 |
Передача электроэнергии — одна из важнейших задач энергетики. |
Наиболее просто передавать энергию в виде электроэнергии, которую могут непосредственно использовать потребители. Электроэнергия передается с помощью воздушных линий электропередач или по подземным кабелям.
Воздушные линии электропередач.
Первая в мире линия электропередачи трехфазного тока была построена в 1881 г. в Германии русским инженером М. О. Доливо-Добровольским.
По проводам, как правило, передают электроэнергию переменного тока большого напряжения. Переменный ток легче трансформировать на различные уровни напряжения. При этом используются как повышающие трансформаторы (на входе), так и понижающие (на выходе). Большой уровень напряжения обусловлен желанием снизить силу передаваемого тока (для уменьшения массы проводов и потерь). Низковольтные системы могут сравниться по потерям с высоковольтными только при использовании проводов большого сечения. Если, например, электроэнергия передается при обычном бытовом напряжении (220 В), то потребуется выбрать кабель настолько большого сечения, что стоимость кабеля станет ограничивающим фактором уже при передаче энергии даже на небольшие расстояния.
С увеличением расстояния и требуемой пропускной способности ЛЭП становится необходимым повышать напряжение. Для воздушных ЛЭП максимальная передаваемая мощность увеличивается с ростом напряжения, однако, вместе с тем повышается и стоимость ее сооружения. В настоящее время построены ЛЭП напряжением 1150 кВ. Необходимо учитывать, что при вводе в строй ЛЭП таких высоких уровней напряжения одной из основных задач является проблема обеспечения электрической изоляции как самой ЛЭП, так и трансформаторов, коммутационной аппаратуры и т.д.
Передача постоянного тока.
Пропускная способность ЛЭП постоянного тока примерно вдвое выше (реактивное сопротивление не вносит потерь). Однако при этом требуются более дорогие преобразовательные устройства. Поэтому при передаче энергии на большие расстояния (когда весовой коэффициент затрат на оборудование преобразовательных подстанций ниже) такие ЛЭП выглядят предпочтительнее. На передающем конце линии напряжение переменного тока, вырабатываемое генератором (обычно 36 кВ), повышается трансформатором до желаемого уровня. Затем в выпрямителе получают постоянный ток высокого напряжения, направляемый в ЛЭП. На приемном конце ЛЭП инвертор вновь преобразуем постоянный ток в переменный, после чего понижающие трансформаторы доводят напряжение до уровня, нужного потребителям.
Важный вопрос - снижение потерь при передаче энергии. В качестве мероприятий по снижению электрических потерь при передаче электроэнергии рассматривались методы, основанные на зависимости сопротивления провода от температуры. При температуре проводов -209°С потери снижаются в 10 раз. Еще более кардинальное решение этой проблемы - использование явления сверхпроводимости, открытого в 1911 году Оннесом. Сущность явления заключается в следующем: многие металлы, сплавы и интерметаллические соединения, которые при комнатной температуре плохо проводят ток, при снижении температуры ниже некоторого критического значения (менее 20 К) обнаруживают снижение электрического сопротивления практически до нуля, т.е. пропускают ток без потерь. Развития эти методы не получили вследствие чрезмерной стоимости оборудования, снижающего температуру.
Недостатки воздушных линий электропередач:
Передача электроэнергии по подземным кабелям.
Недостатки: высокая стоимость (неэкономичность), трудность прокладки, сложность ремонта. К передаче электроэнергии по подземным кабелям прибегают в случае, когда стоимость полосы отчуждения земли становится чрезмерно высокой. Этот вариант используется при передаче энергии в городских районах, где стоимость отчуждения земли для воздушных линий уравновешивает высокую стоимость прокладки подземной кабельной линии.
Проблемы, которые необходимо решить: изоляция. Из-за ограниченного места расположения кабелей жилы должны быть расположены весьма близко друг от друга. Используется бумажная изоляция, пропитанная минеральным маслом. Тонкие, обмотанные бумагой жилы плотно укладываются в оболочку, а затем три кабеля, по одному на каждую фазу, помещаются в трубу которая затем наполняется маслом под давлением. Через определенные расстояния отрезки кабеля сращиваются между собой.
Передача органических энергоносителей.
Транспортировка нефти через океан танкерами. Более экономична перевозка крупными танкерами. Один из крупнейших танкеров США "Bellamya" имеет водоизмещение 541 тыс.т. Проблемы: аварии танкеров. Одна из крупнейших аварий танкеров случилась в 1978 году, когда в проливе Ла-Манш сел на мель танкер "Amoco Cadiz". В море вылилось 216 тыс.тонн нефти.Уничтожаются десятки тысяч живых существ. Особенно вредны выбросы нефти в районах с малой интенсивностью волн и низкой температурой воды. Рассеивание нефтяного пятна здесь может продолжаться более 10 лет.
Передача нефти и газа трубопроводами.
Для того, чтобы преодолевать сопротивление вязкости, требуется насосная перекачка. Проблемы: вязкость потока. Особенно проявляется при низких температурах.
Передача природного газа осуществляется либо по газопроводам – трубам большого диаметра (до 1,5 м), либо океанскими танкерами в сжиженом виде при низкой температуре (стоимость сжижения и регазификации высока).
Крупнейшими в мире газонефтепроводами являются Уренгой (Западная Сибирь) - страны Западной Европы, Трансаляскинский нефтепровод (США) от месторождения Прадхо Бей (Аляска) через Канаду до Калифорнии. Это самый дорогостоящий промышленный объект, когда-либо сооружавшийся в мире (12 млрд долл.). Протяженность 1289 км, пропускная способность 270 тыс.т нефти/сутки, перекачка осуществляется 12 насосными станциями, толщина стенок труб - полдюйма.
Передача водорода.
Можно использовать трубопроводы для передачи природного газа. Недостаток: повышенные утечки газа при самых малых нарушениях герметичности; воздействие атомов водорода на металлы и сплавы (особенно при повышенных давлениях), в результате чего сталь становится хрупкой и ломкой.
Затраты на транспортировку некоторых видов энергоносителей (в отн.ед):
Вам также могут быть интересны следующие материалы:
Комментарии:
На сайте
ВКонтакте