Prenos energie: populárne metódy a alternatívy

• Vysoké napätie ako spôsob zníženia strát
• Klasifikácia elektrického vedenia
• Spôsoby prenosu energie
• Jednosmerný prúd ako alternatíva

Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!

Elektrická energia sa nevzťahuje na kumulatívne zdroje. Doteraz neexistujú žiadne účinné technológie, ktoré by umožnili akumuláciu energie generovanej výrobcami, takže prenos elektriny spotrebiteľom je naliehavou úlohou. Náklady na zdroj zahŕňajú náklady na jeho výrobu, straty počas prepravy a náklady na inštaláciu a údržbu prenosových vedení. V tomto prípade účinnosť systému napájania priamo závisí od prenosovej schémy.

Vysoké napätie ako spôsob zníženia strát

Napriek tomu, že vo vnútorných sieťach väčšiny spotrebiteľov, spravidla 220/380 V, sa k nim elektrina prenáša vysokonapäťovými diaľnicami a zmenšuje sa na trafostaniciach. Pre takýto systém práce existuje dobrý dôvod, faktom je, že najväčší podiel strát pochádza z vykurovania vodičov.

Strata výkonu je opísaná nasledujúcim vzorcom: Q = I ² * Rl,

kde I je sila prúdu prechádzajúceho čiarou, RL je jeho odpor.

Na základe uvedeného vzorca môžeme konštatovať, že náklady možno znížiť znížením odporu v elektrických vedeniach alebo znížením sily prúdu. V prvom prípade bude potrebné zväčšiť prierez drôtu, čo je neprijateľné, pretože to povedie k výraznému zvýšeniu nákladov na prenosové vedenia. Výber druhej možnosti, budete musieť zvýšiť napätie, to znamená, že zavedenie vysokonapäťových prenosových vedení vedie k zníženiu výkonu.

Klasifikácia elektrického vedenia

V energetike je bežné rozdeliť elektrické vedenia na typy v závislosti od nasledujúcich ukazovateľov:

1. Návrhové prvky tratí vykonávajúcich prenos elektriny. V závislosti od verzie môžu mať dva typy:

• Vzduchom . Prenos elektriny sa vykonáva pomocou vodičov, ktoré sú zavesené na nosičoch.

  

• Kábel. Tento spôsob inštalácie zahŕňa pokládku káblových vedení priamo do zeme alebo do inžinierskych systémov špeciálne navrhnutých na tento účel.

  

2. Napätie. V závislosti od veľkosti vedení na prenos napätia sa zvyčajne zaraďujú do nasledujúcich typov:

• Nízke napätie zahŕňa všetky nadzemné vedenia s napätím najviac 1 kV.
• Stredná - od 1 do 35 kV.
• Vysokonapäťové - 110, 0-220, 0 kV.
• Vysokonapäťové napätie - 330, 0-750, 0 kV.
• Ultra-vysoké napätie - viac ako 750 kV.

  

3. Oddelenie podľa typu prúdu pri prenose elektriny môže byť variabilné a konštantné. Prvá možnosť je bežnejšia, pretože elektrárne sú zvyčajne vybavené alternátormi. Ale aby sa znížila strata energie, najmä pri dlhých prenosových vzdialenostiach, druhá možnosť je efektívnejšia. Spôsoby organizovania prenosových schém elektriny v oboch prípadoch, ako aj výhody každého z nich, budú opísané nižšie.
4. Klasifikácia v závislosti od miesta určenia . Na tento účel: \ t

• Linky od 500, 0 kV pre veľmi dlhé vzdialenosti. Takéto nadzemné vedenia prepájajú samostatné energetické systémy.
• Silové prenosové vedenia hlavného účelu (220, 0-330, 0 kV). S pomocou týchto vedení sa uskutočňuje prenos elektriny vyrobenej vo výkonných vodných elektrárňach, tepelných a jadrových elektrárňach, ako aj ich integrácia do jednej elektrickej siete.
• LEP 35-150 kV patrí do distribúcie. Slúžia na dodávku elektrickej energie do veľkých priemyselných areálov, na pripojenie regionálnych distribučných miest atď.
• Elektrické vedenia s napätím do 20, 0 kV sa používajú na pripojenie spotrebiteľských skupín k elektrickej sieti.

Spôsoby prenosu energie

Vykonávať prenos elektriny dvoma spôsobmi:

• Metóda priameho prenosu.
• Transformácia elektrickej energie na iný druh energie.

V prvom prípade sa elektrina prenáša cez vodiče, ktoré pôsobia ako vodič alebo vodivé médium. Tento spôsob prenosu sa používa v nadzemných a káblových prenosových vedeniach. Transformácia elektrickej energie na inú formu energie otvára vyhliadky na bezdrôtové zásobovanie spotrebiteľov. To umožní opustiť elektrické vedenia a tým aj náklady spojené s ich inštaláciou a údržbou. Nasledujú sľubné bezdrôtové technológie, ktoré sa vyvíjajú na zlepšenie.

V súčasnosti sú však možnosti prepravy elektrickej energie bezdrôtovo veľmi obmedzené, takže je príliš skoro hovoriť o účinnej alternatíve k metóde priameho prenosu. Výskumná práca v tomto smere nám umožňuje dúfať, že v blízkej budúcnosti sa nájde riešenie.

Schéma prenosu energie z elektrárne na spotrebiteľa

Nižšie uvedený obrázok znázorňuje typické schémy, z ktorých prvé dve sa vzťahujú na otvorený pohľad, zvyšok na uzavretý. Rozdiel medzi nimi spočíva v tom, že otvorené konfigurácie nie sú nadbytočné, to znamená, že nemajú záložné vedenia, ktoré môžu byť aktivované počas kritického zvýšenia elektrického zaťaženia.

Legenda:

1. Radiálna schéma, na jednom konci linky je elektráreň, ktorá produkuje energiu, v druhom - spotrebič alebo rozvádzač.
2. Hlavnou verziou radiálnej schémy je rozdiel oproti predchádzajúcej verzii prítomnosti kohútikov medzi počiatočným a konečným bodom prenosu.
3. Hlavný okruh s napájaním na oboch koncoch elektrického vedenia.
4. Konfigurácia typu zvonenia.
5. Chrbtica so záložným vedením (dvojitá linka).
6. Komplikovaná uzavretá konfigurácia. Podobné schémy sa používajú pri prepojení zodpovedných spotrebiteľov.

Pozrime sa teraz podrobnejšie na radiálnu schému prenosu elektriny cez AC a DC LEP.

Legenda:

1. Generátor, kde vyrábam elektrinu so sínusovou charakteristikou.
2. Podstanica so stupňovitým trojfázovým transformátorom.
3. Rozvodňa s transformátorom, ktorá znižuje napätie trojfázového striedavého prúdu.
4. Ohyb pre prenos elektrickej energie do rozvádzača.
5. Usmerňovač, to znamená zariadenie, ktoré prevádza trojfázový striedavý prúd na jednosmerný prúd.
6. Invertorová jednotka, jej úlohou je vytvoriť konštantné sínusové napätie.

Ako je zrejmé z diagramu (A), elektrická energia je dodávaná zo zdroja energie do transformátora, potom je elektrina prepravovaná na dlhé vzdialenosti pomocou nadzemného elektrického vedenia. V koncovom bode je linka pripojená k redukčnému transformátoru a prechádza z nej na distribútora.

Spôsob prenosu elektriny vo forme jednosmerného prúdu (B na obr. 6) z predchádzajúceho okruhu je charakterizovaný prítomnosťou dvoch meničov (5 a 6).

Zatvorením témy sekcie pre prehľadnosť uvádzame zjednodušenú verziu schémy mestskej siete.

Legenda:

1. Elektráreň, kde sa vyrába elektrina.
2. Stanica na zvýšenie napätia na zaistenie vysokej účinnosti prenosu na dlhé vzdialenosti.
3. Elektrické vedenia s vysokým napätím (35, 0-750, 0 kV).
4. Rozvodňa so spúšťacími funkciami (výstup 6, 0-10, 0 kV).
5. Miesto distribúcie elektriny.
6. Silové káble.
7. Centrálna rozvodňa v priemyselnom areáli slúži na zníženie napätia na 0, 40 kV.
8. Radiálne alebo káblové vedenia.
9. Úvodný štít v dielni.
10. Distribučná rozvodňa.
11. Káblové radiálne alebo trupové vedenie.
12. Podstanica sa zníži na 0, 40 kV.
13. Úvodný štít bytového domu, na pripojenie vnútornej elektrickej siete.

Prenos energie na dlhé vzdialenosti

Hlavným problémom súvisiacim s touto úlohou je zvýšenie strát s rastúcou dĺžkou elektrických vedení. Ako je uvedené vyššie, na zníženie spotreby energie pri prenose elektriny znížte prúdovú silu zvýšením napätia. Toto riešenie však, žiaľ, spôsobuje nové problémy, jedným z nich sú korónové výboje.

Z hľadiska ekonomickej uskutočniteľnosti by straty vo VL nemali prekročiť 10%. Nižšie je tabuľka, ktorá zobrazuje maximálnu dĺžku riadkov, ktoré spĺňajú podmienky ziskovosti.

Tabuľka 1. Maximálna dĺžka prenosových vedení s prihliadnutím na ziskovosť (nie viac ako 10% strata)

Napätie OHL (kV)	Dĺžka (km)
0.40	1.0
10.0	25.0
35.0	100.0
110.0	300.0
220.0	700, 0
500.0	2300, 0
1150, 0 *	4500, 0 *

* - v súčasnosti sa ultra vysokonapäťové nadzemné vedenia prenášajú do práce s napätím polovičným menovitým (500, 0 kV).

Jednosmerný prúd ako alternatíva

Ako alternatívu k AC prenosu na dlhé vzdialenosti je možné uvažovať nadzemné vedenia s konštantným napätím. Takéto elektrické vedenia majú nasledujúce výhody: \ t

• Dĺžka nadzemného vedenia neovplyvňuje výkon, zatiaľ čo jeho maximálna hodnota je výrazne vyššia ako u elektrických vedení so striedavým napätím. To znamená, že so zvýšením spotreby elektriny (až do určitého limitu) je možné bez modernizácie.
• Statickú stabilitu možno ignorovať.
• Nie je potrebné synchronizovať pripojené systémy napájania.
• Je možné organizovať prenos elektriny prostredníctvom dvojvodičového alebo jednovodičového vedenia, čo značne zjednodušuje návrh.
• Menší vplyv elektromagnetických vĺn na komunikáciu.
• Neexistuje prakticky žiadna generácia jalového výkonu.

Napriek uvedeným schopnostiam jednosmerného elektrického vedenia nie sú takéto vedenia rozšírené. Po prvé, je to kvôli vysokým nákladom na vybavenie potrebné na premenu sínusového napätia na konštantné napätie. Generátory jednosmerného prúdu sa takmer nikdy nepoužívajú, s výnimkou solárnych elektrární.

S inverziou (proces je úplne opačný ako rovnanie), všetko nie je tiež jednoduché, musíte dokončiť pitie vysoko kvalitných sínusových vlastností, čo výrazne zvyšuje náklady na vybavenie. Okrem toho je potrebné vziať do úvahy problémy s organizáciou vývodového hriadeľa a nízkou ziskovosťou s dĺžkou nadzemného vedenia menej ako 1000-1500 km.

Stručne o supravodivosti.

Odpor káblov sa môže výrazne znížiť ich ochladením na ultra nízke teploty. To by umožnilo dosiahnuť efektívnosť prenosu energie na kvalitatívne novú úroveň a zvýšiť dĺžku tratí na používanie elektriny vo veľkej vzdialenosti od miesta jej výroby. Nanešťastie, v súčasnosti dostupné technológie nemôžu na tieto účely umožniť použitie supravodivosti z dôvodu ekonomickej nevýhodnosti.

Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!