями на опорах или конструкциях, рассчитанных на механическую прочность при прокладке по ним проводов и кабелей, на высоте над уровнем земли, настила не менее, м:

3,5 – над проходами;

6,0 – над проездами;

2,5 – над рабочими местами.

6.4.4. Светильники общего освещения напряжением 127 и 220 В должны устанавливаться на высоте не менее 2,5 м от уровня земли, пола, настила.

При высоте подвески менее 2,5 м необходимо применять светильники специальной конструкции или использовать напряжение не выше 42 В. Питание светильников напряжением до 42 В должно осуществляться от понижающих трансформаторов, машинных преобразователей, аккумуляторных батарей.

Применять для указанных целей автотрансформаторы, дроссели и реостаты запрещается. Корпуса понижающих трансформаторов и их вторичные обмотки должны быть заземлены.

Применять стационарные светильники в качестве ручных запрещается. Следует пользоваться ручными светильниками только промышленного изготовления.

6.4.5. Выключатели, рубильники и другие коммутационные электрические аппараты, применяемые на открытом воздухе или во влажных цехах, должны быть в защищенном исполнении в соответствии с требованиями государственных стандартов.

6.4.6. Все электропусковые устройства должны быть размещены так, чтобы исключалась возможность пуска машин, механизмов и оборудования посторонними лицами. Запрещается включение нескольких токоприемников одним пусковым устройством.

Распределительные щиты и рубильники должны иметь запирающие устройства.

6.4.7. Штепсельные розетки на номинальные токи до 20 А, расположенные вне помещений, а также аналогичные штепсельные розетки, расположенные внутри помещений, но предназначенные для питания переносного электрооборудования и ручного инструмента, применяемого вне помещений, должны быть защищены устройствами защитного отключения (УЗО) с током срабатывания не более 30 мА либо каждая розетка должна быть запитана от индивидуального разделительного трансформатора с напряжением вторичной обмотки не более 42 В.

6.4.8. Штепсельные розетки и вилки, применяемые в сетях напряжением до 42 В, должны иметь конструкцию, отличную от конструкции розеток и вилок напряжением более 42 В.

6.4.9. Металлические строительные леса, металлические ограждения места работ, полки и лотки для прокладки кабелей и проводов, рельсовые пути грузоподъемных кранов и транспортных средств с электрическим приводом, корпуса оборудования, машин и механизмов с электроприводом должны быть заземлены (занулены) согласно действующим нормам сразу после их установки на место, до начала каких-либо работ.

6.4.10. Токоведущие части электроустановок должны быть изолированы, ограждены или размещены в местах, недоступных для случайного прикосновения к ним.

6.4.11. Защиту электрических сетей и электроустановок на производственной территории от сверхтоков следует обеспечить посредством предохранителей с калиброванными плавкими вставками или автоматических выключателей согласно правилам устройства электроустановок.6.4.12. Допуск персонала строительно – монтажных организаций к работам в действующих установках и охранной линии электропередачи должен осуществляться в соответствии с межотраслевыми правилами по охране труда при эксплуатации электроустановок потребителей.

Подготовка рабочего места и допуск к работе командированного персонала осуществляются во всех случаях электротехническим персоналом эксплуатирующей организации.

Открыть полный текст документа

Как работает электросеть

Что составляет электросеть?

Электросеть нашей страны состоит из четырех основных компонентов, каждый из которых подробно описан ниже.

Индивидуальные генераторы

Электроэнергия вырабатывается различными предприятиями, включая электростанции, работающие на угле и природном газе, плотины гидроэлектростанций, атомные электростанции, ветряные турбины и солнечные батареи. Расположение этих электрогенераторов и их удаленность от конечных потребителей сильно различаются.

Эти технологии также физически отличаются на , и в результате они по-разному используются и управляются в энергосистеме. Например, некоторые типы электростанций, такие как угольные и атомные электростанции, имеют небольшую краткосрочную гибкость в регулировании выработки электроэнергии; увеличение или уменьшение выработки электроэнергии занимает много времени [1].

Другие установки, такие как установки, работающие на природном газе, могут быть быстро расширены и часто используются для удовлетворения пикового спроса.Более разнообразные технологии, такие как ветровая и солнечная фотоэлектрическая энергия, обычно используются всякий раз, когда они доступны, в значительной степени потому, что их топливо – солнечный свет и ветер – является бесплатным.

В любой момент времени также всегда существует «резервный запас», определенный объем резервных генерирующих мощностей, которые доступны для компенсации потенциальных ошибок прогнозирования или неожиданных остановов электростанции. Спрос на электроэнергию, ее предложение, запасы наценки и сочетание технологий производства электроэнергии постоянно контролируются и управляются операторами сети, чтобы обеспечить бесперебойную работу всего.

Электрогенераторы принадлежат электроэнергетическим компаниям или коммунальным предприятиям, которые, в свою очередь, регулируются Комиссией по коммунальным предприятиям штата (PUC) или Комиссией по коммунальным услугам (PSC). PUC и PSC – это независимые регулирующие органы, назначаемые законодательным собранием штата. Генераторы могут быть построены только с одобрения PUC или PSC, и эти агентства устанавливают соответствующие тарифы на электроэнергию в пределах своего штата, которые коммунальные предприятия должны соблюдать [2].

Линии передачи

Линии электропередачи необходимы для передачи электроэнергии высокого напряжения на большие расстояния и соединения генераторов электроэнергии с потребителями электроэнергии.

Линии электропередачи представляют собой воздушные линии электропередач или подземные силовые кабели. Воздушные кабели не изолированы и уязвимы к погодным условиям, но их установка дешевле, чем подземные силовые кабели. Воздушные и подземные линии электропередачи выполнены из алюминиевого сплава и армированы сталью; подземные линии обычно изолированы [3].

Линии электропередачи находятся под высоким напряжением, потому что это снижает долю электроэнергии, теряемой при транспортировке, – в среднем около 6% в США [4].Когда электричество течет по проводам, часть его рассеивается в виде тепла в результате процесса, называемого сопротивлением. Чем выше напряжение на линии электропередачи, тем меньше электроэнергии она теряет. (Большая часть электрического тока протекает вблизи поверхности линии передачи; использование более толстых проводов минимально повлияет на потери при передаче.)

Напряжение на уровне передачи обычно составляет 110 000 вольт или 110 кВ или выше, при этом некоторые линии передачи имеют напряжение до 765 кВ [5].Однако генераторы вырабатывают электроэнергию при низком напряжении. Чтобы сделать возможной транспортировку электроэнергии высокого напряжения, электричество сначала необходимо преобразовать в более высокое напряжение с помощью трансформатора.

Эти высокие напряжения также значительно превышают то, что вам нужно в вашем доме, поэтому, когда электричество приближается к конечным потребителям, другой трансформатор преобразует его обратно в более низкое напряжение, прежде чем оно попадет в распределительную сеть.

Линии электропередачи сильно взаимосвязаны для резервирования и повышения надежности электроснабжения, как показано на этой карте U.С. линий электропередачи показывает. В Соединенных Штатах есть три основные сети электропередачи: Западное межсетевое соединение, Восточное межсетевое соединение и Совет по надежности электроснабжения Техаса (ERCOT).

Как и генераторы электроэнергии, линии электропередачи должны быть одобрены государством (PUC или PSC) перед строительством. Однако оптовые сделки с электроэнергией, которые заключаются между региональными сетевыми операторами, регулируются национальным агентством, именуемым Федеральной комиссией по регулированию энергетики (FERC) [6].

FERC регулирует электросеть в более широком масштабе, чем PUC, и может разрешать споры между различными участниками рынка в сети. Сетями передачи иногда управляют коммунальные предприятия, но некоторые сети управляются отдельными объектами, известными как независимые системные операторы (ISO) или региональные передающие организации (RTO). Эти компании способствуют конкуренции между поставщиками электроэнергии и обеспечивают доступ к передаче путем планирования и мониторинга использования линий передачи.

Распределение

Распределительная сеть – это просто система проводов, которые собираются там, где заканчиваются линии передачи. Эти сети начинаются с трансформаторов и заканчиваются домами, школами и предприятиями. Распределение регулируется на уровне штата PUC и PSC, которые устанавливают розничные тарифы на электроэнергию в каждом штате.

Потребительское использование или «нагрузка»

Передающая сеть прекращает свое существование, когда электричество наконец попадает к потребителю, позволяя включать свет, смотреть телевизор или запускать посудомоечную машину.Образцы нашей жизни складываются в меняющийся спрос на электроэнергию по часам, дням и сезонам, поэтому управление энергосистемой является сложным и жизненно важным для нашей повседневной жизни.

9 Передача и распределение электроэнергии | Энергетическое будущее Америки: технологии и трансформация

состояния компонента или части оборудования, например, с помощью монитора вибрации, датчика температуры, датчика водорода на трансформаторе или производной оценки с использованием алгоритма износа.Автоматический анализ, такой как сравнение износа с пороговым значением, позволит сигнализировать о превышении порога управляющему активами, который затем будет выполнять техническое обслуживание. Сегодня операторы знают о состоянии оборудования только при выполнении планового технического обслуживания или при возникновении неисправности.

При работе современной энергосистемы оптимизация может распространяться на выявление неиспользованных мощностей, что позволяет избежать запуска более дорогостоящих ресурсов генерации. Динамические данные в реальном времени показывают, когда и где такая неиспользованная генерирующая мощность доступна.Использование избыточной мощности также относится к трансформаторам, линиям электропередачи и распределительным линиям. Например, развертывания дорогостоящего распределенного энергоресурса можно было бы избежать, если бы оператор знал, что распределительная система способна нести большую нагрузку от подстанции.

Поскольку датчики современной системы T&D предоставляют больше данных, планирование активов также улучшается. Лица, принимающие решения, могут более экономно решать, где, что и как инвестировать в будущие улучшения сети.Будь то оптимизация активов или эффективная работа, информация в реальном времени, поступающая от современных сетевых датчиков, в сочетании с ее широким обменом и эффективной обработкой, значительно улучшит систему.

Подробное обсуждение выбранных технологий

Гибкая система передачи переменного тока

Гибкая система передачи переменного тока (FACTS) представляет собой набор устройств, в основном на основе силовой электроники, которые применяются, в зависимости от необходимости, для управления одним или несколькими параметрами передачи переменного тока, такими как ток, напряжение, активная мощность и реактивная мощность. мощность – для улучшения возможности передачи мощности и стабильности.Устройства FACTS потребуются по-разному для решения проблем, связанных с модернизированными системами T&D. Они улучшат качество электроэнергии и увеличат эффективность, обеспечивая высокоскоростное управление энергосистемами, управление потоком мощности по линиям, контроль напряжений и управление реактивной мощностью. Они также будут полезны для предотвращения краха и восстановления системы. Технология FACTS помогает решить многие из проблем, описанных ранее: обеспечение возможности подключения удаленных и асинхронных источников энергии, таких как ветер, солнечная энергия, топливные элементы и микротурбины; поддержка оптовых рынков электроэнергии посредством управления потоками энергии; стабилизация качелей мощности; сделать систему более безопасной и самовосстанавливающейся; и оптимизация использования имеющихся активов.

Оценка угроз американской энергосистеме | Энергия, устойчивость и общество

Геомагнитные бури

Геомагнитные бури вызваны корональными выбросами массы (CME) – массивными выбросами плазмы, выброшенной из солнечной короны. Плазма – четвертое фундаментальное состояние материи, состоящее из свободных электронов и положительно заряженных ионов. Солнце, как и все звезды, представляет собой плазму.

Корональные выбросы массы часто происходят во время солнечных вспышек, но каждая из них может иметь место и в отсутствие другой.Последние испускают излучение во всех диапазонах электромагнитного спектра (например, белый свет, ультрафиолетовый свет, рентгеновские лучи и гамма-лучи) и, в отличие от CME, влияют немногим больше, чем на радиосвязь.

CME достигает Земли за несколько дней. С другой стороны, излучение от солнечных вспышек достигает 8 мин.

Корональные выбросы массы несут сильное магнитное поле. Если буря проникает в магнитосферу Земли, она вызывает быстрые изменения конфигурации магнитного поля Земли.Электрический ток генерируется в магнитосфере и ионосфере, создавая электромагнитные поля на уровне земли. Движение магнитных полей вокруг проводника, то есть провода или трубы, вызывает электрический ток. Чем длиннее провод, тем больше усиление. Индуцированный ток похож на постоянный ток, который электрическая система плохо переносит. Наша сеть основана на переменном токе. Избыточный ток может вызвать падение напряжения или, что еще хуже, привести к необратимому повреждению больших трансформаторов.

Ток, протекающий через высоковольтные трансформаторы во время геомагнитного возмущения, можно оценить, используя моделирование шторма и данные передающей сети [7].По этим результатам можно оценить уязвимость трансформатора к внутреннему нагреву.

Крупнейшая зарегистрированная геомагнитная буря произошла 1-2 сентября 1859 года – событие Кэррингтона, названное в честь английского астронома-любителя Ричарда Кэррингтона. Полярные сияния были замечены на юге вплоть до Карибского моря. Туристов в Скалистых горах разбудило вскоре после полуночи «полярное сияние, такое яркое, что можно было легко прочитать обычный шрифт. Некоторые из участников настаивали на том, что было светло, и начали готовиться к завтраку »[8].Телеграфные провода передавали операторам электрический ток и приводили к возгоранию.

В мае 1921 года произошло еще одно сильное геомагнитное возмущение (ГМД) – железнодорожный шторм. По оценкам Национальной академии наук, если этот шторм случится сегодня, он может нанести ущерб в размере 1–2 триллиона долларов, а полное восстановление может занять 4–10 лет [9].

Основанием для этого утверждения является презентация Дж. Каппенмана из Metatech, калифорнийской инженерно-консультационной фирмы Goleta, представленная в рамках семинара NAS по космической погоде под названием «Будущие решения, уязвимости и риски» 23 мая 2008 года.Моделирование утверждает, что шторм 1921 года мог повредить или уничтожить более 300 трансформаторов в США и оставить без электричества 130 миллионов человек [10]. В другом месте Каппенман заявляет, что в худшем случае геомагнитные возмущения могут мгновенно вызвать потерю более 70% электроснабжения страны [11].

В марте 1989 года геомагнитная буря вызвала обрушение электросети в Квебеке, в результате чего 6 миллионов человек остались без электричества на 9 часов. NERC (Североамериканский совет по надежности электроснабжения), саморегулируемая торговая организация, созданная электроэнергетической отраслью, утверждает, что отключение электроэнергии произошло не из-за перегрева трансформаторов от геомагнитно-индуцированного тока, а из-за почти одновременного отключения семи реле. и это правильно [12].Быстрое падение напряжения (в течение 93 с), вероятно, предотвратило тепловое повреждение трансформатора. Однако тот же шторм разрушил главный трансформатор на атомной электростанции Салем в Нью-Джерси [13]. Ураган Hydro-Quebec 1989 года был в 10 раз сильнее, чем ураган на железной дороге 1921 года [14].

В отчете Lloyd’s за 2013 год говорится, что экстремальная геомагнитная буря на уровне Кэррингтона почти неизбежна в будущем. Используя свои собственные модели и симуляции, он подвергает риску население США от 20 до 40 миллионов с отключениями на срок до 1-2 лет [15].

Из-за географического расположения и проводимости земли риск повреждения трансформатора в одних округах США в 1000 раз выше, чем в других. Самый высокий риск для округов вдоль коридора между Вашингтоном и Нью-Йорком [16].

Первое письменное сообщение о солнечной буре, возможно, находится в книге Иисуса Навина. Письменные сообщения о слуховых наблюдениях греков и римлян начинаются в 371 году до нашей эры.

Шторм на уровне Кэррингтона едва не коснулся Земли в 2012 году [17]. НАСА выпустило видео о CME [18].Ранее считавшееся событием один на 100 лет, вероятность того, что ураган интенсивности Кэррингтона обрушится на Землю, недавно оценивался на уровне 12% за десятилетие [19].

Смягчение последствий

Комиссия EMP в своем отчете за 2008 год обнаружила, что нецелесообразно пытаться защитить всю систему электроснабжения или даже все дорогостоящие компоненты. Однако он призвал разработать план, предназначенный для сокращения времени восстановления и восстановления и минимизации чистого воздействия события [20]. Это будет достигнуто за счет «упрочнения» сетки, т.е.е., действия по защите национальной электрической системы от разрушения и коллапса, естественного или антропогенного [21]. Экранирование осуществляется с помощью разрядников и аналогичных устройств [22]. Стоимость упрочнения сети, согласно нашей таблице данных Конгресса США по EMP, составляет 3,8 миллиарда долларов.

Укрепления сети не было.

Комиссия и организация, отвечающие за государственную политику по защите сети, – это FERC и NERC. FERC (Федеральная комиссия по регулированию энергетики) – независимое агентство в составе Министерства энергетики.НКРЭ, агентство саморегулирования, созданное электроэнергетической отраслью, было переименовано в Североамериканскую корпорацию по надежности электроснабжения в 2006 году.

В июне 2007 года FERC предоставила НКРЭ юридические полномочия по обеспечению соблюдения стандартов надежности для основной энергосистемы в США. . FERC не может предписывать какие-либо стандарты. FERC имеет право только просить NERC предложить стандарты защиты сети.

Позиция НКРЭ в отношении GMD заключается в том, что угроза преувеличена.

В отчете НКРЭ за 2012 г. утверждается, что геомагнитные бури не вызовут повсеместного разрушения трансформаторов, а вызовут лишь кратковременную (временную) нестабильность сети [23].В отчете NERC не использовалась модель, которая была проверена на прошлых штормах, и их работа не подвергалась экспертной оценке.

Отчет NERC подвергся критике со стороны членов комиссии Конгресса по EMP. Д-р Питер Прай утверждает, что окончательный вариант был «тайно написан небольшой группой сотрудников НКРЭ и инсайдеров электроэнергетической компании… .. Отчет опирался на собрания отраслевых сотрудников вместо сбора данных или расследования событий» [22].

НКРЭ, в свою очередь, критикует работу Каппенмана.NERC заявляет, что работа Metatech не может быть подтверждена независимо [24]. Менеджер по надежности NERC Марк Лауби раскритиковал отчет за то, что он основан на частном коде [24]. Однако отчет Каппенмана не получил отрицательных отзывов при экспертной оценке [24].

Стандарты NERC

Стандарты надежности и операционные процедуры, установленные NERC и утвержденные FERC, оспариваются [25]. Среди пунктов следующие:

1. Стандарты GMD не включают уровни класса шторма Кэррингтона.Стандарты NERC были разработаны для изучения штормов непосредственно за предшествующие 30 лет, крупнейшим из которых был шторм в Квебеке. «Контрольное событие» GMD, т. Е. Самый сильный шторм, который, как ожидается, должна выдержать система, установлено NERC на уровне 8 В / км [26]. NERC утверждает, что эта цифра определяет верхний предел интенсивности шторма, который длится 1 раз в 100 лет [26]. Национальная лаборатория Лос-Аламоса, однако, оценивает интенсивность явления типа Кэррингтона в среднем на уровне 13,6 В / км с диапазоном до 16,6 В / км [27]. Другой анализ показывает, что интенсивность 100-летнего шторма может превышать 21 В / км [28].

2. Время предупреждения о геомагнитной буре в 15–45 минут, предоставляемое космическими спутниками (ACE и DSCOVR), будет недостаточным для операторов, чтобы согласовывать, координировать и выполнять действия по предотвращению повреждения и коллапса сети.

Свидетельские показания официального представителя Эдисонского электрического института Скотта Ааронсона, допрошенного сенатором Роном Джонсоном на слушаниях в Комитете Сената по внутренней безопасности и делам правительства в 2016 году, включают в себя некоторые из проблем. Видео обмена доступно в сети [29].Edison Electric Institute (EEI) – торговая ассоциация, которая представляет все электрические компании, принадлежащие инвесторам США.

Джонсон: Мистер Ааронсон, я просто должен спросить вас – протокол предупреждения 15–30 минут – кто будет звонить? Я имею в виду, кто сделает это для массивного геомагнитного возмущения, что никто не знает, сколько из этих трансформаторов будет затронуто. Кто сделает этот призыв, чтобы отключить их от сети – отключить их – чтобы эти эффекты не прошли по этим проводам и не разрушили те большие трансформаторы, которые невозможно заменить?

Ааронсон: Итак, операторы сетки тесно согласованы.Мы говорили о том, что существует 1900 объектов, составляющих основную электрическую систему. Есть операторы передачи и так далее…

Джонсон (перебивая): Кто звонит? Кто звонит – мы их всех отключим через 30 минут, через 15 минут?

Ааронсон: Это не так просто, как отключить электричество. Это не то, как это будет работать, но опять же, это общая ответственность между секторами.

Джонсон: Кто звонит?

Ааронсон: Я не знаю ответа на этот вопрос [29].

Г-н Ааронсон является управляющим директором по кибербезопасности и безопасности инфраструктуры в EEI.

Конгрессмен Трент Фрэнкс, Республика Азия, 18.06.2013 представил закон о защите прав человека HR 2417, закон SHEILD. Законопроект дает FERC право требовать от владельцев и операторов энергосистемы принятия мер по защите сети от атак GMD или EMP. Затраты будут возмещены за счет повышения регулируемых ставок.

Фрэнкс заявляет, что его убедили, что его законопроект будет вынесен на голосование в палату представителей.Но он заявляет, что председатель комитета палаты представителей по энергетике и торговле Фред Аптон Р., штат Мичиган, позволил ему умереть в комитете. Он не смог получить объяснения от Аптона [30].

В период с 2011 по 2016 год г-н Аптон получил 1 180 000 долларов в виде пожертвований на избирательную кампанию от предприятий электроэнергетики [31].

Электроэнергетика активно участвует в пожертвованиях кампании. Во время федерального избирательного цикла 2014 года электроэнергетика внесла 21,6 млн долларов в избирательную кампанию [32].Электроэнергетическая промышленность особенно вовлечена в государственную политику. Например, во Флориде между 2004 и 2012 годами электроэнергетические компании пожертвовали 18 миллионов долларов на законодательные и политические кампании штата. В этом штате электроэнергетические компании нанимают одного лоббиста на каждые два законодателя [33].

Выручка электроэнергетики в 2015 году составила 391 миллиард долларов [34].

Электромагнитный импульс

Из сценариев, которые могут привести к коллапсу электрической сети, ЭМИ привлекает наибольшее внимание общественности.Это было предметом телесериалов, фильмов и романов. HEMP (большая высота) – более точный акроним, но поскольку средства массовой информации и общественность используют EMP, мы будем использовать оба понятия как взаимозаменяемые.

Вопрос стал сильно политизированным. Самая заметная статья в СМИ против EMP как угрозы – это статья Патрика Диснея «Кампания по устрашению вас по поводу EMP», опубликованная в Atlantic в 2011 году. взрыв жарки может представлять для U.S… ..Баллистическая противоракетная оборона кажется панацеей от озабоченности этой группы, хотя также часто предписывается щедрая доза упреждения и войны с террором »[35].

С 2009 года г-н Дисней исполнял обязанности директора по политике Национального ирано-американского совета (NIAC). NIAC обвиняется в лоббировании Исламской Республики Иран [36].

Цитируется, что г-н Дисней заявляет, что его стратегия в продвижении интересов Ирана состоит в том, чтобы «вызвать споры в СМИ» [36].

Кампания по дискредитации EMP в основном увенчалась успехом.Для очень большой части политического тела EMP определяется как причина, ограниченная крайне правыми.

Высотный электромагнитный импульс (ЭМИ) возникает, когда ядерное устройство взрывается над атмосферой. На земле не ощущается излучения, взрыва или ударной волны, а также не возникает никаких неблагоприятных последствий для здоровья, но электромагнитные поля достигают поверхности.

ЭМИ состоит из трех компонентов, от E1 до E3, которые определяются скоростью импульса. Каждый из них имеет определенные характеристики и определенные потенциальные воздействия на сеть.E1, первый и самый быстрый компонент, в первую очередь влияет на микроэлектронику. E3, более поздний и более медленный компонент, влияет на устройства, прикрепленные к длинным проводящим проводам и кабелям, особенно к высоковольтным трансформаторам.

Одиночный ядерный взрыв вызовет ЭМИ, охватывающий половину континентальной части США [37]. Два или три взрыва в разных районах накроют всю континентальную часть США.

Возможное воздействие ЭМИ определяется высотой ядерного взрыва, мощностью гамма-излучения устройства, расстоянием от точки взрыва, силой и направлением магнитного поля Земли в местах в пределах зоны взрыва и уязвимостью. объектов инфраструктуры.Гамма-сигнал E1 максимален для всплесков на высоте от 50 до 100 км. Сигналы E3 оптимизированы на перерывах между высотой от 130 до 500 км, что намного больше, чем для E1 [38]. Большая высота увеличивает площадь покрытия, но за счет уровней полей. Запрет на атмосферные испытания 1963 года предотвратил дальнейшие испытания.

E1 и его эффекты

Импульс E1 («быстрый импульс») возникает из-за гамма-излучения (фотонов), генерируемого ядерной детонацией на большой высоте, при столкновении с атомами в верхних слоях атмосферы.Столкновения заставляют электроны отделяться от атомов, в результате чего поток электронов движется вниз к Земле со скоростью, близкой к скорости света. Взаимодействие электронов с магнитным полем Земли превращает поток в поперечный ток, который излучается вперед в виде интенсивной электромагнитной волны. Поле генерирует чрезвычайно высокие напряжения и токи в электрических проводниках, которые могут превышать допустимые значения напряжения многих электронных устройств. Все это происходит за несколько десятков наносекунд.

Комиссия Конгресса по EMP постулировала, что E1 будет иметь основное влияние на микроэлектронику, особенно SCADA (диспетчерское управление и сбор данных), DCS (цифровые системы управления) и PLC (программируемые логические контроллеры). Это маленькие компьютеры, количество которых сейчас исчисляется миллионами, которые позволяют беспилотную работу нашей инфраструктуры.

Чтобы оценить уязвимость SCADA для EMP и, следовательно, уязвимость нашей инфраструктуры, Комиссия EMP профинансировала серию тестов, подвергая компоненты SCADA воздействию как излучаемых электрических полей, так и инжектированного напряжения на кабелях, подключенных к компонентам.Намерение состояло в том, чтобы наблюдать реакцию оборудования в рабочем режиме на электромагнитную энергию, имитирующую ЭМИ. «Итогом наблюдения в конце тестирования было то, что каждая тестируемая система терпела неудачу при воздействии смоделированной среды ЭМИ» [6].

E1 может генерировать напряжение 50 000 В. Нормальное рабочее напряжение современной миниатюрной электроники, как правило, составляет всего несколько (3-4) вольт. Комиссия EMP заявляет: «Большое количество и повсеместное использование таких систем всеми критически важными инфраструктурами страны представляют собой системную угрозу для их непрерывной работы после события EMP» [39].Сценарий, который можно увидеть в фильмах, состоит в том, что все автомобили и грузовики выводятся из строя. Это не так. Современные автомобили имеют до 100 микропроцессоров, которые управляют практически всеми функциями, но уязвимость снизилась за счет более широкого применения стандартов электромагнитной совместимости. Комиссия EMP обнаружила, что только незначительные повреждения произошли на уровне поля E1 50 кВ / м, но были и незначительные нарушения нормальной работы на более низких пиковых уровнях [40].

Есть самоиздаваемый пост (J.Steinberger, лауреат Нобелевской премии по физике, 1988 г.), оспаривая потенциальные эффекты E1 [41]. Это единичное мнение.

Экранирование от E1 теоретически может быть достигнуто путем строительства клетки Фарадея вокруг определенных компонентов или всего объекта. Клетка состоит из проводящих материалов и изоляционного барьера, который поглощает энергию импульса и направляет ее прямо в землю. Клетка экранирует электромагнитные сигналы, «замыкая» электрическое поле и отражая его.

Чтобы быть эффективной клеткой Фарадея, проводящий корпус должен полностью охватывать систему. Любое отверстие, даже микроскопические швы между металлическими пластинами, могут нарушить защиту. Однако, чтобы быть полезным, устройство должно иметь некоторую связь с внешним миром, а не быть полностью изолированным. Устройства защиты от перенапряжения могут использоваться на металлических кабелях для предотвращения попадания больших токов в устройство, или металлические кабели могут быть заменены оптоволоконными кабелями без какого-либо сопутствующего металла.Военные США приняли обширные меры по защите («укреплению») своего оборудования от E1. «С гражданской стороны проблема практически не решена» [42].

E3 и его эффекты

E3 вызывается движением обломков ионизированной бомбы и атмосферы относительно геомагнитного поля, что приводит к возмущению этого поля. Это индуцирует токи в тысячи ампер в длинных проводниках, таких как линии передачи длиной несколько километров и более. В трансформаторы будут протекать постоянные токи от сотен до тысяч ампер.По мере увеличения длины проводника усиливается сила тока.

Физика E3 похожа на физику GMD, но не идентична. GMD возникает из-за того, что заряженные частицы падают из космоса, создавая электрический ток в ионосфере. Эти токи создают магнитные поля на земле. С другой стороны, ядерный взрыв генерирует частицы, которые создают магнитный пузырь, который толкает магнитное поле Земли, создавая изменяющееся магнитное поле на поверхности Земли. В геомагнитной буре будут суббури, которые могут перемещаться по Земле более 1 дня, в то время как E3 HEMP возникает только сразу после ядерного взрыва.

Существует три исследования потенциального воздействия HEMP E3 на электросеть.

Первое исследование, опубликованное в 1991 году, показало, что ущерб будет незначительным [43]. Хотя это подтверждает позицию электроэнергетической отрасли, впоследствии ни НКРЭ, ни отрасль не цитировались. Исследование критикуют за меньшую интенсивность угрозы [44]. Во втором, опубликованном в 2010 г. компанией Metatech, подсчитано, что ядерный взрыв на высоте 170 км над США разрушит всю энергосистему США [45].Третье исследование EPRI (организация, финансируемая электроэнергетической отраслью), опубликованное в феврале 2017 года, утверждает, что одиночный высотный взрыв над континентальной частью США может повредить лишь несколько широко разбросанных трансформаторов [46]. Исследование оспаривается из-за недооценки уровней угрозы и использования ошибочных моделей [44].

Эти результаты несовместимы. Интерпретация исследований по E3 (и GMD) в значительной степени основана на доверии к соответствующей Комиссии или институту, а не на опубликованных расчетах.

FERC решила не продолжать разработку стандарта GMD, который включает EMP [47]. Напомним, стандарт GMD – 8 В / км. Комиссия EMP, используя несекретные данные измерений ядерных испытаний советской эпохи, обнаружила, что ожидаемый пиковый уровень E3 HEMP при взрыве над континентальной частью США будет 85 В / км [48].

Позиция электроэнергетики заключается в том, что E3 от ядерного взрыва не является критической угрозой [49]. Другие пришли к другому выводу.Израиль укрепил свою сетку [50]. Она чувствует, что сталкивается с угрозой существованию, и это не Солнце.

Электроэнергетика заявляет, что затраты на усиление защиты сети от EMP – это ответственность правительства, а не отрасли [51].

Cyberattack

Уязвимость кибератаки экспоненциально увеличивается из-за нашей зависимости от SCADA.

В 2010 году был обнаружен компьютерный червь, атакующий системы SCADA. Несмотря на широкое распространение, он был разработан только для атак на системы SCADA, производимые Siemens для центрифуг P-1 иранской программы ядерного обогащения.В результате атаки было уничтожено от 10 до 20% иранских центрифуг. Программа Ирана, вероятно, была нарушена лишь ненадолго [52]. В декабре 2015 года кибератака была направлена ​​против энергосистемы Украины. Это вызвало небольшой ущерб, поскольку электросеть не была полностью автоматизирована.

Есть аргумент, что киберугроза преувеличена. Томас Рид заявляет, что вирусы и вредоносные программы в настоящее время не могут разрушить электросеть. «(Мир) никогда не видел, чтобы кибератака убила ни одного человека или разрушила здание» [53].Электроэнергетика предлагает аналогичную перспективу. В свидетельстве о кибербезопасности перед комитетом Сената по национальной безопасности и делам правительства его представитель заявляет, что «энергосистеме существует множество угроз… .. от белок до национальных государств, и, честно говоря, было больше отключений электроэнергии из-за белок. (грызущий изоляцию провода) то есть от национальных государств »[54].

Однако другие выражают озабоченность [55]. Более того, в отчете Министерства обороны за 2017 год отмечается, что «киберугроза критически важной инфраструктуре США опережает усилия по сокращению повсеместных уязвимостей.[56] В этом отчете отмечается, что «из-за нашей крайней зависимости от уязвимых информационных систем Соединенные Штаты сегодня живут в виртуальном стеклянном доме» [57].

15 марта 2018 года Министерство внутренней безопасности объявило, что российское правительство спланировало серию кибератак, направленных на американские и европейские атомные электростанции, водные и электрические системы [58]. Сообщается, что эти атаки могут позволить России саботировать или останавливать электростанции по своему желанию [59].

Способность управлять системой при отсутствии действий, управляемых компьютером, быстро исчезает.Электроэнергетика ежегодно тратит более 1,4 миллиарда долларов на замену электромеханических систем и устройств, требующих ручного управления, на новое оборудование SCADA [60]. Со скромным повышением эффективности происходит экспоненциальный рост уязвимости. Степень, в которой снижение затрат на рабочую силу (и, возможно, снижение затрат на энергию) передается общественности, неясна.

Кинетическая атака

Во внутренней служебной записке FERC, полученной прессой в марте 2012 года, говорится, что «уничтожить девять соединительных подстанций и производителя трансформатора, и вся энергосистема Соединенных Штатов будет отключена на 18 месяцев, а возможно, и дольше» [61].Механизм заключается в мегаваттах напряжения, которое будет сбрасываться на другие трансформаторы, вызывая их перегрев и каскадно вызывая перегрузку всей системы и выход из строя.

В Меткалфе, Калифорния (за пределами Сан-Хосе) 16 апреля 2013 года высоковольтный трансформатор, принадлежащий PG&E, подвергся воздействию, что, по утверждениям NERC и PG&E, было просто актом вандализма [1]. По следам следовало 6 человек, совершивших нападение. Они не оставили отпечатков пальцев даже на израсходованных гильзах [1].Председатель FERC США Веллингхофф пришел к выводу, что атака была пробной версией для будущих операций [62].

Информация о том, как саботировать трансформаторы, доступна в Интернете [63].

У руководства нет стимулов инвестировать в безопасность. Как говорится в отчете Исследовательского института электроэнергетики: «Меры безопасности сами по себе являются статьями затрат и не имеют прямой денежной отдачи. Выгоды заключаются в предотвращении затрат на потенциальные атаки, вероятность которых обычно неизвестна.Это очень затрудняет обоснование затрат »[64].

Заработок генерального директора в крупных американских компаниях основан на теории Гарвардской школы бизнеса, согласно которой лучшим показателем управленческой деятельности является цена акций компании. Это не обязательно совпадает с интересами руководителей и акционеров, не говоря уже о общественности. Он «поощряет краткосрочный рост прибыли, а не инвестирует в долгосрочный рост» [65].

В 2014 году генеральный директор PG&E Энтони Эрли-младший получил вознаграждение в размере 11 долларов.6 миллионов долларов. Более 90% было получено за счет бонусов, основанных на доходности акций. Президент PG&E Кристофер Джонс получил компенсацию в размере 6 миллионов долларов [66]. Однако нет никаких доказательств того, что что-либо из этого влияет на позицию электроэнергетической отрасли по отношению к обеспечению безопасности сети. Представитель PG&E Джонатан Маршалл заявил: «Большая часть вознаграждения топ-менеджеров финансируется акционерами и зависит от достижения целей, связанных с безопасностью, надежностью и другими результатами» [66].

Электросети – 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.
  • Объем инвестиций в них часто аналогичен объему генерирующих мощностей.
  • 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 энергосистемы, 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 находятся в фазе, что позволяет передавать мощность 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 линиями высокого напряжения 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 в Китае, которая будет введена в эксплуатацию 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, состоящий из 41 оператора связи из 34 стран, оценил способность европейских сетевых сетей 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 энергетического рынка. 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 г.) – обеспечить уровень межсетевого взаимодействия для каждой страны, по крайней мере, эквивалентный 10% ее генерирующих мощностей, для создания электроэнергетической инфраструктуры 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 прогнозах 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, 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.

Еще одна 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%.

Запланированное соединение HVDC 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 непостоянство 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 в Великобританию (линия NSN 1,4 ГВт, должны быть введены в эксплуатацию в 2021 году). Проект NSN был выбран в качестве одного из проектов Европейской комиссии по созданию 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 миллиардов евро в год к 2030 году, а координация инвестиций в возобновляемые источники энергии может добавить к этому 30 миллиардов евро в год. Улучшение реакции со стороны спроса с помощью интеллектуальных сетей может составить до 5 миллиардов евро в год, а совместные расходы по балансировке могут составить 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 сетей идет медленно из-за процесса утверждения и общественного сопротивления.

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, т. Е. 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 подорвана.

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 на ВЕЛИКОБРИТАНИЯ. 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 2018-19 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 сохраняя некоторую резервную мощность 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). Небольшие 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 9100 МВт электроэнергии 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 дополнительных услуг до 2033 года предполагает, что можно управлять частотным контролем. 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.

Согласно техническим и проектным спецификациям 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 напряжений от 92% до 108% номинального напряжения, чтобы компенсировать проблемы TSO, в основном для обеспечения синхронной работы сети и поддержки системы при возникновении местных проблем с напряжением. ( у.г. , чтобы избежать падения напряжения). В точке подключения системы электропередачи для распределения допускается изменение напряжения 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 высокая доля переменного возобновляемого ввода, требующего повышения стабильности сети. Добавление синхронных конденсаторов может помочь с потреблением реактивной мощности, повысить устойчивость к коротким замыканиям 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, выведенные из эксплуатации на угольных электростанциях, 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 порождают системные затраты, 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 поглощаются потребителями электроэнергии за счет более высоких сетевых сборов, а производителями диспетчерской электроэнергии в виде сниженной маржи и более низких коэффициентов нагрузки.Неспособность учитывать 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 стоимость всего диспетчерского производства 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 постоянными затратами, такие как ядерная 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 усвоить 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 требуются 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 подлежащий оплате в 2018 году, а также 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, так как 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 превысит 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. 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 будет передавать 20 ТВт-ч в год с 2017 года.Это один из 11 крупных проектов ЛЭП.

Северная часть региона Индия в июле 2012 года пострадала от двух крупных сбоев электросети, в результате чего первые 390 миллионов человек остались без электричества, а днем ​​позже около 680 миллионов человек в 22 штатах, что свидетельствует о проблемах инфраструктуры страны. Первой пострадала северная сеть, затем эта плюс часть 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 сети 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 необходимы 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 MIT 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 структур собственности и регулирования в энергосистеме США усложняет разработку политики, и остается ряд институциональных, нормативных и технических препятствий, требующих принятия мер. . “Он вынес соответствующие рекомендации.

Отчетная карта по инфраструктуре 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) взяла на себя 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 правительство США одобрило проект шлюза мощностью 1500 МВт (эл.) – линии ОВКВ протяженностью 1600 км от южного Вайоминга до южного Айдахо для усиления западной сети и передачи энергии ветра на запад в более густонаселенные районы.

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 федеральное сетевое агентство Германии 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 согласование.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. Это должно было быть введено в эксплуатацию в 2019 году, когда АЭС EnBW мощностью 1392 МВт в Филлипсбурге 2 должна была быть 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 соединительный трубопровод между Данией и Норвегией уже несколько лет помогает ветроэнергетике 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 гидроэлектростанцией. При хороших ветрах энергия может быть экспортирована обратно в Норвегию и там сохраняется 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 это было предписано сетевым оператором 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 выведены из строя, 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. 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 было подписано соглашение между распределительной компанией Украины 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 Бурштынском острове на Украине, при этом блок 2 Хмельнистки будет отключен от украинской сети. В июне 2015 года правительство одобрило проект.

Российская 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.

Японская сетка 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 всего 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 уравновешивания спроса и предложения на электроэнергию на обширных территориях по всей Японии уже в 2015 году. Новый орган будет управлять сетью и объектами передачи, которые в настоящее время принадлежат и управляются коммунальными компаниями.

Между , Финляндия и Швеция, , 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 – 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.Высоковольтная (400 кВ) юго-западная межсистемная линия постоянного тока мощностью 1000 МВт – PowerBridge или LitPol Link – стоимостью 250-300 миллионов евро для увеличения пропускной способности между Литвой и Польшей должна быть построена с 500 МВт к 2015 году и еще 500 МВт, запланированным к 2015 году. 2020. Большая часть финансирования поступает из 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 литовскую сеть.)

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.

Эта 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.

Европейские и скандинавские энергетические биржи

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, а к 2020 году достигнет 40 ГВт.Ориентировочная стоимость проекта составит около 40 миллиардов долларов, и ожидается, что он будет запущен к 2023 году, обеспечивая баланс поставок и нагрузок между регионами 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, соединяющая Италию и Черногорию, срок сдачи – 2019 г.
NEMO, 1000 МВт, соединяющая Великобританию и Бельгию, срок погашения – 2018 г.
Nord.link, 1400 МВт, соединяет Германию и Норвегию, срок погашения – конец 2020 г.
Великобритания-Норвегия 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 переизбытку электроэнергии в Южной Корее уменьшить нехватку 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 остальная часть – 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, 2000 МВт (эл.) Между Кенией и Танзанией была профинансирована Африканским банком развития в начале 2015 года.

Эфиопия планирует увеличить мощность гидроэлектростанций 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 Энергетического пула Западной Африки (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 объединить 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 доставки электроэнергии, в которых используются компьютерные средства управления для мониторинга и согласования предложения с потребностями конечных пользователей в реальном времени, соответственно меняя цены. 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, когда они обсуждают сервитуты 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 изданий 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 контролем частоты, 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
Компания 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.)

Возобновляемая энергия угрожает перегрузить сеть.Вот как он может адаптироваться.

Этот материал был первоначально опубликован в ноябре 2018 года.


Энергосистема США, по некоторым оценкам, является крупнейшей машиной в мире, чудом современности, охватывающим весь континент. И, несмотря на периодические широко разрекламированные сбои, он необычайно надежен, доставляя энергию почти каждому американцу почти каждую секунду каждого дня.

Это особенно примечательное достижение, учитывая, что до недавнего времени почти никакая энергия не могла быть сохранена.Все это должно быть сгенерировано, отправлено по милям проводов и доставлено конечным пользователям в ту секунду, когда им это нужно, в идеально синхронизированном танце.

Учитывая миллионы американцев, их миллиарды электрических устройств и тысячи миль электрических проводов, это просто потрясающе.

Тем не менее, как вы, возможно, слышали, сетка перегружена. Количество отключений электроэнергии из-за экстремальных погодных условий (ураганов, наводнений, лесных пожаров) растет, отчасти из-за изменения климата, которое будет только ухудшаться.Потребность в устойчивости местного населения перед лицом климатического хаоса постоянно растет.

Более того, мир энергетики стремительно меняется. Система, спроектированная вокруг больших централизованных электростанций и односторонних потоков энергии, препятствует появлению более разумных и чистых технологий, которые предлагают новые способы производства и управления энергией на местном уровне (например, солнечные панели и батареи).

Если старые системы не будут пересмотрены и перепроектированы, они могут в конечном итоге замедлить и увеличить стоимость перехода на чистую электроэнергию (и затруднить борьбу с изменением климата).

Специалисты в области энергетики знают, что напряжение начинает проявляться. В наши дни реформа энергетического сектора – это все, что связано с активными обсуждениями и экспериментами по вопросам расчета тарифов, рыночных реформ, субсидий, регулирования и законодательных целей.

Но, по словам Лоренцо Кристова, развитие новых энергетических технологий должно привести к шагу назад и свежему, целостному взгляду, а не только к ответной схватке за политику. Заняв частную практику в качестве консультанта по вопросам энергетики, Кристов, будучи давним руководителем Калифорнийского независимого системного оператора (CAISO), который управляет электросетью Калифорнии, близко видел проблемы, с которыми сталкиваются электросети.

«По мере того, как эти устройства – генераторы, накопители и средства управления – становятся дешевле и мощнее, – говорит он, – каждый конечный потребитель сможет получать большую часть своей энергии на месте или в сообществе. Это касается каждого уровня электрической системы ».

Отступить назад и подумать о грид на системном уровне с точки зрения его ключевых участников и функций – это область дисциплины, известной как «грид-архитектура».

Итак, я согласен, «грид-архитектура» – это не термин, предназначенный для того, чтобы зажечь сердце.Но это чрезвычайно важно, и ставки высоки. Опасность заключается в том, что политики вернутся в будущее, реагируя на один кризис электроэнергии за раз, пока растущая сложность сети не приведет к какой-то поломке. Но если они думают и действуют проактивно, они могут опередить растущие изменения и разработать систему, которая их использует и ускоряет.

Пришло время переосмыслить систему с нуля.

Что такое грид-архитектура?

Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория имеет центр сетевой архитектуры, который предлагает некоторые полу-полезные определения.Системная архитектура – это «концептуальная модель, которая определяет структуру, поведение и существенные ограничения системы». Грид-архитектура – это «применение системной архитектуры, теории сетей и теории управления к электросети».

Да, я понимаю, что это не совсем понятно. Подумайте об этом так: грид-архитектура предлагает концептуальные инструменты, необходимые для изменения структуры сетевой системы, чтобы она могла лучше адаптироваться к происходящим разрушительным изменениям, т. -масштабируйте ресурсы на краю сетки.

Структура системы определяет ее свойства и поведение – на что она способна, какие типы изменений она приветствует или противостоит, каких результатов она может достичь и какие условия могут привести к ее провалу. Реформа нужна именно на структурном уровне.

Вот что я вам скажу, давайте сразу перейдем к делу. Как и многие концепции в области энергетики, сеточная архитектура приобретает больше смысла, если вы посмотрите на специфику. Итак, я собираюсь описать (с иллюстрациями из неподражаемого Хавьера Заррачины Vox) текущую архитектуру сети, причины, по которым она нуждается в реформе, и предложение по новой архитектуре.

На самом деле, есть два противоположных предложения, одно, которое удваивается по сравнению с текущей нисходящей системой, и одно – более амбициозное, но, на мой взгляд, намного превосходящее – которое изменит структуру сетки вокруг новой восходящей парадигмы.

Во всяком случае, я надеюсь убедить вас в том, что изменение способа построения энергосистемы является ключевым шагом – возможно, ключевым шагом – в раскрытии всего потенциала экологически чистых энергетических технологий, которые потребуются для декарбонизации электроэнергетического сектора и удовлетворить новый спрос, связанный с электрификацией других энергоемких секторов, таких как транспорт и строительство.

И, как я уже писал ранее, декарбонизация электроэнергетики имеет решающее значение для решения проблемы изменения климата. Правильная сетка жизненно важна. Итак, давайте посмотрим.

Сетка работала по модели сверху вниз на протяжении столетия.

С тех пор, как в начале 20-го века сеть начала всерьез развиваться, сеть работала по той же базовой модели. Электроэнергия вырабатывается на крупных электростанциях и подается в высоковольтные линии электропередачи, по которым она может передаваться на большие расстояния.В различных точках по пути мощность сбрасывается из системы передачи в местные распределительные зоны (LDA) через подстанции, где трансформаторы понижают напряжение, чтобы оно не поджарило местных жителей.

Распределительные провода передают питание от этих интерфейсов передачи-распределения (TD) в различных направлениях к конечным пользователям. Напряжение снова понижается трансформаторами на опорах, а затем мощность подается в здания через счетчики, которые отслеживают потребление. Когда он оказывается «за счетчиком», его используют компьютеры, посудомоечные машины и зарядные устройства iPhone.

Хавьер Саррачина

Одна примечательная особенность этой модели заключается в том, что энергия распространяется только в одном направлении, поэтому гидрологические метафоры так популярны в объяснителях сетки. Линии электропередачи подобны могучим рекам, которые впадают в городские водораспределительные системы, где вода / энергия поступают к концу линии и потребляются. Ни в коем случае вода не возвращается обратно по линии.

В то время как система передачи в США действует как настоящая сеть – она ​​сильно взаимосвязана, поэтому мощность может передаваться туда, где она необходима, – «распределительные фидеры», которые перекачивают энергию в LDA, этого не делают. Распределительные фидеры обычно имеют «радиальную» конструкцию, что означает, что мощность передается от подстанции по усикам к конечным пользователям в одном направлении. (Существуют также другие конструкции распределительных фидеров, в которых LDA соединяется с двумя или более подстанциями, но они встречаются реже, поэтому мы будем упрощать его.)

Важно понимать, как эти различные части сети управляются в США. К сожалению, это означает, что я собираюсь поразить вас градом аббревиатур. Соберитесь.

Сеть передачи управляется, в зависимости от региона, независимым системным оператором (ISO), региональной передающей организацией (RTO) или электроэнергетической компанией, которая не является членом ISO или RTO. (Все это версии операторов передающих систем – TSO, общий термин, популярный в Европе, – поэтому в остальной части этого поста и на иллюстрациях я буду использовать этот термин.)

Поскольку линия передачи данных пересекает границы штата, TSO находятся под федеральной юрисдикцией. В частности, они должны следовать правилам, установленным Федеральной комиссией по регулированию энергетики (FERC). FERC отвечает за надежность передающей сети с помощью Североамериканской корпорации по надежности электроснабжения (NERC), некоммерческой общественной корпорации, которая анализирует надежность сети и обеспечивает соблюдение стандартов надежности.

В некоторых регионах коммунальные предприятия все еще «вертикально интегрированы», что означает, что они владеют электростанциями, а также являются «предприятиями, обслуживающими нагрузку» (LSE), распределяющими электроэнергию на местном уровне.Но в областях, обслуживающих около двух третей потребителей в США, коммунальный сектор был «реструктурирован», разделив их на две части. (Этот пост в основном посвящен реструктурированным областям, хотя он применим и не только к ним.)

В реорганизованных регионах распределительные компании не владеют электростанциями. Они покупают электроэнергию для своих местных потребителей на оптовых рынках, где владельцы генераторов («генкомпании») конкурируют, продавая свою электроэнергию (и другие энергетические услуги) на аукционах. Оптовые рынки электроэнергии находятся в ведении TSO и находятся под юрисдикцией FERC.

Системы распределения, поскольку они обычно не пересекают границы штата, находятся под юрисдикцией штата. Они находятся в ведении электроэнергетических компаний, государственных комиссий по коммунальным предприятиям (PUC), которые осуществляют надзор за коммунальными предприятиями, и законодателей штата, принимающих законы, которым должны следовать коммунальные предприятия. (Муниципальные коммунальные предприятия и электрические кооперативы также управляют распределительными системами, подчиняясь местным органам управления, а не государственным комиссиям.) Эти коммунальные предприятия несут ответственность за надежность распределительных систем.Они действуют как операторы системы распределения (DSO).

Все еще со мной? Что касается передачи, TSO наблюдают за оптовыми рынками, которые регулируются FERC и руководствуются NERC. Что касается распределения, то DSO обеспечивают подключение к конечным потребителям и регулируются законодательными собраниями штатов и PUC штатов или местными органами управления.

И снова эта модель:

Хавьер Саррачина / Vox

Это основная сеточная архитектура, существующая с незапамятных времен.

Но в последние несколько десятилетий все начало меняться.

Три тенденции в области экологически чистой энергии меняют ситуацию

Изменения в мире электроэнергии многочисленны и разнообразны, но они сводятся к трем основным тенденциям.

Первый – это рост возобновляемых источников энергии. Ветер и солнце усложняют управление сетью, потому что они изменчивы – они приходят и уходят в зависимости от погоды. Вы не можете увеличивать и уменьшать их по своему желанию, как растения, работающие на ископаемом топливе. Входит солнце, вы получаете поток энергии от всех этих солнечных панелей; солнце садится, вы ничего не получаете.

Это значительно усложняет согласование спроса и предложения в реальном времени и вызывает острую потребность в гибкости. Сеть с большим количеством возобновляемых источников энергии остро нуждается в ресурсах, которые могут увеличиваться и уменьшаться или иным образом компенсировать их естественные колебания. Интеграция большого количества переменных возобновляемых источников энергии уже создает проблемы для таких сетей, как Калифорния.

Второй – это рост распределенных энергоресурсов (РЭР): маломасштабные энергоресурсы часто (хотя и не всегда) обнаруживаются «за счетчиком» на стороне потребителя.Некоторые DER вырабатывают энергию, например, солнечные батареи, небольшие ветряные турбины или комбинированные теплоэлектроцентрали (ТЭЦ).

Некоторые DER хранят энергию, например батареи, топливные элементы или аккумуляторы тепла, например водонагреватели. А некоторые DER контролируют и управляют энергопотреблением, например интеллектуальные термостаты, интеллектуальные счетчики, интеллектуальные зарядные устройства и системы управления энергопотреблением всего здания. (Самая старая и до сих пор наиболее распространенная DER – дизельные генераторы, которые явно не идеальны с точки зрения климата.)

DER иногда называют технологиями «на границе сети», потому что они находятся на нижнем крае сети, рядом или за счетчиками клиентов.Их разнообразие, изощренность и совокупный масштаб стремительно растут, и по мере того, как они это делают, они открывают возможности для объединения более локально достаточных энергетических сетей – если сети могут с ними справиться. (Подробнее об этом позже.)

Хавьер Саррачина / Vox

Третья тенденция – это усложнение и снижение стоимости информационных и коммуникационных технологий (ИКТ). По мере того, как датчики и процессоры продолжают дешеветь, появляется все больше возможностей точно видеть, что происходит в распределительной сети вплоть до отдельного устройства, и делиться этими знаниями в режиме реального времени через Интернет.Можно генерировать больше информации, а с помощью искусственного интеллекта и машинного обучения можно более разумно управлять информацией и энергией.

Если первая тенденция, рост производства возобновляемой энергии, создает потребность в гибкости сети, вторые два, DER и ICT, могут помочь обеспечить эту гибкость – если они будут задействованы и поддержаны.

Но есть основания полагать, что нынешняя грид-архитектура не очень подходит для их поддержки и поощрения.

ДЭР набирают обороты на оптовых рынках энергии

Простой факт заключается в том, что DER могут делать многое из того, что раньше могли делать только большие традиционные электростанции, например, генерировать энергию и предоставлять сетевые услуги, такие как регулирование мощности, напряжения и частоты, а также «синтетическая инерция».«Они также могут делать то, что электростанции не могут, например, накапливать энергию и экономить ее использование.

Это означает, что DER могут все больше помогать сглаживать колебания спроса и производства возобновляемой энергии на местном уровне, не обращаясь к удаленным электростанциям.

С помощью новых ИКТ можно объединить в сеть DER в большие операционные блоки – «виртуальные электростанции» (VPP), которые их иногда называют, хотя это немного вводит в заблуждение, поскольку они могут делать то, что обычные электростанции не могут делать.Виртуальные электростанции собирают «агрегаторы». Это быстрорастущий рынок.

Существуют также физические агрегаты DER, известные как микросети, локальные электрические системы, которые могут работать либо подключенными к основной энергосистеме, либо, по крайней мере, временно, как «островки», отключенные от нее.

Микросети

могут выполнять многие из тех же функций, что и виртуальные электростанции, и в качестве бонуса они также предоставляют своим жителям услуги резервного электропитания на случай отключения электроэнергии. (Забавный факт: одна из крупнейших микросетей в США – это буквально остров – она ​​проходит через Алькатрас у побережья Сан-Франциско.)

Теперь вот где все усложняется для старой сеточной модели. Все эти новые DER появляются с каждым днем, и их взаимодействие становится все более изощренным. Они могут производить электроэнергию и услуги не только для потребителей, чьи счетчики находятся позади них, но и для сети в целом.

Но физическая сеть, DSO, TSO и существующие регулирующие структуры были спроектированы для односторонних перетоков электроэнергии. Как можно в полной мере осознать ценность электроэнергии и услуг, предоставляемых РЭД? Например – кому DER должны продавать свои услуги?

Помните, что почти все рынки электроэнергии США управляются TSO на уровне передачи.DER располагаются у нижнего края сетки под эгидой DSO.

Решение до сих пор заключалось в том, чтобы разрешить РЭД некоторый ограниченный доступ к оптовым рынкам электроэнергии. Агрегаторы объединяют мощность и услуги и предлагают их на эти рынки.

Итак, вот модель, в которой мощность течет вниз к краю сети, а затем от DER возвращается обратно на оптовые рынки:

Хавьер Саррачина / Vox

Теперь вопрос заключается в том, сможет ли существующая грид-архитектура, учитывая постоянное развитие и изобилие DER, идти в ногу со временем.

Два противоположных видения будущей электросети

Сектор электроэнергетики быстро меняется, и вместе с ним меняется и сеть. Это будет продолжаться несмотря ни на что. Вопрос в том, следует ли усилить и улучшить текущую архитектуру сетки или задумать и построить что-то новое.

Этот выбор изложен в книге «История двух видений: проектирование децентрализованной трансактивной электрической системы», опубликованной в 2016 году в журнале IEEE Power and Energy Magazine Кристовым, Полом Де Мартини из Калифорнийского технологического института и Джеффри Тафтом из Тихоокеанская Северо-Западная национальная лаборатория.

Кристов, Де Мартини и Тафт обрисовывают два способа управления множеством DER, включая разные роли для TSO и DSO. Они намеренно описывают два противоположных полюса, две противоположные крайности, признавая, что в реальном мире многие системы будут представлять собой некую смесь или могут постепенно и медленно меняться от одной к другой.

Первое видение – это логическое продолжение существующей системы оптового рынка – только с гораздо большим количеством вовлеченных DER. Авторы исследования называют это моделью «Большой централизованной оптимизации», поскольку вся оптимизация, все балансирование спроса и предложения будет осуществляться в одном месте – в TSO.Это модель «полного TSO».

Согласно модели Grand Central, TSO будут продолжать управлять и отправлять DER (или агрегаты DER) для любых транзакций, влияющих на оптовые рынки. Оптовые рынки станут намного более сложными, вовлекая гораздо больше разнообразных участников.

Это будет модель «минимального DSO», в которой DSO, обычно распределительное предприятие, останется неучастным в таких транзакциях и продолжит просто поддерживать операции и надежность на уровне распределения.

Вот как мог бы выглядеть Grand Central, с большим и большим количеством DER, поставляющих энергию и услуги непосредственно на оптовые рынки с нижнего края сети:

Хавьер Саррачина / Vox

Это более или менее то направление, в котором система движется по умолчанию, если только что-то не изменится. Но эволюция кажется менее преднамеренной, чем вопрос зависимости от пути и отсутствия целостного планирования.

Кристов, Де Мартини и Тафт обеспокоены тем, что Grand Central – неправильная модель – что в конечном итоге это увеличит стоимость и сложность интеграции большего количества возобновляемых источников энергии и DER.

Подробности могут быть техническими, но есть две основные проблемы с Grand Central.

Во-первых, DER все чаще обслуживают двух мастеров. У них есть отношения с TSO, которые обходят DSO, в форме обязательств оптового рынка. У них также есть отношения с DSO; он должен управлять ими во имя стабильности и надежности распределительной сети.

По мере того, как DER и их агрегаты становятся все более многочисленными и крупными, возникает риск того, что большие блоки системы получат дуэльные инструкции. Авторы статьи называют это «обходом уровней, которое происходит, когда два или более компонентов системы имеют множественные структурные отношения с конфликтующими целями управления».

Вторая проблема – это просто сложность. DER все еще находятся на довольно начальном уровне развития, но в ближайшие годы они резко вырастут, поскольку панели на крышах, электромобили, домашние аккумуляторы и интеллектуальные счетчики станут более распространенными.Скоро появятся всевозможные комбинации и агрегации на всех уровнях в каждом из сотен LDA.

Оптовые рынки могут превратиться из десятков участников в сотни, тысячи или сотни тысяч.

Это будет много для TSO, чтобы отслеживать – заросли новых правил, новых механизмов принуждения и огромных вычислительных ресурсов. «Согласно этой модели, – пишут Кристов, Де Мартини и Тафт, – TSO требуется подробная информация и прозрачность на всех уровнях системы, начиная с области балансирующих полномочий [т.е., уровень TSO] вниз по распределительной системе к счетчикам конечных потребителей и устройствам, подключенным к распределению ».

TSO должны будут отслеживать и управлять всей этой информацией, работая вместе и пытаясь координировать свои действия с десятками DSO, поддерживая надежность на местном уровне.

Некоторые TSO уже жалуются FERC на то, что государственная энергетическая политика искажает их оптовые рынки. Представьте себе, когда эти управляемые на федеральном уровне рынки включают тысячи участников DER, все из которых также подпадают под действие различных государственных энергетических политик, и все они также ограничиваются требованиями надежности DSO.

Такие мысли вызывают у комиссаров FERC мигрень. Уравновешивание интересов TSO с интересами десятков DSO будет бесконечной проблемой.

Некоторым экономистам нравится думать, что если бы цены на каждый источник энергии и услугу были установлены правильно, исходя из их стоимости в реальном времени, зависящей от местоположения, рынок распределял бы электроэнергию с идеальной эффективностью. Просто разработайте правильные алгоритмы ценообразования и позвольте себе разобраться.

Но есть основания сомневаться в том, что системами распределения, наполненными причудливым и непредсказуемым человеческим поведением, можно адекватно управлять одной лишь невидимой рукой.Им нужен более личный подход.

Кристов, Де Мартини и Тафт не высказывают никаких возражений по поводу того, возможна ли модель Grand Central, но когда я спросил де Мартини напрямую, он был откровенен. «Я не думаю, что модель большой централизации будет работать в масштабе, – сказал он, – поскольку существует слишком много динамических случайных величин [в системах распределения], включающих как машины, так и людей».

«Когда я думаю о TSO, пытающемся полностью осознавать, что происходит в распределительной системе, объединяя это вместе с одновременной оптимизацией с передающей сетью, это просто не имеет смысла», – сказал мне Кристов.«Это кажется излишне сложным. Но если у вас этого нет, тогда вам нужно, чтобы DSO взял на себя некоторые обязанности более высокого уровня ».

Это подводит нас к альтернативе Grand Central.

Новая восходящая архитектура для сети

Альтернативная грид-архитектура, которую предлагают авторы исследования, элегантно решает эти проблемы. Это называется … держитесь за шляпы … “децентрализованная структура оптимизации с многоуровневой декомпозицией”. Ой!

Давайте переведем это на английский.(Примечание: многоуровневая или «ламинарная» структура – это знакомая концепция в телекоммуникационной и программной архитектуре. Она несколько новее для энергосистем.)

В модели Grand Central TSO оптимизирует все в одном месте, не только электростанции на уровне передачи, но и тысячи DER и агрегатов на уровне распределения для обслуживания оптовых рынков и надежности системы передачи, имея при этом достаточную реальную- своевременная видимость системы распределения, чтобы избежать конфликтов с местными потребностями в надежности.

В модели, предложенной Кристовым, Де Мартини и Тафтом, которую я собираюсь называть LDO для многоуровневой децентрализованной оптимизации, потому что я не хочу снова вводить все эти слова – каждый уровень, уровень передачи и уровень распределения, будет нести ответственность за собственную оптимизацию и собственную надежность.

Помните обход уровня? Модель LDO предотвратит это, эффективно изолировав слои друг от друга, за исключением точек их электрического сопряжения. Единственная точка связи и координации между уровнем передачи и уровнем распределения под ним будет на интерфейсе TD (подстанции).Все, что находится ниже интерфейса TD, будет управляться и оптимизироваться DSO.

Ответственность «разлагается» на нижний уровень – вот что означает «многоуровневая декомпозиция».

DSO будет уравновешивать спрос и предложение в пределах местной распределительной зоны (LDA), используя, насколько это возможно, местные DER. Затем он объединит все оставшееся предложение или спрос в одну заявку на оптовых рынках (либо предложение покупки, либо предложение мощности).

Хавьер Саррачина / Vox

Это радикально упростило бы работу TSO.

Ему не нужно будет отслеживать, управлять и отправлять десятки тысяч DER, агрегатов DER и микросетей через LDA в своем регионе. Со всем этим займутся DSO.

Каждый DSO будет представлен TSO как единое целое на каждом интерфейсе TD. Все, что потребуется сделать TSO, – это принять одну совокупную заявку на оптовом рынке от каждого интерфейса TD, которых будут десятки или сотни (а не десятки тысяч). Это позволит сохранить простоту и управляемость оптовых рынков.

Ответственность за оптимизацию распадается вниз, так же как и ответственность за надежность.

TSO будет нести ответственность только за надежность системы передачи до точки интерфейса TD. Помимо этого, каждый DSO будет нести ответственность за надежность в своем собственном LDA.

Каждая грид-архитектура должна иметь «структуру координации», которая назначает основные роли и обязанности различным компонентам системы. Архитектура LDO – это модель «максимального DSO» или «полного DSO», в которой DSO назначаются существенные новые роли и обязанности, значительно превышающие те, которые им назначены в текущей системе.(Мы поговорим об этом позже.)

Архитектура, которая полностью масштабируется

У архитектуры LDO много преимуществ, о которых мы поговорим ниже, но одно из них стоит выделить – это масштабируемость. LDO служит способом управления сложностью вверх (или вниз) в любом масштабе.

Энергосистема не обязательно должна иметь только два уровня; его может быть много.

Напомним, что в модели LDO уровень передачи взаимодействует с уровнем распределения только на ограниченном количестве интерфейсов TD.Единственное взаимодействие между распределительной системой и системой передачи, расположенной над ней, – это единственная точка.

Но под этим первым распределительным слоем может быть другой слой. И он может связываться с этим первым уровнем распределения так же, как первый уровень распределения взаимодействует с уровнем передачи, то есть через единственный интерфейс. Обязанности снова распадутся вниз – второй уровень будет отвечать за собственную оптимизацию и надежность.

И может быть третий слой ниже этого и четвертый, до бесконечности.

Например, представьте себе локальную микросеть, которая связывает вместе десятки зданий, солнечные панели, комбинированные теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), батареи, зарядные станции для электромобилей и, возможно, даже несколько микросетей меньшего размера в единую сеть (университетский городок). , сказать). Эта сеть может изолироваться от более крупной сети и работать самостоятельно, по крайней мере в течение ограниченного времени, в случае отключения электроэнергии.

Эта микросетка – еще один слой. Вместо того, чтобы управлять десятками DER, DSO теперь управляет микросетью как единым агрегированным активом. Что касается микросети, ее единственное взаимодействие с более крупным распределительным слоем, расположенным над ней, осуществляется через единый интерфейс. Он отвечает за собственную оптимизацию и надежность и при необходимости может отключаться.

Теперь представьте, что большая микросетка содержит внутри несколько микросетей меньшего размера. Каждый из них соединяет, скажем, три здания, несколько солнечных батарей и несколько батарей.

То же самое: существует единая точка соприкосновения между большой микросетью и каждой маленькой микросетью (что упрощает работу с большой микросетью). Ниже этих точек ответственность снова распадается на уровень малых микросетей.

А теперь представьте, что одна из маленьких микросетей содержит здание (скажем, больницу), которое само по себе является микросетью – у него есть солнечные панели на крыше, дизельные генераторы в подвале, некоторые батареи и интеллектуальный инвертор, который позволяет ему изолироваться. от малой микросети в аварийных ситуациях.

То же самое: одна точка контакта с микросетью над ней; ответственность распадается.

А теперь представьте, что в больнице есть аварийное крыло, которое само по себе представляет собой микросеть (наносетка? Крошечная сеть?), С интеллектуальным инвертором и одним дизельным генератором, которого достаточно для питания пары респираторов и мониторов.

То же самое: единое контактное лицо; ответственность распадается.

Поскольку ответственность переходит вниз, ни один объект не застревает в отслеживании и отправке громоздкого количества DER.И нет обхода уровней. Каждый уровень отвечает за себя и взаимодействует с уровнем над ним через единую точку соприкосновения.

Это помогает решить проблему быстро растущей сложности в электроэнергетическом секторе. В то время как в модели Grand Central TSO должен будет в одиночку отслеживать все расцветающие и гудящие DER под ним – что, будем серьезными, в конечном итоге подавить его – в модели LDO каждый уровень является собственным, управляемым домен.

Многослойная сеточная архитектура сталкивается с серьезными препятствиями реального мира

Есть множество причин, по которым концепция LDO будет медленно реализовываться, если она вообще когда-нибудь будет реализована.Это серьезный отход от централизованной нисходящей архитектуры, которая доминировала в последние 100 лет, и, как таковая, требует целого ряда правовых, нормативных и экономических изменений в различных юрисдикциях.

Среди прочего, необходимо будет значительно усилить местные распределительные компании, чтобы они стали максимальными DSO. В архитектуре LDO, как пишут Кристов, Де Мартини и Тафт, DSO «должны будут предоставить рынок с открытым доступом на уровне распределения, который будет агрегировать предложения DER для оптового рынка, получать услуги от квалифицированного DER для поддержки операций системы распределения и разрешить одноранговые транзакции в рамках данного LDA и, возможно, даже между LDA.”

Это много нового, что нужно выяснить (хотя многие технические вопросы решаются в докладах Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории и других). Даже там, где прогресс идет в направлении LDO, он будет формироваться с учетом местных условий и, вероятно, консервативно.

Тем не менее, в этом секторе сейчас нестабильные времена, когда коммунальные предприятия и регулирующие органы нервно задаются вопросом, как опередить кривую. Если смелая коммунальная компания проведет демонстрацию с максимальным DSO, возможно, это может спровоцировать волну подобных реформ.

Вместо того, чтобы пытаться предсказать возможное распространение модели LDO, давайте поговорим о еще нескольких преимуществах.

Архитектура LDO даст больше власти местным властям

Помимо масштабируемости, наиболее примечательной особенностью архитектуры LDO является то, что она переворачивает систему сверху вниз. Ответственность за электроэнергию – а вместе с ней и социальную и политическую власть – распадается вниз, на местный уровень, а не концентрируется на вершине.

Начиная с самого нижнего уровня, часто за счетчиком потребителя, на каждом уровне будет интеллектуальный контроллер, обеспечивающий максимальную эффективность и уверенность в своих силах.Только в той мере, в какой он не в состоянии обеспечить себя, он будет искать силы на следующем уровне.

И на этом уровне интеллектуальный контроллер будет оптимизировать все свои разнообразные ресурсы, стремясь к эффективности и самодостаточности. Только в той мере, в какой он не в состоянии обеспечить себя, он будет искать силы на следующем уровне. И так далее.

Эта архитектура помещает локальные DER на нижнем краю сети первыми в стеке приоритетов, обеспечивая их оптимизацию и полное использование до того, как какой-либо LDA запросит мощность у системы передачи.Крупные централизованные электростанции становятся последним средством, а не первым.

Сообщество солнечной энергии. Стефани Бауэр, через Сиэтл Сити Лайт

Теперь давайте сделаем паузу, чтобы предупредить пару возможных возражений.

Во-первых, ничто в архитектуре LDO не подразумевает, что для уровня плохо запрашивать мощность у уровня, находящегося над ним, или для LDA плохо запрашивать мощность у сети передачи. Большинство уровней и большинство LDA, особенно в эти первые дни DER, далеки от полной самодостаточности и будут в течение некоторого времени.Им потребуется электроэнергия из передающей сети. Многие всегда будут.

И это нормально. Пределы энергетической самодостаточности – это не моральный недостаток, а вопрос местного климата, плотности населения и инженерии. Разные сообщества по-разному оценивают самодостаточность. Некоторые будут стремиться к независимости во всех возможных пределах, возможно, даже стать чистыми производителями, которые продают электроэнергию на оптовых рынках. Некоторые будут довольны тем, что получат большую часть своей энергии от сети электропередач. У всех будет свой выбор, обусловленный местными условиями и ограничениями.

Весь смысл больших электростанций и сети электропередачи, охватывающей весь континент (или, по крайней мере, частично охватывающей континент), состоит в том, чтобы обеспечить всех резервным источником энергии, чтобы мы не были ограничены местными условиями. Это красивая вещь; никому не нужно извиняться за его использование.

Во-вторых, и в связи с этим, в мире энергетики часто проводится ложная дихотомия: сторонники больших электростанций и большой сети («жесткий путь» в развитии энергетики) с одной стороны и сторонники самодостаточных локальных сетей, работающих на С другой стороны, DER («мягкий путь»).

Архитектура LDO аккуратно обсуждает этот спор. Каждый уровень оптимизируется, а затем использует уровень выше, вплоть до уровня передачи. Местные DER систематически максимизируются, даже несмотря на то, что каждый пользуется преимуществами резервного копирования электростанции / передающей сети.

То, что переворачивает, – это приоритет, а вместе с ним и сила. Акцент на местных ресурсах в конечном итоге сделает города и регионы (их автопарки, их правила строительства и зонирования, их инфраструктура, их уязвимости) полноправными партнерами в оптимизации и обезуглероживании энергии.

«Многие вещи, которые мы считаем электрификацией и декарбонизацией, будут реализованы через местное планирование, – говорит Кристов, – будь то переосмысление мобильности в городских районах или модернизация зданий, это местные инициативы, которые создадут рабочие места на местах. Таким образом, как следствие этой децентрализации, вы получаете местное экономическое развитие ».

Архитектура LDO будет напрямую связывать местные потребности, местные устремления и местную устойчивость с усилиями по декарбонизации.

Хавьер Саррачина / Vox

Появление DER приведет к огромным инновациям

Это также вызовет всплеск инноваций в области энергетики. Прямо сейчас, благодаря устаревшим моделям регулирования, коммунальные предприятия часто враждебно относятся к распределенным энергосистемам, которые все в большей степени способны заменить сетевую инфраструктуру. Все, что снижает потребность коммунальных предприятий в дополнительных инвестициях в инфраструктуру, угрожает их финансовой отдаче.Следовательно, они часто демонстрируют ровно столько поддержки DER, сколько предписано законодателями, и не более того.

В модели LDO DSO не будут зарабатывать деньги на инвестициях в инфраструктуру и не будут владеть DER. Они будут зарабатывать деньги, предоставляя услуги. Каждый DSO будет управлять тем, что фактически является рынком уровня распределения в рамках своего собственного LDA. DER будут предлагать свою энергию и услуги, местное предложение и спрос будут согласованы в максимально возможной степени, а DSO представит оставшуюся часть как единую покупку на оптовом рынке (если есть остаточный спрос) или заявку (если есть остаточное предложение) интерфейс TD.

В результате каждая DER или агрегация, каждый уровень будут иметь финансовый стимул для оптимизации собственных ресурсов и максимизации собственной самодостаточности – производить как можно больше энергии и как можно меньше потреблять. Это создало бы огромный спрос на инновации в области DER.

И помните, инновации DER – это не старые инновации в энергетическом секторе. Электростанции на ископаемом топливе и атомные электростанции входят только в одну часть: большие. На их создание, повторение и улучшение уходит много времени, а барьеры для входа на этот рынок высоки.

DER, как правило, меньше по размеру и больше связаны с информационными и коммуникационными технологиями (ИКТ), такими как электромобили, зарядные устройства для умных автомобилей, новые типы аккумуляторов или просто программное обеспечение для работы со всем этим. Столичные барьеры ниже; время, необходимое для итерации, намного меньше; обучение и улучшения распространяются намного быстрее.

Млекопитающие приходят за динозаврами.

(Если вы хотите услышать, как Кристов больше расскажет об этих темах, я настоятельно рекомендую это подробное интервью о подкасте Energy Transition Show – это восхитительно занудно.)

Благодаря новой сетевой архитектуре DER могут сосредоточить внимание на локальной устойчивости и быстрой декарбонизации.

В 2015 году Кристов опубликовал в газете «Коммунальные предприятия две недели» статью под названием «Будущая история энергосети завтрашнего дня». Он написан как взгляд на энергетическую систему 2050 года, которая развивалась с 2015 года, и описывает ее эволюцию в модель LDO.

По его словам, между 2020 и 2030 годами произошло «осознание того, что DER будут доминировать в будущем, а не просто скрываться на пороге.”

Это ключевой вопрос, стоящий перед электроэнергетическим сектором: находятся ли РЭД в начальной стадии массового и устойчивого роста. Если это так – и все признаки указывают на то, что это не так, – тогда стоит заранее подумать о том, какая электрическая система сможет управлять ими и максимизировать их.

Именно для этого и предназначена архитектура LDO: управлять сложностью, ускорять декарбонизацию и повышать устойчивость на местах. Он передает ответственность за DER в руки тех, кто к ним ближе всего, и строит сеть снизу вверх, делая каждое сообщество партнером в великой борьбе с изменением климата.

Почему в Техасе есть собственная электросеть?

Эта история была первоначально опубликована в 2011 году. Если вы ищете последние новости о зимнем шторме в феврале 2021 года, зайдите на нашу домашнюю страницу или подпишитесь на нас в Twitter.

Почему в Техасе есть собственная электросеть?

У сепаратистских наклонностей Техаса есть по крайней мере одна современная розетка: электрическая сеть. В нижних 48 штатах есть три сети: Восточная межсетевая связь, Западная межсоединение и Техас.

Электросеть Техаса называется ERCOT, и ею управляет одноименное агентство – Совет по надежности электроснабжения Техаса. ERCOT фактически не охватывает весь Техас. Эль-Пасо находится на другой сетке, как и верхний Панхэндл и кусок Восточного Техаса. Предположительно, это связано с историей обслуживаемых территорий различных коммунальных предприятий и удаленностью местоположений, не относящихся к ERCOT (например, Panhandle ближе к Канзасу, чем к Далласу, отмечает Кеннет Старчер из Института альтернативной энергии в Каньоне), но Texplainer все еще выясняет подробности по этому поводу.

Отделение энергосистемы Техаса от остальной части страны возникло в результате эволюции электроэнергетических компаний в начале прошлого века. Спустя десятилетия после того, как Томас Эдисон включил первую в стране электростанцию ​​на Манхэттене в 1882 году, в Техасе выросли небольшие электростанции, приносящие электричество в города. Позже, особенно во время Первой мировой войны, коммунальные предприятия начали объединяться. Эти связи и сопутствующая сеть электропередач еще больше расширились во время Второй мировой войны, когда несколько коммунальных предприятий Техаса объединились, чтобы сформировать Техасскую взаимосвязанную систему, которая позволила им подключиться к большим плотинам вдоль рек Техаса, а также посылать дополнительную электроэнергию для поддержки увеличенные фабрики, помогающие военным усилиям.

Техасская взаимосвязанная система, которой долгое время фактически управляли два отдельных предприятия, одно для северного Техаса и одно для южного Техаса, имела еще один приоритет: оставаться вне досягаемости федеральных регулирующих органов. В 1935 году президент Франклин Д. Рузвельт подписал Закон о федеральной энергетике, согласно которому Федеральная энергетическая комиссия возлагала на Федеральную комиссию по энергетике ответственность за межгосударственные продажи электроэнергии. Не пересекая границы штата, коммунальные предприятия Техаса избегают подчинения федеральным правилам. «Свобода от федерального регулирования была заветной целью – тем более, что в Техасе не было регулирования до 1970-х годов», – пишет Ричард Д.Кудахи в статье 1995 года «Вторая битва при Аламо: полуночная связь». (Самодостаточность в Техасе также упростилась, особенно в первые дни, потому что штат располагает значительными собственными ресурсами угля, природного газа и нефти для использования в качестве топлива для электростанций.)

ERCOT была образована в 1970 году после крупного отключения электроэнергии на северо-востоке в ноябре 1965 года, и ей было поручено управлять надежностью сети в соответствии с национальными стандартами. Агентство взяло на себя дополнительные обязанности после отмены регулирования электроэнергетики в Техасе десять лет назад.Сеть ERCOT остается вне юрисдикции Федеральной комиссии по регулированию энергетики, которая пришла на смену Федеральной энергетической комиссии и регулирует передачу электроэнергии между штатами.

Исторически сложилось так, что независимость энергосистемы Техаса нарушалась несколько раз. По словам Кудахи, однажды это было во время Второй мировой войны, когда были приняты специальные меры для подключения Техаса к другим сетям. Другой эпизод произошел в 1976 году после того, как коммунальное предприятие в Техасе по причинам, связанным с собственными нормативными требованиями, намеренно щелкнуло выключателем и на несколько часов подало электроэнергию в Оклахому.Это событие, известное как «Midnight Connection», вызвало серьезную судебную тяжбу, которая могла бы поставить Техас под юрисдикцию федеральных регулирующих органов, но в конечном итоге решилась в пользу сохранения независимости Техаса.

Даже сегодня ERCOT не изолирован полностью от других сетей – как это было очевидно, когда государство импортировало часть электроэнергии из Мексики во время непрерывных отключений электроэнергии в 2011 году. ERCOT имеет три связи с Мексикой и – как результат битвы за «Midnight Connection». – он также имеет две связи с восточным У.S. grid, хотя они не приводят к федеральному регулированию ERCOT. По словам представителя ERCOT Дотти Рорк, все они могут перемещать электроэнергию в коммерческих целях, а также использоваться в чрезвычайных ситуациях. Возможный шестой проект межсетевого взаимодействия в округе Раск изучается, и еще одно амбициозное предложение, получившее название Tres Amigas, объединит три большие сети США в Нью-Мексико, хотя главный регулирующий орган штата Техас не проявил большого энтузиазма по поводу участия.

Итог: В Техасе есть своя собственная сеть, чтобы не иметь дела с федералами.

Есть вопрос для Texplainer? Пишите нам по адресу [email protected] .

Доноры или члены Texas Tribune могут цитироваться или упоминаться в наших статьях или могут быть их участниками. Чтобы просмотреть полный список участников, щелкните здесь.

Система электросетей

| Энергетическая ассоциация Индианы

Что такое электричество?

Электричество – это форма энергии, которая возникает, когда электроны перемещаются из одного места в другое.Электричество движется почти со скоростью света. Хотя все мы используем мобильные телефоны и другие устройства с батареями, электричество не так просто хранить в больших (коммунальных) масштабах. Он должен быть сгенерирован и доставлен практически в тот момент, когда это необходимо.

Как вырабатывается электроэнергия?

Электричество генерируется при движении электронов по проводу. Коммунальные предприятия производят или вырабатывают электричество, вращая огромные магниты внутри проволочных петель.(Если вы когда-либо использовали магнит, чтобы тянуть или толкать объект, вы заставляете электроны двигаться. Принцип тот же.)

Большая турбина, соединенная с этими магнитами, создает вращение или вращение.

Турбина приводится в движение паром под давлением (в большинстве случаев), создаваемым кипящей водой, нагретой углем, природным газом или другим ископаемым топливом, или ядерной энергией в больших котлах. Или турбины приводятся в движение ветром в ветряной турбине (ветряной мельнице) или водой при выработке электроэнергии на гидроэлектростанциях.

Солнечная генерация электроэнергии работает иначе. Электричество вырабатывается, когда солнечный свет попадает на солнечный элемент (объекты из полупроводников), выбивая электроны. Солнечная панель, состоящая из множества солнечных элементов, предназначена для захвата этих текущих электронов или электрического тока.

Как передается электроэнергия?

Проще говоря, электричество передается от электростанции, которая производит или «производит» электричество, по проводам к вашему дому или бизнесу.В принципе, это не отличается от того, как вода из резервуара подается в ваш дом по трубопроводу.

Однако для того, чтобы электричество добралось туда, где оно необходимо, оно должно пройти несколько промежуточных этапов.

  1. Электроэнергия покидает электростанцию.
  2. «Повышающая» подстанция рядом с заводом увеличивает напряжение, поэтому электричество может эффективно перемещаться на большие расстояния – аналогично увеличению давления на воду в водопроводе. Напряжение повышается до любого значения от 69 000 до 800 000 вольт, в зависимости от расстояния, на которое будет перемещаться мощность, и количества перемещаемой электроэнергии.
  3. Затем электричество поступает в систему передачи, перемещаясь почти со скоростью света по тяжелым кабелям, натянутым между высокими башнями.
  4. «Понижающая» подстанция рядом с конечным пунктом назначения снижает напряжение, поэтому его можно передавать с помощью кабелей меньшего размера.
  5. Распределительные линии несут электричество от понижающей подстанции.
  6. Электроэнергия дополнительно снижается за счет небольших трансформаторов на опорах электросети (или расположенных под землей), чтобы снова снизить напряжение примерно до 120–140 вольт, а затем доставляют его бытовым потребителям.

Какие виды топлива используются для производства электроэнергии в Индиане?

Шестьдесят пять процентов (65)% электроэнергии Индианы вырабатывается из угля. Следующим по величине источником является природный газ с долей 16,5%. Ядерная энергия – следующий по величине источник с почти 10%.

Система электросетей

Система электросетей Северной Америки представляет собой сложную взаимосвязанную сеть генерирующих станций, линий электропередачи и распределительных объектов.Электрические компании объединили свои системы передачи, чтобы они могли покупать и продавать электроэнергию друг у друга и у других поставщиков энергии, чтобы обеспечить наиболее экономичное использование энергии для обслуживания потребителей и обеспечения надежности обслуживания. Сеть обеспечивает резервирование в случае возникновения чрезвычайной ситуации. Национальная инженерная академия назвала «электрификацию» достижением номер один 20 -го века.

Электрические компании активно инвестируют в энергосистему

Сеть – одна из причин, по которой электроэнергетика является наиболее капиталоемкой отраслью.Члены МЭА ежегодно инвестируют более 2 миллиардов долларов в капитальные вложения в Индиане, включая генерацию, передачу, распределение и модернизацию системы интеллектуальных сетей; новые, более чистые генерирующие мощности; и улучшение окружающей среды и энергоэффективности.

По данным Министерства энергетики США, в США протяженность высоковольтных линий электропередачи составляет более 450000 миль. Линии электропередачи в США разделены на три интегрированные региональные сети:

  • один на востоке, который соединяет восточное побережье и государства равнин;
  • другой на западе, который соединяет побережье Тихого океана и горные штаты; и
  • другой, который работает в Техасе.

Как меняется производство и передача электроэнергии?

С внедрением новых, конкурентоспособных по стоимости технологий исторические способы производства и передачи электроэнергии резко и быстро меняются.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.