Потери электрической и тепловой энергии при транспортировке

     БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОЛИТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

                                           КАФЕДРА "ЮНЕСКО"

                                   РЕФЕРАТ НА ТЕМУ:

Потери электрической и тепловой энергии при транспортировке

                                                                                                    Разработал: студент группы 104311

      Сериков Е.С.

         Проверил: Волков Ю.А.

                                  Минск 2001

                                 Потери электроэнергии

Потребители электроэнергии имеются повсюду. Производиться же она в сравнительно немногих местах, близких к источникам топливо- и гидроресурсов. Электроэнергию не удаётся консервировать в больших масштабах. Она должна быть потреблена сразу же после получения. Поэтому возникает необходимость в передаче электроэнергии на большие расстояния.

Передача энергии связана с заметными потерями. Дело в том, что электрический ток нагревает провода линий электропередачи. В соответствии с законом Джоуля- Ленца энергия, расходуемая на нагрев проводов линии, определяется формулой:,где R-сопротивление линии. При очень большой длине линии передача энергии может стать экономически невыгодной. Значительно снизить сопротивление линии практически весьма трудно. Поэтому приходиться уменьшать силу тока.

     Так как мощность тока пропорциональна произведению силы тока на напряжение, то для сохранения передаваемой мощности нужно повысить напряжение в линии передачи. Чем длиннее линия передачи, тем выгоднее использовать более высокое напряжение. Между тем генераторы переменного тока строят на напряжение, не превышающие 16-20кВ.Более высокое напряжение потребовало бы принятия сложных специальных мер для изоляции обмоток и других частей генератора.

     Поэтому на крупных электростанциях ставят повышающие трансформаторы. Трансформатор увеличивает напряжение в линии во столько же раз, во сколько уменьшает силу тока.

     Для непосредственного использования электроэнергии в двигателях электропривода станков, в осветительной сети и для других целей напряжение на концах линии нужно понизить. Это достигается с помощью понижающих трансформаторов.

     Обычно понижение напряжения и соответственно увеличения силы тока происходят в несколько этапов. На каждом этапе напряжение становится всё меньше, а территория, Охватываемая электрической сетью- всё шире.

     При очень высоком напряжении между проводами начинается коронный разряд, приводящий к потерям энергии. Допустимая амплитуда переменного напряжения должна быть такой, чтобы при заданной площади поперечного провода потери энергии вследствие коронного разряда были незначительными.

     Электрические станции ряда районов страны объединены высоковольтными линиями передач, образуя общую электрическую сеть, к которой присоединены потребители. Такое объединение, называемое энергосистемой, даёт возможность сгладить «пиковые»нагрузки потребления энергии в утренние и вечерние часы. Энергосистема обеспечивает бесперебойность подачи энергии потребителям вне зависимости от места их расположения.

                     ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СЕТИ.

     Электрическая часть электростанции включает в себя разнообразное основное и вспомогательное оборудование. К основному оборудованию, предназначенному для производства и распределения электроэнергии, относятся:

·        Синхронные генераторы, вырабатывающие электроэнергию(на ТЭС-турбогенераторы);

·        Сборные шины, предназначенные для приёма электроэнергии от генераторов и распределения её к потребителям;

·        Коммуникационные аппараты- выключатели, предназначенные для включения и отключения цепей в нормальных и аварийных условиях, и разъединители, предназначенные для снятия напряжения с обесточенных частей электроустановок и для создания видимого разрыва цепи;

·        Электроприемники собственных нужд(насосы, вентиляторы, аварийное электрическое освещение и т.д.)

     Вспомогательное оборудование предназначено для выполнения функций измерения, сигнализации, защиты и автоматики и т.д.

     Энергетическая система(энергосистема) состоит из электрических станций, электрических сетей и потребителей электроэнергии, соединённых между собой и связанных общностью режима в непрерывном процессе производства, распределения и потребления электрической и тепловой энергии при общем управлении этим режимом.

     Электроэнергетическая (электрическая) система-это совокупность электрических частей электростанций, электрических сетей и потребителей электроэнергии, связанных общностью режима и непрерывностью процесса производства, распределения и потребления электроэнергии. Электрическая система-часть энергосистемы, за исключением тепловых сетей и тепловых потребителей. Электрическая сеть-совокупность электроустановок для распределения электрической энергии, состоящая из подстанций, распределительных устройств, воздушных и кабельных линий электропередачи. По электрической сети осуществляется распределение электроэнергии от электростанций к потребителям. Линия электропередачи(воздушная или кабельная)-электроустановка, предназначенная для передачи электроэнергии.

     В нашей стране применяются стандартные номинальные (междуфазные)напряжения трёхфазного тока частотой 50Гц в диапазоне 6-750кВ,а также напряжения 0,66;0,38кВ.Для генераторов применяют номинальные напряжения 3-21кВ.

     Передача электроэнергии от электростанций по линиям электропередачи осуществляется при напряжениях 110-750кВ,т.е.значительно превышающих напряжения генераторов. Электрические подстанции применяются для преобразования

электроэнергии одного напряжения в электроэнергию другого напряжения. Электрическая подстанция-это электроустановка, предназначенная для преобразования и распределения электрической энергии. Подстанции состоят из трансформаторов, сборных шин и коммутационных аппаратов, а также вспомогательного оборудования: устройств релейной защиты и автоматики, измерительных приборов. Подстанции предназначены для связи генераторов и потребителей с линиями электропередачи.

     Классификация электрических сетей может осуществляться по роду тока, номинальному напряжению, выполняемым функциям, характеру потребителя, конфигурации схемы сети и т.д.

     По роду тока различаются сети переменного и постоянного тока; по напряжению: сверхвысокого напряжения(,высокого напряжения ,низкого напряжения (<1кВ).

По конфигурации схемы сети делятся на замкнутые и разомкнутые.

     По выполняемым функциям различаются системообразующие, питающие и распределительные сети. Системообразующие сети напряжением 330-1150кВ осуществляют функции формирования объединённых энергосистем, включающих мощные электростанции, обеспечивают их функционирование как единого объекта управления и одновременно передачу электроэнергии от мощных электростанций. Они же осуществляют системные связи, т.е. связи между энергосистемами очень большой длины. Режимом системообразующих сетей управляет диспетчер объединённого диспетчерского управления(ОДУ).В ОДУ входит несколько  районных энергосистем- районных энергетических управлений (РЭУ).

     Питающие сети предназначены для передачи электроэнергии от подстанций системообразующей сети и частично от шин 110-220кВ электростанций к центрам питания(ЦП) распределительных сетей- районным подстанциям. Питающие сети обычно замкнутые. Как правило, напряжение этих сетей 110-220кВ,по мере роста плотности нагрузок, мощности станций и протяжённости электрических сетей напряжение иногда достигает 330-550Кв.

     Районная подстанция обычно имеет высшее напряжение 110-220кВ и низшее напряжение 6-35кВ.На этой подстанции устанавливают трансформаторы, позволяющие регулировать под нагрузкой напряжение на шинах низшего напряжения.

     Распределительная сеть предназначена для передачи электроэнергии на небольшие расстояния от шин низшего напряжения районных подстанций к промышленным, городским, сельским потребителям. Такие распределительные сети обычно разомкнутые. Различают распределительные сети высокого () и низкого(напряжения. В свою очередь по характеру потребителя распределительные сети подразделяются на сети промышленного, городского и сельскохозяйственного назначения. Преимущественное распространение в распределительных сетях имеет напряжение 10кВ,сети 6кВ применяются при наличии на предприятиях значительной нагрузки электродвигателей с номинальным напряжением 6кВ.Напряжение 35кВ широко используется для создания центров питания 6 и 10кВ в основном в сельской местности.

     Для электроснабжения больших промышленных предприятий и крупных городов осуществляется глубокий ввод высокого напряжения, т.е. сооружение подстанций с первичным напряжением 110-500кВ вблизи центров нагрузок. Сети внутреннего электроснабжения крупных городов- это сети 110кВ,в отдельных случаях к ним относятся глубокие вводы 220/10кВ.Сети сельскохозяйственного назначения в настоящее время выполняют на напряжение 0,4-110кВ.

     Воздушные линии электропередач (ВЛ) предназначены для передачи электроэнергии на расстояние по проводам. Основными конструктивными элементами ВЛ являются провода(служат для передачи электроэнергии),тросы (служат для защиты ВЛ от грозовых перенапряжений),опоры(поддерживают провода и тросы на определённой высоте),изоляторы(изолируют провода опоры),линейная арматура(с её помощью провода закрепляются на изоляторах, а изоляторы на опорах).

     Длина линий электропередач в Беларуси (1996г.):750кВ-418км,330кВ-3951км,220кВ-2279км,110кВ-16034км.

     Наиболее распространенные провода- алюминиевые, сталеалюминиевые, а также из сплавов алюминия. Силовые кабели состоят из одной или нескольких токопроводящих жил, отделенных друг от друга и от земли изоляцией. Токопроводящие жилы- из алюминия однопроволочные(сечением до 16)или многопроволочные. Кабель с медными жилами применяется во взрывоопасных помещениях.

     Изоляция выполняется из специальной пропитанной минеральным маслом кабельной бумаги, накладываемой в виде лент на токопроводящие жилы, а также может быть резиновой или полиэтиленовой. Защитные оболочки, накладываемые поверх изоляции для предохранения ее от влаги и воздуха, бывают свинцовыми, алюминиевыми или поливинилхлоридными. Для защиты от механических повреждений предусмотрена броня из стальных лент или проволок. Между оболочкой и броней- внутренние и внешние защитные покровы.

Внутренний защитный покров(подушка под броней)-джутовая прослойка из хлопчато- бумажной пропитанной пряжи или из кабельной сульфатной бумаги.Наружный защитный покров- из джута, покрытого антикоррозионным составом.

     Существенную часть в потреблении электроэнергии составляют потери в сетях(7-9%).

                                  ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ХОЗЯЙСТВО ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ И ПОТЕНЦИАЛ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ.

     В промышленности более 2/3 потенциала энергосбережения находится в сфере потребления наиболее энергоемкими  отраслями- химической и нефтехимической, топливной, строительных материалов, лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно-         бумажной, пищевой и легкой промышленностью.

     Значительные резервы экономии ТЭР в этих отраслях обусловлены несовершенством технологических процессов и оборудования, схем энергоснабжения, недостаточным внедрением новых энергосберегающих и безотходных технологий, уровнем утилизации вторичных энергоресурсов, малой единичной мощностью технологических линий и агрегатов, применением неэкономичной осветительной аппаратуры, нерегулируемого электропривода, неэффективной загрузкой энергооборудования, низкой оснащённостью приборами учета, контроля и регулирования технологических и энергетических процессов, недостатками, заложенными при проектировании и строительстве предприятий и отдельных производств, низким уровнем эксплуатации оборудования, зданий и сооружений.

     Машиностроение и металлургия. Примерно треть всего используемого в машиностроении котельно-печного топлива идет на нужды литейного, кузнечно-прессового и термического производства. На технологические нужды используется около половины всей потребляемой теплоты и около трети всей электроэнергии. Свыше трети всей электроэнергии идет на механическую обработку. Основными потребителями энергоресурсов в машиностроении являются мартеновские печи, вагранки, плавильные печи, тягодутьевые машины(вентиляторы и дымососы), нагревательные печи, сушилки, прокатные станы, гальваническое оборудование, сварочные агрегаты, прессовое хозяйство.

     Причинами малой эффективности использования топлива и энергии в отраслях машиностроения являются низкий технический уровень печного хозяйства, высокая металлоемкость изделий, большие отходы металла при его обработке, незначительный уровень рекуперации сбросной теплоты, нерациональная структура используемых энергоносителей, значительные потери в тепловых и электрических сетях.

     Более половины резервов экономии энергоресурсов может быть реализовано в процессе плавки металлов и литейного производства. Остальная экономия связана с совершенствованием процессов металлообработки, в том числе за счет повышения уровня ее автоматизации, расширение использования менее энергоемких по сравнению с металлом пластмасс и других конструкционных материалов.

     Наиболее крупными потребителями топлива в отрасли являются доменное и прокатное производство, самыми энергоемкими –ферросплавное, горнорудное, прокатное, электросталеплавильными и кислородное производство, самым теплоемким- коксохимическое производство.

Основными направлениями энергосбережения в этих отраслях являются:

·        Использование эффективных футеровочных и теплоизоляционных материалов а печах, сушилках и теплопроводах;

·        Применение тиристорных преобразователей частоты в процессах индукционного нагрева металла в кузнечном и термическом производстве;

·        Внедрение энергосберегающих лакокрасочных материалов(с пониженной температурой сушки, водоразбавляемых, с повышенным сухим остатком);

·        Снижение энергозатрат при металлообработке(замена процессов горячей штамповки выдавливанием  и холодной штамповкой);

·        Применение накатки шестерен вместо изготовления на зубофрезерных станках;

·        Расширение использования методов порошковой металлургии;

·        Применение станков с ЧПУ(числовым програмным управлением),развитие робототехники и гибких производственных структур;

·        Снижение энергоемкости литья за счет уменьшения брака.

     Химическая и нефтехимическая промышленность. В этих отраслях промышленности существует разнообразие технологических процессов, при которых потребляется или выделяется большое количество теплоты. Уголь, нефть и газ используются как в качестве топлива, так и в качестве сырья.

     Основными направлениями энергосбережения в этих отраслях являются:

·        Применение высокоэффективных процессов горения в технологических печах и аппаратах(установка рекуператоров для подогрева воды);

·        Использование погруженных газовых горелок для замены парового разогрева негорючих жидкостей;

·        Внедрение новой технологии безотходного экологически чистого производства капролактама с получением тепловой энергии в виде пара и горючих газов(ПО "Азот");

·        Повышение эффективности процессов ректификации(оптимизация технологического процесса с использованием тепловых насосов, повышение активности и селективности катализаторов);

Страницы: 1, 2