Energetický systém země — stručný popis, charakteristika práce v různých situacích

Energetický systém země je kombinací několika prvků - elektráren, zaváděcích a snižovacích rozvoden, elektrických a tepelných sítí.

Elektrárny vyrábějí elektrickou a tepelnou (pro KVET) energii. Elektrická energie, generované elektrárnami, se zvyšuje na požadovanou hodnotu napětí v posilovacích stanicích a přivádí se do sítě, zejména do hlavních elektrických sítí, kde je dále distribuován podle množství energie spotřebované určitým regionem, podnikem v rámci elektrizační soustavy zemi nebo samostatnou oblast.

Pokud mluvíme o energetickém systému země, páteřní sítě proplétají celé její území. Mezi hlavní sítě patří vedení 220, 330, 750 kV, kterými protékají velké toky energie – od několika stovek MW až po desítky GW.

Další etapou je transformace dálkových sítí vn pro regionální, uzlové rozvodny, rozvodny velkých podniků s napětím 110 kV. Výkon toků v řádu desítek MW protéká sítěmi 110 kV.

V rozvodnách 110 kV je elektřina distribuována do menších uživatelských rozvoden v obydlených oblastech a různých podniků s napětím 6, 10, 35 kV. Kromě toho je síťové napětí sníženo na hodnoty požadované uživatelem. Pokud se jedná o sídla a malé podniky, pak je napětí sníženo na 380/220 V. Existují i ​​zařízení velkých průmyslových podniků, která jsou přímo napájena vysokým napětím 6 kV.

CHP (CHP) kromě elektrické energie vyrábějí teplo, které se využívá k vytápění budov a staveb. Tepelná energie dodávaná tepelnou elektrárnou je distribuována spotřebitelům prostřednictvím tepelných sítí.

Charakteristika energetické soustavy

Při zvažování provozu elektrizační soustavy je třeba věnovat zvláštní pozornost procesům přenosu elektrické energie. Výroba a přenos elektrické energie je složitý vzájemně související proces.

V elektrickém energetickém systému probíhá výroba, přenos a spotřeba energie spotřebiteli nepřetržitě, v reálném čase. Akumulace elektřiny (akumulace) v objemech elektrizační soustavy neprobíhá, proto je v elektrizační soustavě neustále sledována bilance mezi vyrobenou a spotřebovanou elektřinou.

Zvláštností elektroenergetických systémů je téměř okamžitý přenos elektrické energie ze zdrojů ke spotřebitelům a nemožnost akumulovat ji ve významném množství. Tyto vlastnosti určují simultánnost procesu výroby a spotřeby elektrické energie.

Při výrobě a spotřebě elektrické energie střídavého proudu odpovídá rovnost vyrobené a spotřebované elektřiny v libovolném časovém okamžiku rovnosti vyrobeného a spotřebovaného činného a jalového výkonu.

Elektrárny proto musí v každém okamžiku ve stacionárním režimu elektrizační soustavy vyrábět výkon rovnající se výkonu spotřebičů a pokrývat energetické ztráty v přenosové elektrické síti, tzn. .

Pojem bilance jalového výkonu souvisí s vlivem reaktivní síla, přenášené přes prvky elektrické sítě, do napěťového režimu. Narušení bilance jalového výkonu vede ke změně napěťové hladiny v síti.

Typicky energetické systémy, které mají nedostatečný činný výkon, mají také nedostatek jalového výkonu. Efektivnější je však chybějící jalový výkon nepřenášet ze sousedních energetických soustav, ale generovat jej v kompenzačních zařízeních instalovaných v této energetické soustavě.

Jedním z hlavních ukazatelů přítomnosti rovnováhy mezi vyrobenou a spotřebovanou elektrickou energií je frekvence sítě… Frekvence elektrické sítě v Rusku, Bělorusku, na Ukrajině a ve většině evropských zemí je 50 Hz.Pokud je frekvence elektrizační soustavy země do 50 Hz (tolerance ± 0,2 Hz), znamená to, že je dodržena energetická bilance.

V případě deficitu vyrobené elektřiny, zejména její účinné látky, dochází k deficitu výkonu, tedy k narušení energetické bilance. V tomto případě dochází k poklesu frekvence elektrické sítě pod přípustnou hodnotu. Čím větší je deficit elektřiny v elektrizační soustavě, tím nižší je frekvence.

Proces narušení energetické bilance je pro energetický systém nejnebezpečnější a pokud není zastaven v počáteční fázi, dojde k úplnému kolapsu energetického systému.

Aby se zabránilo zhroucení energetického systému při absenci energie v distribučních rozvodnách, používá se nouzová automatizace — automatické vykládání frekvence (AChR) a automatizace eliminace asynchronního režimu (ALAR).

AChR automaticky vypíná určitou část zátěže spotřebičů, což snižuje energetický deficit v elektrizační soustavě. ALAR je sofistikovaný automatický systém, který automaticky detekuje a odstraňuje asynchronní režimy v elektrických sítích. V případě výpadku napájení v elektrizační soustavě spolupracuje ALAR s AFC.

Ve všech úsecích energetického systému jsou možné různé nouzové situace: poškození různých zařízení ve stanicích a rozvodnách, poškození kabelových a nadzemních elektrických vedení, narušení normálního provozu reléových ochranných a automatizačních zařízení atd. uživatelé v souladu s jejich kategorie spolehlivosti napájení.

Charakteristika regulace napětí

Napětí v napájecím systému je regulováno tak, aby byly zajištěny normální hodnoty napětí ve všech oblastech. Regulace napětí u koncového uživatele se provádí podle průměrných hodnot napětí získaných z větších rozvoden.

Zpravidla se takové nastavení provádí jednou, poté se napětí upravuje ve velkých uzlech - regionálních rozvodnách, protože je nepraktické neustále upravovat napětí každé spotřebitelské rozvodny kvůli jejich velkému počtu.

Regulace napětí v rozvodnách se provádí pomocí mimookruhových přepínačů odboček a zátěžových spínačů zabudovaných do výkonových transformátorů a autotransformátorů. Regulace pomocí vypínacích spínačů se provádí při odpojeném transformátoru od sítě (spínání bez buzení). Spínací zařízení pod zatížením umožňují regulaci zátěžového napětí, tedy bez nutnosti nejprve odpojit transformátor (autotransformátor).

Regulaci napětí pomocí spínače zátěže výkonových transformátorů lze provádět automaticky i ručně a v závislosti na technickém stavu transformátorů (autotransformátorů), aby se prodloužila životnost spínačů při zatížení, lze je rozhodnuto regulovat napětí výhradně v ručním režimu s předběžným odstraněním zátěže z transformátoru.Zároveň je zachována možnost přepínání odboček přepínače odboček a v případě potřeby rychlé regulace napětí lze tuto operaci provést bez předchozího odpojení zátěže z transformátoru.

Ztráty síly a energie

Přenos elektrické energie je nevyhnutelně doprovázen výkonovými a energetickými ztrátami v transformátorech a vedeních. Tyto ztráty musí být pokryty odpovídajícím zvýšením kapacity napájecího zdroje, což vede ke zvýšení kapitálových investic do výstavby energetické soustavy.

Kromě toho ztráty výkonu a energie způsobují další spotřebu paliva v elektrárnách, náklady na elektřinu, čímž zvyšují náklady na elektřinu. Proto je nutné při návrhu usilovat o snížení těchto ztrát ve všech prvcích elektrické přenosové sítě.

Viz také: Výkon a ztráty energie v elektrických obvodech a Opatření ke snížení ztrát v elektrických sítích

Paralelní provoz energetických systémů

Elektrizační soustavy zemí nebo samostatné části elektrizační soustavy v rámci země mohou být vzájemně propojeny a jako celek tvoří propojenou elektrizační soustavu.

Pokud mají dva energetické systémy stejné parametry, mohou pracovat paralelně (synchronně). Možnost synchronního provozu dvou elektrizačních soustav umožňuje výrazně zvýšit jejich spolehlivost, protože v případě velkého deficitu výkonu v jedné z elektrizačních soustav může být tento deficit pokryt jinou elektrizační soustavou.Propojením elektrizačních soustav více zemí je možné elektřinu mezi těmito zeměmi exportovat nebo importovat.

Pokud však mají dva energetické systémy určité rozdíly v elektrických parametrech, zejména ve frekvenci elektrické sítě, pak je v případě nutnosti kombinovat tyto energetické systémy nepřijatelné jejich přímé spojení s paralelním provozem.

V tomto případě se ze situace dostanou pomocí vedení stejnosměrného proudu k přenosu elektřiny mezi energetickými systémy, což umožňuje kombinovat nesynchronizované energetické systémy vyznačující se různými frekvencemi sítě.