Transmisia energiei electrice este un proces în furnizarea de energie electrică către consumatori. Se referă la transferul „masiv” de energie electrică dintr-un loc în altul.

engineering

Linii de transport în Lund, Suedia

Cuprins

  • 1 Definiție
  • 2 transmisie de curent alternativ
    • 2.1 Intrare grilă
    • 2.2 Pierderi
    • 2.3 HVDC
    • 2.4 Ieșire grilă
  • 3 Comunicări
  • 4 Reforma pieței energiei electrice
  • 5 Probleme de sănătate
  • 6 Metode alternative de transmisie
  • 7 Rețele speciale de transmisie pentru căi ferate
  • 8 înregistrări
  • 9 A se vedea, de asemenea
  • 10 Legături externe
  • 11 Referințe
  • 12 Lecturi suplimentare

Definiție [editați | editează sursa]

În mod obișnuit, transmisia energiei se face între centrală și o stație din vecinătatea unei zone populate. Acest lucru este distinct de distribuția energiei electrice care se referă la livrarea de la substație către consumatori. Datorită cantității mari de energie implicată, transmisia are loc în mod normal la tensiune înaltă (110 kV sau mai mare). Electricitatea este de obicei trimisă pe distanțe mari prin liniile aeriene de transmisie a energiei (cum ar fi cele din fotografia din dreapta). Puterea este transmisă în subteran în zonele dens populate (cum ar fi orașele mari), dar este de obicei evitată din cauza pierderilor ridicate de capacitate și rezistență suportate.

Un sistem de transmisie a puterii este uneori denumit în mod colocvial „rețea”. Cu toate acestea, din motive de economie, rețeaua este rareori o rețea (o rețea complet conectată) în sens matematic. Căile și liniile redundante sunt furnizate astfel încât energia să poată fi direcționată de la orice centrală electrică la orice centru de încărcare, printr-o varietate de căi, pe baza economiei căii de transmisie și a costului energiei. O mare parte a analizei este făcută de companiile de transport pentru a determina capacitatea maximă fiabilă a fiecărei linii, care, din considerente de stabilitate a sistemului, poate fi mai mică decât limita fizică a liniei. Dereglementarea companiilor de electricitate din multe țări a condus la un interes reînnoit pentru proiectarea economică fiabilă a rețelelor de transport. Separarea funcțiilor de transmisie și generare este unul dintre factorii care au contribuit la întreruperea din 2003 a Americii de Nord.

Transmisie curent alternativ [editați | editează sursa]

Turnuri de transmisie în mediul rural din Noua Zeelandă

Transmisia de curent alternativ este transmisia de energie electrică prin curent alternativ. De obicei liniile de transmisie utilizează curent alternativ trifazat. În căile ferate electrice, uneori curentul alternativ monofazat este utilizat ca curent de tracțiune pentru tracțiunea feroviară.

Astăzi, tensiunile la nivelul transmisiei sunt de obicei considerate a fi de 110 kV sau mai mari. Tensiunile mai mici, cum ar fi 66 kV și 33 kV, sunt de obicei considerate tensiuni de sub-transmisie, dar sunt folosite ocazional pe linii lungi cu sarcini ușoare. Tensiuni mai mici de 33 kV sunt utilizate de obicei pentru distribuție. Tensiunile de peste 230 kV sunt considerate de înaltă tensiune și necesită modele diferite în comparație cu echipamentele utilizate la tensiuni mai mici.

Transmisie de energie în vrac

O rețea de transmisie este o rețea de centrale electrice, circuite de transmisie și stații. Energia este transmisă de obicei în rețea cu curent alternativ trifazat (AC).

Costul de capital al centralelor electrice este atât de mare, iar cererea electrică este atât de variabilă, încât este adesea mai ieftin să importăm o parte din sarcina variabilă decât să o generăm local. Deoarece încărcăturile din apropiere sunt adesea corelate (vremea caldă din partea de sud-vest a Statelor Unite [1] ar putea determina mulți oameni de acolo să-și aprindă aparatele de aer condiționat), electricitatea importată trebuie să vină adesea de departe. Datorită economiei irezistibile a echilibrării încărcăturii, rețelele de transmisie se întind acum pe țări și chiar pe porțiuni mari de continente. Rețeaua de interconectări între producătorii de energie și consumatori asigură faptul că puterea poate circula chiar dacă o legătură este dezactivată.

Transmiterea de energie electrică pe distanțe lungi este aproape întotdeauna mai scumpă decât transportul combustibililor folosiți pentru a produce acea electricitate. Ca rezultat, există o presiune economică pentru a localiza centralele electrice cu combustibil lângă centrele de populație pe care le deservesc. Excepțiile evidente sunt turbinele hidroelectrice - țevile umplute cu apă de înaltă presiune fiind mai scumpe decât firele electrice. Porțiunea variabilă a cererii electrice este cunoscută sub numele de „sarcină de bază” și este în general deservită cel mai bine de instalațiile cu costuri variabile mici, dar cu costuri fixe ridicate, cum ar fi centralele nucleare sau cele mari pe cărbune.

Introducere grilă [editare | editează sursa]

La centralele generatoare energia este produsă la o tensiune relativ scăzută de până la 25 kV (Grigsby, 2001, p. 4-4), apoi intensificată de transformatorul centralei la o tensiune mai mare pentru transmisie pe distanțe mari până la ieșirea din rețea. puncte (substații).

Pierderi [editați | editează sursa]

Este necesar să transmiteți energia electrică la tensiune ridicată pentru a reduce procentul de energie pierdută. Pentru o cantitate dată de putere transmisă, o tensiune mai mare reduce curentul și astfel pierderile rezistive din conductor. Transmiterea pe distanțe lungi se face de obicei cu linii aeriene la tensiuni de 110 până la 765 kV. Cu toate acestea, la tensiuni extrem de ridicate, mai mult de 2 milioane de volți între conductor și masă, pierderile de descărcare corona sunt atât de mari încât să compenseze avantajul pierderilor de încălzire mai mici în conductorii de linie.

Pierderile din transport și distribuție în SUA au fost estimate la 7,2% în 1995 [2], iar în Marea Britanie la 7,4% în 1998. [3]

Într-o linie de transmisie a curentului alternativ, inductanța și capacitatea conductoarelor de linie pot fi semnificative. Curenții care curg în aceste componente ale impedanței liniei de transmisie constituie putere reactivă, care nu transmite energie către sarcină. Debitul de curent reactiv provoacă pierderi suplimentare în circuitul de transmisie. Fracțiunea din fluxul total de energie (putere) care este putere rezistivă (spre deosebire de puterea reactivă) este factorul de putere. Utilitățile adaugă bănci de condensatoare și alte componente în întregul sistem - cum ar fi transformatoare cu schimbare de fază, compensatoare statice VAr și sisteme flexibile de transmisie AC (FACTS) - pentru a controla fluxul de putere reactivă pentru reducerea pierderilor și stabilizarea tensiunii sistemului.

HVDC [editați | editează sursa]

DC de înaltă tensiune (HVDC) este utilizat pentru a transmite cantități mari de energie pe distanțe mari sau pentru interconectări între rețelele asincrone. Când este necesară transmiterea energiei electrice pe distanțe foarte mari, poate fi mai economic să transmită folosind curent continuu în loc de curent alternativ. Pentru o linie de transmisie lungă, valoarea pierderilor mai mici și costul redus de construcție al unei linii de curent continuu poate compensa costul suplimentar al stațiilor de conversie la fiecare capăt al liniei. De asemenea, la tensiuni de curent alternativ ridicate se pierd cantități semnificative de energie datorită descărcării coroanei, capacității dintre faze sau, în cazul cablurilor îngropate, între faze și solul sau apa în care este îngropat cablul. Deoarece fluxul de energie printr-o legătură HVDC este direct controlabil, legăturile HVDC sunt uneori folosite într-o rețea pentru a stabiliza rețeaua împotriva problemelor de control cu ​​fluxul de energie de curent alternativ. Un exemplu important al unei astfel de linii de transport este Pacific Intertie situat în vestul Statelor Unite.

Ieșire grilă [editați | editează sursa]

La stații, transformatoarele sunt din nou utilizate pentru a reduce tensiunea la o tensiune mai mică pentru distribuția către utilizatorii comerciali și rezidențiali. Această distribuție se realizează cu o combinație de transmisie secundară (33 kV la 115 kV, variind în funcție de țară și cerințele clienților) și distribuție (3,3 până la 25 kV). În cele din urmă, la punctul de utilizare, energia este transformată în tensiune scăzută (100 până la 600 V, în funcție de țară și cerințele clientului).

Comunicații [editați | editează sursa]

Operatorii de linii lungi de transmisie necesită comunicații fiabile pentru controlul rețelei electrice și, adesea, a instalațiilor de producție și distribuție asociate. Releele de protecție de detectare a defecțiunilor de la fiecare capăt al liniei trebuie să comunice pentru a monitoriza fluxul de energie în și din secțiunea de linie protejată. Protecția liniei de transmisie împotriva scurtcircuitelor și a altor defecțiuni este de obicei atât de critică încât telecomunicațiile purtătorului comun nu sunt suficient de fiabile. În zonele îndepărtate este posibil ca un transportator comun să nu fie deloc disponibil. Sistemele de comunicații asociate cu un proiect de transmisie pot utiliza:

Rareori, și pentru distanțe scurte, un utilitar va folosi fire pilot înșirate de-a lungul traseului liniei de transmisie. Nu sunt preferate circuitele închiriate de la transportatorii obișnuiți, deoarece disponibilitatea nu este sub controlul organizației de transport a energiei electrice.

Liniile de transmisie pot fi, de asemenea, utilizate pentru transportul de date: aceasta se numește transportator de linie electrică sau PLC. Semnalele PLC pot fi recepționate cu ușurință cu un radio pentru gama de unde lungi.

Uneori există și cabluri de comunicații care utilizează structurile liniei de transmisie. Acestea sunt în general cabluri din fibră optică. Ele sunt adesea integrate în conductorul de la sol (sau pământ). Uneori se folosește un cablu independent, care este fixat în mod obișnuit la traversa superioară. Pe sistemul EnBW din Germania, cablul de comunicație poate fi suspendat de conductorul de masă (pământ) sau înșirat ca un cablu independent.

Unele jurisdicții, cum ar fi Minnesota, interzic companiilor de transport de energie să vândă surplus de lățime de bandă de comunicare sau să acționeze ca un operator comun de telecomunicații. Acolo unde structura de reglementare o permite, utilitatea poate vinde capacitate în „fibre întunecate” suplimentare unui transportator comun, oferind un alt flux de venituri pentru linie.

Reforma pieței energiei electrice [editați | editează sursa]

Transmisia este un monopol natural și există multe mișcări în multe țări pentru a reglementa separat transportul (a se vedea piața electricității din Noua Zeelandă). În SUA, Comisia Federală de Reglementare în Domeniul Energiei a emis un aviz cu privire la elaborarea de reguli propuse prin care se stabilea un proiect de piață standard (SMD) care ar urma să înființeze organizații regionale de transport (RTO). Primul RTO din America de Nord este Operatorul de sistem independent de transport din Midwest (MISO) [4]. Autoritatea MISO acoperă părți ale rețelei de transport în partea de vest a SUA și într-o provincie din Canada (printr-un acord de coordonare cu Manitoba Hydro). MISO operează, de asemenea, piața angro de energie electrică în partea din această zonă a Statelor Unite.

În iulie 2005, noul președinte al FERC, Joseph Kelliher, a anunțat sfârșitul eforturilor SMD, deoarece „procesul de reglementare a fost depășit prin formarea voluntară a RTO-urilor și ISO-urilor” conform FERC.

Spania a fost prima țară care a înființat o organizație regională de transport. În acea țară, operațiunile de transport și operațiunile de piață sunt controlate de companii separate. Operatorul sistemului de transport este Red Eléctrica de España (REE) [5], iar operatorul pieței angro de energie electrică este Operador del Mercado Ibérico de Energía - Polo Español, S.A. (OMEL) [6]. Sistemul de transport al Spaniei este interconectat cu cele din Franța, Portugalia și Maroc.

Probleme de sănătate [editați | editează sursa]

Unii susțin că trăirea în apropierea liniilor electrice de înaltă tensiune prezintă un pericol pentru animale și oameni. Unii au susținut că radiațiile electromagnetice de la liniile electrice cresc riscul anumitor tipuri de cancer. Unele studii susțin această teorie, iar altele nu. Majoritatea studiilor efectuate pe populații mari nu reușesc să arate o corelație clară între cancer și apropierea liniilor electrice, dar un studiu realizat în 2005 la Universitatea Oxford a constatat o creștere semnificativă statistic a ratelor de leucemie infantilă [7]. Studii recente (2003) conectează ruptura ADN-ului cu câmpuri magnetice de curent alternativ.

Opinia științifică actuală este că este puțin probabil ca liniile electrice să prezinte un risc crescut de cancer sau alte boli somatice. Pentru o discuție detaliată a acestui subiect, inclusiv referințe la o varietate de studii științifice, consultați Întrebările frecvente privind liniile de alimentare și cancerul. Problema este, de asemenea, discutată pe larg în cartea lui Robert L. Park Știința Voodoo.

Metode alternative de transmisie [editați | editează sursa]

Hidetsugu Yagi a încercat să elaboreze un sistem de transmisie a energiei fără fir. În timp ce a reușit să demonstreze o dovadă a conceptului, problemele de inginerie puse în aplicare au fost mai grele decât sistemele convenționale. Totuși, lucrarea sa a dus la inventarea antenei yagi.

O altă formă de transmisie a energiei fără fir a fost studiată pentru transmiterea energiei de la sateliții solari către pământ. O gamă de putere mare de emițătoare cu microunde ar transmite energie către o rectenă într-o zonă deșert nepopulată. Orice proiect de satelit cu energie solară se confruntă cu formidabile probleme de inginerie, de mediu și economice.

Există un potențial pentru utilizarea transmisiei prin cablu supraconductor pentru a furniza energie electrică consumatorilor, dat fiind că deșeurile sunt reduse la jumătate folosind această metodă. Astfel de cabluri sunt potrivite în special zonelor cu densitate mare de încărcare, cum ar fi cartierul de afaceri din marile orașe, unde achiziționarea unui drept de trecere pentru cabluri ar fi foarte costisitoare. [8]

Rețele speciale de transmisie pentru căile ferate [editați | editează sursa]

În unele țări în care trenurile electrice funcționează cu curent alternativ de joasă frecvență (de exemplu, 16,7 Hz și 25 Hz), există rețele de tracțiune monofazate separate, operate de căile ferate. Aceste rețele sunt alimentate de generatoare separate în unele centrale electrice sau de centrale de conversie a curentului de tracțiune din rețeaua de curent alternativ publică trifazată. Probele de tensiune de transmisie includ:

  • 25 kV (Regatul Unit)
  • 25 și 50 kV (Africa de Sud)
  • 66 și 132 kV (Elveția)
  • 110 kV (Germania, Austria)