Электроэнергетические системы

Энергетика (топливный энергетический комплекс) — область экономики, которая охватывает ресурсы, добычу, преобразование и использование различных видов энергии.

Энергия в современном научном представлении понимается как общая мера всех форм движения материи. Различают тепловую, механическую, электрическую и другие формы движения материи.

Энергетику можно представить следующими взаимосвязанными блоками:

1. Природные энергетические ресурсы и добывающие предприятия;

2. Перерабатывающие предприятия и транспортировка готового топлива;

3. Выработка и передача электрической и тепловой энергии;

4. Потребители энергии, сырья и продукции.

Краткое содержание блоков:

1) Природные ресурсы делятся на:

• возобновляемые (солнце, биомасса, гидроресурсы);

• не возобновляемые (уголь, нефть);

2) Добывающие предприятия (шахты, рудники, газовые вышки);

3) Топливно-перерабатывающие предприятия (обогащение, перегонка, очистка топлива);

4) Транспортировка топлива (железная дорога, танкеры);

5) Выработка электрической и тепловой энергии (ТЭЦ, АЭС, ГЭС);

6) Передача электрической и тепловой энергии (электрические сети, рубопроводы);

7) Потребители энергии, тепла (силовые и промышленные процессы, отопление).

Основными формами, в которых применяется в настоящее время энергия, являются тепло и электричество. Отрасли энергетики, изучающие получение, преобразование, транспортировку и применение тепловой и электрической энергии называются, соответственно, теплоэнергетикой и электроэнергетикой.

Энергия водных потоков, использовавшаяся прежде непосредственно в форме механической энергии, в настоящее время преобразуется на гидроэлектростанциях в энергию электрическую. Отрасль энергетики, изучающая процессы преобразования водной энергии в электрическую, называется гидроэнергетикой.

Открытие путей к использованию энергии атомного ядра создало новую отрасль энергетики — атомную или ядерную энергетику. Энергия ядерных процессов преобразуется в тепловую и электрическую и в этих формах используется.

Вопросами использования энергии перемещающихся масс воздуха занимается ветроэнергетика. Энергия ветра используется в основном в механической форме. Вопросами использования энергии солнца занимается солнечная энергетика.

Каждая из отраслей энергетики как науки имеет свою теоретическую основу, базирующуюся на законах физических явлений в данной области.

Энергетика, как важнейшая сфера человеческой деятельности, требует весьма длительного времени для крупномасштабного развития. 

Энергетика капиталоемкая отрасль. Мощность электростанций на Земле превышает миллиард киловатт. 

Отчетливое понимание единства и эквивалентности разных форм энергии сложилось только к середине девятнадцатого столетия, когда уже был накоплен большой опыт преобразования одних форм энергии в другие:

В 1831 году открыт способ превращения механической энергии в электрическую. Естественным завершением огромного объема накопленных данных по преобразованию одних форм энергии в другие явилось открытие закона сохранения и превращения энергии — одного из основных законов физики.

Потребность в преобразованиях энергии вызывается тем, что в разных процессах необходима различная форма энергии.

Преобразования энергии не исчерпываются превращением одних ее форм в другие. Тепловая энергия применяется при разных значениях температуры теплоносителя (пар, газ, вода), электрическая — в виде переменного или постоянного тока и при разных уровнях напряжения.

Преобразования энергии осуществляются в разных машинах, аппаратах и устройствах, в целом составляющих техническую основу энергетики.

Так, в котельных установках химическая энергия топлив преобразуется в тепло, в паровой турбине это тепло, носителем которого является водяной пар, преобразуется в механическую энергию, которая затем в электрическом генераторе преобразуется в энергию электрическую.

На гидроэлектростанциях в гидротурбинах и электрогенераторах энергия водных потоков преобразуется в электрическую, в электрических двигателях электрическая энергия преобразуется в механическую и т. д.

Способы создания и использования разных машин, аппаратов, устройств, предназначенных для получения, преобразования, транспортировки и применения разных форм энергии, базируются на соответствующих разделах теоретических основ энергетики и составляют разделы таких технических наук, как теплотехника, электротехника, гидротехника, ветротехника.

Электроэнергетика — часть энергетики, занятая проблемами получения больших количеств электроэнергии, передача ее на расстояние и распределение между потребителями, развитие ее идет за счет электроэнергетических систем.

Электроэнергетическая система — это совокупность взаимосвязанных электрических станций, электрических и тепловых систем, а также потребителей электрической и тепловой энергии, объединяющиеся единством процесса производства, передачи и потребления электроэнергии.

Электрическая система (электросистема, ЭС) — электрическая часть электроэнергетической системы.

Технологический процесс в энергосистеме

Технологический процесс – это процесс преобразования первичного энергетического ресурса (органического топлива, гидроэнергии, ядерного топлива) в конечную продукцию (электрическую энергию, тепловую энергию). Параметры и показатели технологического процесса определяют эффективность производства.

Схематично технологический процесс показан на рисунке, откуда видно, что имеется несколько этапов преобразования энергии.

Схема технологического процесса в энергосистеме: К – котел, Т – турбина, Г – генератор, Т – трансформатор, ЛЭП – линии электропередачи

В котле К энергия горения топлива преобразуется в тепловую. Котел – это парогенератор. В турбине тепловая энергия преобразуется в механическую. В генераторе механическая энергия преобразуется в электрическую. Напряжение электрической энергии в процессе ее передачи по ЛЭП от станции к потребителю трансформируется, что обеспечивает экономичность передачи.

Эффективность технологического процесса зависит от всех этих звеньев. Следовательно, имеется комплекс режимных задач, связанных с работой котлов, турбин ТЭС, турбин ГЭС, ядерных реакторов, электрического оборудования (генераторов, трансформаторов, ЛЭП и др.). Необходимо выбирать состав работающего оборудования, режим его загрузки и использования, соблюдать все ограничения.

Электроустановка — установка в которой производится, образуется или потребляется, распределяется электроэнергия. Может быть: открытая или закрытая (в помещении).

Электрическая станция — сложный технологический комплекс на котором энергия природного источника преобразуется в энергию электрического тока или тепла.

Необходимо отметить, что электростанции (особенно тепловые, работающие на угле) являются основными источниками загрязнения окружающей среды энергетикой.

Электроподстанция — электроустановка, предназначенная для преобразования электроэнергии одного напряжения в другую при той же частоте.

Электропередача (ЛЭП) — сооружение состоят из повышенных подстанций ЛЭП и понизительных подстанций (система проводов, кабелей, опор), предназначенных для передачи электроэнергии от источника к потребителю.

Электрические сети — совокупность ЛЭП и подстанций, т.е. устройства, соединяющие источник питания с потребителями энергии.