Transmisja energii elektrycznej z elektrowni do konsumenta

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Od bezpośrednich źródeł wytwarzania do konsumenta energia elektryczna przechodzi przez wiele punktów technologicznych. Jednocześnie jej nośniki w postaci linii z przewodami są niezbędne w tej infrastrukturze. Pod wieloma względami tworzą wielopoziomowy i złożony system przesyłu energii elektrycznej, w którym odbiorca jest końcowym ogniwem.

Skąd pochodzi prąd?

Na pierwszym etapie całego procesu zaopatrzenia w energię następuje wytwarzanie, czyli produkcja energii elektrycznej. W tym celu wykorzystywane są specjalne stacje, które wytwarzają energię z innych jej źródeł. Jako te ostatnie można wykorzystać ciepło, wodę, światło słoneczne, wiatr, a nawet ziemię. W każdym przypadku wykorzystywane są stacje generatorowe, które przetwarzają naturalną lub sztucznie wytworzoną energię na energię elektryczną. Mogą to być tradycyjne elektrownie jądrowe lub cieplne oraz wiatraki z energią słonecznąbaterie. Do przesyłu energii elektrycznej do większości odbiorców wykorzystywane są tylko trzy rodzaje stacji: elektrownie jądrowe, elektrociepłownie i elektrownie wodne. Odpowiednio instalacje jądrowe, cieplne i hydrologiczne. Wytwarzają około 75-85% energii na świecie, choć ze względu na czynniki ekonomiczne, a zwłaszcza środowiskowe, obserwuje się rosnącą tendencję do obniżania tego wskaźnika. Tak czy inaczej, to te główne elektrownie wytwarzają energię do dalszego przesyłania do konsumenta.

Sieci do przesyłania energii elektrycznej

Transport wytworzonej energii odbywa się za pomocą infrastruktury sieciowej, która jest kombinacją różnych instalacji elektrycznych. Podstawowa struktura przesyłu energii elektrycznej do odbiorców obejmuje transformatory, przekształtniki i podstacje. Ale wiodące miejsce w nim zajmują linie energetyczne, które bezpośrednio łączą elektrownie, instalacje pośrednie i odbiorców. Jednocześnie sieci mogą się od siebie różnić – w szczególności celem:

• Sieci publiczne. Zaopatrzenie obiektów domowych, przemysłowych, rolniczych i transportowych.
• Komunikacja sieciowa dla autonomicznego zasilania. Zapewnij zasilanie autonomicznym i mobilnym obiektom, w tym samolotom, statkom, stacjom nielotnym itp.
• Sieci do zasilania obiektów wykonujących poszczególne operacje technologiczne. W tym samym zakładzie produkcyjnym, oprócz głównego zaopatrzenia w energię elektryczną, można zapewnić linię w celu utrzymania działania określonegosprzęt, przenośnik, zakład inżynieryjny itp.
• Skontaktuj się z liniami zasilającymi. Sieci zaprojektowane do dostarczania energii elektrycznej bezpośrednio do poruszających się pojazdów. Dotyczy to tramwajów, lokomotyw, trolejbusów itp.

Klasyfikacja sieci transmisyjnych według rozmiaru

Największe to sieci szkieletowe łączące źródła wytwarzania energii z centrami zużycia energii w różnych krajach i regionach. Taka komunikacja charakteryzuje się dużą mocą (w gigawatach) i napięciem. Na kolejnym poziomie znajdują się sieci regionalne, które są odgałęzieniami od głównych linii i same z kolei mają mniejsze odgałęzienia. Za pośrednictwem takich kanałów energia elektryczna jest przesyłana i dystrybuowana do miast, regionów, dużych węzłów transportowych i odległych pól. Chociaż sieci tego kalibru mogą pochwalić się wysoką wydajnością mocy, ich główną zaletą nie jest wielkość podaży zasobów energetycznych, ale odległość transportu.

Na następnym poziomie są sieci regionalne i wewnętrzne. W przeważającej części pełnią również funkcje dystrybucji energii pomiędzy określonymi odbiorcami. Kanały powiatowe zasilane są bezpośrednio z kanałów regionalnych, obsługujących strefy bloków miejskich i sieci wsi. Jeśli chodzi o sieci wewnętrzne, dystrybuują energię w obrębie kwartału, wsi, fabryki i mniejszych obiektów.

Podstacje w sieciach zasilających

Pomiędzy oddzielnymi segmentami linii przesyłowych energii elektrycznej zainstalowane są transformatory w postaci podstacji. Ich głównym zadaniem jest zwiększenie napięcia na tle spadku prądu. Są też ustawienia step-down, które zmniejszają wskaźnik napięcia wyjściowego w warunkach rosnącego natężenia prądu. Konieczność takiej regulacji parametrów energii elektrycznej na drodze do odbiorcy jest uwarunkowana koniecznością wyrównania strat na rezystancji czynnej. Faktem jest, że przesyłanie energii elektrycznej odbywa się za pomocą przewodów o optymalnym polu przekroju poprzecznego, które określa wyłącznie brak wyładowania koronowego i natężenie prądu. Brak możliwości sterowania innymi parametrami prowadzi do konieczności zastosowania dodatkowego osprzętu sterującego w postaci tego samego transformatora. Ale jest jeszcze jeden powód, dla którego napięcie powinno wzrosnąć kosztem podstacji. Im wyższy ten wskaźnik, tym być może dalsza odległość przesyłu energii przy zachowaniu wysokiego potencjału mocy.

Cechy transformatorów cyfrowych

Nowoczesny rodzaj podstacji, umożliwia cyfrowe sterowanie. Tak więc standardowy transformator tego typu przewiduje włączenie następujących elementów:

• Sterownia operacyjna. Obsługa za pośrednictwem specjalnego terminala połączonego zdalnie (czasem bezprzewodowo) kontroluje pracę stacji w trybie ciężkim i normalnym. Może ubiegać sięurządzeń pomocniczych automatyki, a prędkość przekazywania poleceń waha się od kilku minut do godzin.
• Antyawaryjna jednostka sterująca. Moduł ten jest aktywowany w przypadku silnych zakłóceń na linii. Na przykład, jeśli przesył energii elektrycznej z elektrowni do odbiorcy odbywa się w warunkach przejściowych procesów elektromechanicznych (z nagłym wyłączeniem własnego zasilania, generatora, znacznym spadkiem obciążenia itp.).
• Zabezpieczenie przekaźnika. Z reguły automatyczny moduł z niezależnym zasilaniem, którego lista zadań obejmuje lokalne sterowanie systemem elektroenergetycznym poprzez szybkie wykrywanie i izolowanie uszkodzonych części sieci.

Instalacje elektryczne pomocnicze na liniach elektroenergetycznych

Podstacja, oprócz bloku transformatora, zapewnia obecność odłączników, separatorów, urządzeń pomiarowych i innych urządzeń uzupełniających. Nie są bezpośrednio związane z kompleksem sterowania i działają domyślnie. Każda z tych instalacji jest przeznaczona do wykonywania określonych zadań:

• Odłącznik otwiera/zamyka obwód zasilania, jeśli nie ma obciążenia na przewodach zasilających.
• Separator automatycznie odłącza transformator od sieci na czas potrzebny do awaryjnej pracy podstacji. W przeciwieństwie do modułu sterującego, w tym przypadku przejście do awaryjnej fazy pracy odbywa się mechanicznie.
• Urządzenia pomiarowe określają wektory napięcia i prądu, przy których energia elektryczna jest przesyłana ze źródła do odbiorcy wokreślony punkt w czasie. To także automatyczne narzędzia wspomagające rozliczanie błędów metrologicznych.

Problemy w przesyłaniu energii elektrycznej

Przy organizowaniu i eksploatacji sieci zasilających istnieje wiele trudności natury technicznej i ekonomicznej. Na przykład za najważniejszy tego typu problem uważa się wspomniane już straty mocy prądu spowodowane rezystancją w przewodach. Ten czynnik jest kompensowany przez osprzęt transformatora, który z kolei wymaga konserwacji. Techniczne utrzymanie infrastruktury sieciowej, za pośrednictwem której energia elektryczna jest przesyłana na odległość, jest co do zasady kosztowne. Wymaga to zarówno kosztów materiałowych, jak i organizacyjnych, co ostatecznie wpływa na wzrost taryf dla odbiorców energii. Z drugiej strony, najnowocześniejszy sprzęt, materiały na przewody i optymalizacja procesów sterowania wciąż pozwalają na zmniejszenie części kosztów operacyjnych.

Kto jest konsumentem energii elektrycznej?

W dużej mierze wymagania dotyczące dostaw energii są określane przez konsumenta. I w tym charakterze mogą działać przedsiębiorstwa produkcyjne, zakłady użyteczności publicznej, firmy transportowe, właściciele wiejskich domków, mieszkańcy wielomieszkaniowych budynków miejskich itp. Główną różnicę między różnymi grupami konsumentów można nazwać mocą linii zasilającej. Zgodnie z tym kryterium wszystkie kanały przesyłu energii elektrycznej do odbiorców różnych grup mogą być:podzielony na trzy typy:

• Do 5 MW.
• Od 5 do 75 MW.
• Od 75 do 1 tys. MW.

Wniosek

Oczywiście powyższa infrastruktura zaopatrzenia w energię będzie niekompletna bez bezpośredniego organizatora procesów dystrybucji surowców energetycznych. Uczestnicy hurtowego rynku energii, którzy posiadają odpowiednią licencję dostawcy, działają jako przedsiębiorstwo dostawcze. Umowa o świadczenie usług przesyłania energii elektrycznej zawierana jest z organizacją sprzedaży energii lub innym sprzedawcą gwarantującym dostawę w określonym okresie rozliczeniowym. Jednocześnie zadania utrzymania i obsługi infrastruktury sieciowej, która zapewnia określony przedmiot konsumencki w ramach umowy, mogą znajdować się w dziale zupełnie innej organizacji zewnętrznej. To samo dotyczy źródła wytwarzania energii.