Скорость передачи электрической энергии это: Скорость электрического тока

Скорость электрического тока

Жизнь современного человека полна комфорта. Сегодня мы имеем все блага цивилизации в свободном доступе. Главным достижением, которое совершенствовалось в течение долгого времени, является электрическая энергия, доступная практически в любой части мира. Мы привыкли к тому, что электроэнергия повсюду и задумываемся о ней лишь в тот момент, когда она внезапно пропадает. На самом деле явление электричества таит в себе много интересного, что желательно было бы знать каждому человеку.

Например, одним из вопросов, которым нужно задаться, является скорость электрического тока. Мало кто думал о том, как быстро зажжется лампочка, находящаяся в сотне километров от источника энергии. Этот вопрос актуален для населенных пунктов, которые находятся вдали от цивилизации.

Опытным путем учеными и исследователями было доказано, что электрический сигнал движется по кабелю со скоростью света, а именно 300 тысяч км/сек.

Важно отметить, что электроны и ионы в проводнике при этом движутся совсем не с такой скоростью. Они просто на просто не могут иметь столь высокую скорость в проводящем материале. 

Под скоростью света в случае с электрическим током понимается показатель скорости, с которым заряженные частицы приходят в движение друг за другом, а не движутся относительно друг друга. Носители заряда при этом обладают средней скоростью, равной, как правило, нескольким миллиметрам за 1 сек.

Более подробно объясним данную ситуацию примером:

К заряженному конденсатору присоединяются провода большой длины, идущие к лампе, что находится на расстоянии около 100 км. Замыкание цепи происходит вручную. После этого носители зарядов приходят в движение на том отрезке провода, который подключен к конденсатору. При этом начинается покидание электронами минусовой обкладки конденсатора, следовательно, происходит уменьшение электрического поля в конденсаторе параллельно с уменьшением плюсовой обкладки.

Таким образом, между обкладками сокращается разность потенциалов. При этом электроны, пришедшие в движение, приходят на место тех, что ушли. То есть, запущен процесс перераспределения электронов внутри провода за счет влияния электрического поля. Данный процесс растет, как снежный ком, и переходит дальше по всей длине провода, достигая в итоге нити накаливания лампы.

Получается, что перемены в состоянии электрического поля распространяются внутри проводника со скоростью, равной скорости света. При этом происходит активация электронов в электрической цепи с аналогичной скоростью. Хотя сами электроны движутся друг за другом по проводнику с гораздо меньшей скоростью.

Теперь разберемся в явлении гидравлической аналогии. Рассмотрим это понятие на примере движения водного потока из пункта А в пункт Б.

Допустим, что из небольшого населенного пункта по трубе в город поступает вода. Для этого функционирует специальный насос, который повышает давление внутри трубы, и вода под влиянием давления движется гораздо быстрее. Малейшие перемены в давлении по трубе распространяются очень быстро (приблизительно 1400 км/сек). Скорость распространения данных перемен напрямую зависит от показателя плотности жидкости, ее температуры и степени оказываемого давления. Через совсем короткий промежуток времени (доля секунды) вода уже поступила в город. Но это уже совсем другая вода. Ведь молекулы в ее составе провоцируют движение друг друга из-за столкновений между собой. При этом скорость движения данных молекул гораздо меньше, ведь дрейфовая скорость имеет прямую связь с силой напора. То есть, столкновения молекул друг с другом распространяются очень быстро, а скорость одной молекулы при этом не увеличивается.

Абсолютно аналогичный процесс происходит с электрическим током. Проведем параллели: скорость распространения поля есть скорость распространения давления, а скорость движения молекул, следовательно, есть скорость электронов, создающих ток.

Дрейфовая скорость – это скорость последовательного движения заряженных частиц. Электронами данная скорость приобретается за счет действия внешнего электрического поля.

В случае, если внешнее электрическое поле отсутствует, то движение электронов внутри проводника происходит хаотично. Иными словами, конкретного направления у электрического тока нет, а дрейфовая скорость при этом нулевая.

При наличии внешнего электрического поля у проводника носители заряда приходят в движение, скорость которого зависит от ряда факторов (концентрация свободных электронов, площадь сечения провода, величины тока).

Таким образом, электрический ток имеет скорость распространения по проводнику равную скорости света. При этом скорость  движения тока в проводнике – очень мала.

Вам будут интересны такие познавательные статьи, как:

7.3: Электромоторы постоянного тока

Приводы – это механизмы, которые используются для воздействия на окружающую среду, обычно для перемещения механизмов или систем и управления ими. Приводы заставляют двигаться все элементы соревновательного робота, которые могут двигаться. Наиболее распространенным типом привода является электромотор, в частности, в роботах VEX используются электромоторы постоянного тока.

Электромоторы преобразуют электрическую энергию в механическую энергию путем использования электромагнитных полей и вращающихся проволочных катушек. При вводе напряжения в электромотор, последний выводит установленное количество механической мощности. Механическая мощность рассматривается как выход электромотора (обычно это ось, разъем или передача), вращающегося с определенной скоростью и при определенном крутящем моментe.

Нагружение электромотора

Электромоторы выводят крутящий момент только в ответ на нагружение. При отсутствии нагружения на выходе, электромотор будет вращаться очень быстро при нулевом крутящем моменте. Этого никогда не происходит в реальной жизни, так как в системе электромотора всегда присутствует трение, выполняющее роль нагрузки и заставляющее электромотор выводить крутящий момент для его преодоления. Чем больше нагрузка на электромотор, тем больше он «сопротивляется» с помощью противодействующего крутящего момента. Тем не менее, так как электромотор выводит заданное количество мощности, чем больше крутящий момент, выводимый электромотором, тем меньше его вращательная скорость. Чем больше работы должен произвести электромотор, тем медленнее он вращается. Если нагрузка на электромотор будет продолжать увеличиваться, в результате она превысит возможности электромотора и последний перестанет вращаться. Это называется «остановом».

Потребление электроэнергии

Электромотор потребляет определенное количество электрического тока (выражаемого в Амперах), которое зависит от количества приложенной к нему нагрузки. При повышении нагрузки на электромотор, потребление электроэнергии электромотором увеличивается пропорционально повышению производимого им крутящего момента.

Как показано на графике выше, ток прямо пропорционален нагружающему моменту (крутящий момент нагрузки). Чем больше нагружающий момент, тем больше потребление электроэнергии, при этом ток частота вращения обратно пропорциональны друг другу. Чем быстрее вращается электромотор, тем меньше электроэнергии он потребляет.

Ключевые характеристики электромотора

Электромоторы отличаются друг от друга и обладают различными свойствами, в зависимости от типа, конфигурации и способа производства. Существуют четыре основные характеристики, которыми обладают все электромоторы постоянного тока, используемые в соревновательной робототехнике.

Заданный крутящий момент (Н-м) – количество нагрузки, при приложении которого к электромотору последний перестанет двигаться.

Свободная скорость (об/мин) – максимальная частота вращения электромотора, работающего без нагрузки.

Ток заторможенного электромотора (Ампер) – количество электрического тока, потребляемого остановленным электромотором.

Свободный ток (Ампер) – количество электрического тока, потребляемого электромотором, работающим без нагрузки.

На этих взаимосвязях основывается концепция мощности. При заданном нагружении, электромотор может вращаться только с определенной скоростью.

Линейная и пропорциональная природа представленных выше взаимосвязей позволяет легко составлять графики «крутящий момент – скорость» и «крутящий момент – ток» для любого электромотора путем экспериментального определения двух точек на каждом графике.

Изменение мощности за счет напряжения

Выходная мощность электромотора постоянного тока зависит от входного напряжения. Это означает, что чем больше входное напряжение, тем больше мощности производится и тем быстрее может работать электромотор.

Если электромотор имеет заданное нагружение, что будет происходить при повышении напряжения (в результате увеличения мощности)? Электромотор будет вращаться быстрее! Для выполнения того же объема работы доступно большее количество мощности.

Это означает, что характеристики электромотора, приведенные выше, изменяются в зависимости от входного напряжения электромотора, поэтому их значения необходимо устанавливать при заданном напряжении (при испытаниях с напряжением 12 В). Эти четыре характеристики изменяются пропорционально входному напряжению. Например, если свободная скорость электромотора составляет 50 об/мин при напряжении 6 В, при удваивании напряжения до 12 В свободная скорость также удваивается и принимает значение 100 об/мин.

Значения этих характеристик при определенном напряжении могут быть рассчитаны в том случае, если известны их значения при другом напряжении, путем умножения известного значения на коэффициент значений напряжения. Этот подход не применим к определению свободного тока электромотора, так как его значение остается постоянным при любом напряжении.

Новое значение = Определенное значение х (Новое значение/Определенное значение)

Из примера выше видно, что свободная скорость электромотора составляет 50 об/мин при напряжении 6 В. Проектировщик планирует использовать электромотор при напряжении 8 В. Какова будет свободная скорость электромотора при этом напряжении?

Свободная скорость @ 8 В = Свободная скорость @ 6 В x (8 В / 6 В) = 50 об/мин x (8/6) = 66,66 об/мин

 

Как можно использовать изменение напряжения в управлении роботом? Электромоторы робота представляют собой не просто устройства, работающие по системе «вкл/откл». Проектировщик робота может изменять напряжение электромотора, работающего при нагрузке, для получения различных значений мощности и скорости. Для этого используются моторные контроллеры, регулирующие напряжение, поступающее к электромоторам.

Предельные значения и расчеты для электромотора

Означает ли это, что проектировщик может продолжать увеличивать напряжение электромотора до тех пор, пока последний не сможет выводить количество мощности, достаточное для выполнения задачи? Не совсем так. Электромоторы имеют ограничения. С одной стороны, приобретенная мощность будет слишком большой для электрических обмоток (как правило, обмотка начнет гореть, выделяя белый дым). К счастью, электромоторы VEX лишены подобных проблем, так как снабжены встроенными тепловыми реле, блокирующими поступление электрического тока в электромотор в случае его перегрева. Такое решение является очень удачным, так как электромотор не может перегореть, но при этом возникает новое условие для проектировщиков, выраженное в необходимости предотвращения срабатывания предохранителей электромотора. Как это сделать? Путем проектирования системы таким образом, чтобы исключить превышение установленного потребления тока электромотором за счет ограничения количества нагрузки на него.

Расчет нагрузки на руку

В примере, представленном выше, известный электромотор управляет движением руки робота при известном напряжении. В данном сценарии, какую максимальную массу может стабильно удерживать робот?

Чтобы решить эту задачу, проектировщик должен понимать, что максимальная масса, которую робот может удерживать стабильно, возникает при предельном перегрузочном моменте электромотора. Если электромотор находится в остановленном состоянии, он прикладывает к руке робота длиной 0,25 метра крутящий момент, равный 1 Н. Крутящий момент = Сила * Расстояние

Сила = Крутящий момент/Расстояние = 1 ньютон-метр/0,25 метра = 4 ньютона

Рука может удерживать до 4 ньютонов при остановленном электромоторе. При любом превышении, рука опрокинется.

Расчет крутящей нагрузки из предельного тока:

Это просто, но ситуация усложняется, когда необходимо учесть предельный ток. Например, в электромоторе из примера, представленного выше, установлен выключатель предельного тока, который сработает при потреблении свыше 2 ампер. Какова максимальная масса, которую робот может удерживать без срабатывания выключателя?

Теперь, электромотор не работает при предельном перегрузочном моменте – в режиме останова электромотор будет потреблять ток заторможенного электромотора, равный 3 амперам, что вызовет срабатывание предохранителя. Проектировщик должен выяснить, какую крутящую нагрузку должен испытывать электромотор, чтобы его потребление тока не достигало 2 ампер. Как это реализовать?

Глядя на график выше и помня о том, что взаимосвязи линейны, крутящая нагрузка при любом заданном потреблении тока может быть рассчитана с помощью уравнения.

Уравнение для линии: y = mx + b, где y – это значение по оси y, x – это значение по оси x, m – это уклон линии, и b – это место пересечения линии с осью y (точка пересечения с осью y).

Уклон линии может быть выражен как: m = (изменение по Y / изменение по X) = (ток заторможенного электромотора – свободный ток) / предельный перегрузочный момент

Точка пересечения с осью Y обозначает свободный ток.

Значение Y – это ток в заданной точке линии, и значение X – это крутящая нагрузка в этой точке.

Уравнение может быть представлено следующим образом:

Ток = ((ток заторможенного электромотора – свободны ток) / предельный перегрузочный момент) х крутящая нагрузка + свободный ток

Для крутящей нагрузки это же уравнение выглядит следующим образом:

Крутящая нагрузка = (ток – свободный ток) х предельный перегрузочный момент / (ток заторможенного электромотора – свободный ток)

С помощью параметров из примера выше может быть установлена крутящая нагрузка, при которой значение потребления тока будет равно 2 амперам.

Крутящая нагрузка = (2 ампера – 1 ампер) х 1 Н-м / (3 ампера – 1 ампер)

Крутящая нагрузка = (1,9 ампер) х 10 Н-м / (2,9 ампер)

Крутящая нагрузка = 0,655 Н-м

На основании данного расчета проектировщик может сделать вывод, что если значение крутящего момента электромотора превышает 0,655 Н-м, его потребление электричества превысит 2 ампера, при этом предохранитель сработает. Остается рассчитать количество силы, которой должна обладать рука.

Сила = Крутящий момент/Расстояние = 0,655 Н-м / 0,25 м = 2,62 Н

Если рука робота подбирает объект, масса которого превышает 2,62 Н, это спровоцирует срабатывание предохранителя.

Расчет скорости электромотора из крутящей нагрузки

В примере, представленном выше, какова скорость электромотора при предельном токе? На основании расчетов, выполненных на предыдущем этапе, проектировщик должен определить скорость электромотора при нагрузке 0,655 Н-м.

Глядя на график, изображенный выше, скорость электромотора при любой крутящей нагрузке может быть рассчитана с помощью уравнения, аналогичного уравнению для расчета потребления тока (предыдущий пример).

В этом случае, уклон линии выражается как m = (изменение по Y) / (изменение по X) = (свободная скорость) / (предельный перегрузочный момент).

Примечание: уклон имеет отрицательное значение.

Точка пересечения с осью Y обозначает свободную скорость.

Значение Y – это скорость в заданной точке линии, и значение X – это крутящая нагрузка в этой точке.

Уравнение выглядит следующим образом:

Скорость = (свободная скорость / предельный перегрузочный момент) х крутящая нагрузка + свободная скорость

С помощью параметров из примера выше может быть установлена скорость электромотора при крутящей нагрузке, равной 6,55 фунто-дюймов:

Скорость = -(100 об/мин / 1 Н-м) x 0,655 Н-м + 100 об/мин

Скорость = -(100 об/мин/Н-м) x 0,655 Н-м + 100 об/мин

Скорость = 65,5 об/мин + 100 об/мин = 34,5 об/мин

При потреблении 2 ампер тока и подъеме объекта массой 2,62 Н, электромотор будет вращаться со скоростью 34,5 об/мин при крутящей нагрузке 0,655 Н-м.

Несколько электромоторов

Если для выполнения задачи требуется больше мощности, чем может обеспечить один электромотор, у проектировщика есть три варианта действий:

1. 1. Изменить проектные требования таким образом, чтобы для выполнения задачи было достаточно меньшей мощности.
   2. Перейти на использование более мощного электромотора.
   3. Увеличить количество электромоторов.
    

Что произойдет при использовании в проекте нескольких электромоторов? Очень просто – крутящая нагрузка будет распределена между ними. При крутящем моменте 2 Н-м, каждый электромотор будет иметь крутящую нагрузку 1 Н-м и реагировать соответственно.

Это можно представить так, что электромоторы принимают на себя характеристики супер-мотора, при этом характеристики отдельных электромоторов суммируются. Суммируются значения предельного перегрузочного момента, тока заторможенного электромотора, свободного тока, при этом свободная скорость остается неизменной.

В таблице выше представлены спецификации 2-проводного электромотора VEX 393, а также спецификации при комбинировании двух электромоторов для выполнения одной задачи.

В примере выше, сколько электромоторов VEX 393 необходимо для стабильного удерживания объекта?

Крутящая нагрузка на электромоторы рассчитывается следующим образом:

Крутящая нагрузка = сила х расстояние = 22 Н х 0,25 м = 5,5 Н-м

Данную крутящую нагрузку можно сравнить с предельным перегрузочным моментом электромотора VEX 393 и определить требуемое количество.

5,5 Н-м / 1,67 Н-м = 3,29 электромоторов

Таким образом, для удержания руки в поднятом положении (пример выше) необходимо 4 электромотора.

Решите пожалуйста!!! Очень надо. Если можно то 2 варианта. Контрольный тест по теме: «Работа

Контрольный тест по теме: «Работа и мощность электрического тока» 8 класс
Вариант 1

Часть 1

1. Что называют мощностью?

а) Электрическая мощность — физическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии.

б) Электрическая мощность — химическая величина, характеризующая скорость передачи или преобразования электрической энергии.

2. Какими приборами измеряется работа тока?
а) для измерения работы электрического тока нужны три прибора: вольтметр, амперметр и часы
б) для измерения работы электрического тока нужны три прибора: реостат, калькулятор и амперметр
3. Кто изобрел лампу накаливания?
а) Лодыгин Александр Николаевич б) Томас Алва Эдисон
4. Кто открыл закон, показывающий, как и от чего зависит на участке цепи сила тока?
а) Ом б) Джоуль и Ленц
5. По какой формуле вычисляется работа электрического тока?

а) A=IUt б) P=UI в) I=U/R г) I=q/t д)U=A/q

6. 1 На рисунке в электрическую цепь

включены четыре электрические лампы.

4 Какие из них включены параллельно?

2 2 а) Только лампы 2 и 3

б) Только лампы 1 и 4

3 в) Лампы 1, 2 и 3

г) Все четыре лампы

7. Какой формулой выражается закон Джоуля Ленца?

а) A=IUt б) P=UI в) I=U/R г) Q=I²Rt д) U=A/q

8. В чём измеряется работа?

а) А б) Вт в) Дж

9. Если при последовательном соединении отключить одну лампочку из трёх, то…

а) будет гореть одна лампочка б) все потухнут в) будут гореть две лампочки

10. 1 МВт равен?

а)100 Вт б) 1000 Вт в) 1 000 000 Вт

Часть 2

1. Определите мощность тока в электрической лампе, включенной в сеть напряжением 220 В, если известно, что сила тока в нити накала лампы 0,5А.

2. Определите силу тока, проходящего через реостат, изготовленный из никелиновой проволоки длиной 50м и площадью поперечного сечения 1 мм², если напряжение на зажимах реостата равно 45 В. Удельное сопротивление никелина 0,4 (Ом· мм²) / м.

Контрольный тест по теме: «Работа и мощность электрического тока» 8 класс
Вариант 2

Часть 1

1. Чему равна работа электрического тока на участке цепи?
а) Работа электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на концах этого участка на сопротивление и на время, в течение которого совершалась работа.
б) Работа электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на концах этого участка на силу тока и на время, в течение которого совершалась работа.
2. С помощью какого прибора измеряют мощность электрического тока?

а) вольтметр б) реостат в) ваттметр

3. Кто создал лампу, удобную для промышленного изготовления, с угольной нитью
а) Томас Эдисон б) Лодыгин Александр Николаевич
4. Кто открыл закон, показывающий, как и от чего зависит на участке электрической цепи количество выделяемого током тепла?
а) Ом б) Джоуль и Ленц
5. По какой формуле вычисляется мощность электрического тока?

а) A=IUt б) P=UI в) I=U/R г) I=q/t д) U=A/q

6. 1 На рисунке в электрическую цепь

включены четыре электрические лампы.

4 Какие из них включены последовательно?

2 2 а) Только лампы 2 и 3

б) Только лампы 1 и 4

3 в) Лампы 1, 2 и 3

г) Все четыре лампы

7. Какой формулой выражается закон Джоуля Ленца?

а) A=IUt б) P=UI в) I=U/R г) Q=I²Rt д) U=A/q

8. Что обозначает буква Q?

а) количество теплоты б) количество энергии в) силу тока

9. Какую электрическую цепь называют замкнутой; разомкнутой?
а) Когда у тебя в комнате люстра светится, то эта цепь замкнута, если не светится – разомкнута.
б) Когда у тебя в комнате люстра не светится, то эта цепь замкнута, если светится – разомкнута.
10. 1 МДж равен?

а)100 Дж б) 1000 Дж в) 1 000 000 Дж

Часть 2

1. Какое количество теплоты выделяется в проводнике сопротивлением 100 Ом за 20с при силе тока 2А?

2. Определите силу тока, проходящего через реостат, изготовленный из никелиновой проволоки длиной 50м и площадью поперечного сечения 1 мм², если напряжение на зажимах реостата равно 45 В. Удельное сопротивление никелина 0,4 (Ом· мм²) / м.

​

Технологии PLC | Счётчики Инкотекс Меркурий

Технологии PLC (Power Line Communication) обеспечивает передачу данных по силовым линиям электропитания. Существует несколько разных технологий PLC: для передачи данных по высоковольтным ЛЭП, для передачи данных телеметрии и широкополосной передачи данных по низковольтным сетям.

Для построения систем АСКУЭ используются технологии PLC, обеспечивающие узкополосную передачу данных в диапазоне частот CENELEC A (35-91 кГц, Россия и Европа), CENELEC B (98-122 кГц, некоторые страны Европы), FCC (155-487 кГц, США).
На настоящий момент на рынке существуют стандартизованные технологии передачи данных PLC PRIME, G3PLC, обеспечивающие сравнимые характеристики, а также ряд проприетарных технологий, часть из которых не соответствует нормам излучения по частоте или мощности, на что следует обращать особое внимание при выборе PLC-технологии.

Варианты реализаций технологии PLC от компании Инкотекс:

PLC II: Проприетарная, проверенная годами технология PLC, работающая в стандартном диапазоне CENELEC A. Технология представляет собой mesh-сеть с автоматическим перестроением маршрутов и автоматической ретрансляцией для увеличения дальности связи от концентратора до счетчиков электроэнергии. Технология обладает относительно небольшой скоростью передачи данных, но высокой надежностью, подтвержденной несколькими сотнями тысяч приборов учета, включенными в АСКУЭ на базе PLC II. Технология оптимальна для развертывания локальных систем, не предъявляющих повышенных требований к объемам собираемых данных и достаточна для построения АСКУЭ с функциями сбора суточных показаний, журналов событий и функциями управления нагрузкой.

PRIME: Технология является международным стандартом и используется огромным количеством производителей систем и приборов учета. Хорошо адаптирована к параметрам физической среды передачи данных, обеспечивает высокую скорость передачи данных (до 1 Мбит/c) и возможность мониторинга PLC сети в режиме реального времени.

В технологии используется древовидная топология сети, в которой есть базовый узел (контроллер/роутер/УСПД) и служебные узлы (счетчики). Передача данных между служебным и базовым узлами допускает до 1024 ретрансляций. Построение маршрутов и регистрация узлов выполняется автоматически.

Для взаимозаменяемости счетчиков разных производителей должна быть обеспечена совместимость на уровне протоколов обмена. Счетчики торговой марки “Меркурий”, использующие технологию PRIME, поддерживают стандартный протокол обмена СПОДЭС на основе DLMS/COSEM.

Стандарт PRIME 1.4 обеспечивает наилучшее качество связи по сравнению с другими технологияи PLC.

G3PLC: Технология также является международным открытым стандартом, ориентированным на глобальное применение. Используется топология mesh-сети. По сравнению с PRIME скорость передачи данных существенно ниже до 35 Кбит/c (CENELEC)/128 Кбит/c (ARIB).
Достоинством стандарта является передача IPv6-пакетов в сеть Интернет, работа с различными типами оборудования, не только со счетчиками электроэнергии.

Типовая дальность связи при использовании PLC (без ретрансляции) составляет порядка 100 м, максимальная – 400 м. Дальность связи зависит от качества электрической сети (наличие скруток, множественных отпаек и т.п.) и наличия помех. Дальность связи практически не зависит от используемой технологии связи. Меньшую дальность обеспечивают старые системы, большую – только системы, работающих в нестандартном (запрещенном) частотном диапазоне или с превышением разрешенной мощности.

Преимущества технологий PLC

• крайне низкие затраты на развертывание и эксплуатацию. Фактически, если есть линия электропитания, значит есть и канал связи со счетчиком.

Особенности PLC

• чувствительность к помехам, генерируемым некачественным оборудованием потребителей (некачественные блоки питания, несоответствующие нормам электромагнитной совместимости, частотные приводы без использования обязательных для них фильтров радиопомех и т.п.)

Приборы, использующие технологию PLC:

Из прошлого в будущее, минуя настоящее – Энергетика и промышленность России – № 17 (181) сентябрь 2011 года – WWW.EPRUSSIA.RU

Газета “Энергетика и промышленность России” | № 17 (181) сентябрь 2011 года

Рассказывает специалист по альтернативной энергетике Борис Моносов:

«Я исследовал прогнозы, сделанные в разное время мной и другими предсказателями и представляющие различные ситуации, связанные с вероятным развитием нашей цивилизации в ближайшие сто лет. Изучая предсказанные разными операторами (предсказателями) вероятности событий, влияющие на развитие цивилизации в целом, я столкнулся с некоторыми наиболее важными технологиями. Вот некоторые технологии, которые имеют исторический прецедент и, вероятно, появятся в ближайшие двадцать лет».

Получение электроэнергии из атмосферы

Возможность создания подобных устройств, вероятно, изучал Никола Тесла. Известен его проект, получивший название «Башни Теслы». Проект предусматривал создание группы высотных башен-«резонаторов», предназначенных для аккумулирования энергии атмосферного электричества. Каждая башня должна была собирать атмосферное электричество с определенной площади. Электричество предусматривалось «запасать» в конденсаторе особой конструкции.

Параллельно с идеей использования атмосферного электричества Тесла разрабатывал идею передачи электрической энергии на расстояние. Известен электромобиль его конструкции, представленный на выставке в 1931 году, работавший в течение недели без перезарядки аккумулятора и развивавший скорость 150 км/ч. Судя по размеру источника энергии, это был не аккумулятор, а именно приемник электрической энергии. Кроме того, известно, что Тесла разрабатывал некое оружие, способное поражать молниями объекты на большом расстоянии.

Судя по всему, Никола Тесла исследовал возможность создания проводящих энергию каналов путем ионизации воздуха с помощью коротких волн.

Будущая технология, извлеченная из прогнозов, выглядит как сеть высотных башен, и расположена она в горных районах. Каждая башня изолирована от поверхности Земли с помощью опор из керамических диэлектриков. Внутри такой башни проходит металлический проводник в виде трубы с электролитом (возможно, он заполнен жидкой ртутью). Сверху этот проводник соединен с антенной излучателя. Примерно посредине высоты башни проводник образует обмотку статора двигателя постоянного тока, имеющего магнитный ротор.

Этот двигатель постоянного тока вращает ось генератора переменного тока, вырабатывающего электроэнергию. Излучатель, расположенный наверху башни, создает ионизированный канал, по которому электрические заряды, накопленные в ионосфере Земли, стекают на проводник, соединенный с двигателем постоянного тока, имеющий в основании башни заземление. Излучатели создают ионизационный канал с помощью лазерного луча. Сам излучатель вращается таким образом, что лазерный луч движется по расширяющейся спирали, охватывая большую площадь. Лазерный луч не требует большой мощности и питается от генератора и системы ветряков.

Персональные летающие аппараты

Эта технология является очень важной, так как заметно изменит схему расселения людей на планете в сторону более равномерного их распределения. Прогноз показывает уменьшение населения городов и большее количество усадеб и особняков, расположенных в сельской местности. Кроме того, в процессе развития этой технологии персональные аппараты смогут выходить за пределы земной атмосферы и перемещаться в пределах орбит Луны и Марса.

Во время Второй мировой войны немцы создали новый тип летающих аппаратов («дисколёты Третьего Рейха»), имеющих некий особый (вихревой) двигатель. Информация по этой теме весьма противоречива, однако есть сообщения, описывающие некоторые технологические подробности. Вихревой двигатель был построен немецким ученым Виктором Шаубергером и являлся основным двигателем, по крайней мере, в нескольких образцах «дисколетов».

Опубликованные детали конструкции этого двигателя достаточно противоречивы, однако сообщается, что он использовал некоторые свойства торнадо (устойчивого вихря). Очевидно, при достижении определенной скорости вращения вихря в газе за счет центробежной силы в центре вихря должно формироваться значительное разрежение. Такое разрежение может работать как вакуумный насос, засасывая внешний воздух и выталкивая его через сопло реактивного двигателя. При этом мощность рабочей турбины такого двигателя будет расходоваться не на засос и выбрасывание внешнего воздуха, а только на поддержание скорости вращения вихря. Очевидно, что подобный двигатель может работать не только в воздухе, но и на воде и под водой. Сам Шаубергер, видимо, использовал довольно сложную турбину, состоявшую из трубок сложного профиля, вращающихся с огромной скоростью. Однако природные торнадо образуются просто при столкновении зон «низкого давления» (более горячих) и «высокого давления» (более холодных). По-видимому, этот механизм и будет использоваться в будущих вихревых двигателях.

В целом, во всех прогнозах говорится о появлении именно дисколетов с вихревым двигателем, которые повсеместно заменят автомобили. Принципиальным отличием этих аппаратов явится экономичность, обособленность от дорог и довольно высокий потолок (даже на ранних этапах развития этой технологии около 3 километров), что позволит создать многоярусное движение управляемое бортовыми и наземными компьютерами, более безопасное, чем при использовании автомобилей. Экономичный двигатель позволит получить большой радиус действия этих аппаратов. При высокой скорости перемещений, соизмеримой со скоростью существующих ныне пассажирских реактивных самолетов, люди смогут добираться на большие расстояния быстро и без существующих ныне проблем пробок. Это позволит равномерно распределить население стран по занимаемой ими территории.

Технология программирования сознания человека

Эта технология позволяет целенаправленно формировать личность человека. Появившись, она произведет крупную социальную революцию. Эта технология даст возможность быстрого обучения различным дисциплинам. Она позволит передавать большой объем практического опыта, накопленного одним человеком, большому количеству людей. Данная технология связана с созданием аналогов человеческого мозга, которые будут являться технологической базой для создания таких программ.

Помимо принципиально иного подхода к обучению по программам среднего и высшего образования, эта технология позволит программировать уровни социальной ответственности. Это даст возможность принципиально нового подхода к формированию государственных структур, включая полицию, армию и правительство. Специальные программы, поставленные в сознание чиновникам, позволят преодолеть коррупцию и сделают органы государственного управления более профессиональными.

Существует ряд явлений, связанных с получением так называемого «прямого знания», именуемого также «инсайтом». Сюда можно отнести явление телепатии (передача информации между людьми) и явления экстрасенсорики (получение информации об окружающем мире помимо обычных органов чувств).

Существовали исследования «мозгового радио» в 1920‑е годы, в ходе которых были разработаны методы передачи информации от технического устройства к человеческому мозгу. Также в то время разрабатывался и приемник «мозговых волн». К настоящему времени разработано несколько методик для дистанционной регистрации работы мозга. Кроме того, уже разработано несколько методик, связанных с внешним управлением режимами работы мозга с помощью модулированного ВЧ-излучения.

Есть упоминание о нацистских исследованиях времен войны, связанных с созданием психотронной разновидности «чудо оружия». Этот проект, по‑видимому, назывался «Меч Зигфрида». Если верить немецким источникам, психотронное оружие представляло собой составной «мозг», образованный электродами, внедренными в мозг группы операторов. При этом электроды, внедренные в одинаковые зоны мозга, соединялись медными шинами. Такой составной мозг предположительно может обладать способностью к излучению энергии, воздействующей на сознание людей в большом радиусе. Нацисты планировали использование этого оружия на Восточном фронте, для чего создали систему опорных баз (ретрансляторов) «ставок фюрера». Главный же пульт управления всей системой должен был быть размещен в неком горном убежище.

В будущем выращенный искусственный мозг станет базовой установкой для создания программ операторами, находящимися с ним в телепатической связи. Искусственный мозг – это часть системы, состоящей из таких же объектов, обладающих способностью к телепатической передаче информации. В систему включены техногенные устройства, способные переписывать информацию с искусственного мозга на техногенный носитель. Также в систему включены устройства (передатчики), способные передавать созданные программы в сознание людей.

Эта технология должна появиться ориентировочно в течение 15 лет и стать основой новой социальной системы.

Скорость передачи данных по кабелю превысила скорость света

16.09.2002, Пн, 17:09, Мск

Электрические сигналы можно передавать со скоростью, как минимум, в четыре раза превышающей скорость света, утверждают ученые из университета Теннеси (Middle Tennessee State University). Им уже удалось превзойти скорость света на дистанции, составляющей 120 метров. Для этого потребовалось оборудование стоимостью всего лишь $500. Сборка экспериментальной установки занимает, по сообщению авторов, от силы сорок минут. Джереми Манди и Билл Робертсон сконструировали гибридный кабель, состоящий из чередующихся кусков коаксикальных кабелей двух разных типов с различным электрическим сопротивлением. Затем его подключили к двум генераторам сигналов, один из которых генерировал волны высокой частоты, а другой – низкой. При интерференции возникали электрические импульсы, наблюдавшиеся на осциллографе. Скорость передачи импульса в их экспериментах достигала 4 млрд. километров в час (более 1 млн. км/с).

Идея эксперимента, по словам авторов, такова. Импульс можно представить в виде пакета, энергия которого распределена в пространстве, а максимум находится где-то посередине. Благодаря различным электрическим сопротивлениям участков гибридного кабеля волны на заднем фронте импульса отражаются друг от друга, в результате чего максимум сигнала смещается вперед.

При движении максимума импульса со сверхсветовой скоростью его общая энергия не передается, так что физические законы, как утверждается в сообщении, не нарушаются, и создание сверхсветовых кораблей и машин времени пока что откладывается. Чем больше скорость передачи сигнала, тем быстрее он ослабевает и тем сильнее искажается. Тем не менее, физики предполагают, что с помощью данной рефлекторной методики удастся повысить скорость передачи электрических импульсов в компьютерах и системах связи процентов на пятьдесят.

Источник: по материалам журнала New Scientist.

Методика определения электрических параметров с учетом волновой теории передачи электрической энергии | Большанин

1. Якушев А.Я., Середа А.Г., Василенко М.Н., Булавский П.Е., Белозеров В.Л. Анализ электромагнитных процессов в однородной длинной линии // Электротехника. 2017. № 10. С. 23-28.

2. Большанин Г.А. Передача электрической энергии по ЛЭП одно-, двух- и трехпроводного исполнения. Братск: Изд-во Братского гос. ун-та, 2016. 313 с.

3. Ведерников А.С., Гольдштейн В.Г., Шишков Е.М. Математическая модель электромагнитного поля провода многоцепной воздушной линии электропередачи в установившемся режиме // Вестник Самарского гос. техн. ун-та. Серия: Технические науки. 2013. № 4 (36). С. 150-154.

4. Костенко М.В., Перельман А.С., Шкарин Ю.П. Волновые процессы и электрические помехи в многопроводных линиях высокого напряжения. М.: Энергия, 1973. 272с.

5. Панова Е.А., Альбрехт А.Я. Уточненные удельные электрические параметры двухцепных ЛЭП 110 кВ для дистанционного определения места повреждения // Электротехнические системы и комплексы. 2016. № 4 (33). С. 35-40.

6. Панова Е.А., Савельева К.С. Определение удельных электрических параметров воздушных линий электропередачи // Электрооборудование, эксплуатация и ремонт. 2014. № 10. С. 16-22.

7. Мельников Н.А., Рокотян С.С., Шеренцис А.Н. Проектирование электрической части воздушной линии электропередачи 330-500кВ; 2-е изд. перераб. и доп. М.: Энергия, 1974. 472 с.

8. Костенко М.В. Взаимные сопротивления между воздушными линиями с учетом поверхностного эффекта в земле // Электричество. 1955. № 10. С. 29-44.

9. Большанин Г.А., Большанина Л.Ю., Марьясова Е.Г. Косвенное измерение укрупненных первичных параметров двухпроводной линии электропередачи // Измерительная техника. 2016. № 5. С. 50-52.

10. Fereira V.H., Zanghi R., Fortez M.Z., Sotelo G.G., Silva R.B.M., Souza J.C.S., Guimarâes C.H.C., Gomes S.Jr. A survey on intelligent system transmission lines // Electric Power System Research. 2016. No. 136. P. 135-153.

11. Bol’shanin G.A., Bol’shanina L.Yu., Mar’yasova E.G. Indirect Measurement of Aggregate Primary Parameters Of a Two-Wire Transmission Line // Measurement Techniques. August 2016. Vol. 59. Issue 5. P. 521-525.

12. Пат. № 2210154, Российская Федерация, МКИ Н 02 J 3/01. Способ прогнозирования гармонических составляющих электрической энергии по неразветвленным участкам электроэнергетической системы / Большанин Г.А. № 2001106402; заявл. 06.03.01; опубл. 10.08.03.

13. Большанин Г.А. Математическое моделирование распределения электрической энергии низкого качества в трехфазной четырехпроводной электроэнергетической системе // Математика в вузе: труды Междунар. науч.-метод. конф. (г. Санкт-Петербург, сентябрь 2004 г.). Санкт-Петербург, 2004. С. 117-119.

14. Большанин Г.А., Большанина Л.Ю., Марьясова Е.Г., Харин С.И. Применение теоремы о многополюсниках для анализа распределения электрической энергии пониженного качества по ЛЭП. Естественные и инженерные науки – развитию регионов Сибири // Материалы Межрегиональной научно-технической конференции (Братск, 2007 г.). Братск, 2007. С. 24-25.

Общие сведения о стоимости передачи в вашем счете за электроэнергию

Статья Constellation 4 мин чтения

Помимо стоимости энергоснабжения, розничные цены на электроэнергию могут включать многие другие компоненты, такие как затраты на передачу, вспомогательные услуги, мощность и стандарты портфеля возобновляемых источников энергии.Что это за различные компоненты, их ставки и что они значат для клиентов конкурирующих поставщиков энергии? Ниже приведены ответы на часто задаваемые вопросы о тарифах на передачу электроэнергии.

Что такое трансмиссия?

Передача – это объемная передача электроэнергии от генерирующих электростанций на электрические подстанции, расположенные рядом с центрами потребления. Сеть электропередач США состоит из более чем 200 000 миль высоковольтных линий электропередачи (230 киловольт и выше).Электричество движется почти со скоростью света, прибывая в пункт назначения почти в тот же момент, когда оно вырабатывается. Линии электропередачи, когда они соединяются друг с другом, становятся сетями электропередачи, обычно называемыми «электрическими сетями» или просто «сетью».

Передача отличается от распределения электроэнергии, которая представляет собой локальную проводку между высоковольтными подстанциями и потребителями. Инфраструктура передачи может принадлежать, эксплуатироваться и обслуживаться электроэнергетическими предприятиями или независимыми владельцами передачи.

Что такое скорости передачи и как они устанавливаются?

В PJM основной скоростью передачи является служба передачи сетевой интеграции или NITS. NITS – это механизм, с помощью которого владельцы передачи возмещают свои годовые затраты на передачу и требования к доходам от клиентов сети PJM. Владельцы линий электропередачи устанавливают свои ставки, используя либо фиксированную / заявленную ставку NITS для возмещения своих затрат, либо перспективную ставку, основанную на формуле, которая является прогнозом их требований к доходам на предстоящий операционный год.Формульные ставки устанавливаются только на один год и, в зависимости от коммунального предприятия, обновляются либо в январе, либо в июне.

Вторая стоимость передачи в PJM – это плата за расширение передачи. В региональном плане улучшения передачи (RTEP) PJM «определяет обновления и улучшения системы передачи, чтобы удовлетворить эксплуатационные, экономические требования и требования к надежности клиентов PJM». Плата за улучшение передачи компенсирует владельцам передачи, ответственным за разработку этих проектов.Затраты на эти проекты распределяются по зонам на основе анализа чистой прибыли, проведенного PJM. Эти расходы могут привести к получению кредита, если владелец передачи включит эти расходы в свои ставки NITS, например, в PSEG.

Изменения в скорости передачи передаются в Федеральную комиссию по регулированию энергетики (FERC) и взимаются с розничного поставщика клиента PJM или с коммунального предприятия, если они несут ответственность за сбор этих платежей. В Мэриленде, Нью-Джерси, Округе Колумбия, Германии и Иллинойсе розничный поставщик несет ответственность за сбор обоих сборов, в то время как в Огайо коммунальные предприятия несут ответственность за их сбор.В Пенсильвании, First Energy коммунальные предприятия (METED, PENELEC, West Penn Power, Penn Power) и PECO взимают плату за расширение передачи, а розничный поставщик взимает NITS.

Какими были исторические ставки NITS?

За последние годы ставки NITS росли по всей территории PJM, поскольку владельцы линий электропередачи инвестируют в модернизацию и усовершенствования системы по таким причинам, как устаревшая инфраструктура, выход на пенсию генерации, новый газ и возобновляемая генерация, а также изменения спроса.На диаграмме ниже показаны исторические ставки NITS в большинстве зон PJM, начиная с 2012 года.

Как рассчитывается моя скорость передачи?

NITS и плата за расширение передачи – это плата на основе спроса, основанная на значении пиковой нагрузки сетевой службы клиента, которое также известно как тег передачи или ПЛК передачи. Они рассчитываются по следующей формуле:

(NSPL x скорость передачи $ / МВт-день x количество дней в перспективе) / прогнозируемый объем срока

Могу ли я увидеть скорость передачи в моем счете?

Способ включения тарифов за передачу в счета за электроэнергию зависит от распределительной компании, поставщика и продукта электроэнергии.

Должен ли я заблокировать скорость передачи?

Ответ на этот вопрос во многом зависит от бюджета вашего бизнеса и устойчивости к рискам. Клиенты, которые ценят определенность бюджета, могут выбрать продукт, который фиксирует эти затраты на компоненты, в то время как клиенты, которым нужна гибкость в управлении ими, могут решить «покрыть» эти затраты. Гибридные варианты управления этими затратами включают продукт с «корректировкой цены» и продукт с «корректировкой стоимости». Продукт корректировки цен позволяет клиентам фиксировать скорость на основе их значения NSPL и текущих опубликованных скоростей передачи PJM, но любые будущие изменения скорости передачи, в большую или меньшую сторону, будут переданы клиенту в их счете-фактуре.Продукт корректировки стоимости позволяет клиентам зафиксировать скорость, основанную на их значении NSPL и текущей опубликованной скорости передачи PJM, но любые будущие изменения скорости передачи, вверх или вниз, и любые будущие изменения значения NSPL, вверх или вниз, будут передаваться через клиент в своем счете-фактуре.

Могу ли я исправить или пропустить скорость передачи на неконкурентных рынках?

Нет. Только конкурентные розничные энергетические рынки предлагают множество вариантов, позволяющих получить больше информации и лучше управлять затратами на энергию для предприятий и государственных учреждений.Клиенты таких конкурентоспособных поставщиков энергии, как Constellation, могут выбирать из широкого спектра продуктов для достижения своих бизнес-целей и своего подхода к управлению бюджетом, рисками и затратами. От вариантов с фиксированной ценой, которые фиксируют ставки для определенности бюджета, до вариантов на основе индекса и блокировки, которые обеспечивают большую гибкость и индивидуальную настройку, конечные потребители энергии могут выбирать продукты, которые приносят пользу.

Чтобы быть в курсе последних изменений на рынке, которые могут повлиять на ваш счет за электроэнергию, подпишитесь на получение обновлений нашего блога в вашем почтовом ящике на constellation.com / подписаться.

Электрическая энергия – обзор

1 Введение

Накопление электрической энергии (EES) относится к процессу преобразования электрической энергии из электросети в форму, которую можно хранить для преобразования обратно в электрическую энергию, когда это необходимо [1–3] . Такой процесс позволяет производить электроэнергию в периоды низкого спроса, низкой стоимости генерации или из непостоянных источников энергии и использоваться во времена высокого спроса, высокой стоимости генерации или когда другие генерации недоступны [1–5] .EES имеет множество приложений, включая портативные устройства (мобильные телефоны, ноутбуки, игрушки, персональные стереосистемы и т. Д.), Транспортные средства (электромобили, яхты, автоциклы, поезда и т. Д.) И стационарные источники энергии [1–9]. В этой главе основное внимание уделяется системам EES для стационарных приложений, таких как производство электроэнергии, распределительные и переходные сети, распределенные энергоресурсы, возобновляемые источники энергии, а также промышленные и коммерческие потребители.

EES в настоящее время переживает своего рода возрождение по ряду причин, включая изменения в мировой нормативно-правовой базе коммунальных предприятий; постоянно растущая зависимость от электричества в промышленности, торговле и дома; вопросы качества электроэнергии / качества поставки; рост возобновляемых источников энергии как основного нового источника электроснабжения; и все это в сочетании со все более строгими экологическими требованиями [3,4,6].Эти факторы в сочетании с быстро ускоряющимися темпами технологического развития многих возникающих систем EES с ожидаемым снижением стоимости единицы продукции делают их практическое применение весьма привлекательным в будущих временных масштабах, составляющих всего несколько лет. Правительства США [1,2,9,13–15], Европейского Союза [3,6,10], Японии [10,16] и Австралии [4] объявили национальные программы по EES с конец 1990-х. Ожидаемый уровень накопления увеличит энергию на (10–15)% в Соединенных Штатах и ​​в европейских странах, и даже выше в Японии в ближайшем будущем [4,10] (по состоянию на 2015 г.).

Несмотря на то, что Китай был начат позже, чем другие развитые страны, упомянутые выше, Китай добился значительного прогресса в исследованиях и применении EES. Эта глава направлена ​​на обзор текущего состояния EES в Китае как по аспектам технологий, так и по аспектам развития. Как показано в этой книге, в настоящее время используется или разрабатывается более 10 типов технологий EES. К ним относятся гидроаккумуляторы с гидроаккумулятором (PHES) [11,12,17], накопители энергии на сжатом воздухе (CAES) [18–22], маховики [13,16,33,34], свинцово-кислотные батареи [23–27], литий-ионные батареи, натрий-серные батареи, проточные батареи [3,4,6,13], топливные элементы [24,28], солнечное топливо [4,29], сверхпроводящие магнитные накопители энергии (SMES) [30–32] , криогенный накопитель энергии [33–43], а также накопитель на конденсаторе и суперконденсаторе [4,16].В настоящее время в Китае используются первые семь типов технологий в виде крупномасштабных установок мегаваттного масштаба или демонстрационных установок. В этой главе основное внимание будет уделено этим семи типам технологий EES.

Глава будет включать обсуждение императивности и применения технологий EES; технические характеристики, исследования, внедрение и состояние разработки систем EES; и перспективы EES-технологий в Китае.

Отсутствует передача: сколько электроэнергии пропадает между электростанцией и вашей вилкой?

Сколько энергии теряет по пути, когда электричество передается от электростанции к розетке в вашем доме? Этот вопрос исходит от Джима Барлоу, архитектора из Вайоминга, в рамках нашего проекта IE Questions.

Чтобы найти ответ, нам нужно разобраться в этом шаг за шагом: сначала превратить сырье в электричество, затем переместить это электричество в ваш район и, наконец, направить это электричество через стены вашего дома в вашу розетку.

Шаг 1. Производство электроэнергии

Электростанции – угольные, газовые, нефтяные или атомные – работают по тому же общему принципу. Плотный материал сжигается для выделения тепла, которое превращает воду в пар, который вращает турбину, вырабатывающую электричество.Термодинамические ограничения этого процесса («Черт возьми, эта возрастающая энтропия!») Означают, что только две трети энергии в сырье фактически попадает в сеть в виде электричества.

Потери энергии на электростанциях: около 65%, или 22 квадриллиона БТЕ в США в 2013 г.

На этом графике показана тепловая эффективность различных типов электростанций. Все типы станций имеют примерно одинаковую эффективность, за исключением природного газа, эффективность которого в последние годы улучшилась за счет добавления электростанций с комбинированным циклом.(Линия эффективности угля почти идентична ядерной энергии и поглощена фиолетовым цветом).

Шаг 2: Перемещение электроэнергии – передача и распределение

Большинство из нас живет не рядом с электростанцией. Так что нам нужно как-то подвести электричество в наши дома. Это похоже на работу для линий электропередач.

Трансмиссия

Во-первых, электричество передается по высоковольтным линиям на большие расстояния, часто на многие мили по стране.Напряжение в этих линиях может составлять сотни тысяч вольт. Не стоит связываться с этими строками.

Почему такое напряжение? Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно обратиться к физике средней школы, а именно к закону Ома. Закон Ома описывает, как связаны количество энергии в электричестве и его характеристики – напряжение, ток и сопротивление. Это сводится к следующему: потери в масштабе квадрата тока провода. Этот квадратный коэффициент означает, что крошечный скачок тока может вызвать большой скачок потерь.Поддержание высокого напряжения позволяет нам поддерживать низкий ток и потери на низком уровне. (Для ботаников-историков: именно поэтому AC выиграл битву течений. Спасибо, Джордж Вестингауз.)

Jordan Wirfs-Brock / Inside Energy

Провисание линий электропередач фактически является ограничивающим фактором в их конструкции. Инженеры должны следить за тем, чтобы они не подходили слишком близко к деревьям и зданиям.

Когда это электричество пропадает, куда оно девается? Высокая температура. Электроны, движущиеся вперед и назад, сталкиваются друг с другом, и эти столкновения нагревают линии электропередач и воздух вокруг них.

Вы действительно можете услышать эти потери: этот треск, когда вы стоите под опорой передачи, теряется электричество. Вы также можете увидеть потери: обратите внимание, как линии электропередач провисают посередине? Отчасти это серьезность. Но остальное – электрические потери. Тепло, как и тепло от потери электричества, заставляет металлические линии электропередач расширяться. Когда они это делают, они провисают. Линии электропередач в жаркие дни становятся слабее и негерметичнее.

Распределение

Высоковольтные линии электропередачи – большие, высокие, дорогие и потенциально опасные, поэтому мы используем их только тогда, когда электричество необходимо передавать на большие расстояния.На подстанциях недалеко от вашего района электричество переходит на более мелкие линии электропередач с более низким напряжением, например, на деревянных столбах. Сейчас мы говорим о десятках тысяч вольт. Затем трансформаторы (предметы в форме консервных банок, сидящие на этих столбах) еще больше понижают напряжение до 120 вольт, чтобы сделать вход в ваш дом безопасным.

Как правило, меньшие линии электропередач означают большие относительные потери. Таким образом, даже несмотря на то, что по высоковольтным линиям электропередачи электричество может проходить гораздо дальше – на десятки или сотни миль, – потери низкие, около двух процентов.И хотя ваша электроэнергия может проходить несколько миль или меньше по низковольтным распределительным линиям, потери высоки, около четырех процентов.

Потери энергии при передаче и распределении: около 6% – 2% при передаче и 4% при распределении – или 69 триллионов БТЕ в США в 2013 г.

Jordan Wirfs-Brock

На этом графике показан средний процент потерь электроэнергии во время передачи и распределения по штатам с 1990 по 2013 гг. самые высокие потери все густо заселены.

Интересный факт: потери при передаче и распределении, как правило, ниже в сельских штатах, таких как Вайоминг и Северная Дакота. Почему? В менее густонаселенных штатах больше высоковольтных линий передачи с низкими потерями и меньше низковольтных распределительных линий с высокими потерями. Изучите потери при передаче и распределении в вашем штате на нашей интерактивной графике.

Потери при передаче и распределении также различаются от страны к стране. В некоторых странах, например в Индии, потери достигают 30 процентов.Часто это происходит из-за похитителей электроэнергии.

Шаг 3. Использование электричества в доме

Коммунальные предприятия тщательно измеряют потери от электростанции до вашего счетчика. Им приходится это делать, потому что каждый потерянный кусок съедает их прибыль. Но как только вы купили электричество и оно поступает в ваш дом, мы теряем информацию о потерях.

Ваш дом и провода внутри ваших стен представляют собой своего рода черный ящик, и подсчитать, сколько электричества теряется – электричества, за которое вы уже заплатили, – сложно.Если вы хотите узнать, сколько электричества теряется в вашем доме, вам нужно либо оценить его, используя электрическую схему вашего дома, либо измерить его, поставив счетчики на все свои приборы. Вы помешаны на энергии, пытаясь это сделать? Сообщите нам, мы будем рады услышать от вас!

Энергия, потерянная в проводке внутри ваших стен: мы не знаем! Это могло быть незначительно, а могло быть еще несколько процентов.

Будущее потерь при передаче и распределении

Сетевые инженеры работают над такими технологиями, как сверхпроводящие материалы, которые могут существенно снизить потери при передаче и распределении электроэнергии до нуля.Но на данный момент стоимость этих технологий намного выше, чем деньги, потерянные коммунальными предприятиями из-за их существующих горячих, негерметичных линий электропередач.

Более экономичное решение для снижения потерь при передаче и распределении – это изменить способ и время использования энергии. Убытки не являются постоянной величиной. Они меняются каждое мгновение в зависимости от погоды и энергопотребления. Когда спрос высок, например, когда мы все запускаем наши кондиционеры в жаркие летние дни, потери выше. Когда спрос невелик, например, посреди ночи, потери меньше.Коммунальные предприятия экспериментируют со способами более равномерного распределения электроэнергии, чтобы минимизировать потери.

Тот же принцип применим к вашему дому, который по сути является вашей личной сеткой. Вы можете уменьшить потери в своем доме, равномерно распределяя потребление электроэнергии в течение дня, вместо того, чтобы запускать все свои приборы сразу.

Суммирование убытков

• При производстве электроэнергии мы потеряли 22 квадриллиона БТЕ на угольных, газовых, атомных и нефтяных электростанциях в 2013 году в США.С. – это больше, чем энергия всего бензина, который мы потребляем в данном году.
• Перемещая электроэнергию с заводов в дома и на предприятия по сети передачи и распределения, мы потеряли 69 трлн. британских тепловых единиц в 2013 году – это примерно то количество энергии, которое американцы тратят на сушку нашей одежды каждый год.

У вас есть идея по теме энергетики, которая могла бы быть интересной в классе? Отправьте его ниже.

Глоссарий терминов | Коробка передач PSEG

Система

Общие условия
Доступ	Право на использование электрической системы для передачи электроэнергии по договору.
Ампер (А)	Единица измерения электрического тока в Международной системе единиц (СИ).
Конденсаторные батареи	Системные элементы (оборудование), поддерживающие напряжения, необходимые для обеспечения надежного обслуживания клиентов и конечных пользователей.
Вместимость	Несущая способность, выраженная в мегаваттах (МВт) генерирующего, передающего или другого электрического оборудования.
Контур	Путь из проводов (проводов), по которому проходит электрический ток.
Автоматический выключатель	Устройство, предназначенное для размыкания и замыкания электрической цепи.
Проводник	Материал, через который легко протекает электрический ток, также называемый проводами.
Непредвиденные обстоятельства	Отключение линии передачи, генератора или другого оборудования, которое влияет на поток энергии в сети передачи и влияет на другие элементы сети.
Спрос	Скорость, с которой электрическая энергия доставляется в систему или часть системы, обычно выражается в киловаттах (кВт) или мегаваттах (МВт) в данный момент времени или усредняется за любой заданный интервал времени.
Распределение	Группа взаимосвязанных линий и связанного с ними оборудования для местной доставки электроэнергии низкого напряжения между передающей сетью и конечными пользователями.
FERC	Федеральная комиссия по регулированию энергетики – независимое агентство, регулирующее межгосударственную транспортировку природного газа, нефти и электроэнергии.
Поколение	Акт преобразования различных форм входящей энергии (тепловой, механической, химической и / или ядерной энергии) в электрическую энергию. Также количество произведенной электроэнергии, обычно выражаемое в киловатт-часах (кВтч) или мегаватт-часах (МВтч).
Сетка	Передающие и распределительные сети, эксплуатируемые электроэнергетическими предприятиями.
Тяжелые грузы	Большой объем электроэнергии, протекающей по линии, трансформатору или другому оборудованию для удовлетворения высокого спроса на электроэнергию, обычно в жаркие летние месяцы.
Импорт / Экспорт	Способность системы передачи подавать мощность в зону или из зоны для обслуживания электрической нагрузки.
Изолятор	Материал, препятствующий прохождению электрического тока; керамический элемент, который удерживает проводник (провод) в конструкции передачи.
Киловольт	Единица электродвижущей силы = 1000 вольт.
Киловатт	Единица электрической мощности (кВт) = 1000 Вт.
Киловатт-час	Единица электрической энергии (кВтч), равная одному киловатту, действующему в течение одного часа.
Нагрузка	Все устройства, потребляющие электроэнергию и обеспечивающие общий спрос на электроэнергию в любой данный момент, например фабрики, распределительные подстанции и т. Д.
Разгрузочное устройство	Изменение или усиление системы, приводящее к снижению перетока мощности на оборудование, которое сильно загружено или перегружено.
Низкое напряжение	Ситуация, которая может возникнуть в сильно загруженных частях системы.
Маржа	Разница между (1) ресурсами генерации и спросом на электроэнергию или (2) разницей между пропускной способностью линии передачи и мощностью, протекающей по этой линии. Маржа обычно выражается в мегаваттах (МВт).
Мегаватт	Единица электрической мощности (МВт) = 1 миллиону ватт.
NERC	Североамериканский совет по надежности: некоммерческая компания, основанная электроэнергетической отраслью в 1968 году для обеспечения надежности электроснабжения в Северной Америке. НКРЭ состоит из девяти региональных советов по надежности и одного аффилированного лица, на долю членов которого приходится практически вся электроэнергия, поставляемая в США, Канаду и часть Мексики.
Сеть	Система соединенных между собой линий и электрооборудования.
Руководства по эксплуатации	Процедуры, выполняемые операторами передачи, когда в системе происходят определенные события, которые могут поставить под угрозу надежность системы, если не будет предпринято никаких действий.
Открытое распределительное устройство	Распределительное устройство, которое установлено в шкафу с металлическим каркасом и использует воздух в качестве изолятора. В 20- -х годах века каркасы распределительных устройств под открытым небом преобладали в ландшафте подстанций. Эта технология требует достаточного пространства между шестернями для обеспечения безопасности.
Отключение	Отсутствие электрооборудования; могут быть запланированы для обслуживания незапланированных (вынужденных) по погодным условиям или отказам оборудования.
Перегрузки	Происходит, когда мощность, протекающая по проводам или оборудованию, больше, чем они могут нести без повреждений.
Потоки энергии	Электроэнергия, передаваемая по линиям или другому оборудованию.
Восстановить	Удаление существующей линии и замена ее новой линией с большей пропускной способностью.
Изменить конфигурацию	Измените физический объект (например, вышку, схемы, станцию ​​и т. Д.), Чтобы приспособить его к перепроектированию или другой цели.
Надежный	Отвечает стандартным отраслевым и специальным критериям производительности PSE&G.
Надежность	Степень производительности элементов основной электрической системы, в результате которой электроэнергия доставляется потребителям в соответствии с принятыми стандартами и в желаемом количестве.Возможность бесперебойной подачи электроэнергии потребителям по запросу и противостоять внезапным сбоям, таким как короткое замыкание или выход из строя компонентов системы.
Резерв	Разница между мощностью электрической системы и ожидаемым пиковым спросом на электроэнергию.
Scada	Сокращение от System Control and Data Acquisition. Это оборудование используется для отправки данных из удаленного места в центральное место и для передачи команд управления из центрального пункта на удаленные устройства.
Обслуживаемая нагрузка	Надежно доставляйте количество электроэнергии, необходимое потребителям в любой момент времени.
Стабильность	Способность электрической системы поддерживать состояние равновесия при нормальных и ненормальных системных условиях или нарушениях.
Подстанция	Изменяет энергию от одной величины напряжения к другой, часто в направлении более высокого напряжения к более низкому напряжению.Линия передачи высокого напряжения будет подключена к подстанции, чтобы передавать электроэнергию в систему распределения низкого напряжения по пути к потребителям.
Распределительное устройство	В электротехнике – любое из нескольких устройств, используемых для размыкания и замыкания электрических цепей, особенно тех, которые пропускают большие токи.
Коммутационная станция	Производственное оборудование, используемое для соединения двух или более электрических цепей с помощью переключателей.Переключатели расположены выборочно, чтобы позволить цепи быть отключенной или изменить электрическое соединение между цепями.
Системное планирование	Процесс, с помощью которого оцениваются характеристики электрической системы и определяются будущие изменения и дополнения к основным электрическим системам.
Межсоединение T&D	Передача к распределительному соединению; место, где местные распределительные подстанции подключаются к основной системе электропередачи.
Температурный класс	Максимальное количество электрического тока, которое линия электропередачи или электрическое оборудование может проводить в течение определенного периода времени до того, как оно получит необратимое повреждение из-за перегрева или до того, как оно нарушит требования общественной безопасности.
Трансформатор	Электромагнитное устройство для преобразования энергии из одной цепи в другую с разными уровнями напряжения, как в системе переменного тока.
Трансмиссия	Взаимосвязанная группа линий и связанного с ними оборудования для перемещения или передачи электроэнергии между точками подачи и точек, в которых она преобразуется для доставки потребителям или доставляется в другие электрические системы.
Передаточные конструкции	Столбы или башни, поддерживающие проводники и разделяющие воздушные провода.
Вольт	Международная система единиц электрического потенциала и электродвижущей силы, равная разности электрического потенциала между двумя точками на проводящем проводе, по которому проходит постоянный ток в один ампер, когда мощность, рассеиваемая между точками, составляет один ватт.
Напряжение	Тип «давления», при котором электрические заряды проходят через цепь. Линии более высокого напряжения обычно передают энергию на большие расстояния.
Падение напряжения	Может произойти после чрезвычайной ситуации, когда напряжение падает достаточно низко и не может быстро восстановиться. В этой ситуации защитное оборудование автоматически отключает линии и / или трансформаторы, вызывая отключение нагрузки.
Стабильность напряжения	способна поддерживать надлежащее напряжение, необходимое для обслуживания электрической нагрузки.
Вт	Единица мощности, равная вольт x ампер
Общие условия владения недвижимостью
Полоса отвода	Привилегия, дающая лицу или организации законное право проезда через землю, которой это лицо не владеет.
Сервировка	Законное право использовать собственность другого лица; право использовать часть земли, которая принадлежит другому лицу или организации.
Слышимый шум	Шумы, исходящие от оборудования; мера шума, исходящего от оборудования на слышимых частотах, обычно выражается в децибелах (дБА).
Управление растительностью	Удаление растительности или предотвращение вегетативного роста для поддержания безопасных условий вокруг проводников, находящихся под напряжением, обеспечения доступа к проводам и надежного электроснабжения.Управление растительностью состоит из биологических, химических, культурных, ручных и механических методов. Это может включать в себя практику управления видовым составом, возрастом, ростом, топливной нагрузкой, распределением и т. Д. Сообществ дикорастущих растений в пределах установленной территории.
Растачивание грунта	Бурение почвы – это процесс, при котором образец почвы извлекается из земли для химического, биологического и аналитического тестирования. Анализ позволит изучить геологию в районах, где предлагаются новые башни.Круглое отверстие, проделываемое в земле шнеком или механической буровой установкой для сбора образцов почвы глубоко в земле. Почва извлекается на глубине от 50 до 100 футов ниже поверхности земли.
Решетчатая башня	Отдельно стоящая опора из стального каркаса, которую можно использовать как проводку линии электропередачи (обычно для напряжений выше 100 киловольт), радиомачту или смотровую вышку.
Монополь	Одиночная самонесущая вертикальная опора без анкеров для растяжек, обычно состоящая из металлической или деревянной опоры с нижним фундаментом.
Двухконтурный	В областях, где необходимо разделить полосу отчуждения с существующей цепью, новая цепь 500 кВ будет частью конфигурации с двумя цепями (D / C), разделяя ту же структуру с существующей цепью на существующей преимущественное право проезда.
Комиссия	Комиссионное владение означает, что владелец / держатель имеет титул и все права и привилегии, связанные с владением землей.
500 кВ (500000 вольт)	Напряжение – это мера электрического потенциала.Он описывает скорость, с которой энергия забирается из источника, который производит поток электричества в цепи, и представляет собой силу, проталкивающую электрический ток по проводам и кабелям. Предлагаемые линии электропередачи будут способны передавать 500 кВ энергии.
230 кВ (230 000 вольт)	Напряжение – это мера электрического потенциала. Он описывает скорость, с которой энергия забирается из источника, который производит поток электричества в цепи, и представляет собой силу, проталкивающую электрический ток по проводам и кабелям.Предлагаемые линии электропередачи будут иметь мощность 230 кВ энергии.
Общие условия недвижимости
Экспертиза	Беспристрастная оценка характера, качества, стоимости или полезности интереса или аспекта идентифицированной недвижимости и связанной с ней личной собственности.
CAI	Commonwealth Associates, Inc. Фирма по приобретению земли и проектированию, нанятая от имени PSE&G для получения прав на землю, необходимых для завершения проекта линии электропередачи.
Акт	Юридический документ, подтверждающий право собственности на недвижимое имущество.
Сервировка	Право, приобретенное физическим лицом (или юридическим лицом, например корпорацией), на использование земли или собственности другого лица для специальной или конкретной цели.
Eminent Domain	Право правительства (или его законного представителя, такого как коммунальная компания) приобретать частную собственность для общественного пользования.Это также известно как сила осуждения.
FERC	Федеральная комиссия по регулированию энергетики. Федеральное агентство, ответственное за регулирование национальных систем производства и доставки энергии. FERC имеет право размещать линии электропередачи в определенных ограниченных областях, если государства не размещают или не могут размещать объекты.
Рыночная цена	Сумма, фактически уплаченная за недвижимость по конкретной сделке.
Рыночная стоимость	Самая высокая цена в денежном выражении, которую недвижимость принесет на конкурентный и открытый рынок при всех условиях, требуемых для честной продажи. Покупатель и продавец действуют добровольно, осмотрительно и со знанием дела.
NJBPU	Совет по коммунальным предприятиям штата Нью-Джерси. Государственное агентство, отвечающее за регулирование коммунальных предприятий.
PJM	Региональная передающая организация Пенсильвании, Джерси и Мэриленда.Юридическое лицо, созданное для планирования и надзора за передачей электроэнергии в 13 штатах, включая Нью-Джерси. PJM, действуя под руководством FERC, обеспечивает надежность системы электроснабжения, управляя долгосрочным процессом планирования региональной передачи электроэнергии.
Право въезда (ROE)	Право доступа и использования поверхности и недр земли для определенной цели и на определенный срок. ROE используются в тех ситуациях, когда PSE&G не имеет прав доступа через сервитут или другой правовой инструмент.ROE устанавливает условия, в соответствии с которыми PSE&G будет разрешен доступ к собственности, и действует как защита для владельца собственности. Таким образом, PSE&G при необходимости предоставит ROE на одобрение землевладельца.
Полоса отвода (ROW)	Право переходить через чужую землю и включает землю или долю в земле, приобретенную для целей прокладки, размещения, обслуживания, замены и удаления линий электропередачи или проводов вместе с опорными конструкциями для передачи электроэнергии.
Бег с землей	Говорят, что сервитут работает вместе с землей, когда он выходит за пределы первоначальных сторон сервитута и обязывает все последующие стороны соблюдать условия первоначального соглашения о сервитуте.
Исследование	Точные математические измерения земли и построек на ней, выполненные с помощью приборов.
Зонирование	Подразделение муниципалитета, города или города законодательным актом на районы, где строительство ограничивается установленным типом здания, с особым структурным и архитектурным дизайном и где разрешено только определенное использование земли.

Насколько велики потери в ЛЭП?

Электроэнергия должна передаваться от крупных электростанций потребителям по разветвленным сетям. Передача на большие расстояния приводит к потерям мощности. Большая часть потерь энергии происходит из-за эффекта Джоуля в трансформаторах и линиях электропередач. В проводниках энергия теряется в виде тепла.

Рассматривая основные части типичной сети передачи и распределения, вот средние значения потерь мощности на разных этапах *:

• 1-2% – Повышающий трансформатор от генератора к ЛЭП
• 2-4% – Линия электропередачи
• 1-2% – Понижающий трансформатор от линии электропередачи к распределительной сети
• 4-6% – Трансформаторы и кабели распределительных сетей

Общие потери между электростанцией и потребителями находятся в диапазоне от 8 до 15%.

Это самая большая проблема?

Не следует путать с КПД электростанций , таких как атомные, угольные или газовые турбины. Эти технологии основаны на термодинамическом цикле, эффективность которого составляет порядка 35% . Это означает, что при сжигании угля, например, будет выделяться тепло, которое будет преобразовано в механическую энергию, а затем в электричество.

Глобальное преобразование показано на рисунке ниже, где «единицы» представляют собой единицы энергии.

Из оценки энергопотребления можно сделать вывод, что 100 единиц, сэкономленных дома, могут сэкономить 300 единиц, сэкономленных на электростанции. Это должно стать настоящим стимулом к ​​экономии энергии для более зеленой окружающей среды.

Не путайте тепло и электричество!

Однако важно отметить, что энергоблоки, сэкономленные на электростанции, представляют собой единицы тепла, а не единицы электроэнергии. Каждая единица, сэкономленная дома, представляет собой одну единицу электроэнергии, сэкономленной на электростанции, в дополнение к энергии, сэкономленной на линии.Как упоминалось ранее, это составляет от 8 до 15% производимой электроэнергии.

В остальном, эта энергетическая оценка относится к электростанциям, сжигающим топливо, а не к возобновляемым источникам энергии, таким как гидроэлектроэнергия или ветряные турбины. Эти технологии имеют гораздо более высокий КПД и не выделяют тепло для преобразования энергии. 100 единиц, сохраненных дома, представляют собой намного меньше, чем 300 единиц, сэкономленных на электростанции.

Но это не повод тратить электроэнергию!

* Ссылка: документ МЭК «Эффективная передача и распределение электроэнергии» (2007)

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 отличаются физически, и, в результате, 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 возможных 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 гарантировать 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 электропередачи

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

Линии электропередачи представляют собой воздушные линии электропередачи 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, поскольку 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 необходимо сначала 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

тесно связаны между собой для обеспечения резервирования и повышения надежности электроснабжения, как показано на этой карте линий электропередачи США. В Соединенных Штатах есть три основные сети электропередачи: Западная межсетевая связь, Восточная межсоединение и Совет по надежности электроснабжения Техаса (ERCOT).

Как и генераторы электроэнергии, перед строительством линии электропередачи должны быть одобрены государством (PUC или PSC). 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 заканчивается, 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.

Коробка передач

| Энергия и углерод

Мгновенная энергия из сети

Электричество (также известное как электрическая энергия) – это поток зарядов или заряженных частиц (электронов), движущийся со скоростью 186 000 миль в секунду (скорость света).Его необходимо использовать сразу после его создания. Это означает, что в каждый момент подача электроэнергии должна соответствовать количеству потребляемой электроэнергии.

Согласование производства электроэнергии с потребностями

Из-за того, что электричество мгновенно, выработка количества, необходимого для удовлетворения спроса, – это игра в догадки. Управляющие сетью оценивают минимальный ежедневный спрос на электроэнергию (называемый базовой нагрузкой) и максимальный дополнительный спрос (когда потребители могут использовать больше электроэнергии, называемое пиковой нагрузкой).Используя блоки компьютерных экранов, подключенных к удаленным датчикам по всей сети, они отслеживают и активно управляют производством электроэнергии на базовых и пиковых станциях. Установки базовой нагрузки удовлетворяют постоянный и предсказуемый спрос на электроэнергию. Пиковые установки могут быстро подключиться к работе, чтобы удовлетворить дополнительный спрос в периоды более высокой нагрузки. Это часть управления нагрузкой.

По возможности, поставщики электроэнергии полагаются на надежные и наименее дорогие источники энергии для удовлетворения спроса на базовую нагрузку и сохраняют более дорогие варианты для решения пиковых нагрузок.Поскольку пиковая нагрузка может меняться в зависимости от часов и сезонов, некоторая часть пиковой нагрузки должна исходить от генераторов, которые могут работать для очень быстрого производства электроэнергии. Атомная энергия, уголь и вода исторически были надежными источниками для удовлетворения базовой нагрузки. Низкоэффективные паровые агрегаты, газовые турбины, дизельные двигатели или гидроаккумулирующее оборудование готовы удовлетворить пиковый спрос на электроэнергию вашего дома в рамках сегодняшней системы снабжения.

Энергетические компании используют другие стратегии управления для удовлетворения пикового спроса, такие как работа с коммерческими потребителями для снижения спроса в часы пик и наличие добровольных программ регулирования подачи электроэнергии для бытовых потребителей.В периоды очень высокого спроса коммунальные предприятия даже обращаются к населению с просьбой сократить потребление электроэнергии.

Два примера – это программы непикового напряжения и прерывания питания. Непиковые периоды относятся к периодам, когда спрос на электроэнергию невелик (обычно с позднего вечера до раннего утра). Электрическая вода и обогреватели помещений в непиковые часы используют электричество в непиковые часы для выработки достаточного количества горячей воды и накопленного тепла в помещении на весь день.Это может быть достигнуто с помощью большой емкости или двухтопливных систем (резервный источник тепла).

В программе обеспечения бесперебойного питания поставщик электроэнергии размещает в доме устройство электрического управления для конкретного прибора (ов). В периоды пикового спроса поставщик электроэнергии посылает сигнал на устройство управления, чтобы отключить прибор (а) на период времени. Примеры таких устройств включают центральные кондиционеры, водонагреватели и электрические котлы или обогреватели плинтуса.Потребители могут получить компенсацию за возможные неудобства путем получения скидки или оплаты более низкой ставки в ежемесячном счете за электроэнергию.

Как прерывистые поставки вписываются в сеть?

Непостоянная доступность ветра и солнца увеличивает сложность процесса балансировки нагрузки электросети.Сетевые контроллеры должны постоянно вносить изменения в систему, чтобы принимать электроэнергию от непостоянных источников энергии, таких как ветер и солнце. Это включает сокращение производства электроэнергии на существующих станциях базовой нагрузки. Реинжиниринг сети станет критически важным шагом для перехода к диверсифицированным источникам электроэнергии, таким как ветровая и солнечная.

Потери в линии возникают из-за сопротивления потоку электронов, присущего металлической проволоке.Серебро имеет наименьшее сопротивление, за ним идет медь, но и то, и другое слишком дорого, чтобы нанизывать на весь континент. Кроме того, эти линии должны выдерживать перепады температур, ветер, штормы и вес льда. В результате линии электропередачи обычно изготавливаются из стали или алюминия. В настоящее время ведутся исследования других материалов для уменьшения потерь в линии. При очень большом напряжении постоянного или постоянного тока в линиях меньше потерь, чем в линиях переменного или переменного тока, что компенсирует стоимость дополнительного оборудования, необходимого для преобразования переменного тока в постоянный на обоих концах линии.Две большие линии постоянного тока несут электроэнергию, вырабатываемую электростанциями Северной Дакоты, в восточную часть Миннесоты.

Хранение электроэнергии

Способность хранить электроэнергию поможет сбалансировать спрос и предложение в сети и обеспечить электроэнергию из непостоянных источников, таких как солнце и ветер.

К сожалению, нам предстоит пройти долгий путь, прежде чем накопленная электроэнергия внесет значительный вклад в электрическую сеть. Варианты «хранения» электроэнергии составляют около 2% от общей генерирующей мощности нашей системы, и почти все они связаны с гидроэнергетикой.

Например: В периоды низкого спроса производители электроэнергии используют электроэнергию для перекачки воды в гору для заполнения резервуаров на гидроэлектростанциях, а затем используют поток воды для выработки электроэнергии в периоды повышенного спроса.Другие технологии, которые проходят испытания или исследуются, включают сжатый воздух, аккумуляторы тепла и батареи.

«Накопление» электричества включает преобразование электрической энергии в другую форму энергии до тех пор, пока она не понадобится, после чего она снова преобразуется в электричество. Например, зарядка аккумулятора «сохраняет» электричество в виде химической энергии. Когда вы используете аккумулятор в устройстве, он снова преобразуется в электричество.

.