Відомості про будову та принцип функціонування енергосистем - Фізика - Скачать бесплатно

1. Загальні поняття

Енергосистеми працюють на принципі перетворення природної енергії у електричну, транспортування останньої до споживачів і перетворення її у інші види енергії у процесах перетворення, та видозмінення об’єктів природи у відповідності до потреб та бажань людини і суспільства.

Основними компонентами енергосистем є: електростанція, трансформаторні підстанції для підвищення напруги, що підводиться до лінії електропередач. Лінії електропередач високої напруги, трансформаторні підстанції для пониження високої напруги до 10кВ, та системи електро-вольтовського контролю за режимом вольт – ЛЕП.

До енергосистем належить лінія передачі, що йде до підстанції.

Якщо напруга в лінії електропередачі (ЛЕП) є висока (1000кВ-400кВ), то пониження напруги йде в два етапи: спершу до 110кВ, а потім іще передається до підстанції 110/10кВ.

Підстанції 10/0,4кВ є на балансі районних електромереж (РЕС). Ця структура займається розподілом отриманої на вході трансформаторні підстанції (ТП) 10/0,4 енергії між споживачами.

2. Загальна схема енергосистеми

Енергетичні системи компаній, держави або декількох держав формується у вигляді зпольчоованя єдина (ЗЕП), на яку працюють усі електростанції і які забезпечує електроенергією усіх споживачів. Загальна схема енергосистеми представлена на рис.

Рис. 1. Загальна схема енергосистеми

ЕС1...ЕС4 – електростанції,

ТП – трансформаторні підстанції

ЛЕП – лінія електропередачі.

Передумовою для спорудження єдиного кільця ЛЕП є:

вирівнювання графіка навантаження ЕС1;

забезпечення нормальності роботи системи. При виході із ладу ЕС або її окремих блоків;

забезпечення нормальної якості електроенергії (дотримання частот й і відхилення напруги не більше 9%).

Безперебійність постачання електроенергії споживачам;

Економія поточних витрат на спорудження ЛЕП;

Економічність експлуатації ЛЕП та ТП.

Енергосистеми держави чи транснаціональних міждержавних або наддержавних утворень є життєво важливою енергетичною системою без якої неможливо собі навіть уявити життя сучасної людини, суспільства та держави.

3. Принципи перетворення енергії у енергосистемі.

У енергосистемі енергія природи перетворюється у енергію електричну і остання легко транспортується на відстань за допомогою ЛЕП, потім шляхом перетворення у енергію механічну, теплову, радіаційну, теплову, геологічну та інші забезпечують роботу технологій матеріального виробництва для отримання життєво необхідних людині продуктів, та задовольняти інші потреби суспільства і людини.

Розглянемо послідовність енергетичних перетворень енергосистеми та районних електромереж (рис.1). Енергетика базується на паливно-енергетичній групі корисних копалин, газ, нафта, вугілля, торф та уранові руди. Сюди можна віднести також горючі сланці та інші види.

№ п/п	Природні ресурси Види перетворень Тип, елемент енергетичних перетворень
1	Видобування сировинних ресурсів
2	Форми видобування
3	Результати видобування
4	Робоче тіло перетворення енергії (енергоносії)
5	Спару-вання Ядерна реакція Спалювання Вид отриманої проміжної енергії
6	Механічний елемент, що сприйматиме енергію
7	Теплова енергетика Перетворення енергії механічну у електричну
8	Перегрітий пирпту тиском Форми отримання електроенергії
9	Механіка обертового руху Перетворення електричної енергії
10	Електромічні постійного струму, обертаються (ротор генератора), магнітний потік, якщо пронизує нерухомі контури омного струму Транспортування за допомогою лінії електропередач
11	Перетворення до виду, придатного для використання
12	Закон електромагнітної індукції Транспортування до споживачів
13	Електрорушійна сила електромагнітної індукції Поступлення на розподільчі пристрої
14	Підвищення напруги на ТП Перетворення електроенергії у інші види
15	Енергія на вхідній напрузі Кінцевий етап функціонування електроенергетики

Рис.1. Енергетичні перетворення в енергосистемі та районних електромереж

Розрив надр, які можна спалювати для отримання тепла. Найбільш доцільним є застосування газу та торфу, тому що нафта і вугілля є чинною сировиною для хімічної та деяких інших видів промисловості. Найбільш енергомістким ресурсом для отримання тепла є радіоактивні руди. При застосуванні яких теплова енергія отримується від сповільненої (в певних границях порівняння) ядерної реакції.

Електростанції, які працюють на принципі спалювання газу, нафти, вугілля та торфу називають тепловими.

Процеси, які включають отримання тепла від спалювання пального та перетворення його за допомогою перегрітого газу під тиском у механічну енергію називають теплоенергетикою.

Теплоенергетика працює на законах термодинаміки та газових. Кінцевим результатом теплоенергетики є отримання обертового руху електромеханічної системи передачі цього руху та підведення його до рухомої частини генератора – ротора.

Енергію стислого перегрітого пару перетворює у обертовий рух парової турбіни (рис.2).

Рис.2. Принцип роботи теплової електростанції.

1 – піч для спалювання пального;

2 – зворотні клапани для утримання тиску;

3 – закритий контур перегрітого водяного пару;

4 – теплообмінник;

5 – відкритий контур пароводяної суміші під тиском;

6 – сопло;

7 – лопаті колеса турбіни;

8 – механічна переробка обертового руху;

9 – ротор генератора;

10 – корпус турбіни;

11 – холодна вода;

12 – водозабірна труба;

13 – зливні труби;

14 – озеро холодної води

15 – насос.

Теплова електростанція складається із котельної установки (печі) 1, де спалюється пальне і теплова енергія передається воді, яка заноситься через зворотній клапан 2 у закритий контур 3. Для отримання високої температури, згідно закону газового стану, треба щоб система витримувала високі тиски. Теплова енергія нагрітої у контурі 3 води за допомогою теплообмінника 4 передається відкритому контуру 5. У цьому контурі перегрітий пар під тиском сотні атмосфер виривається із сопла 6 і з великою силою поступає на лопаті 7 турбіни. Потужність турбіни є у прямій залежності від перепаду температури, тому у нижній частині корпусу турбіни циркулює холодна вода, що забирається із водоймища (озеро) 14 або від системи охолодження. Витрати гарячої води у контурі 5 поповнюється через зворотній клапан 2. Циркуляція холодної води для створення перепаду температур у корпусі турбіни забезпечується насосом 15.

Обертовий рух турбіни передається через передачу 8 до ротора генератора 9. Чим більше енергії видає генератор у ЛЕП, тим більше треба спалювати пального. При зменшенні споживання енергії система автоматично зменшує подачу пального.

Найефективніше працює ТЕС у випадку сталої віддачі енергії генератором. Чим більше розгалуження енергосистеми, тим стабільнішим є споживання електроенергії, та ефективніше працює ТЕС.

Принцип роботи атомної електростанції (АЕС).

Рис.4. принципова схема теплової АЕС

атомний реактор;

перший контур забору тепла від реактора;

теплообмінник першого і другого контуру забору тепла;

теплообмінник передачі тепла до відкритого контуру;

відкритий пароводяний контур;

сопло;

Приведення у дію ротора генератора відбувається за таким же принципом, як і ТЕС.

АЕС складається із атомного реактора 1, первинного контуру 2, забору тепла теплообмінником переданого тепла від первинного до вторинного замкнутого контуру 3, вторинного замкнутого контуру перегрітого газу 4, другого теплообмінника передачі тепла від вторинного контуру.