» » » » » » Transmisia energiei electrice

Transmisia energiei electrice

postat în: Electromagnetism | 0
Linii de transmisie a energiei electrică trifazate
Sursa https://en.wikipedia.org/wiki/File:500kV_3-Phase_Transmission_Lines.png 

(Linii de transmisie a energiei electrică trifazate de 500 kV la barajul Grand Coulee; se văd patru circuite, două circuite suplimentare sunt acoperite de copaci, întreaga capacitate a barajului este acoperită de aceste șase circuite. )

Transmisia energiei electrice este deplasarea în masă a energiei electrice dintr-un amplasament de generare, cum ar fi o centrală electrică, la o stație electrică. Liniile interconectate care facilitează această deplasare sunt cunoscute sub numele de rețea de transmisie. Acest lucru este diferit de cablajul local dintre stațiile de înaltă tensiune și clienți, care este denumit de obicei distribuția energiei electrice. Rețeaua de transmisie și de distribuție combinate este cunoscută sub denumirea de „rețea electrică„.

O rețea sincronă largă, cunoscută și sub denumirea de „interconectare”, conectează direct un număr mare de generatoare care furnizează curent alternativ cu aceeași frecvență relativă la un număr mare de consumatori. De exemplu, există patru interconexiuni majore în America de Nord (Interconexiunea de Vest, Interconectarea de Est, Interconexiunea Quebec și Consiliul de Fiabilitate Electrică din Texas (ERCOT)). În Europa, o rețea mare conectează majoritatea Europei continentale.

Din punct de vedere istoric, liniile de transport și de distribuție erau deținute de aceeași companie, dar începând din anii 1990, multe țări au liberalizat reglementarea pieței de energie electrică în moduri care au dus la separarea afacerii de transport de energie electrică de activitatea de distribuție.

Sisteme

Cele mai multe linii de transmisie sunt de curent alternativ (CA) trifazic de înaltă tensiune, deși CA de fază unică este uneori utilizat în sistemele de electrificare a căilor ferate. Tehnologia de înaltă tensiune de curent continuu (ITCC) este utilizată pentru o mai mare eficiență pe distanțe foarte lungi (de obicei sute de kilometri). Tehnologia ITCC este, de asemenea, utilizată în cablurile de alimentare submarine (de obicei, mai mult de 50 km) și în schimbul de energie între rețelele care nu sunt reciproc sincronizate. Conexiunile ITCC sunt folosite pentru stabilizarea rețelelor mari de distribuție a energiei electrice, în cazul în care încărcările bruște noi sau întreruperile într-o parte a unei rețele pot duce la probleme de sincronizare și la defecțiuni în cascadă.

Diagrama unui sistem de energie electrică cf. standardelor SUA (Diagrama unui sistem de energie electrică, sistemul de transmisie este în albastru)

Electricitatea este transmisă la tensiuni înalte (115 kV sau mai mari) pentru a reduce pierderile de energie care apar în transmisia pe distanțe lungi. Puterea este, de obicei, transmisă prin intermediul liniilor electrice aeriene. Transmisia subterană a energiei electrice are un cost de instalare semnificativ mai mare și limitări operaționale mai mari, dar costuri reduse de întreținere. Transmisia subterană este folosită uneori în zone urbane sau în locații sensibile din punct de vedere ecologic.

Lipsa instalațiilor de stocare a energiei electrice în sistemele de transmisie duce la o limitare-cheie. Energia electrică trebuie să fie generată în aceeași rată la care este consumată. Este necesar un sistem sofisticat de control pentru a se asigura că generarea de energie se potrivește foarte mult cu cererea. Dacă cererea de energie depășește puterea de alimentare, dezechilibrul poate provoca la instalațiile de generare și echipamentele de transmisie deconectarea sau închiderea automată pentru a preveni deteriorarea. În cel mai rău caz, acest lucru poate conduce la o serie de închideri în cascadă și la o întrerupere regională majoră. Rețelele electrice de transport sunt interconectate în rețele regionale, naționale și chiar continentale, pentru a reduce riscul unui astfel de eșec prin furnizarea de multiple căi alternative de redirecționare a fluxului de energie în cazul unor astfel de întreruperi. Companiile de transport determină capacitatea maximă fiabilă a fiecărei linii (în mod obișnuit mai mică decât limita fizică sau termică) pentru a se asigura că este disponibilă o capacitate de rezervă  în cazul unei defecțiuni în altă parte a rețelei.

Transmisia în masă a energiei electrice

O stație de transmisie a energiei electrice (O stație de transmisie scade tensiunea de intrare a energiei electrice, permițându-i să se conecteze de la o transmisie de înaltă tensiune pe distanțe lungi până la o distribuție locală de joasă tensiune, redirecționând puterea la alte linii de transmisie care servesc piețelor locale. Aceasta este substația PacifiCorp Hale, Utah, SUA)

Inginerii proiectează rețele de transmisie pentru a transporta energia cât mai eficient posibil, ținând în același timp seama de factorii economici, siguranța și redundanța rețelei. Aceste rețele utilizează componente precum linii electrice, cabluri, întrerupătoare de circuit, comutatoare și transformatoare. Rețeaua de transport este, de obicei, administrată la nivel regional de către o entitate, cum ar fi o organizație regională de transport sau un operator de sistem de transport.

Eficiența transmisiei este mult îmbunătățită de dispozitive care măresc tensiunea (și prin urmare reduc proporțional curentul) în conductorii de linie, permițând astfel transmiterea energiei cu pierderi acceptabile. Curentul redus care curge prin linie reduce pierderile de încălzire din conductori. Conform legii lui Joule, pierderile de energie sunt direct proporționale cu pătratul curentului. Astfel, reducerea curentului cu un factor de doi va reduce energia pierdută în rezistența conductorului cu un factor de patru pentru orice dimensiune a conductorului.

Dimensiunea optimă a unui conductor pentru o anumită tensiune și curent poate fi estimată prin legea lui Kelvin pentru mărimea conductorului, care prevede că dimensiunea este optimă atunci când costul anual al energiei pierdute în rezistență este egal cu costurile anuale de capital pentru furnizarea conductorului. În momente de rate ale dobânzii mai mici, legea lui Kelvin indică faptul că firele mai groase sunt optime; când metalele sunt scumpe, conductorii mai subțiri sunt indicați: totuși, liniile electrice sunt proiectate pentru utilizare pe termen lung, deci legea lui Kelvin trebuie utilizată împreună cu estimările pe termen lung ale prețului cuprului și aluminiului, precum și ratele dobânzilor pentru capital.

Creșterea tensiunii este atinsă în circuitele de curent alternativ prin utilizarea unui transformator ridicător de tensiune. Sistemele ITCC necesită echipamente de conversie relativ costisitoare, care pot fi justificate din punct de vedere economic pentru anumite proiecte, cum ar fi cablurile submarine și transmisia punct-la-punct de mare capacitate pe distanțe mari. ITCC este necesar pentru importul și exportul de energie între sistemele de rețea care nu sunt sincronizate între ele.

O rețea de transmisie este o rețea de centrale electrice, linii de transmisie și substații. Energia este de obicei transmisă într-o rețea cu CA trifazat. CA monofazat este utilizat numai pentru distribuirea către utilizatorii finali, deoarece nu este utilizabil pentru motoarele de inducție polifazate mari. În secolul al XIX-lea, a fost folosită transmisia în două faze, dar au fost necesare fie patru fire, fie trei fire cu curenți inegali. Sistemele de fază de comandă superioară necesită mai mult de trei fire, dar nu oferă niciun beneficiu.

Rețelele sincrone de energie electrică ale Uniunii Europene(Rețelele sincrone de energie electrică ale Uniunii Europene.)

Prețul capacității centralei electrice este ridicat, iar cererea electrică este variabilă, deci este adesea mai ieftin să imporți o parte din puterea necesară decât să o generezi local. Deoarece încărcările sunt adesea corelate regionale (vremea fierbinte într-o zonă ar putea determina mulți oameni să folosească aparatele de aer condiționat), energia electrică provine adesea din surse îndepărtate. Datorită avantajelor economice ale repartizării încărcăturii între regiuni, rețelele de transmisie pe scară largă cuprind acum țări și chiar continente. Rețeaua tip păianjen a interconexiunilor între producătorii de energie și consumatori ar trebui să permită fluxul de energie, chiar dacă unele legături sunt inoperante.

Porțiunea neschimbată (sau variabilă de-a lungul multor ore) din cererea electrică este cunoscută drept încărcătura de bază și este, în general, servită de facilități mari (care sunt mai eficiente datorită economiilor la scară) cu costuri fixe pentru combustibil și funcționare. Astfel de instalații sunt nucleare, pe bază de cărbune, sau hidroelectrice, în timp ce alte surse de energie, dar și energia solară concentrată și energia geotermală au potențialul de a furniza energie pentru încărcătura de bază. Sursele de energie regenerabile, cum ar fi fotovoltaicele solare, vântul, valurile și mareele, nu sunt luate în considerate, ca urmare a intermitenței, pentru furnizarea de energie în „încărcătura de bază”, dar vor adăuga energie în rețea. Cererea de energie rămasă sau ”de vârf” este furnizată de centralele electrice de vârf, care sunt în mod obișnuit mai mici, cu o reacție mai rapidă și cu surse de cost mai mari, cum ar fi instalațiile cu turbină combinată sau cu combustie alimentată cu gaze naturale.

Distribuția pe distanțe lungi a energiei electrice (sute de kilometri) este ieftină și eficientă, comparativ cu costurile medii anuale ale producătorului, și tarifele cu amănuntul. Mai multe surse locale (chiar dacă sunt mai scumpe și rareori utilizate) pot face grila de transmisie mai tolerantă la erori de vreme și alte dezastre care pot deconecta furnizorii aflați la distanță.

Transmisia pe distanțe lungi permite utilizarea resurselor de energie regenerabile de la distanță pentru a înlocui consumul de combustibil fosil. Sursele hidro și eoliene nu pot fi mutate mai aproape de orașele populate, iar costurile solare sunt cele mai scăzute în zonele îndepărtate unde nevoile locale de energie sunt minime. Numai costurile de conectare pot determina dacă o anumită alternativă regenerabilă este sensibilă din punct de vedere economic. Costurile pot fi prohibitive pentru liniile de transport, însă diferite propuneri de investiții masive în infrastructură în rețelele de transport de mare capacitate, de mare distanță, pot fi recuperate cu taxe modeste de utilizare.

Summary
Review Date
Reviewed Item
Transmisia energiei electrice
Author Rating
51star1star1star1star1star

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *

Acest sit folosește Akismet pentru a reduce spamul. Află cum sunt procesate datele comentariilor tale.