Vier wesentliche Bestandteile eines elektrischen Energiesystems
Stromversorgungssystem
Im Allgemeinen müssen Sie zustimmen, dass das elektrische Energiesystem ein komplexes Projekt ist, das aus den vier Hauptbestandteilen besteht. Lassen Sie uns nun jeden einzelnen Eingeborenen im Detail betrachten:
Vier wesentliche Bestandteile eines Stromversorgungssystems (Bildnachweis: afconsult.com)
1. Stromversorgung
Alle Länder verfügen jetzt über einige VorräteStrom für angeschlossene Verbraucher. In vielen Industrieländern wird ein landesweites Netz- oder Verteilungssystem installiert, damit die Erzeugungsanlage aufgestellt werden kann „Gepoolt“ durch Verbindungen zur Versorgung der Kunden von Industrie- / Fabrikkomplexen bis hin zum kleinsten privaten Verbraucher, vielleicht mit einem einzigen Licht oder einem Fernsehgerät.
B. Wasser in ein höheres Reservoir gepumptDabei muss die Leistung der Erzeugungsanlage immer sofort dem Bedarf der Lasten und den Verlusten (hoffentlich weniger als 10%) beim Transport und der Abgabe der benötigten Energie (kWh-Einheiten) entsprechen.
Für viele gute Gründe Die meisten kleinen Verbraucher benötigen ihre Versorgung bei niedriger Spannung (230 V in Europa, 110 V in den USA zum Beispiel). Um die Verluste gering zu halten, muss der Strom über eine beliebige Entfernung bei einer hohen Spannung übertragen werden (400 kV in Europa, bis zu 700 kV in den USA / Kanada).
Generation andererseits wird am wirtschaftlichsten bei etwa 20 kV durchgeführt Dies erfordert einen Spannungsanstieg für das Übertragungssystem und einen Spannungsabfall für die Verteilung an die unzähligen kleinen (hauptsächlich privaten) Verbraucher.
Diese Umwandlung wird leicht von Transformatoren mit hohem Wirkungsgrad durchgeführt, die nach dem Faraday'schen Gesetz 50 Hz in Europa, Japan, Australienusw. und 60 Hz auf dem amerikanischen Kontinent. Um die Materialkosten auf ein Minimum zu beschränken, erfolgt die Übertragung und Verteilung am besten mit einem 3-Phasen-System. Kleinverbraucher benötigen jedoch nur eine einphasige Versorgung.
Große und mittlere Verbraucher wie industrielle Prozesse, Fabriken, große Gebäude und Krankenhäuser usw. werden am wirtschaftlichsten mit einer höheren Spannung als kleine Verbraucher versorgt zwischen 10 und 20 kV.
Folglich bestehen viele Verteilersysteme aus AbwärtstransformatorenKabel oder Freileitungen arbeiten bei dieser Spannung und nur die letzten, vergleichsweise kurzen Verbindungen zu einzelnen kleinen Verbrauchern, arbeiten mit 230 V oder 110 V, üblicherweise durch Abzweig von einem 3-Phasensystem.
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2. Übertragung
Ein Teil eines typischen Erzeugungs- und Übertragungsnetzes ist wie in Abbildung 1 als Diagramm mit einer einzelnen Leitung dargestellt. Es ist zu beachten, dass Generatoren durch ein 3-Phasensystem miteinander verbunden sind und es ist wichtig, dass sie synchron miteinander laufen. Wenn ein Generator aufgrund eines Fehlers nicht synchron bleiben kann, muss er von seinem Leistungsschalter getrennt werden, da sonst das gesamte System zusammenbrechen könnte.
Verteilersysteme werden aus dem Hochspannungsnetz durch Abwärtstransformatoren gespeist, und zunehmend gibt es kleinere Generatoren "Eingebettet" im Vertriebsnetz Addition der kombinierten Energieabgabe des synchronisierten Systems.
Abbildung 1 - Teil eines typischen Erzeugungs- und Übertragungsnetzes
In einer deregulierten Stromversorgungsbranche(ESI) können sich die Generatoren im Besitz verschiedener Betreiber befinden und von diesen betrieben werden, die Übertragungsleitungen und Umspannstationen anderer Investoren sowie die Lieferungen an die Verteilersysteme, die im Rahmen eines Vertrags an private Vertriebsunternehmen oder Lieferanten erworben wurden.
Zunehmend für Unterwasseranschlüsse oder fürVerbindungen zwischen Netzwerken, die nicht synchron sind, Hochspannungs-Gleichstrom unter Verwendung von Halbleitern als Gleichrichter an einem Ende und Wechselrichter am anderen Ende. Solche Verbindungen sollten als Alternativen zu a.c. betrachtet werden. Verbindungen.
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3. Verteilung
Mittel- und Niederspannungsverteilungssysteme variierenin ihrem Design und Layout je nach Ort, der bedient wird. In städtischen Gebieten, in denen die Verbraucher zahlreich und konzentriert sind, wird ein unterirdisches Netz mit dicht beabstandeten Transformatorenstationen installiert, deren Größe dem maximal erwarteten Bedarf nach Berücksichtigung der durchschnittlichen Nutzungsvielfalt der Kunden entspricht.
Abbildung 2 zeigt ein typisches städtisches Netzwerk wobei jede einzelne Linie 3 Phasen darstellt, die in einem einzigen unterirdischen Kabel enthalten sind.
Abbildung 2 - Typische Anordnung einer Versorgung eines städtischen Netzwerks in Großbritannien
Wegen der Komplexität des SchutzesWenn das System vollständig miteinander verbunden ist, wird es normalerweise als radiales System betrieben, das von den primären Unterstationen gespeist wird. Die Stromkreise können jedoch durch alternative Verbindungen versorgt werden, wenn ein Stromkreis unter Fehler- oder Wartungsbedingungen unterbrochen wird.
Abbildung 3 zeigt eine typische ländliche VerteilungSystem, in dem die Abschnittspunkte ein manuelles Umschalten ermöglichen, um die Versorgung nach einer Sicherungsunterbrechung wiederherzustellen. Freileitungen, entweder 3-phasig oder einphasig, sind die Norm und ermöglichen eine schnelle Reparatur durch eine entsprechend ausgerüstete Crew.
Abbildung 3 - Ein typisches ländliches Verteilungssystem bei 11 kV mit Aufwärts- und Abwärtswandlern, wobei letztere durch Sicherungen geschützt sind
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4. lädt
Die Nachfrage der Verbraucher in einem Stromversorgungssystem wird häufig als "Last" bezeichnet und natürlich variiert sie von Stunde zu Stunde, Tag zu Tag und von Saison zu Saison. Typische Tageslastkurven, die über das gesamte System von England und Wales aggregiert wurden, sind in Abbildung 4 dargestellt.
Wie bereits erwähnt, muss die Gesamtgeneratorleistung dieser Anforderung entsprechen. Dies erfordert, dass die Generatoren flexibel sind.
In Zeiten, in denen die Nachfrage schwanken dürfteB. um 5% innerhalb von Minuten (wie dies bei landesweiten Ereignissen der Fall sein könnte, wenn Wasserkocher oder Herde in Abstimmung mit einem Fernsehprogramm ein- / ausgeschaltet werden), werden mehrere Generatoren, insbesondere solche mit schneller Reaktion, eingeplant.
Wenn die Nachfragekurve von 4 in absteigender Größenordnung wie in 5 dargestellt ist, zeigt das resultierende Diagramm eine Durationskurve. Über ein Jahr Betriebszeit zeigt diese Kurve die Ladefaktor an denen verschiedene Arten von Erzeugungsanlagen zu erwarten sind.
Abbildung 4 - NGC-Sommer- und Winteranforderungen für 1995/96 (nicht wetterbereinigt)
Normalerweise hat die Anlage den günstigsten Preis prokWh würde bei Grundlast arbeiten, und die Peaking-Anlage würde mit einem sehr kleinen Lastfaktor um den Spitzenbedarf herum arbeiten. Es wird erwartet, dass andere Anlagen, abhängig von ihren Eigenschaften und Produktionskosten, mit den Zwischenlastfaktoren arbeiten, die sich wahrscheinlich tagsüber entwickeln und nachts abschalten (bekannt als Zweischichtbetrieb).
Abbildung 5 - Kurve der Nachfragedauer für typischen Winterbedarf
In miteinander verbundenen Systemen oder Kraftwerken, woEnergiehandel ist erlaubt, der Betrieb des Systems ist wesentlich komplexer. In diesem Fall kann eine bestehende Erzeugungsanlage feststellen, dass sie sich nicht auf den Grundlast- oder Zwischenlastbetrieb verlassen kann und gemäß ihrem vertraglich festgelegten Leistungsportfolio installiert und betrieben werden muss, und nicht in wirtschaftlicher Hinsicht.
Die Verfügbarkeit langfristiger Verträge sowohl auf der Kraftstoffversorgungsseite als auch auf der Seite der Ausgangsenergie dürfte in Zukunft das dominierende Merkmal der Planung sein.
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Referenz // Elektrotechnisches Nachschlagewerk von M.A. Laughton CEng., FIEE und D.J. Warne CEng., FIEE