Energetický systém krajiny — stručný popis, charakteristika práce v rôznych situáciách

Energetický systém krajiny je kombináciou viacerých prvkov – elektrární, stupňových a znižovacích rozvodní, elektrických a tepelných sietí.

Elektrárne vyrábajú elektrickú a tepelnú (pre KVET) energiu. Elektrická energia, generované elektrárňami, sa zvyšuje na požadovanú hodnotu napätia v posilňovacích staniciach a privádza sa do siete, najmä do hlavných elektrických sietí, kde sa ďalej distribuuje podľa množstva spotrebovanej energie v určitom regióne, podniku v rámci elektrizačnej sústavy krajine alebo samostatnom regióne.

Ak hovoríme o energetickom systéme krajiny, chrbticové siete prepletajú celé jej územie. Medzi hlavné siete patria vedenia 220, 330, 750 kV, ktorými prúdia veľké toky energie – od niekoľkých stoviek MW až po desiatky GW.

Ďalšou etapou je transformácia diaľkových sietí vysokého napätia pre regionálne, uzlové rozvodne, rozvodne veľkých podnikov s napätím 110 kV. Toky energie v desiatkach MW toku cez 110 kV siete.

V 110 kV rozvodniach je elektrina distribuovaná do menších užívateľských rozvodní v obývaných oblastiach a rôznych podnikov s napätím 6, 10, 35 kV. Okrem toho sa sieťové napätie zníži na hodnoty požadované používateľom. Ak ide o sídla a malé podniky, potom sa napätie zníži na 380/220 V. Existujú aj zariadenia veľkých priemyselných podnikov, ktoré sú priamo napájané vysokým napätím 6 kV.

CHP (CHP) okrem elektrickej energie vyrábajú teplo, ktoré sa využíva na vykurovanie budov a stavieb. Tepelná energia dodávaná tepelnou elektrárňou je distribuovaná spotrebiteľom prostredníctvom tepelných sietí.

Charakteristika energetického systému

Pri zvažovaní prevádzky elektrizačnej sústavy je potrebné venovať osobitnú pozornosť procesom prenosu elektrickej energie. Výroba a prenos elektrickej energie je zložitý, vzájomne prepojený proces.

V elektrizačnom systéme prebieha výroba, prenos a spotreba energie spotrebiteľmi nepretržite, v reálnom čase. Akumulácia elektriny (akumulácia) v objemoch elektrizačnej sústavy neprebieha, preto je v elektrizačnej sústave neustále monitorovaná rovnováha medzi vyrobenou a spotrebovanou elektrinou.

Zvláštnosťou elektroenergetických systémov je takmer okamžitý prenos elektrickej energie zo zdrojov k spotrebiteľom a nemožnosť akumulovať ju vo významných množstvách. Tieto vlastnosti určujú simultánnosť procesu výroby a spotreby elektrickej energie.

Pri výrobe a spotrebe elektrickej energie striedavého prúdu zodpovedá rovnosť vyrobenej a spotrebovanej elektriny v akomkoľvek časovom okamihu rovnosti vyrobeného a spotrebovaného činného a jalového výkonu.

Elektrárne preto musia v každom okamihu v stacionárnom režime elektrizačnej sústavy vyrábať energiu rovnajúcu sa výkonu spotrebiteľov a pokryť energetické straty v prenosovej sieti, t.j. treba dodržať rovnováhu vyrobenej a spotrebovanej energie. .

Koncept rovnováhy jalového výkonu súvisí s vplyvom jalový výkon, prenášané cez prvky elektrickej siete, do napäťového režimu. Narušenie rovnováhy jalového výkonu vedie k zmene úrovne napätia v sieti.

Energetické systémy, ktoré majú nedostatok aktívneho výkonu, majú zvyčajne nedostatok aj v jalovom výkone. Je však efektívnejšie neprenášať chýbajúci jalový výkon zo susedných elektrizačných sústav, ale generovať ho v kompenzačných zariadeniach inštalovaných v tejto elektrizačnej sústave.

Jedným z hlavných ukazovateľov prítomnosti rovnováhy medzi vyrobenou a spotrebovanou elektrickou energiou je frekvencia siete… Frekvencia elektrickej siete v Rusku, Bielorusku, na Ukrajine a vo väčšine európskych krajín je 50 Hz.Ak je frekvencia elektrizačnej sústavy krajiny do 50 Hz (tolerancie ± 0,2 Hz), znamená to, že je dodržaná energetická bilancia.

V prípade deficitu vyrobenej elektriny, najmä jej účinnej látky, dochádza k energetickému deficitu, teda k narušeniu energetickej bilancie. V tomto prípade dochádza k poklesu frekvencie elektrickej siete pod prípustnú hodnotu. Čím väčší je deficit elektriny v elektrizačnej sústave, tým nižšia je frekvencia.

Proces narúšania energetickej bilancie je pre energetický systém najnebezpečnejší a ak sa nezastaví v počiatočnom štádiu, dôjde k úplnému kolapsu energetického systému.

Aby sa predišlo kolapsu energetického systému pri absencii napájania v distribučných rozvodniach, používa sa núdzová automatizácia — automatické vykladanie frekvencie (AChR) a automatizácia eliminácie asynchrónneho režimu (ALAR).

AChR automaticky vypína určitú časť záťaže spotrebičov, čím sa znižuje energetický deficit v elektrizačnej sústave. ALAR je sofistikovaný automatický systém, ktorý automaticky zisťuje a odstraňuje asynchrónne režimy v elektrických sieťach. V prípade výpadku napájania v napájacej sústave ALAR spolupracuje s AFC.

Vo všetkých častiach energetického systému sú možné rôzne núdzové situácie: poškodenie rôznych zariadení na staniciach a rozvodniach, poškodenie káblových a nadzemných elektrických vedení, narušenie normálnej prevádzky reléových ochranných a automatizačných zariadení atď. užívateľov v súlade s ich kategória spoľahlivosti napájania.

Charakteristika regulácie napätia

Napätie v napájacom systéme je regulované tak, aby sa zabezpečili normálne hodnoty napätia vo všetkých oblastiach. Regulácia napätia u koncového užívateľa sa vykonáva podľa priemerných hodnôt napätia získaných z väčších rozvodní.

Takéto nastavenie sa spravidla vykonáva raz, potom sa napätie upraví vo veľkých uzloch - regionálnych rozvodniach, pretože je nepraktické neustále upravovať napätie každej spotrebiteľskej rozvodne z dôvodu ich veľkého počtu.

Regulácia napätia v rozvodniach sa vykonáva pomocou prepínačov odbočiek a záťažových spínačov zabudovaných do výkonových transformátorov a autotransformátorov. Regulácia pomocou vypínacích spínačov sa vykonáva pri odpojenom transformátore od siete (spínanie bez budenia). Spínacie zariadenia pri zaťažení umožňujú reguláciu záťažového napätia, t.j. bez nutnosti predchádzajúceho odpojenia transformátora (autotransformátora).

Reguláciu napätia pomocou spínača záťaže výkonových transformátorov je možné vykonávať automaticky aj ručne, v závislosti od technického stavu transformátorov (autotransformátorov), aby sa predĺžila životnosť spínačov pri záťaži, môže sa rozhodne regulovať napätie výlučne v manuálnom režime s predbežným odstránením záťaže z transformátora.Zároveň je zachovaná možnosť prepínania odbočiek prepínača odbočiek pod záťažou a v prípade potreby rýchlej regulácie napätia je možné túto operáciu vykonať bez predchádzajúceho odstránenia záťaže z transformátora.

Straty sily a energie

Prenos elektrickej energie je nevyhnutne sprevádzaný výkonovými a energetickými stratami v transformátoroch a vedeniach. Tieto straty je potrebné pokryť zodpovedajúcim zvýšením kapacity napájania, čo vedie k zvýšeniu kapitálových investícií na výstavbu elektrizačnej sústavy.

Okrem toho straty energie a energie spôsobujú dodatočnú spotrebu paliva v elektrárňach, náklady na elektrickú energiu, čím zvyšujú náklady na elektrickú energiu. Preto je potrebné pri návrhu usilovať sa o zníženie týchto strát vo všetkých prvkoch siete na prenos elektrickej energie.

Pozri tiež: Výkon a strata energie v elektrických obvodoch a Opatrenia na zníženie strát v elektrických sieťach

Paralelná prevádzka energetických systémov

Elektrizačné sústavy krajín alebo samostatné úseky elektrizačnej sústavy v rámci krajiny môžu byť navzájom prepojené a ako celok tvoria prepojenú elektrizačnú sústavu.

Ak majú dva energetické systémy rovnaké parametre, môžu pracovať paralelne (synchrónne). Možnosť synchrónneho chodu dvoch elektrizačných sústav umožňuje výrazne zvýšiť ich spoľahlivosť, pretože v prípade veľkého deficitu výkonu v jednej z elektrizačných sústav môže tento deficit pokryť iná elektrizačná sústava.Prepojením elektrizačných sústav viacerých krajín je možné elektrinu medzi týmito krajinami vyvážať alebo dovážať.

Ak však dva energetické systémy majú určité rozdiely v elektrických parametroch, najmä vo frekvencii elektrickej siete, potom ak je potrebné tieto energetické systémy kombinovať, ich priame spojenie s paralelnou prevádzkou je neprijateľné.

V tomto prípade sa dostanú zo situácie pomocou vedenia jednosmerného prúdu na prenos elektriny medzi energetickými systémami, čo umožňuje kombinovať nesynchronizované energetické systémy vyznačujúce sa rôznymi sieťovými frekvenciami.