Электроэнергетика — отрасль промышленного производства, включающая в себя:

  • производство (генерация);
  • передачу;
  • сбыт электроэнергии.

Электроэнергетика является наиболее важной отраслью энергетики, что объясняется такими преимуществами электроэнергии перед энергией других видов:

  • лёгкость передачи на большие расстояния;
  • распределение между потребителями;
  • преобразования в другие виды энергии (механическую, тепловую, химическую, световую и др.).

Электрическая энергия практически одновременно производиться на электрических станциях и потребляется потребителями, поскольку электрический ток распространяется по сетям со скоростью, близкой к скорости света. Электрическую энергию трудно хранить, для этого используются аккумуляторные батареи, гидроаккумулирующие станции и т.д. .

Генерация электрической энергии

Генерация электроэнергии - процесс преобразования различных видов энергии в электрическую энергию на индустриальных объектах, называемых электрическими станциями. В настоящее время существуют следующие виды генерации:

Тепловая электроэнергетика– уровень безопасного допуска  SIL3.

конденсационные (КЭС, также используется старая аббревиатура ГРЭС);

теплофикационные (теплоэлектроцентрали, ТЭЦ);

газопоршневые электрические станции (ГПЭС производства WILSON, MWM GmbH (ранее известный как DEUTZ Power Systems или DPS), DEUTZ, Wartsila, GE JenbacherCaterpillar;

газотурбинные электрические станции (ГТЭС);

парогазовые электрические станции (ПГУ).

Ядерная (атомная)  энергетика – уровень безопасного допуска  SIL4.

К ней относятся атомные электростанции (АЭС) с различными видами реакторов:

  • ВВЭР — двухконтурный водо-водяной корпусной энергетический ядерный реактор с водой под давлением на медленных нейтронах;
  • РБМК — канальный, гетерогенный, графито-водный, кипящего типа, на медленных нейтронах;
  • БН —- реактор на быстрых нейтронах

На атомной станции тепловая энергия выделяется  при делении атомных ядер в ядерном реакторе. Дальнейшая схема производства электроэнергии принципиально не отличается от ТЭС:

пар нагревается в реакторе;

поступает в паровую турбину.

Гидроэнергетика (ГЭС) – уровень безопасного допуска  SIL4.

В гидроэнергетике (ГЭС) в электрическую энергию преобразуется кинетическая энергия течения воды. Для этого при помощи плотин на реках искусственно создаётся перепад уровней водяной поверхности (т. н. верхний и нижний бьеф). Вода под действием силы тяжести переливается из верхнего бьефа в нижний по специальным протокам, в которых расположены водяные турбины, лопасти которых раскручиваются водяным потоком. Турбина же вращает ротор электрогенератора. Особой разновидностью ГЭС являются гидроаккумулирующие станции (ГАЭС), такие станции очень эффективно справляются с разгрузкой сети в пиковые часы.

Гидроэлектрические станции разделяются в зависимости от принципа использования природных ресурсов, и, соответственно, образующейся концентрации воды:

  • русловые и плотинные ГЭС — напор воды в них создается строительством плотины, полностью перегораживающей реку, или поднимающей уровень воды в ней на необходимую отметку;
  • приплотинные ГЭС — река полностью перегораживается плотиной, а само здание ГЭС располагается за плотиной, в нижней её части, вода подводится к турбинам через специальные напорные тоннели, а не непосредственно, как в русловых ГЭС.
  • деривационные гидроэлектростанции — необходимая концентрация воды в ГЭС такого типа создается посредством деривации. Вода отводится из речного русла через специальные водоотводы, последние спрямлены, и их уклон значительно меньший, нежели средний уклон реки. В итоге вода подводится непосредственно к зданию ГЭС.
  • гидроаккумулирующие электростанции — аккумулируют выработанную электроэнергию и пускать её в ход в часы пиковых нагрузок. В периоды (не пиковой нагрузки – ночь, полупик), агрегаты ГАЭС работают как насосы от внешних источников энергии и закачивают воду в специально оборудованные верхние бассейны. В часы пик, вода из них поступает в напорный трубопровод и приводит в действие турбины.

Альтернативная энергетика.

К ней относятся способы генерации электроэнергии, имеющие ряд достоинств по сравнению с «традиционными», но по разным причинам не получившие достаточного распространения. Основными видами альтернативной энергетики являются:

Ветроэнергетика – уровень безопасного допуска  SIL2-3 — использование кинетической энергии ветра для получения электроэнергии;

Гелиоэнергетика – уровень безопасного допуска  SIL2-3 — получение электрической энергии из энергии солнечных лучей;

Общими недостатками ветро- и гелиоэнергетики являются относительная маломощность генераторов при их дороговизне. Также в обоих случаях обязательно нужны аккумулирующие мощности на ночное (для гелиоэнергетики) и безветренное (для ветроэнергетики) время;

Геотермальная энергетика — использование естественного тепла Земли для выработки электрической энергии. Геотермальные станции представляют собой обычные ТЭС, на которых источником тепла для нагрева пара является не котёл или ядерный реактор, а подземные источники естественного тепла. Недостатком таких станций является географическая ограниченность их применения: геотермальные станции рентабельно строить только в регионах тектонической активности, то есть, там, где естественные источники тепла наиболее доступны;

Водородная энергетика – уровень безопасного допуска  SIL2-3  — использование водорода в качестве энергетического топлива имеет большие перспективы: водород имеет очень высокий КПД сгорания, его ресурс практически не ограничен, сжигание водорода абсолютно экологически чисто (продуктом сгорания в атмосфере кислорода является дистиллированная вода).

Приливная энергетика – уровень безопасного допуска  SIL2-3  — использование энергию морских приливов, вызванное гравитационным притяжением Луны и Солнца. Приливные электростанции строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды. Колебания уровня воды у берега могут достигать 18 метров.

Передача и распределение электрической энергии – уровень безопасного допуска  SIL2-3  

Передача электрической энергии от электрических станций до потребителей осуществляется по электрическим сетям. Электрическая сеть представляет собой совокупность линий электропередачи (ЛЭП) и трансформаторов, находящихся на подстанциях. Конструктивно линии электропередачи делятся на воздушные и кабельные,  переменного тока и  постоянного тока

В основном, ЛЭП служат для передачи переменного тока и лишь в отдельных случаях (например, для связи энергосистем, питания контактной сети и другие) используются линии постоянного тока. Линии постоянного тока имеют меньшие потери на емкостную и индуктивную составляющие.

Классификация ЛЭП по назначению:

  • Сверхдальние ЛЭП напряжением 500 кВ и выше (предназначены для связи отдельных энергосистем).
  • Магистральные электрические сети напряжением 220 и 330 кВ (предназначены для передачи энергии от мощных электростанций, а также для связи энергосистем и объединения электростанций внутри энергосистем — к примеру, соединяют электростанции с распределительными пунктами).
  • Распределительные электрические сети напряжением 6, 10, 20, 35, 110 (предназначены для электроснабжения предприятий и населённых пунктов крупных районов — соединяют распределительные пункты с потребителями)

Классификация ЛЭП  по уровням напряжения и соответственно тарифа за технологическое присоединения и потреблённую электрическую энергию:

  • ВЛ до 1000 В (ВЛ низшего класса напряжений – НН);
  • ВЛ 6 – 10 кВ (ВЛ среднего класса напряжений – СН1);
  • ВЛ 20 – 35 кВ (ВЛ среднего класса напряжений – СН2);
  • ВЛ 110 – 220 кВ (ВЛ высокого класса напряжений – ВН)
  • ВЛ 330 –750 кВ (ВЛ сверхвысокого класса напряжений – ВН)
  • ВЛ выше 750 кВ (ВЛ ультравысокого класса напряжений – ВН)

Эти группы существенно различаются, в основном — требованиями в части расчётных условий и конструкций.

Воздушные линии (ВЛ) подвешены над поверхностью земли на безопасной высоте на специальных сооружениях, называемых опорами. Как правило, провод на воздушной линии не имеет поверхностной изоляции; изоляция имеется в местах крепления к опорам. На воздушных линиях имеются системы грозозащиты.

Кабельные линии (КЛ) проводятся под землёй. Электрические кабели имеют различную конструкцию, однако можно выявить общие элементы. Сердцевиной кабеля являются три токопроводящие жилы (по числу фаз). Кабели имеют как внешнюю, так и междужильную изоляцию.

Основным достоинством воздушных линий электропередачи по сравнению с кабельными линиями является;

  • их относительная дешевизна;
  • высокая ремонтопригодность.

Воздушные линии электропередачи имеется ряд существенных недостатков:

  • широкая полоса отчуждения
  • незащищённость от внешнего воздействия
  • эстетическая непривлекательность.