Електроенергетичні системи
« Лекції з дисципліни «Інженерні мережі та комунікації»
Електроенергетична система (ЕЕС) – це сукупність електростанцій (ЕС) та електричних мереж (ЕМ), розташованих на визначеній території та зв’язаних між собою і пов’язаних спільним режимом роботи у безперервному процесі виробництва, пересилання та розподілу електроенергії в умовах загального керування цим режимом.
Згідно с таким визначенням в ЕЕС електроенергія виробляється, пересилається та розподіляється між споживачами. Споживачі електроенергії до складу ЕЕС не належать, бо мають власні системи керування режимами та організаційно-економічного управління.
Проте їхні електроустановки разом з електроустановками ЕЕС утворюють спільну електричну систему, яка відображає існування єдиного процесу генерування, пересилання, розподілу та споживання електроенергії. Електрична система є технічним об’єктом, який не має єдиної системи керування і не підлягає окремому техніко-економічному аналізу. Але вона є базою для аналізу режимів та процесів ЕЕС.
Електроустановка – це електрообладнання разом із системами забезпечення його роботи, які призначені для виробництва, пересилання, розподілу та споживання електроенергії.
До них належать генератори ЕС, трансформатори підстанцій (ПС), лінії електропередачі (ЛЕП) та всі види електроприймачів (двигуни, електропечі тощо). Трансформатор, виготовлений на заводі, класифікують як електрообладнання, а трансформатор встановлений на підстанції, класифікують як електроустановку, бо тут додані системи забезпечення його роботи:
- захисту;
- автоматики;
- пожежогасіння;
- зливу мастила на випадок пошкодження корпуса тощо.
ЕЕС, об’єднуючи електростанції та електричні мережі для спільної роботи, займають певну територію (територіальний район). В Україні функціонують вісім районних ЕЕС (Київенерго, Львівенерго, Донбасенерго тощо), які лініями електропередачі сполучені в одну об’єднану електроенергетичну систему України.
Виробництво електричної енергії
В ЕЕС електрична енергія в иробляється на електростанціях. В Україні функціонують ЕС таких типів:
• теплові (ТЕС);
• атомні (АЕС);
• гідравлічні (ГЕС);
• гідроакумулюючі (ГАЕС).
На цих електростанціях електроенергія виробляється згідно зі схемами зображеними на рис. 8.2.
Рис.8.2. Узагальнені схеми виробництва електроенергії на ЕС різних типів
Як органічне паливо на ТЕС використовується:
- вугілля;
- газ;
- мазут.
Якщо газ і мазут надходять в пальники парового котла безпосередньо, то вугілля потребує попереднього розмелювання в порошок. У паровому котлі очищена вода перетворюється в пару високої температури і тиску, яка попадає до лопатей парової турбіни, що обертає генератор з високою сталою швидкістю.
На АЕС ядерне паливо використовується у вигляді теплових елементів (ТВЕЛів) – спеціально виготовлених стержнів зі збагаченого урану. Вони встановлюються у гнізда басейну ядерного реактора, де протікає реакція поділу атомів урану, що супроводжується виділенням значної кількості тепла. Далі технологічний процес на АЕС такий же як і на ТЕС. Потужність АЕС практично не регулюється. Вони працюють зі сталим близьким до максимального навантаженням, що не вигідно для енергосистем, бо вночі споживання електроенергії різко знижується.
На ГЕС отримана електроенергія найдешевша, тому що нагромадження води у водоймах відбувається природним способом. Крім того ГЕС дуже вигідний для режимів енергосистем, бо легко збільшують чи зменшують видачу потужності. Виробництво електроенергії екологічно чисте.
Недоліками ГЕС є великі початкові капітальні затрати на виробництво греблі і затопленням значної площі землі, придатної для сільського господарства.
ГАЕС вдень виробляють електроенергію, працюючи як звичайні ГЕС, а в ночі вони споживають електроенергію, бо переходять в режим перекачування води з нижнього водоймища у верхнє. Для цього генератори переходять в режим двигунів і турбіни починають працювати, як насоси. Тим самим ГАЕС компенсують режимні недоліки атомних станцій.
Безпосереднє виробництво електроенергії на ЕС виконують синхронні генератори. На ТЕС і АЕС – це парогенератори, а на ГЕС і ГАЕС – гідрогенератори.