Энергетика, электрические системы

Содержание

Энергетика

Энергетика — область общественного производства, охватывающая энергетические ресурсы, выработку, преобразование, передачу и использование различных видов энергии. Энергетика каждого государства функционирует в рамках созданных соответствующих энергосистем.

Её целью является обеспечение производства энергии путём преобразования первичной, природной, энергии во вторичную, например в электрическую или тепловую энергию. При этом производство энергии чаще всего происходит в несколько стадий:

получение и концентрация энергетических ресурсов, примером может послужить добыча, переработка и обогащение ядерного топлива;
передача ресурсов к энергетическим установкам, например доставка мазута на тепловую электростанцию;
преобразование с помощью электростанций первичной энергии во вторичную, например химической энергии угля в электрическую и тепловую энергию;
передача вторичной энергии потребителям, например по линиям электропередачи.

Энергетика как наука, в соответствии с номенклатурой специальностей научных работников, утверждённой Министерством образования и науки Российской Федерации, включает следующие научные специальности:

Энергетические системы и комплексы;
Электрические станции и электроэнергетические системы;
Ядерные энергетические установки;
Промышленная теплоэнергетика;
Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии;
Техника высоких напряжений;
Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты.

Энергетические системы

Канада. Массивы опор линий электропередачи уходят за горизонт.

Энергетическая система (энергосистема)

— в общем смысле совокупность энергетических ресурсов всех видов, а также методов и средств для их получения, преобразования, распределения и использования, которые обеспечивают снабжение потребителей всеми видами энергии. В энергосистему входят системы электроэнергетическая, нефте- и газоснабжения, угольной промышленности, ядерной энергетики и другие. Обычно все эти системы объединяются в масштабах страны в единую энергетическую систему, в масштабах нескольких районов — в объединённые энергосистемы. Объединение отдельных энергоснабжающих систем в единую систему также называют межотраслевымтопливно-энергетическим комплексом , оно обусловлено прежде всего взаимозаменяемостью различных видов энергии и энергоресурсов.

Часто под энергосистемой в более узком смысле понимают совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, которые соединёны между собой и связаны общими режимами непрерывных производственных процессов преобразования, передачи и распределения электрической и тепловой энергии, что позволяет осуществлять централизованное управление такой системой. В современном мире снабжение потребителей электроэнергией производится от электростанций, которые могут находиться вблизи потребителей или могут быть удалены от них на значительные расстояния. В обоих случаях передача электроэнергии осуществляется по линиям электропередачи. Однако в случае удалённости потребителей от электростанции передачу приходится осуществлять на повышенном напряжении, а между ними сооружать повышающие и понижающие подстанции. Через эти подстанции с помощью электрических линий электростанции связывают друг с другом для параллельной работы на общую нагрузку, также через тепловые пункты с помощью теплопроводов, только на гораздо меньших расстояниях связывают между собой ТЭЦ и котельные. Совокупность всех этих элементов называют энергосистемой

, при таком объединении возникают существенные технико—экономические преимущества:

существенное снижение стоимости электро- и теплоэнергии;
значительное повышение надёжности электро- и теплоснабжения потребителей;
повышение экономичности работы различных типов электростанций;
снижение необходимой резервной мощности электростанций.

Такие огромные преимущества в использовании энергосистем привели к тому, что уже к 1974 году лишь менее 3 % всего количества электроэнергии мира было выработано отдельно работавшими электростанциями. С тех пор мощность энергетических систем непрерывно возрастала, а из более мелких создавались мощные объединённые системы.

Безопасность

Инструкция в энергосистеме по ее безопасности — это то, что должен знать каждый сотрудник любой электростанции.

Для начала стоит понять, что считается аварийной ситуацией. Под такое описание подходят случаи, когда происходят изменения в стабильной работе оборудования, влекущие за собой угрозу аварии. Признаки этого происшествия определяются для каждой отрасли согласно ее нормативно-техническим документам.

Если же аварийная ситуация все же возникла, то эксплуатационный персонал обязан принять меры по локализации и дальнейшей ликвидации создавшегося положения

При этом важно выполнить две следующие задачи: обеспечить безопасность людей и, по возможности, сохранить все оборудование в целостности и сохранности

Энергетическая система страны

Развитие энергосистемы — это одна из важнейших задач любого государства. Если говорить о масштабах целой страны, то магистральные сети должны опутывать всю территорию страны. Данные сети характеризуются тем, что провода способны выдерживать потоки электрической энергии с напряжением 220, 330 и 750 кВ

Тут важно отметить, что мощность, имеющаяся в таких линиях, огромна. Этот показатель может достигать от нескольких сотен мВт до нескольких десятков гВт. Такая нагрузка энергосистемы является огромной, а потому следующий этап работы — это понижение напряжения и мощности для подачи электричества на районные и узловые подстанции

Вольтаж для таких объектов должен быть 110 кВ, а мощность — не превышать нескольких десятков мВт

Такая нагрузка энергосистемы является огромной, а потому следующий этап работы — это понижение напряжения и мощности для подачи электричества на районные и узловые подстанции. Вольтаж для таких объектов должен быть 110 кВ, а мощность — не превышать нескольких десятков мВт.

электрическая энергия

Лица, учреждения и организации, которые связаны с развитием энергетики и ее функционированием

Президент принимает решения, подписывает законы, регулирует международные отношения, выступает с инициативами в принятии планов развитии энергетики в отдельных регионах.

Верховный Совет принимает законы и программы развития электроэнергетики, выделяет бюджет.

Кабинет министров (Министерство энергетики и топлива) определяет пути развития электроэнергетики, изыскивает средства на ее развитие, составляет программы развития энергетики, руководит проектными организациями, которые занимаются проектированием энергообъектов, также ему подчиняется энергорынок.

Территориальные исполнительные органы (Горсовет) проявляют инициативу в строительстве электрических станций, в развитии электрических сетей и т.д.

На территории Украины действуют следующие организации электроэнергетики:

проектные: энергосетьпроект (включая предприятия возобновляемой энергетики); гидропроект; энергопроект;
организации, занимающиеся обслуживанием энергосистемы;
строительные – энергострой;
наладочные и ремонтные организации, организации, обеспечивающие сервисное обслуживание энергооборудования;
заводы-поставщики энергооборудования.

Какие нормативные акты регулируют электроснабжение в многоквартирных домах

Законодательство, регулирующее систему электроснабжения в МКД, систематически корректируется и является достаточно обширным. Познакомимся с некоторой документацией, имеющей непосредственное отношение к вопросу электроснабжения.

Рынок розничной торговли электрической энергией регулируется Федеральным законом от 26.03.2003 N 35-ФЗ «Об электроэнергетике». Условия по оказанию коммунальных услуг по электроснабжению в МКД приняты Правилами предоставления коммунальных услуг владельцам жилых помещений и арендаторам площадей в МКД, утвержденными Постановлением Правительства РФ от 6 мая 2011 г. N 354. В соответствии с Положением №1 данных Правил, установлена допустимая остановка в оказании коммунальных услуг и допустимые несоответствия качества этих коммунальных услуг нормативному ГОСТ 32144-2013, условия и процесс корректировки размера платы за предоставляемые коммунальные услуги недолжного качества и/или с перерывами, которые превышают установленное на законодательном уровне допустимое время.

Например, возможная продолжительность перерыва в подаче электроснабжения МКД, относящегося ко второй категории надежности (при наличии двух независимых трансформаторов), равна 120 минутам, а для МКД, которые относятся к третьей категории надежности (присутствует только один трансформатор) — одни сутки. За каждый час, который выходит за границы установленной на законодательном уровне нормы, размер оплаты коммунальной услуги за расчетное время уменьшается на 0,15 % размера, установленного за данный период расчетов согласно Приложению №2 с учетом пунктов девятого раздела.

Обычно электроснабжение МКД происходит через главный распределительный щит (ГРЩ) или вводно-распределительное устройство (ВРУ). При этом питание всех абонентов осуществляется от сети напряжением 220/380 В с глухозаземленной нейтралью (система TN-C-S). В состав ГРЩ входят автомат защиты и устройства управления, позволяющие раздельно отключать потребителей электропитания. В ГРЩ производится распределение напряжения электропитания по групповым потребителям (освещение лестничных площадок, подвалов, чердаков, лифтовое оборудование, пожарная и аварийная сигнализации, жилые помещения и прочее).

Электроснабжение жилых помещений осуществляется по стоякам, через УЗО. К питающим стоякам подключаются этажные распределительные щитки, образующие сеть электропитания по квартирам. В состав этажных электрощитков, как правило, входят электросчетчики, автоматические выключатели и УЗО. Автоматические выключатели сгруппированы по каждой цепи электропитания (освещение, розетки, электроплита, стиральная машина и т. д.). Для равномерной нагрузки на распределительную сеть цепи питания разных квартир подключаются к разным фазным проводникам.

Структура и основные требования к системам электроснабжения

Основной задачей создания системы электроснабжения (СЭС) является обеспечение их высокой надежности и экономичности, поддержание высокого качества электроэнергии. СЭС включает большое количество объектов, имеет большую протяженность и рассредоточенность; ее проектированием занято много организаций. СЭС состоит из генерирующих установок, питающих и распределительных сетей, трансформаторных и преобразовательных станций и подстанций, связанных кабельными и воздушными линиями, токопроводами высокого и низкого напряжения.

Безопасность для жизни и здоровья людей при эксплуатации СЭС и надежность работы ЭО обеспечиваются правильным выбором технических решений на всех этапах выработки, распределения и передачи электроэнергии, правильным выбором способов ее канализации, выполнением требований техники безопасности и соответствием условиям окружающей среды. СЭС должна быть удобна и безопасна в обслуживании, должна обеспечивать качество энергии и бесперебойность электроснабжения в номинальном и послеаварийном режимах. В то же время СЭС должна быть экономичной, иметь минимальные потери и обоснованный расход дефицитных материалов и оборудования. Экономичность и надежность СЭС достигается путем создания связей и взаимного резервирования сетей различных регионов, сетей промышленных предприятий (ПП) с СЭС коммунальных и сельских потребителей и т.д.

СЭС условно можно разделить на три блока:

блок выработки электроэнергии (электростанции),
блок распределения и передачи электроэнергии,
блок потребителей электроэнергии.

На электростанциях вырабатываемая энергия разделяется на два потока: электрическая и тепловая энергия, рис.1.1. От генераторов электростанций, через повышающие блочные трансформаторы, рис. 1.2, электроэнергия поступает на станционные открытые распределительные устройства (ОРУ).

Рисунок 1 – Схема системы электроснабжения

Второй блок включает линии электропередач (воздушные и кабельные), опоры воздушных линий электропередач (ВЛЭП) и кабельное хозяйство, главные (ГПП) и промежуточные понизительные станции (подстанции), распределительные устройства (РУ), системы грозозащиты и компенсации реактивной мощности.

Третий блок объединяет все электроприемники (ЭП), системы управления, защиты, диагностики и приборы измерения физических величин. При создании СЭС для ЭП с резко-переменной и с циклически повторяющейся ударной нагрузкой, при наличии ЭП, требующих бесперебойного питания, устанавливаются дополнительные требования, оговариваемые в технических условиях (ТУ). Также при определении нагрузки конкретного участка, при выборе структуры, мощности и пропускной способности СЭС следует учитывать не только собственных потребителей электроэнергии, но и наличие рядом расположенных потребителей, для которых нужно обеспечить резервирование электроснабжения.

Рисунок 2 – Силовой трехфазный блочный трансформатор с масляным охлаждением

Надежность электроснабжения промышленных предприятий, их цехов и отдельных установок в значительной степени зависит от наличия и надежности систем резервного питания и защиты. Обеспечение резервного электропитания сопряжено с материальными затратами и не может быть обеспечено для всех установок и оборудования. Поэтому необходимо точно знать, у каких ЭП технологические процессы не допускают перерыва в электроснабжении, а для каких такие перерывы возможны без существенного ущерба производству. Для этого устанавливают категории надежности электроснабжения для всех ЭП.

При проектировании следует учитывать особенности размещения технологического оборудования, уметь разделять оборудование на установленное и неустановленное. Установленное оборудование обычно неподвижно, но в некоторых случаях может перемещаться по площади предприятия или цеха, или заменяться другим, более производительным. К установленному оборудованию относятся металлорежущие станки, оборудование легкой и пищевой промышленности, где технологические процессы часто меняются из-за специфического характера производства, и т.д. К неустановленному оборудованию относятся передвижные установки, например, мостовые краны, подъемно-транспортные сооружения, питающиеся от стационарной контактной сети.

Особенно высокие требования к надежному и экономичному электроснабжению предъявляют крупные энергоемкие предприятия черной и цветной металлургии, нефте- и газодобывающие предприятия, химические и другие производства, которые характеризуются большими значениями суммарных установленных мощностей ЭП.

Теплоснабжение

ТЭЦ в Финляндии.

Основная статья: Теплоснабжение

Жизнь современного человека связана с широким использованием не только электрической, но и тепловой энергии. Для того, чтобы человек чувствовал себя комфортно дома, на работе, в любом общественном месте, все помещения должны отапливаться и снабжаться горячей водой для бытовых целей. Так как это напрямую связано со здоровьем человека, в развитых государствах пригодные температурные условия в различного рода помещениях регламентируются санитарными правилами и стандартами. Такие условия могут быть реализованы в большинстве стран мира только при постоянном подводе к объекту отопления (теплоприёмнику

) определённого количества тепла, которое зависит от температуры наружного воздуха, для чего чаще всего используется горячая вода с конечной температурой у потребителей около 80—90 °C. Также для различных технологических процессов промышленных предприятий может требоваться так называемыйпроизводственный пар с давлением 1—3 МПа. В общем случае снабжение любого объекта теплом обеспечивается системой, состоящей из:

источника тепла, например котельной;
тепловой сети, например из трубопроводов горячей воды или пара;
теплоприёмника, например батареи водяного отопления.

Централизованное теплоснабжение

Новосибирская ТЭЦ-5.

Характерной чертой централизованного теплоснабжения является наличие разветвлённой тепловой сети, от которой питаются многочисленные потребители (заводы, здания, жилые помещения и пр.). Для централизованного теплоснабжения используются два вида источников:

Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ );
Котельные, которые делятся на: Водогрейные;
Паровые.

Децентрализованное теплоснабжение

Систему теплоснабжения называют децентрализованной, если источник теплоты и теплоприёмник практически совмещены, то есть тепловая сеть или очень маленькая, или отсутствует. Такое теплоснабжение может быть индивидуальным, когда в каждом помещении используются отдельные отопительные приборы, например электрические, или местным, например обогрев здания с помощью собственной малой котельной. Обычно теплопроизводительность таких котельных не превышает 1 Гкал/ч (1,163 МВт). Мощность тепловых источников индивидуального теплоснабжения обычно совсем невелика и определяется потребностями их владельцев. Виды децентрализованного отопления:

Малые котельные;
Электрическое, которое делится на: Прямое;
Аккумуляционное;
Теплонасосное;

Печное.

Тепловые сети

Основная статья: Тепловая сеть

Тепловая сеть

— это сложное инженерно-строительное сооружение, служащее для транспорта тепла с помощью теплоносителя, воды или пара, от источника, ТЭЦ или котельной, к тепловым потребителям.

От коллекторов прямой сетевой воды

с помощью магистральных теплопроводов горячая вода подаётся в населённые пункты. Магистральные теплопроводы имеют ответвления, к которым присоединяется разводка к тепловым пунктам, в которых находится теплообменное оборудование с регуляторами, обеспечивающими снабжение потребителей тепла и горячей воды. Тепловые магистрали соседних ТЭЦ и котельных для повышения надёжности теплоснабжения соединяют перемычками с запорной арматурой, которые позволяют обеспечить бесперебойное теплоснабжение даже при авариях и ремонтах отдельных участков тепловых сетей и источников теплоснабжения. Таким образом, тепловая сеть любого города является сложнейшим комплексом теплопроводов, источников тепла и его потребителей.

Лица, учреждения и организации, которые связаны с развитием энергетики и ее функционированием

Верховный Совет принимает законы и программы развития электроэнергетики, выделяет бюджет.

На территории Украины действуют следующие организации электроэнергетики:

проектные: энергосетьпроект (включая предприятия возобновляемой энергетики); гидропроект; энергопроект;
организации, занимающиеся обслуживанием энергосистемы;
строительные – энергострой;
наладочные и ремонтные организации, организации, обеспечивающие сервисное обслуживание энергооборудования;
заводы-поставщики энергооборудования.

Примечания

↑ (PDF) (недоступная ссылка). 30. IEA (2017). Дата обращения 20 февраля 2021.
↑ Под общей редакцией чл.-корр. РАН Е. В. Аметистова. том 1 под редакцией проф. А. Д. Трухния // Основы современной энергетики. В 2-х томах. — Москва: Издательский дом МЭИ, 2008. — ISBN 978 5 383 00162 2.
То есть мощность одной установки (или энергоблока).
↑ Классификация Российской Академии Наук, которая ей всё же считается достаточно условной
Это самое молодое направление традиционной электроэнергетики, возраст которого немногим более 20 лет.
Данные за 2011 год.
(англ.) (недоступная ссылка). ISBN 978 0 94612 130 4
11. WORLD ENERGY COUNCIL, Bloomberg (2013). Дата обращения 29 июля 2015.
(англ.) 5. Мировой энергетический совет (2013). Дата обращения 20 октября 2021.
До недавнего закрытия своей единственной Игналинской АЭС, наряду с Францией по этому показателю также лидировала Литва.
В.А.Веников, Е.В.Путятин. Введение в специальность: Электроэнергетика. — Москва: Высшая школа, 1988.
↑ Энергетика в России и в мире: проблемы и перспективы. М.:МАИК «Наука/Интерпереодика», 2001.
Эти понятия могут различно трактоваться.
Данные за 2005 год
ГОСТ 24291-90 Электрическая часть электростанции и электрической сети. Термины и определения
↑ Под общей редакцией чл.-корр. РАН Е.В. Аметистова. том 2 под редакцией проф.А.П.Бурмана и проф.В.А.Строева // Основы современной энергетики. В 2-х томах. — Москва: Издательский дом МЭИ, 2008. — ISBN 978 5 383 00163 9.
В зависимости от климата в некоторых странах нет такой необходимости.
. Дата обращения 4 декабря 2014.
Диаметром около 9 мм и высотой 15—30 мм.
Т. Х. Маргулова. Атомные электрические станции. — Москва: ИздАТ, 1994.
Энергосистема — статья из Большой советской энциклопедии.
ГОСТ 21027-75 Системы энергетические. Термины и определения
Не более нескольких километров.
Под редакцией С.С.Рокотяна и И.М.Шапиро. Справочник по проектированию энергетических систем. — Москва: Энергоатомиздат, 1985.

Категории электроснабжения

Чтобы лучше понять различия схем электроснабжения многоэтажного дома (как жилого, так и любого другого), необходимо знать, что электроснабжение может производиться разными способами, существенно отличающимися по надежности. Самой сложной категорий надежности является первая. При ней жилые дома запитаны двумя кабелями. Каждый из них подключен к отдельному трансформатору.

Если один трансформатор или кабель выйдет из строя, устройство АВР (автоматическое включение резерва) сразу переключит всю мощность на работающий кабель. Благодаря этому проблемы с подачей электричества будут наблюдаться считанные секунды. После выезда группы электриков и ремонта вышедшего из строя оборудования, подача электричества ведется в штатном режиме.

Для того чтобы правильно понимать различные схемы электроснабжения жилых домов, необходимо знать о трех категориях обеспечения надежности электроснабжения электроустановок. Самая простая категория – третья. Она предусматривает питание жилого дома от трансформаторной подстанции посредством одного электрического кабеля. При этом при возникновении аварийной ситуации перерыв в электроснабжении дома должен быть менее 1 суток.

При второй категории надежности электроснабжения жилой дом запитан двумя кабелями, подключенными к разным трансформаторам. В этом случае при выходе из строя одного кабеля или трансформатора, электроснабжение дома на время устранения неисправности осуществляется посредством одного кабеля. Перерыв в электроснабжении допускается на время, необходимое дежурному электротехническому персоналу для подключения нагрузок всего дома к работающему кабелю.

Есть две разновидности питания дома от двух разных трансформаторов. Либо нагрузки дома равномерно распределены по обоим трансформаторам, а в аварийном режиме подключены к одному, либо в рабочем режиме задействован один кабель, а второй является резервным. Но в любом случае кабели подключены к разным трансформаторам. Если в электрощитовую дома проложены два кабеля, один из которых является резервным, но имеется возможность подключать эти кабели только к одному трансформатору подстанции, то мы имеем только третью категорию надежности.

При первой категории надежности электроснабжения жилой дом запитан двумя кабелями, так же как и при второй категории. Но при выходе из строя кабеля или трансформатора, нагрузки всего дома подключаются к работающему кабелю при помощи устройства автоматического включения резерва (АВР).

Существует особая группа электроприемников (пожарная сигнализация, системы дымоудаления при пожаре, эвакуационное освещение и некоторые другие), которые всегда должны быть запитаны по первой категории надежности. Для этого используют резервные источники электроснабжения — аккумуляторные батареи и небольшие местные электростанции.

По существующим нормативам по третьей категории надежности осуществляют электроснабжение домов с газовыми плитами высотой не более 5 этажей, дома с электроплитами с количеством квартир в доме менее 9 и дома садоводческих товариществ.

Электроснабжению по второй категории надежности подлежат дома с газовыми плитами высотой более 5 этажей и дома с электроплитами с количеством квартир более 8.

По первой категории надежности в обязательном порядке осуществляют электроснабжение тепловых пунктов многоквартирных домов, в некоторых домах и лифты. Следует отметить, что по первой категории в основном осуществляют электроснабжение некоторых общественных зданий: это здания с количеством работающих свыше 2000 человек, операционные и родильные отделения больниц и т. д.

На рисунке показана схема электроснабжения четырех подъездного дома, запитанного по второй категории надежности с резервным кабелем. Переключение питающих кабелей осуществляется реверсивным рубильником, имеющим положения «1», «0» и «2». В положении «0» оба кабеля отключены. От автоматических выключателей QF1….QF4 запитаны линии, которые идут по подъездным вертикальным стоякам, от которых питание берется на квартиры. Обще домовые нагрузки: освещение лестниц, подвалов, светильники над входными дверями в подъезды питают отдельной группой, содержащей свой учет электроэнергии.

В зависимости от количества квартир в доме все электрооборудование может быть размещено и в одном электрошкафу, и в нескольких.

Параметры энергетической системы и электрических станций

Одна из основных характеристик, которая является определяющей в работе электрической станции и характеризует общую работу всей системы, — это мощность.

Установленная мощность электростанции. Под этим определением понимают сумму номинальных показателей всех установленных элементов на одном объекте. Если объяснять подробнее, то совокупность определяется по техническому паспорту каждого первичного двигателя, который может быть паровой, газовой, гидравлической турбиной или другим видом двигателя. Данные первичные агрегаты используются для привода электрических генераторов. Стоит отметить, что в данную характеристику также нужно включать те устройства, которые считаются резервными, и те, что находятся в данный момент времени на ремонте.