Энергосбережение в системах электроснабжения
Особенности производства, распространения, сбыта электроэнергии. Химическая энергия, заключенная в молекулярных связях ископаемого топлива, как основной источник энергии. Схема потребления электрической энергии. Сеть переменного тока промышленной частоты.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 16.05.2016 |
| Размер файла | 259,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Реферат
По теме: Энергосбережения в системах электроснабжения.
Выполнил: Студент группы 15ЭТ1
Корж Эдуард
1. Актуальность вопроса
Использование электрической энергии стало неотъемлемой частью технологических процессов и повседневной жизни человека. Несмотря на то, что человеком напрямую данный вид энергии не используется, на сегодняшний день сложно найти техническое устройство или систему, в котором отсутствуют электрические цепи.
Основными слагаемыми распространенности электричества являются:
· простая доставка в требуемую точку пространства с минимальными потерями (по сравнению с доставкой энергоносителей других видов);
· эффективное преобразование в необходимом месте в другие виды энергии (механическую, световую, тепловую и т.д.), которые непосредственно используются человеком.
Особо следует отметить наибольшую эффективность использования электрической энергии для передачи и обработки информации, что привело к тому, что все телекоммуникационное и информационное оборудование, а также большая часть устройств автоматики является электрическим.
Отличительной особенностью электрической энергии является одновременная генерация и использование, распространение практически со скоростью света, а также неразрешимые технические проблемы (при современном уровне технологий) при накоплении и хранении больших объемов.
Производством, распространением и сбытом электроэнергии занимается специализированная отрасль энергетики - электроэнергетика [1]. Электрическая энергия вырабатывается электростанциями, которые объединены с помощью линий электропередач и распределительных устройств в энергосистему - сеть переменного тока промышленной частоты (50 Гц для стран бывшего СССР) [2]. Для выравнивания нагрузки при суточных колебаниях потребления энергосистемы стран, расположенных в различных часовых поясах могут объединяться в единую энергосистему.
Важной задачей предприятий электроэнергетики является снижение потерь при генерации и доставке до конечного потребителя. Однако величина потерь при передаче зависит не только от качества генерирующих и распределительных устройств, но и от качества потребления электрической энергии, которое зависит от параметров конкретного электрооборудования, установленного у потребителя. Таким образом, неправильное потребление электрической энергии может привести к увеличению потерь при ее производстве и транспортировке, как на стороне потребителя, так и на стороне производителя.
Следующим важным фактором является рациональное использование. Количество потребляемой электрической энергии для промышленности и населения регламентируется соответствующими нормами. Так, например, для населения потребление электрической энергии семьей не должно превышать 150 кВт·ч в месяц (250 кВт·ч в домах оборудованных электроплитами) [3, 4]. Превышение норм потребления приводит к увеличению тарифов на электроэнергию для конкретного предприятия и прочим штрафным санкциям. С другой стороны рациональное и правильное использование электрической энергии способствует снижению тарифов, и другими поощрениями, которые регламентируются законодательством.
Качество производимой электрической энергии регламентируется межгосударственными стандартами [2], ответственность за их соблюдение несет поставщик. Однако на практике параметры качества электрической энергии у потребителя не всегда соответствуют требованиям. Это обусловлено следующими факторами:
· постоянно растущим уровнем потребления, как промышленностью, так и населением, в результате чего мощности существующих электростанций и распределительных сетей недостаточно для поддержания требуемого качества электроэнергии у потребителя;
· износом существующих электростанций и распределительных сетей, в результате чего увеличивается количество аварий в энергосистеме;
· наличием спонтанного непредсказуемого увеличения потребляемой мощности отдельными предприятиями, в результате чего отдельные участки энергосистемы оказываются перегруженными.
В любом случае, отклонение параметров электрической энергии от значений, регламентированных стандартами, приводит к косвенным потерям энергии за счет:
· сокращения срока службы или выхода из строя электрооборудования - в этом случае дополнительные затраты энергии необходимы для ремонта или изготовления новой техники;
· нарушения производственных процессов, вплоть до их остановки - в этом случае дополнительные затраты энергии необходимы для их восстановления или корректировки технологии производства.
Анализируя вышесказанное можно сделать вывод, что на сегодняшний день основными направлениями энергосбережения в системах электроснабжения являются:
· правильное потребление электрической энергии, которое позволит уменьшить потери при транспортировке и, соответственно снизить тарифы для конкретного предприятия;
· рациональное потребление электрической энергии в соответствии с государственными нормами для данной отрасли;
· поддержание необходимых параметров в точке потребления в случае, когда параметры электроэнергии поставляемой из энергосистемы не соответствуют требованиям.
2. Особенности получения электрической энергии
Использование природных источников электрической энергии (молнии, атмосферное электричество) на сегодняшний день человеком не освоено, поэтому электричество получают из других энергоносителей. На сегодняшний день, электрическая энергия является вторичной энергией, стоимость которой существенно выше стоимости природных ископаемых энергоресурсов.
Так, например, 1 м3 природного газа стоимостью по самому высокому тарифу 2,68 Грн по теплотворной способности соответствует 1,15 кг условного топлива. Для получения такого же количества теплоты необходимо затратить 1,15/0,123 = 9,35 кВт·ч электрической энергии стоимостью 1,136 Грн (для юридических лиц), что соответствует 10,62 Грн (1 кг уловного топлива соответствует 0,123 кВт·ч). Таким образом, стоимость природного газа будет практически в 4 раза меньше стоимости электроэнергии. При потреблении природного газа по минимальному тарифу (0,7254 Грн за 1 м3) разница в стоимости составит более 14 раз [5 - 7].
С наибольшей эффективностью электричество производится из механической энергии с помощью генераторов переменного или постоянного тока. В них электрический ток начинает протекать при вращении катушки в магнитном поле. По данному принципу работают ветро-, гидро-, приливные электростанции в который механическая (кинетическая) энергия ветра или воды напрямую преобразовывается в электричество. Количество природных источников механической энергии (ветер, реки, морские волны) потенциально велико, однако большинство из них в Украине на сегодняшний день не освоено.
В настоящее время основным источником энергии является химическая энергия, заключенная в молекулярных связях ископаемого топлива. Однако преобразователи химической энергии на сегодняшний день существенно уступают по эффективности преобразования современным генераторам. Химические элементы характеризуются низкой удельной мощностью, а топливные элементы при высокой эффективности, имеют высокую стоимость за счет использования дорогих катализаторов (например, платины).
Это приводит к тому, что электрическая энергия из химической получается путем цепочки последовательных преобразований видов энергии. Так, например, в тепловых электростанциях конденсационного типа в топке котла химическая энергия топлива превращается в тепловую и световую энергию, которая нагревает теплоноситель (воду) до температуры 540 0С под давлением 13 - 24 МПа. Перегретая вода по трубопроводам подается в паровую турбину, где ее давление снижается до уровня в 20 раз меньше атмосферного (? 0,005 МПа). В результате потенциальная энергия перегретой воды превращается в кинетическую энергию пара, который отдает ее ротору турбины. Турбина приводит в движение электрогенератор, преобразующий механическую (кинетическую) энергию вращения ротора генератора в электрический ток [8].
Аналогичным способом электроэнергию получают из атомной энергии, только вместо котла, в котором происходит сжигание химического топлива, теплоноситель греет атомный реактор.
Получение электрической энергии из других видов энергии на сегодняшний день характеризуется низкой эффективностью при высокой стоимости преобразователей. Световая энергия преобразуется в электрическую с помощью солнечных батарей, стоимость которых, вместе с обслуживанием на сегодняшний день меньше стоимости выработанной электроэнергии за весь период службы. Аналогично обстоит ситуация и с преобразователями тепловой энергии (термопары, элементы Пельтье).
Таким образом, на сегодняшний день, основное количество электрической энергии получают из химической или атомной энергии через ряд последовательных преобразований. Это обуславливает неизбежные потери, и, соответственно высокую стоимость получаемой электроэнергии.
Улучшение данной ситуации возможно путем развития альтернативных источников энергии, в первую очередь ветро-, гидро-, приливных электростанций в которых природная механическая энергия непосредственно преобразовывается в электрическую. Ситуацию также может улучшить развитие технологии производства топливных элементов, которые напрямую преобразовывают химическую энергию в электричество, минуя промежуточные преобразования, используемые на современных ТЭС.
3. Особенности потребления электрической энергии
Рассмотрим схему потребления электрической энергии, приведенную на рисунке 1.
Рисунок 1 - Схема потребления электрической энергии
В качестве источника электрической энергии выступает сеть переменного тока промышленной частоты, которая предоставляет электрическую энергию с определенными параметрами [2]:
· номинальное напряжение - 220/380 В;
· форма напряжения - синусоидальная;
· частота - 50 Гц;
· количество фаз - 3.
После подключения потребителя в цепи начинает протекать ток, величина и форма которого зависит от конкретного потребителя. Величина напряжения u (t) определяется источником электрической энергии, а величина тока i (t) - потребителем.
При протекании электрического тока от источника потребляется мгновенная мощность p (t) - величина, характеризующая скорость потребления электрической энергии [9], которая определяется формуле:
p (t) = u (t) i (t), Вт.
Когда знаки напряжения и тока совпадают, мощность положительна - в этом случае электрическая энергия передается от источника к потребителю. Когда знаки напряжения и тока противоположны, мощность отрицательна - в этом случае электрическая энергия передается (возвращается) от потребителя в источник электрической энергии (Рис. 2).
Рисунок 2 - Диаграммы потребляемого тока i (t) и мощности p (t) потребителей постоянного (а) и переменного (б) тока
Среднюю потребленную мощность за произвольный интервал времени t1…t2 можно определить по формуле:
Для цепей переменного тока, в качестве интервала времени выбирают период.
электроэнергия ископаемое топливо источник
В этом случае формула для определения мощности имеет следующий вид:
В цепях переменного тока, напряжение u (t) меняется с частотой сети, что приводит к аналогичным изменениям тока i (t). В идеальном случае форма потребляемого тока должна повторять форму напряжения с точностью до фазы (Рис. 3, а). Однако в реальных устройствах существуют сдвиг фазы тока по отношению к напряжению, обусловленные наличием в потребителе реактивных компонентов (Рис. 3, б), или искажения формы тока, обусловленные наличием компонентов с нелинейными вольтамперными характеристиками (Рис 3, в).
Рисунок 3 - Диаграммы потребляемого тока i (t) и мощности p (t) для потребителей переменного тока при активном характере нагрузки (а), при наличии реактивных элементов индуктивного характера (б), при наличии нелинейных компонентов (в)
Сдвиг фазы тока по отношению к напряжению приводит к возникновению колебаний электрической энергии между источником и потребителем с частотой в 2 раза выше частоты сети.
Несинусоидальность формы потребляемого тока приводит к неравномерности нагрузки на источник, в результате чего возникают периодические интервалы времени (с частотой в 2 раза выше частоты сети) в течение которых источник ненагружен, или перегружен.
Наличие колебаний электрической энергии между источником и потребителем или неравномерность нагрузки, приводит к тому, что для питания данного потребителя требуется источник питания, обеспечивающий большую величину тока. Увеличение тока обусловлено необходимостью поддерживать необходимый уровень колебаний энергии (без них данный потребитель не сможет нормально работать), или обеспечивать более высокий максимальный ток (при несинусоидальной форме тока).
Потери в проводах при транспортировке электрической энергии пропорциональны квадрату тока:
Рпров = I2Rпров,
где Рпров - потери в проводах, Rпров - сопротивление проводов. Таким образом, увеличение тока между источником и потребителем из-за неправильного потребления приводит к увеличению потерь электрической энергии при ее транспортировке.
Для количественной оценки потребляемой энергии используются следующие понятия.
Активная мощность, Р (Вт) - мощность, которая характеризует величину необратимых изменений электрической энергии [9]. Активная мощность характеризует полезную мощность, потребленную от источника электрической энергии, которая используется потребителем на выполнение своей непосредственной функции.
Реактивная мощность, Q (ВАР - Вольт-Ампер Реактивные) - величина, характеризующая нагрузки, создаваемые колебаниями (перемещениями) электрической энергии между источником и потребителем. Физический смысл реактивной мощности - это энергия, перекачиваемая от источника в реактивные элементы приёмника (индуктивности, конденсаторы, обмотки двигателей), а затем возвращаемая этими элементами обратно в источник в течение одного периода колебаний [9].
Полная мощность, S (ВА - Вольт-Ампер) - кажущаяся мощность, потребляемая от источника с учетом активной и реактивной мощности. Полная мощность имеет практическое значение, как величина, описывающая нагрузки, фактически налагаемые потребителем источник, так как эти нагрузки зависят от потребляемого тока, а не от фактически использованной потребителем энергии. Именно поэтому номинальная мощность трансформаторов и распределительных щитов измеряется в вольт-амперах, а не в ваттах [9].
Мощности в цепях переменного тока определяются по формулам
S = UI,
P = UIcosц = Scosц,
Q = UIsinц = Ssinц,
где U - действующее значение напряжения, I - действующее значение тока, ц - угол сдвига между напряжением и током.
Полная мощность связана с активной и реактивной мощностью следующим соотношением:
Для оценки качества потребителя электроэнергии используется коэффициент мощности (англ. Power factor) - параметр потребителя переменного тока, показывающий степень содержания активной потребляемой мощности в полной [10].
Чем выше коэффициент мощности, тем меньше потерь энергии возникает при электроснабжении данного потребителя. Существуют следующие градации качества потребления электрической энергии по коэффициенту мощности:
· 0,95…1 - высокое;
· 0,85…0,95 - хорошее;
· 0,65…0,85 - удовлетворительное;
· 0,5…0,65 - низкое;
· 0…0,5 - неудовлетворительное.
Максимальная величина коэффициента мощности для различных типов потребителей регламентирована соответствующими нормативными документами [11, 12].
Исходя из вышесказанного, можно сделать следующие выводы.
1. Для правильного потребления электрической энергии требуется устанавливать оборудование с максимальным коэффициентом мощности (максимальное значение коэффициента мощности равно 1).
2. Коэффициент мощности является техническим параметром оборудования, его величина определяется заводом изготовителем и должна быть указана в технических характеристиках устройства.
3. Минимальное значение коэффициента мощности для различных категорий оборудования определяется межгосударственными стандартами [11, 12].
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Промышленная и альтернативная энергетика. Преимущества и недостатки гидроэлектростанций, тепловых и атомных электростанций. Получение энергии без использования традиционного ископаемого топлива. Эффективное использование энергии, энергосбережение.
презентация [1,2 M], добавлен 15.05.2016Повышение качества электрической энергии за счет снижения несимметрии на тяговых подстанциях переменного тока системы тягового электроснабжения с помощью трансформаторных приставок. Закон изменения коэффициента напряжений по обратной последовательности.
контрольная работа [403,2 K], добавлен 12.03.2017Основы энергосбережения, энергетические ресурсы, выработка, преобразование, передача и использование различных видов энергии. Традиционные способы получения тепловой и электрической энергии. Структура производства и потребления электрической энергии.
реферат [27,7 K], добавлен 16.09.2010Необходимость перехода от невознобновляемых на возобновляемые источники энергии. Переход от ископаемого топлива к водородной энергетике. Разработка новых экономичных и экологически чистых способов производства энергии. Национальные водородные программы.
презентация [15,4 M], добавлен 13.07.2015Энергосбережение как деятельность, направленная на рациональное и экономное использование преобразованной и первичной энергии и природных энергоресурсов. Уменьшение количества потребления энергии в домах и квартирах простыми и недорогими способами.
презентация [519,9 K], добавлен 26.04.2015География мировых природных ресурсов. Потребление энергии - проблема устойчивого развития. Статистика потребления мировой энергии. Виды нетрадиционных (альтернативных) источников энергии и их характеристика. Хранение отработавшего ядерного топлива.
презентация [1,2 M], добавлен 28.11.2012Измерение израсходованной или выработанной энергии в сетях переменного тока. Устройство и принцип действия индукционного счетчика, основные узлы. Классификация и технические характеристики однофазных и трехфазных счетчиков, требования к установке.
реферат [1,6 M], добавлен 08.06.2011Показатели качества электроэнергии. Причины, вызывающие отклонения параметров сети от номинальных значений. Отклонение напряжения и его колебания. Отклонение фактической частоты переменного напряжения. Несинусоидальность формы кривой напряжения и тока.
контрольная работа [153,4 K], добавлен 13.07.2013Влияние отклонения показателей качества электрической энергии от установленных норм. Параметры качества электрической энергии. Анализ качества электрической энергии в системе электроснабжения городов-миллионников. Разработка мероприятий по ее повышению.
дипломная работа [2,8 M], добавлен 21.01.2017Потери электрической энергии при ее передачи. Динамика основных потерь электроэнергии в электрических сетях России и Японии. Структура потребления электроэнергии по РФ. Структура технических и коммерческих потерь электроэнергии в электрических сетях.
презентация [980,8 K], добавлен 26.10.2013Изучение истории рождения энергетики. Использование электрической энергии в промышленности, на транспорте, в быту, в сельском хозяйстве. Основные единицы ее измерения выработки и потребления. Применение нетрадиционных возобновляемых источников энергии.
презентация [2,4 M], добавлен 22.12.2014Потребление тепловой и электрической энергии. Характер изменения потребления энергии. Теплосодержание материальных потоков. Расход теплоты на отопление и на вентиляцию. Потери теплоты с дымовыми газам. Тепловой эквивалент электрической энергии.
реферат [104,8 K], добавлен 22.09.2010Сущность и краткая характеристика видов энергии. Особенности использования солнечной и водородной энергии. Основные достоинства геотермальной энергии. История изобретения "ошейника" А. Стреляемым, принцип его работы и потребления энергии роста растений.
презентация [911,5 K], добавлен 20.12.2009Роль электроэнергии в производственных процессах на современном этапе, метод ее производства. Общая схема электроэнергетики. Особенности главных типов электростанций: атомной, тепловой, гидро- и ветрогенераторы. Преимущества электрической энергии.
презентация [316,3 K], добавлен 22.12.2011Требования по технике безопасности. Трехфазная цепь при соединении потребителей по схемам "звезда" и "треугольник". Однофазного счетчика электрической энергии. Опыт холостого хода трансформатора, короткого замыкания. Работа люминесцентной лампы.
методичка [721,6 K], добавлен 16.05.2010История энергетики, основные типы электростанций. Зачем нужно экономить электроэнергию, основные способы экономии. Энергосбережение как новый "источник" энергии. Энергетический паспорт квартиры. Что может сделать каждый из нас для экономии электроэнергии.
реферат [618,7 K], добавлен 23.09.2012Длительность провала напряжения. Роль провалов напряжения для улучшения качественных характеристик сети. Оценка коэффициента несимметрии напряжения по обратной последовательности. Повышение коэффициента мощности электрической тяги переменного тока.
контрольная работа [215,0 K], добавлен 18.05.2012История возникновения приборов учёта и измерения электрической энергии. Классификация счётчиков электричества по типу измеряемых величин, типу подключения и конструкции. Схема устройства индукционного счетчика. Будущее учёта электрической энергии.
реферат [268,8 K], добавлен 11.06.2014Генерация электроэнергии как ее производство посредством преобразования из других видов энергии, с помощью специальных технических устройств. Отличительные признаки, приемы и эффективность промышленной и альтернативной энергетики. Типы электростанций.
презентация [2,0 M], добавлен 11.11.2013Классификация альтернативных источников энергии. Возможности использования альтернативных источников энергии в России. Энергия ветра (ветровая энергетика). Малая гидроэнергетика, солнечная энергия. Использование энергии биомассы в энергетических целях.
курсовая работа [3,9 M], добавлен 30.07.2012
