Электрическая энергия вырабатывается
генераторами электрических станций, которые приводятся в действие
первичными двигателями, использующими источники первичной энергии.
В зависимости от используемого первичного источника электрические
станции разделяют на тепловые (источник первичной энергии - сжигаемое
топливо), атомные, которые также можно отнести к тепловым станциям
(первичная энергия здесь возникает при расщеплении атомного ядра),
гидравлические (первичная энергия - потенциальная энергия водотоков),
ветросиловые, геотермические (используется тепло внутренних слоев
земли), гелио (используется энергия солнца), приливные (используется
энергия приливной волны океанов).
В настоящее время наибольшее значение имеют тепловые, гидравлические и
атомные электрические станции.
Тепловые электростанции в зависимости от типа первичного двигателя могут
быть: а) с паровыми турбинами, конденсационными- ГРЭС (Государственные
районные электрические станции); б) с теплофикационными турбинами - ТЭЦ.
ГРЭС снабжают потребителей только электроэнергией. Пар, отработавший в
турбинах этих станций, имеет еще высокие энергетические параметры,
которые полезно не используются, так как пар направляется в конденсатор,
где, охлаждаясь, превращается в воду (конденсат), используемую на
выработку нового пара, подаваемого в турбины. По этой причине
энергетические потери ГРЭС велики и к. п. д. их невысок - 26 % у станций
средней мощности и 35-40 % у крупных станций.
ТЭЦ (теплоэлектроцентрали) снабжают потребителей не только
электроэнергией, но и теплом в виде отработавшего в теплофикационных
турбинах пара и подогретой воды. К. п. д. этих станций значительно выше
и достигает 70 % и более. Очевидно, что теплоснабжение рационально для
близко расположенных от ТЭЦ производственных и коммунально-бытовых
потребителей.
В качестве резервных электрических станций, а также станций для
электроснабжения отдаленных строительств и других объектов могут
использоваться тепловые электростанции сравнительно небольшой мощности с
первичными в 1990 г. до 210-235 млрд. кВт ч. двигателями в виде
двигателей внутреннего сгорания различных типов. К. п. д. этих станций
около 35%, однако он может быть повышен до 65 % при использовании воды,
охлаждающей двигатель. В настоящее время наибольшее распространение
получили дизельные электростанции мощностью до 1000 кВт. Широко
распространены также передвижные электростанции типа ЖЭС
(железнодорожные), дизельные автомобильные (ДЭС) и др.
Наибольшие удобства эксплуатации, высшая степень автоматизации,
максимальный к. п. д. (до 87%) достигаются при использовании
гидроэлектрических станций (ГЭС). Однако их строительство требует
значительно большего времени, чем строительство тепловых станций,
связано с большим объемом земляных и бетонных работ, требует значительно
больших капиталовложений, чем при строительстве тепловых станций
одинаковой мощности. Срок окупаемости ГЭС выше, чем у тепловых станций.
Кроме того, при сооружении ГЭС изменяется гидрологический режим реки,
возможны затопления ценных сельскохозяйственных угодий. По указанным
причинам наряду с широким строительством гидроэлектростанций
продолжается интенсивное, во много раз превышающее его по объему
строительство тепловых станций. В настоящее время они вырабатывают 85 %
всей электроэнергии в стране.
Электрические тепловые станции, кроме атомных, стремятся строить в
местах, по возможности близких к месту добычи топлива,
гидроэлектростанции - в непосредственной близости к источнику водной
энергии. Потребители же электрической энергии могут находиться как
вблизи станций, так и на расстоянии десятков, сотен и тысяч километров
от нее. Например, Волжская ГЭС имени XXII съезда КПСС связана с Москвой
воздушной линией электропередачи, работающей при напряжении 750 кВ,
имеющей длину 1000 км.
Передача и распределение электрической энергии
При передаче электроэнергии в проводах линий
происходит потеря энергии на их нагрев, определяемая законом
Джоуля-Ленца Q = [2Rt. Стремясь уменьшить потери, можно либо уменьшить
сопротивление проводов R, либо уменьшить значение передаваемого тока /.
Очевидно, что уменьшение при том же материале требует увеличения площади
поперечного сечения проводов, что ведет к значительному росту расхода
металла, усложнению конструкции, увеличению массы и стоимости опор линии
электропередачи, что крайне невыгодно. Поэтому целесообразно уменьшить
величину передаваемого тока /, что весьма эффективно. Например, при
уменьшении передаваемого тока в 4 раза потери снижаются в 16 раз. Чтобы
сохранить при этом постоянной передаваемую мощность P = IU, необходимо в
4 раза увеличить напряжение передачи.
Рис. 1. Трехфазный трансформатор: А, В, С -
выводы обмоток высшего напряжения; а. в, с - выводы обмоток низшего
напряжения; 0 -нулевой провод; з - заземление.
В настоящее время электроэнергия передается в
основном трехфазным переменным током. Для изменения величины напряжения
передаваемого тока служит трансформатор- электромагнитный аппарат,
предназначенный для преобразования электрической энергии переменного
тока одного напряжения в электрическую энергию переменного тока другого
напряжения с сохранением частоты.
Трансформаторы, используемые в устройствах передачи и распределения
электрической энергии, называются силовыми. В трехфазной системе
используется трехфазный трансформатор (рис. 1).
На мощных электрических станциях генераторы работают с номинальным
напряжением-3,15; 6,3; 10,5; 15,75 кВ и выше. При необходимости
передавать большие мощности для увеличения пропускной способности линий
электропередач и уменьшения потерь в проводах номинальное напряжение
генераторов (номинальное напряжение станции) трансформируют (повышают до
приемлемого значения). Используемые для этой цели силовые трансформаторы
называют повысительными. При отсутствии точных данных по расчету линии
можно определить целесообразное напряжение передачи, пользуясь таблицей,
где приведены значения рекомендуемого напряжения в зависимости от типа
линии (воздушная или кабельная), передаваемой мощности и расстояния
передачи.
Номинальное напряжение потребителей в большинстве случаев значительно
ниже напряжения электропередачи и колеблется от 220 до 660 В. Вследствие
этого возникает необходимость понизить напряжение, подаваемое с линии,
до значения напряжения потребителя. Это производится с помощью
понизительного трансформатора. Таким образом, в системе электропередачи
используются повысительные и понизительные силовые трансформаторы.
Электроустановка, служащая для преобразования и распределения
электрической энергии и состоящая из силовых трансформаторов,
распределительных устройств напряжением до и выше 1000 В, устройств
управления, защиты, сигнализации и вспомогательных сооружений,
называется трансформаторной подстанцией (ТП). Понизительные ТП
устанавливают как можно ближе к потребителям, эти ТП часто называют
потребительскими. разрешает сохранить бесперебойное питание всех
потребителей, то есть надежность питания потребителей системы очень
велика; качество электрической энергии, характеризующееся постоянством
напряжения и частоты, в системе очень высоко; экономичность работы
системы максимальна, так как при уменьшении нагрузки всегда есть
возможность отключить станции, имеющие более низкие экономические
показатели, и оставить в работе наиболее совершенные, выгодные в
экономическом отношении. По этим причинам в СССР созданы крупные
энергетические системы, такие, как энергосистема Центра, энергосистема
Юга, Северо-Запада и др. В перспективе создание единой энергосистемы
Советского Союза.
