Как происходит передача и распределение электроэнергии
Ни для кого не секрет, что электричество в наш дом попадает от электростанций, являющихся основными источниками электроэнергии. Однако между нами (потребителями) и станцией может быть сотни километров и через все это дальнее расстояние ток должен каким-то образом передаваться с максимальным КПД. В этой статье мы, собственно, и рассмотрим, как передается электроэнергия на расстоянии к потребителям.
- Маршрут транспортировки электричества
- Что еще важно знать
Маршрут транспортировки электричества
Итак, как мы уже сказали, начальной точкой является электрическая станция, которая, собственно, и генерирует электроэнергию. На сегодняшний день основными видами электростанций являются гидро- (ГЭС), тепло- (ТЭС) и атомные (АЭС). Помимо этого бывают солнечные, ветровые и геотермальные эл. станции.
Далее от источника электричество передается к потребителям, которые могут находиться на дальних расстояниях.
Чтобы осуществить передачу электроэнергии, нужно повысить напряжение с помощью повышающих трансформаторов (напряжение могут повысить вплоть до 1150 кВ, в зависимости от расстояния).
Почему электроэнергия передается при повышенном напряжении? Все очень просто. Вспомним формулу электрической мощности — P=UI, тогда если передавать энергию к потребителю, то чем выше напряжение на линии электропередач — тем меньше ток в проводах, при той же потребляемой мощности. Благодаря этому можно строить ЛЭП с большим напряжением, уменьшив сечение проводов, по сравнению с ЛЭП с низшим напряжением. Значит и сократятся расходы на строительство — чем тоньше провода, тем они дешевле.
Соответственно от станции электричество передается на повышающий трансформатор (при необходимости), а после этого с помощью ЛЭП осуществляется передача электроэнергии на ЦРП (центрально распределительные подстанции). Последние, в свою очередь, находятся в городах или в близком расстоянии от них. На ЦРП происходит понижение напряжения до 220 или же 110 кВ, откуда электроэнергия передается к подстанциям.
Далее напряжение еще раз понижают (уже до 6-10 кВ) и происходит распределение электрической энергии по трансформаторным пунктам, именуемым также ТП. К трансформаторным пунктам электричество может передаваться не по ЛЭП, а подземной кабельной линией, т.к. в городских условиях это будет более целесообразно. Дело в том, что стоимость полосы отчуждения в городах достаточно высокая и более выгодно будет прокопать траншею и заложить кабель в ней, нежели занимать место на поверхности.
От трансформаторных пунктов электроэнергия передается к многоэтажным домам, постройкам частного сектора, гаражному кооперативу и т.д. Обращаем ваше внимание на то, что на ТП напряжение еще раз понижается, уже до привычных нам 0,4 кВ (сеть 380 вольт).
Если кратко рассмотреть маршрут передачи электроэнергии от источника к потребителям, то он выглядит следующим образом: электростанция (к примеру, 10 кВ) – повышающая трансформаторная подстанция (от 110 до 1150 кв) – ЛЭП – понижающая трансформаторная подстанция – ТП (10-0,4 кВ) – жилые дома.
Вот таким способом электричество передается по проводам в наш дом. Как вы видите, схема передачи и распределения электроэнергии к потребителям не слишком сложная, все зависит от того, насколько большое расстояние.
Наглядно увидеть, как электрическая энергия поступает в города и доходит до жилого сектора, вы можете на картинке ниже:
Более подробно об этом вопросе рассказывают эксперты:
Как электричество поступает от источника к потребителю
Что еще важно знать
Также хотелось пару слов сказать о моментах, которые пересекаются с этим вопросом. Во-первых, уже достаточно долго проводятся исследования на тему того, как осуществить передачу электроэнергии без проводов. Существует множество идей, но самым перспективным на сегодняшний день решением является использование беспроводной технологии WI-Fi. Учёные из Вашингтонского университета выяснили, что этот способ вполне реален и приступили к более подробному исследованию вопроса.
Во-вторых, на сегодняшний день по ЛЭП передается переменный ток, а не постоянный. Это связано с тем, что преобразовательные устройства, которые сначала выпрямляют ток на входе, а потом снова делают его переменным на выходе, имеют достаточно высокую стоимость, что экономически не целесообразно. Однако все же пропускная способность линий электропередач постоянного тока в 2 раза выше, что также заставляет думать над тем, как ее более выгодно осуществить.
Вот мы и рассмотрели схему передачи электричества от источника к дому. Надеемся, вам стало понятно, как передается электроэнергия на расстоянии к потребителям и почему для этого используют высокое напряжение.
Будет интересно прочитать:
- Отключили свет за неуплату — что делать
- Что опаснее – переменный ток или постоянный
- Как подключить земельный участок к электросети
Как осуществляется передача электрической энергии?
Передача электрической энергии от электрических станций до потребителей осуществляется по электрическим сетям.
Электросетевое хозяйство — естественно-монопольный сектор электроэнергетики: потребитель может выбирать, у кого покупать электроэнергию (то есть энергосбытовую компанию), энергосбытовая компания может выбирать среди оптовых поставщиков (производителей электроэнергии), однако сеть, по которой поставляется электроэнергия, как правило, одна, и потребитель технически не может выбирать электросетевую компанию. С технической точки зрения, электрическая сеть представляет собой совокупность линий электропередачи (ЛЭП) и трансформаторов, находящихся на подстанциях.
Линии электропередачи представляют собой металлический проводник, по которому проходит электрический ток. В настоящее время практически повсеместно используется переменный ток. Электроснабжение в подавляющем большинстве случаев — трёхфазное, поэтому линия электропередачи, как правило, состоит из трёх фаз, каждая из которых может включать в себя несколько проводов. Конструктивно линии электропередачи делятся на воздушные и кабельные.
Воздушные ЛЭП подвешены над поверхностью земли на безопасной высоте на специальных сооружениях, называемых опорами. Как правило, провод на воздушной линии не имеет поверхностной изоляции; изоляция имеется в местах крепления к опорам. На воздушных линиях имеются системы грозозащиты. Основным достоинством воздушных линий электропередачи является их относительная дешевизна по сравнению с кабельными. Также гораздо лучше ремонтопригодность (особенно в сравнении с бесколлекторными КЛ): не требуется проводить земляные работы для замены провода, ничем не затруднён визуальный осмотр состояния линии. Однако, у воздушных ЛЭП имеется ряд недостатков:
широкая полоса отчуждения: в окрестности ЛЭП запрещено ставить какие-либо сооружения и сажать деревья; при прохождении линии через лес, деревья по всей ширине полосы отчуждения вырубаются;
незащищённость от внешнего воздействия, например, падения деревьев на линию и воровства проводов; несмотря на устройства грозозащиты, воздушные линии также страдают от ударов молнии.
По причине уязвимости, на одной воздушной линии часто оборудуют две цепи: основную и резервную;
эстетическая непривлекательность; это одна из причин практически повсеместного перехода на кабельный способ электропередачи в городской черте.
Кабельные линии (КЛ) проводятся под землёй. Электрические кабели имеют различную конструкцию, однако можно выявить общие элементы. Сердцевиной кабеля являются три токопроводящие жилы (по числу фаз). Кабели имеют как внешнюю, так и междужильную изоляцию. Обычно в качестве изолятора выступает трансформаторное масло в жидком виде, или промасленная бумага. Токопроводящая сердцевина кабеля, как правило, защищается стальной бронёй. С внешней стороны кабель покрывается битумом. Бывают коллекторные и бесколлекторные кабельные линии. В первом случае кабель прокладывается в подземных бетонных каналах — коллекторах. Через определённые промежутки на линии оборудуются выходы на поверхность в виде люков — для удобства проникновения ремонтных бригад в коллектор.
Вернуться назад
Насколько велики потери в ЛЭП?
Домашняя инфраструктура и электросеть Распределение и управление электроэнергией Насколько велики потери в линиях электропередач?
Энергетический менеджмент
| 162387 просмотров
2 мин чтения | Жак Шонек
Электроэнергия должна передаваться от крупных электростанций к потребителям по разветвленным сетям. Передача на большие расстояния создает потери мощности. Большая часть потерь энергии приходится на эффект Джоуля в трансформаторах и линиях электропередач. Энергия теряется в виде тепла в проводниках.
Принимая во внимание основные части типичной сети передачи и распределения, вот средние значения потерь мощности на разных этапах*:
- 1-2% – Повышающий трансформатор от генератора до линии электропередачи
- 2-4% – Линия передачи
- 1-2% – Понижающий трансформатор от линии электропередачи к распределительной сети
- 4-6% – Трансформаторы и кабели распределительных сетей
Тогда общие потери между электростанцией и потребителями находятся в диапазоне от 8 до 15%.
Это самая большая проблема?
Это не следует путать с эффективностью электростанций , таких как атомные, угольные или газовые турбины. Эти технологии основаны на термодинамическом цикле, КПД которого составляет порядка 35% . Это означает, что при сгорании, например, угля будет выделяться тепло, которое будет преобразовано в механическую энергию, а затем в электричество.
Глобальная трансформация представлена на картинке ниже, где «единицы» представляют собой единицы энергии.
Из оценки энергии можно сделать вывод, что 100 единиц, сэкономленных дома, могут сэкономить 300 единиц, сэкономленных на электростанции. Это должно стать реальным стимулом к экономии энергии для более экологичной окружающей среды.
Не путайте тепло и электричество!
Однако важно отметить, что единицы, сэкономленные на электростанции, являются единицами тепловой, а не электрической энергии. 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 противном случае эта оценка энергии относится к электростанциям, работающим на топливе, а не к возобновляемым источникам энергии, таким как гидроэлектростанции или ветряные турбины. Эти технологии имеют гораздо лучший КПД и не производят тепло для преобразования энергии. 100 единиц, сэкономленных дома, представляют собой гораздо меньше, чем 300 единиц, сэкономленных на электростанции.
Но это не повод зря тратить электроэнергию!
*Ссылка: документ МЭК «Эффективная передача и распределение электроэнергии» (2007 г.)
Теги: Энергоэффективность, энергосбережение
потерь при передаче: сколько электроэнергии теряется между электростанцией и вашей вилкой?
Потеряно при передаче
Джордан Вирфс-Брок |
youtube.com/embed/PNh6PO3aM4s?feature=oembed» frameborder=»0″ allowfullscreen=»»> Внутренняя энергия
Сколько энергии теряется по пути от электростанции к розетке в вашем доме? Этот вопрос задан Джимом Барлоу, архитектором из Вайоминга, в рамках нашего проекта IE Questions.
Чтобы найти ответ, нам нужно разбить его 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: Создание электричества
Электростанции – угольные, газовые, нефтяные или атомные – работают по одному и тому же общему принципу. Энергоемкий материал сжигается с выделением тепла, которое превращает воду в пар, который вращает турбину, вырабатывающую электричество. Термодинамические пределы этого процесса («Черт возьми, эта растущая энтропия!») означают, что только две трети энергии, содержащейся в сырье, фактически попадают 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 электростанций имеют примерно одинаковую эффективность, за исключением природного газа, в котором в последние годы наблюдается повышение эффективности с добавлением электростанций с комбинированным циклом. (Линия эффективности использования угля почти идентична ядерной энергии и выделена фиолетовым цветом).
Этап 2: Перемещение электроэнергии – передача и распределение
Большинство из нас не живут рядом с электростанцией. Так что нам как-то нужно провести электричество в наши дома. Это звучит как работа для линий электропередач.
Трансмиссия
Во-первых, электричество передается по высоковольтным линиям электропередач на большие расстояния, часто на многие мили по всей стране. Напряжение в этих линиях может составлять сотни тысяч вольт.
Вы не хотите возиться с этими строками.
Почему такое большое напряжение? Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно вспомнить немного школьной физики, а именно закон Ома. Закон Ома описывает, как связаны количество энергии в электричестве и его характеристики – напряжение, ток и сопротивление. Это сводится к следующему: масштаб потерь зависит от 90 112 квадратных 90 113 силы тока в проводе. Этот квадратный коэффициент означает, что крошечный скачок тока может вызвать большой скачок потерь. Поддержание высокого напряжения позволяет нам поддерживать низкий ток и потери. (Для любителей истории: вот почему AC выиграл битву токов. 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 уходит? Нагревать. Электроны, движущиеся вперед и назад, сталкиваются друг с другом, и эти столкновения нагревают линии электропередач и воздух вокруг них.
Вы действительно можете слышать эти потери: этот треск, когда вы стоите под опорой ЛЭП, означает потерю электричества. Вы также можете увидеть потери: заметили, как линии электропередач провисают посередине? Частично это гравитация. А остальное — электрические потери. Тепло, как и тепло от потерянного электричества, заставляет металлические линии электропередач расширяться. Когда они это делают, они провисают. В жаркие дни линии электропередачи более провисшие и негерметичные.
Распределение
Высоковольтные линии электропередач большие, высокие, дорогие и потенциально опасные, поэтому мы используем их только тогда, когда электричество должно передаваться на большие расстояния. На подстанциях рядом с вашим районом электричество передается на более мелкие линии электропередач с более низким напряжением — такие, как на деревянных столбах. Теперь мы говорим о десятках тысяч вольт. Затем трансформаторы (вещи в форме банки, сидящие на этих столбах) еще больше снижают напряжение, до 120 вольт, чтобы сделать вход в ваш дом безопасным.
Как правило, линии электропередач меньшего размера означают большие относительные потери. Таким образом, хотя по высоковольтным линиям электропередачи электричество может передаваться гораздо дальше — десятки или сотни миль — потери невелики, около двух процентов. И хотя ваше электричество может пройти 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 трлн БТЕ в США в 2013 г.
Jordan Wirfs-Brock
На этом графике показан средний процент потерь электроэнергии при передаче и распределении по штатам с 1990 по 2013 год. За исключением Айдахо, все штаты с наименьшими потерями являются сельскими, а штаты с самые высокие потери — все густонаселенные.
Забавный факт: потери при передаче и распределении, как правило, ниже в сельских штатах, таких как Вайоминг и Северная Дакота.
Почему? Менее густонаселенные штаты имеют больше высоковольтных линий электропередачи с низкими потерями и меньше низковольтных распределительных линий с высокими потерями. Изучите потери при передаче и распределении в вашем штате на нашем интерактивном графике.
Потери при передаче и распределении также варьируются от страны к стране. В некоторых странах, таких как Индия, потери достигают 30 процентов. Часто это происходит из-за воров электроэнергии.
Шаг 3. Использование электричества в доме
Коммунальные предприятия тщательно измеряют потери от электростанции до вашего счетчика. Они должны, потому что каждый бит, который они теряют, съедает их прибыль. Но как только вы купили электроэнергию и она поступает в ваш дом, мы теряем счет потерь.
Ваш дом и провода в ваших стенах — это что-то вроде черного ящика, 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 с помощью принципиальной схемы вашего дома, либо измерить его, установив счетчики на все ваши приборы.
Вы энергетический болван, пытающийся это сделать? Дайте нам знать, мы будем рады услышать от вас!
Потеря энергии в проводке внутри ваших стен: мы не знаем! Это может быть ничтожно мало, а может 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 компаниями из-за существующих горячих и протекающих линий электропередач.
Более экономичное решение по сокращению потерь при передаче и распределении состоит в том, чтобы изменить то, как и когда мы используем энергию. Потери не постоянная величина. Они меняются каждое мгновение в зависимости от таких вещей, как погода и энергопотребление. Когда спрос высок, например, когда мы все используем наши кондиционеры в жаркие летние дни, потери выше.