SYSTEMY ELEKTROENERGETYCZNE - ANDRZEJ KANICKI.pdf - ELEKTROENERGETYKA - wykluki

ANDRZEJ KANICKI

SYSTEMY

ELEKTROENERGETYCZNE

A. Kanicki: Systemy elektroenergetyczne

1. SYSTEM ELEKTROENERGETYCZNY

1.1 Wstęp

Systemem energetycznym będziemy nazywali zespół obiektów i urządzeń służących do

uzyskiwania, przetwarzania, przesyłania, rozdziału oraz użytkowania energii we wszystkich jej

postaciach. System energetyczny pozyskuje tzw. energię pierwotną, do której zaliczamy:

• energię chemiczną zawartą w węglu, ropie naftowej, gazie,

• energię potencjalną lub kinetyczną zawartą w wodzie, wietrze,

• energię powiązań atomowych zawartą w tzw. paliwach atomowych,

• energie słoneczną, itp..

Energia pierwotna może być użytkowana u odbiorcy po jej dostarczeniu i może być

przetwarzana na inną postać energii tzw. energię wtórną np. spalanie węgla w piecu w domu. Na

ogół energia pierwotna jest przetwarzana na tą samą postać energii np. przeróbka ropy w benzynę

lub na inną postać energii wtórnej. Przykładowy cykl przetwarzania i użytkowania energii:

• chemiczna węgla na cieplną,

• cieplna na mechaniczną,

• mechaniczna na elektryczną,

• elektryczna na mechaniczną wykorzystywaną np. w pile tarczowej.

Jedną z postaci energii wtórnej jest energia elektryczna. Energię elektryczną wytwarzamy w

elektrowniach, które w zależności od rodzaju energii pierwotnej dzielimy na:

• elektrownie cieplne, gdzie energia chemiczna przetwarzana jest na energię cieplną, a ta na

energię elektryczną. Źródłem energii pierwotnej może być węgiel, ropa naftowa.

• elektrownie wodne,

• elektrownie wiatrowe,

• elektrownie jądrowe,

• elektrownie słoneczne,

• elektrownie gazowe.

Energię elektryczną w czasie jej użytkowania zamieniamy na:

• energię mechaniczną,

• energię cieplną,

• energię świetlną,

• z powrotem na energię chemiczną.

Z powyższych rozważań wynika, że jednym z podsystemów systemu energetycznego jest system

elektroenergetyczny. System elektroenergetyczny to zespół obiektów i urządzeń służących do

wytwarzania, przetwarzania, przesyłania, rozdziału oraz użytkowania energii elektrycznej.

Do przesyłu i rozdziału energii elektrycznej a także do jej przetwarzania służy sieć

elektroenergetyczna zwana też układem elektroenergetycznym lub układem przesyłowo –

rozdzielczym.

Energia elektryczna w systemie elektroenergetycznym jak i sam system elektroenergetyczny

posiadają pewne cechy:

1. Wytwarzanie,przesyłanie, rozdział i użytkowanie energii elektrycznej odbywa się praktycznie

biorąc równocześnie. Prędkość fali elektromagnetycznej (3000000 km/s) powoduje, że

rozprzestrzenianie zjawisk w systemie elektroenergetycznym trwa pomijalnie mało czasu

pomimo rozległości systemu sięgającej setek lub tysięcy kilometrów.

2. W chwili obecnej nie znamy możliwości magazynowania energii elektrycznej. Znane nam

sposoby dotyczą w zasadzie innych rodzajów energii np. elektrownie szczytowo pompowe.

Powoduje to, że energia elektryczna, a więc moc czynna oraz bierna, wytwarzana musi być w

każdej chwili równa energii użytkowanej powiększona o straty energii w systemie

elektroenergetycznym.

A. Kanicki: Systemy elektroenergetyczne

3. Energia pobierana przez odbiorców ulega zmianom w cyklach:

• dobowych,

• miesięcznych,

• rocznych,

• wieloletnich.

Do tego zapotrzebowania musi dostosowywać się podsystem wytwórczy w systemie

elektroenergetycznym. Duża szybkość tych zmian powoduje, że regulacja mocy wytworzonej

musi się odbywać automatycznie,

4. Kryteriami regulacji nie może być energia ani moc czynna czy bierna albowiem dla systemu są

to wielkości w zasadzie niemierzalne. Dlatego przyjmuje się jako kryteria regulacji: wartość

częstotliwości systemu elektroenergetycznego, wartość napięć wwybranych miejscach

systemu elektroenergetycznego. Są to także podstawowe dwa wskaźniki jakości energii

elektrycznej.

5. Energia elektryczna jest wykorzystywana u odbiorców wnewralgicznych punktach

działalności człowieka np.:

• oświetlenie,

• windy,

• zabezpieczenia przeciwpożarowe,

• szpitale,

Musimy, więc zapewnić dużą niezawodność dostawy energii elektrycznej i dostarczanie tej

energii o odpowiedniej jakości.

6. W przypadku, gdy w systemie występują elektrownie, których produkcja zależy od czynników

przypadkowych takich jak pogoda (np. elektrownie wiatrowe, słoneczne) musimy utrzymywać

rezerwę mocy w innych elektrowniach.

W systemach elektroenergetycznych wytwarzające energię elektryczną elektrownie są między sobą

połączone za pomocą sieci elektroenergetycznej do tak zwanej pracy równoległej, synchronicznej.

Zazwyczaj mówimy o systemie elektroenergetycznym danego państwa. Od około 20 lat systemy

elektroenergetyczne państw łączą się w większe systemy. W Europie mamy między innymi:

1. UCPTE(UCTE),

2. JSE (b. ZSRR),

3. Nordel,

4. GBE (W. Brytania i Irlandia),

5. Centrel.

Między tymi wielkimi systemami elektroenergetycznymi istnieją powiązania na prądzie

zmiennym lub stałym. Długość linii przesyłowych prądu zmiennego jest ograniczona. Ta długość

graniczna zależy od obciążenia linii oraz typu linii: napowietrzna czy kablowa, przy czym

graniczne długości linii kablowych są znacznie mniejsze niż napowietrznych. W sytuacji, gdy

rzeczywista długość linii prądu przemiennego jest większa od długości granicznej musimy

zastosować linię prądu stałego. Dla linii prądu stałego pojęcie długości granicznej nie istnieje.

Motywami przemawiającymi za łączeniem elektrowni w system elektroenergetyczny i za

łączeniem systemów elektroenergetycznych między sobą są:

1. Możliwość powiększenia niezawodności zasilania odbiorców energii elektrycznej.

2. Możliwość zmniejszenia całkowitej rezerwy mocy. Ze względu na zmienność obciążenia

musimy utrzymywać rezerwę mocy w systemie elektroenergetycznym. Można wyróżnić kilka

rodzajów rezerwy:

a) rezerwawirująca w wirujących generatorach,

b) rezerwagorąca w rozpalonym kotle,

c) rezerwa zimna.

Przy połączeniu dwóch systemów do pracy równoległej moc rezerwy wynosi P R +P R =2P R , zaś

w systemie połączonym P RW jest: R R < P RW < 2P R .

A. Kanicki: Systemy elektroenergetyczne

3. W połączonych systemach ogólny szczyt obciążenia jest mniejszy od sumy szczytowych

obciążeń poszczególnych SEE. Wynika to zfaktu, że w poszczególnych systemach

elektroenergetycznych szczyty obciążeń ą przesunięte. W przypadku systemów

elektroenergetycznych leżących równoleżnikowo przesunięcia szczytów obciążenia wynikają z

innego położenia słońca. Można przyjąć, że 1000 km daje przesunięcie o 1 godz..

4. W połączonych systemach elektroenergetycznych można racjonalnie wykorzystać energię

elektryczną produkowaną w elektrowniach tanich.

5. W połączonych systemach elektroenergetycznych można łatwiej układać plan remontów

urządzeń systemu elektroenergetycznego.

6. W dużych systemach elektroenergetycznych można budować generatory i elektrownie o

większych mocach. Wynika to z tzw. zasady (n-1), która mówi "awaria dotykająca jedno,

dowolne urządzenie zainstalowane w systemie elektroenergetycznym nie powoduje przerw

w dostawie energii elektrycznej do odbiorców". Z zasady tej wynika, że awaryjny wypad

największej jednostki nie może spowodować zakłóceń w pracy systemu

elektroenergetycznego. Jednocześnie uważa się, że większe jednostki to niższy koszt

jednostkowy produkcji energii elektrycznej. Tak jest w istocie. Jest to tzw. prawo skali

w wytwarzaniu energii elektrycznej. Obecnie w dobie trudności z uzyskaniem zgody na

lokalizację elektrowni i linii, uważa się, że prawo skali nie zawsze już obowiązuje. W tej

sytuacji zaczęto przywiązywać dużą wagę do regionalnych małych źródeł energii (wodnej,

wiatrowej, uzyskiwanie metanu z przeróbki śmieci). Produkcja energii elektrycznej za pomocą

małych, lokalnych elektrowni nazywamy "generacją rozproszoną".

Łączenie systemu elektroenergetycznego do pracy równoległej ma swoje ujemne cechy, należą do

nich:

1. koszty budowy urządzeń przesyłowych (linii) łączących systemy oraz urządzeń pomiarowych,

2. komplikujesię kierowanie pracą połączonych systemów elektroenergetycznych,

3. wpołączonych systemach elektroenergetycznych zwiększa się moc zwarciowa w związku ze

zwiększeniem sumarycznej mocy znamionowej generatorów.

1.2 Stany pracy systemu elektroenergetycznego

Analizując pracę systemu elektroenergetycznego musimy stworzyć model matematyczny tego

systemu. Model taki tworzy tworzymy na podstawie:

• struktury systemu,

• modeli elementów odwzorowujących prawa fizyki.

W praktyce każdy model matematyczny obiektu fizycznego stanowi kompromis między wymaganą

dokładnością odwzorowania układu rzeczywistego, trudnościami w identyfikacji parametrów

modeli elementów oraz możliwością wykorzystania modelu (jego rozwiązania i przejrzystości

wyników). Dlatego dla systemu elektroenergetycznego nie tworzy się modelu matematycznego tego

systemu a raczej modele rozpatrywanych zjawisk występujących w systemie. System

elektroenergetyczny jest w ogólnym przypadku obiektem dynamicznym tzn. takim, w którym

opisujące go zmienne zależą od czasu. Przy formowaniu modelu matematycznego wprowadza się

pojęcie stanu układu i zmiennych stanu. Przez stan układu rozumie się warunki, w jakich znajduje

się układ. Zmiennymi stanu nazywa się najmniej liczny zbiór zmiennych, jednoznacznie

określający stan układu. Zmienne stanu zapisane w macierzy kolumnowej nazywamy wektorem

stanu. Przestrzeń Euklidesową o współrzędnych (osiach) odpowiadających zmiennym stanu

nazywamy przestrzenią stanów. W przestrzeni stanu każdemu stanowi odpowiada punkt określany

wektorem stanu.

Zastanówmy się nad zmiennymi stanu czwórnika pasywnego statycznego w stanie ustalonym,

przy założeniach:

• znamy parametry modelu,

• znamy model czwórnika,

SYSTEMY ELEKTROENERGETYCZNE - ANDRZEJ KANICKI.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: