Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Электроэнергия передается по таким воздушным линиям , а также по подземным высоковольтным кабелям.

Электроэнергетика охватывает поколения , передачи , распределения и продажи в электроэнергии для широкой общественности и промышленности. Коммерческое распределение электроэнергии началось в 1882 году, когда электричество было произведено для электрического освещения . В 1880-х и 1890-х годах растущие проблемы экономики и безопасности привели к регулированию отрасли. То, что когда-то было дорогостоящей новинкой, ограниченной наиболее густонаселенными районами, надежная и экономичная электроэнергия стала важным аспектом для нормальной работы всех элементов развитой экономики.

К середине 20 века электроэнергия рассматривалась как « естественная монополия », эффективная только в том случае, если на рынке участвовало ограниченное число организаций; в некоторых областях вертикально-интегрированные компании обеспечивают все стадии от генерации до розничной торговли, и только государственный надзор регулирует норму прибыли и структуру затрат.

С 1990 - х, во многих регионах распались генерация и распределение электроэнергии [ править ] . В то время как такие рынки могут быть неправомерно манипулировать с последующей неблагоприятным воздействием цены и надежности для потребителей, как правило , конкурентного производством электрической энергии приводит к улучшению стоящего в эффективности [ править ] . Однако передача и распределение представляют собой более серьезные проблемы, поскольку не так легко найти отдачу от инвестиций .

История [ править ]

Подстанция Болсвард, Нидерланды
Линии электропередачи в Румынии, ближайшая из которых - башня с фазовым переходом

Хотя электричество было известно, получают в результате химических реакций, протекающих в электролизере , так как Алессандро Вольта развивал гальваническую груду в 1800 году , его производство таким путем было, и до сих пор является дорогостоящим. В 1831 году Майкл Фарадей изобрел машину, которая вырабатывала электричество за счет вращательного движения, но потребовалось почти 50 лет, чтобы технология достигла коммерческой жизнеспособности. В 1878 году в Соединенных Штатах , Томас Эдисон разработал и продал коммерчески жизнеспособную замену газового освещения и отопление с использованием локально генерируемым и распределенным постоянным током электричества.

Роберт Хаммонд в декабре 1881 года продемонстрировал новый электрический свет в городе Брайтон в графстве Сассекс, Великобритания, в течение испытательного срока. Последовавший успех этой установки позволил Хаммонду поставить это предприятие как на коммерческую, так и на юридическую основу, поскольку ряд владельцев магазинов хотели использовать новое электрическое освещение. Так была основана компания Hammond Electricity Supply Co.

В начале 1882 года Эдисон открыл первую в мире паровую электростанцию ​​на Холборнском виадуке в Лондоне , где он заключил соглашение с City Corporation сроком на три месяца на обеспечение уличного освещения. Со временем он обеспечил электричеством ряд местных потребителей. Источник питания - постоянный ток (DC). В то время как Годалминг и схема виадука Холборна 1882 года закрылись через несколько лет, схема Брайтона продолжала действовать, и в 1887 году поставки были доступны в течение 24 часов в сутки.

Позднее, в сентябре 1882 года, Эдисон открыл электростанцию на Перл-стрит в Нью-Йорке, и снова она была источником постоянного тока. По этой причине генерация находилась рядом или на территории потребителя, поскольку у Эдисона не было средств преобразования напряжения. Напряжение, выбранное для любой электрической системы, является компромиссом. Для заданного количества передаваемой мощности увеличение напряжения уменьшает ток и, следовательно, уменьшает требуемую толщину провода. К сожалению, это также увеличивает опасность прямого контакта и увеличивает требуемую изоляцию.толщина. Кроме того, некоторые типы нагрузок было трудно или невозможно заставить работать с более высокими напряжениями. Общий эффект заключался в том, что система Эдисона требовала, чтобы электростанции находились в пределах мили от потребителей. В то время как это могло бы работать в городских центрах, оно не могло бы экономично снабжать электричеством пригороды. [1]

С середины до конца 1880-х годов в Европе были внедрены системы переменного тока, а сила переменного тока в США имела преимущество в том , что трансформаторы , установленные на электростанциях , можно было использовать для повышения напряжения от генераторов, а трансформаторы на местных подстанциях. может снизить напряжение питания нагрузки. Повышение напряжения уменьшало ток в линиях передачи и распределения и, следовательно, уменьшало размер проводов и потери при распределении. Это сделало более экономичным распределять электроэнергию на большие расстояния. Генераторы (например, гидроэлектростанции ) могут быть расположены далеко от нагрузок. Переменный ток и постоянный ток какое-то время конкурировали, в период, называемый войной токов.. Система постоянного тока могла претендовать на немного большую безопасность, но этой разницы было недостаточно, чтобы подавить огромные технические и экономические преимущества переменного тока, которые в конечном итоге победили. [1]

Линия высокого напряжения в Монреале , Квебек , Канада

Используемая сегодня система питания переменного тока быстро развивалась при поддержке таких промышленников, как Джордж Вестингауз с Михаилом Доливо-Добровольским , Галилео Феррарис , Себастьян Зиани де Ферранти , Люсьен Голар , Джон Диксон Гиббс, Карл Вильгельм Сименс , Уильям Стэнли младший , Никола Тесла и другие внесли свой вклад в эту область.

Силовая электроника - это применение твердотельной электроники для управления и преобразования электроэнергии. Силовая электроника началась с разработки в 1902 году ртутного дугового выпрямителя , который использовался для преобразования переменного тока в постоянный. С 1920-х годов продолжались исследования по применению тиратронов и ртутных дуговых вентилей с сетевым управлением для передачи энергии. Электроды для сортировки сделали их пригодными для передачи электроэнергии постоянным током высокого напряжения (HVDC). В 1933 году были изобретены селеновые выпрямители. [2] Технология транзисторов восходит к 1947 году, когда был изобретен точечный транзистор , за которым последовал биполярный переходной транзистор.(BJT) в 1948 году. К 1950-м годам стали доступны более мощные полупроводниковые диоды, которые начали заменять электронные лампы . В 1956 году был представлен кремниевый управляемый выпрямитель (SCR), расширивший диапазон применения силовой электроники. [3]

Прорыв в силовой электронике произошел с изобретением MOSFET ( полевого транзистора металл-оксид-полупроводник) в 1959 году. Поколения MOSFET позволили разработчикам мощности достичь уровней производительности и плотности, недоступных для биполярных транзисторов. [4] В 1969 году Hitachi представила первый вертикальный силовой МОП - транзистор , [5] , который позже будет известен как VMOS (V-паз полевого МОП - транзистора). [6] Силовой полевой МОП-транзистор с тех пор стал самым распространенным силовым устройством в мире из-за его низкой мощности привода затвора, высокой скорости переключения, [7] простой расширенной возможности параллельного подключения, [7] [8]широкая полоса пропускания , надежность, легкий привод, простое смещение, простота применения и простота ремонта. [8]

В то время как HVDC все чаще используется для передачи больших объемов электроэнергии на большие расстояния или для подключения смежных асинхронных энергосистем, большая часть производства, передачи, распределения и продажи электроэнергии происходит с использованием переменного тока.

Организация [ править ]

Электроэнергетика обычно делится на четыре процесса. Это производство электроэнергии , такие как электростанции , передача электроэнергии , распределение электроэнергии и розничная торговля электроэнергией . Во многих странах электроэнергетические компании владеют всей инфраструктурой от генерирующих станций до инфраструктуры передачи и распределения. По этой причине электроэнергия рассматривается как естественная монополия . Отрасль, как правило, жестко регулируется , часто с контролем над ценами, и часто находится в государственной собственности и управляется.. Однако современной тенденцией является усиление дерегулирования, по крайней мере, в последних двух процессах. [9]

Характер и состояние рыночной реформы рынка электроэнергии часто определяют, могут ли электрические компании участвовать только в некоторых из этих процессов без необходимости владеть всей инфраструктурой, или граждане выбирают, какие компоненты инфраструктуры поддерживать. В странах, где предоставление электроэнергии не регулируется, конечные пользователи электроэнергии могут выбрать более дорогостоящую экологически чистую электроэнергию .

Поколение [ править ]

Электростанция Атлон в Кейптауне , Южная Африка
Основные статьи: Производство электроэнергии и развитие энергетики

Все формы производства электроэнергии имеют как положительные, так и отрицательные стороны. Технологии , вероятно, в конечном итоге заявят о наиболее предпочтительных формах, но в рыночной экономике варианты с меньшими общими затратами, как правило, будут выбираться выше других источников. Пока не ясно, какая форма может лучше всего удовлетворить необходимые потребности в энергии или какой процесс может лучше всего удовлетворить потребность в электроэнергии. Есть признаки того, что возобновляемые источники энергии быстро становятся наиболее жизнеспособными с экономической точки зрения. [10] Разнообразное сочетание источников генерации снижает риски скачков цен на электроэнергию.

Передача электроэнергии [ править ]

Основная статья: Передача электроэнергии
Трехфазные линии электропередачи 500 кВ на плотине Гранд-Кули ; показаны четыре схемы; две дополнительные цепи закрыты деревьями справа; вся генерирующая мощность плотины 7079 МВт обеспечивается этими шестью контурами.

Передача электроэнергии - это основная масса электрической энергии от генерирующей площадки, такой как электростанция , на электрическую подстанцию . Взаимосвязанные линии, которые способствуют этому движению, известны как передающая сеть. Это отличается от местной проводки между высоковольтными подстанциями и потребителями, которую обычно называют распределением электроэнергии . Комбинированная сеть передачи и распределения известна как « электросеть » в Северной Америке или просто «сеть». В Великобритании , Индии , Малайзии и Новой Зеландии., сеть известна как Национальная сеть.

Широкая область синхронная сетка , также известная как «взаимосвязь» в Северной Америке, напрямую соединяет множество генераторов поставляя энергию переменного ток с теми же относительной частотой многочисленными потребителями. Например, в Северной Америке есть четыре основных межсоединения ( западное межсоединение , восточное межсоединение , межсетевое соединение Квебека и сеть Совета по надежности электроснабжения Техаса (ERCOT)). В Европе одна большая сеть соединяет большую часть континентальной Европы .

Исторически линии передачи и распределения принадлежали одной и той же компании, но начиная с 1990-х годов многие страны либерализовали регулирование рынка электроэнергии таким образом, что это привело к отделению бизнеса по передаче электроэнергии от бизнеса по распределению. [11]

Распределение электроэнергии [ править ]

Основная статья: Распределение электроэнергии
Распределительный трансформатор 50 кВА на опоре

Распределение электрической мощности является заключительным этапом в поставке от электроэнергии ; он передает электроэнергию от системы передачи к индивидуальным потребителям. Распределительные подстанции подключаются к системе передачи и понижают напряжение передачи до среднего напряжения в диапазоне от 2  кВ до 35 кВ с помощью трансформаторов . [12] Первичные распределительные линии передают эту мощность среднего напряжения к распределительным трансформаторам, расположенным рядом с помещениями потребителя. Распределительные трансформаторы снова понижают напряжение до напряжения утилизации.используется в освещении, промышленном оборудовании или бытовой технике. Часто несколько потребителей получают питание от одного трансформатора по вторичным распределительным линиям. Коммерческие и частные потребители подключаются к вторичным распределительным линиям через точки обслуживания . Клиенты, которым требуется гораздо большее количество энергии, могут быть подключены непосредственно к первичному уровню распределения или субпередающему уровню. [13]

Розничная торговля электроэнергией [ править ]

Основная статья: розничная торговля электроэнергией

Розничная торговля электроэнергией - это окончательная продажа электроэнергии от производства конечному потребителю.

Мировая электроэнергетика [ править ]

См. Также: Список секторов электроэнергетики

Организация электрического сектора страны или региона варьируется в зависимости от экономической системы страны. В некоторых местах производство, передача и распределение электроэнергии осуществляется контролируемой государством организацией. В других регионах есть частные или принадлежащие инвесторам коммунальные предприятия, городские или муниципальные компании, кооперативные компании, принадлежащие их собственным потребителям, или комбинации. Генерация, передача и распределение могут предлагаться одной компанией, или разные организации могут предоставлять каждую из этих частей системы.

Не у всех есть доступ к электросети. Около 840 миллионов человек (в основном в Африке) не имели доступа в 2017 году по сравнению с 1,2 миллиардами в 2010 году [14].

Дополнительная информация: Электрификация

Рыночная реформа [ править ]

Бизнес - модель за электрической полезности изменилась на протяжении многих лет играет важнейшую роль в формировании электроэнергетической отрасли в какой она является сегодня; от генерации, передачи, распределения до конечной местной розничной торговли. Это произошло в значительной степени после реформы отрасли электроснабжения в Англии и Уэльсе в 1990 году. В некоторых странах работают оптовые рынки электроэнергии, на которых производители и розничные торговцы торгуют электроэнергией аналогично акциям и валюте . Поскольку дерегулирование продолжается, коммунальные предприятия вынуждены продавать свои активы, поскольку рынок энергии следует за рынком газа, используя фьючерсы.и спотовые рынки и другие финансовые механизмы. Даже глобализация с иностранными покупками имеет место. Одна из таких покупок произошла, когда National Grid Великобритании , крупнейшая частная электроэнергетическая компания в мире, купила несколько электроэнергетических компаний в Новой Англии за 3,2 миллиарда долларов. [15] В период с 1995 по 1997 год семь из 12 региональных электроэнергетических компаний (РЭК) в Англии и Уэльсе были куплены энергетическими компаниями США. [16]На внутреннем рынке местные электроэнергетические и газовые компании объединили свои операции, поскольку они увидели преимущества совместной деятельности, особенно в связи со снижением стоимости совместных измерений. Технологический прогресс будет иметь место на конкурентных оптовых рынках электроэнергии; такие примеры, которые уже используются, включают топливные элементы, используемые в космических полетах ; авиационные газовые турбины, применяемые в реактивных самолетах ; солнечная энергетика и фотоэлектрические системы; оффшорные ветряные электростанции; и достижения в области коммуникации, порожденные цифровым миром, особенно с микропроцессором, который помогает в мониторинге и диспетчеризации. [17]

Ожидается, что в будущем спрос на электроэнергию будет расти . Информационная революция сильно зависит от электроэнергии. Другие области роста включают появление новых технологий, не связанных с электричеством, разработки в области кондиционирования помещений, промышленных процессов и транспорта (например, гибридных транспортных средств , локомотивов ). [17]

См. Также [ править ]

  • Мощность переменного тока
  • Распределенная генерация
  • Интегрированная база данных о выбросах и генерирующих ресурсах
  • Номер администрации точки измерения , уникальный номер поставщика в Великобритании.
  • Национальная сеть (значения)
  • Североамериканская корпорация по надежности электроснабжения
  • Оценить дело
  • Редди Киловатт , корпоративный логотип электроэнергетики США
  • Сэмюэл Инсулл

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Шок и трепет: история электричества - 2. Эпоха изобретений
  2. ^ Томпсон, MT "Примечания 01" (PDF) . Введение в силовую электронику . Thompson Consulting, Inc.
  3. ^ Kharagpur. «Силовые полупроводниковые приборы» (PDF) . EE IIT . Архивировано 20 сентября 2008 года (PDF) . Проверено 25 марта 2012 года .
  4. ^ «Переосмыслить плотность мощности с помощью GaN» . Электронный дизайн . 21 апреля 2017 . Проверено 23 июля 2019 года .
  5. ^ Oxner, ES (1988). Технология и применение Fet . CRC Press . п. 18. ISBN 9780824780500.
  6. ^ "Достижения в дискретных полупроводниках маршируют" . Технология силовой электроники . Информация : 52–6. Сентябрь 2005 г. Архивировано 22 марта 2006 г. (PDF) из оригинала . Проверено 31 июля 2019 года .
  7. ^ a b «Основы Power MOSFET» (PDF) . Alpha & Omega Semiconductor . Проверено 29 июля 2019 года .
  8. ^ a b Дункан, Бен (1996). Усилители мощности звука с высокими характеристиками . Эльзевир . С.  178–81 . ISBN 9780080508047.
  9. ^ "Неровная дорога к дерегулированию энергетики" . EnPowered. 2016-03-28.
  10. ^ https://www.carbonbrief.org/solar-is-now-cheapest-electricity-in-history-confirms-iea
  11. ^ «Пособие по электроэнергетике, дерегулированию и реструктуризации рынков электроэнергии США» (PDF) . Федеральная программа энергоменеджмента Министерства энергетики США (FEMP). Май 2002 . Проверено 30 октября 2018 года . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  12. Перейти ↑ Short, TA (2014). Справочник по распределению электроэнергии . Бока-Ратон, Флорида, США: CRC Press. С. 1–33. ISBN 978-1-4665-9865-2.
  13. ^ «Как работают электросети» . HowStuffWorks . Проверено 18 марта 2016 .
  14. ^ Закрытие разрыва в доступе к электроэнергии в странах Африки к югу от Сахары: почему города должны быть частью решения
  15. ^ SEC подачи от 15 марта 2000
  16. ^ "Электроэнергетические компании Соединенного Королевства - краткая хронология", Электричество Ассоциация, 30 июня 2003 г.
  17. ^ a b Borberly, A. и Kreider, JF (2001). Распределенное поколение: парадигма власти для нового тысячелетия. CRC Press, Бока-Ратон, Флорида. 400 стр.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • П. Стрэндж, «Раннее электроснабжение в Великобритании: Честерфилд и Годалминг», IEEE Proceedings (1979).
  • Д. Г. Такер, «Гидроэлектроэнергия для общественного питания в Великобритании», Industrial Archeology Review , (1977).
  • Б. Бауэрс, История электрического света и энергии , Peregrinus (1982).
  • Т. П. Хьюз, Сети власти , Johns Hopkins Press, Лондон (1983).
  • IRENA , ИННОВАЦИОННЫЙ ПЕЙЗАЖ ДЛЯ БУДУЩЕГО С ВОЗОБНОВЛЯЕМЫМ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕМ: РЕШЕНИЯ ДЛЯ ИНТЕГРАЦИИ ПЕРЕМЕННЫХ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ , (2019).