Выработка и передача электроэнергии

Выработка и передача электроэнергии

Выработка и передача электроэнергии (electricity generation and supply). Принципы электромагнит-ной индукции, на к-рых основаны выработка и передача электроэнергии, впервые были сформулированы в 1820—30-х гг. В сер. 19 в. открылись возможности выработки и использования электричества, в частности для освещения. Тогда же появились первые небольшие электрич. генераторы, однако концепция электрич. сетей общего пользования возникла позднее. Изобретение лампы накаливания привело к возникновению потребности в электрич. освещении, и в 1878 г. Лан-Фокс в Великобритании и Эдисон в США предложили системы передачи электроэнергии для освещения и др. нужд. В 1882 г. в Лондоне и Нью-Йорке начали работать электростанции, к-рые обеспечивали постоянным током при низком напряжении прибл. 4000 ламп. Первая система электроснабжения начала работать в Брайтоне (Великобритания) в 1881—82-м гг. Первая электростанция общего пользования с паровыми турбинами построена в Форт-Бэнксе (Ньюкасл) в 1888 г. К 1900-м гг. в Великобритании было уже ок. 250 поставщиков электрич. энергии, в т. ч. частных компаний, в США — ок. 3000, в Германии также вырабатывалось большое кол-во электроэнергии. Однако большое кол-во производителей привело к возникновению технич. несовместимости между разл. системами выработки электроэнергии. В кон. 19 в. Ферранти доказывал необходимость их объединения и возможность экономии за счет роста масштабов энергосистемы. Он спроектировал огромную электростанцию в Депфорде, к-рая в 1899 г. поставляла электроэнергию в Лондон под напряжением 10 кВ по подземному кабелю да. ок. 45 км. Кроме того, поставщики также столкнулись с др. технич. вопросом: постоянный или переменный ток использовать в линии передач. Системы передачи постоянного тока оказались неэффективными, т.к. много энергии терялось в проводниках. Переменный же ток легко преобразовать с помощью трансформатора от низкого к высокому напряжению, что значительно снижает потери в линии. Ферранти выступал за системы передачи переменного тока. Первая практическая система передачи переменного тока была разработана нем. инженером Оскаром фон Миллером. Она предназначалась для подачи электроэнергии во Франк-фурт-на-Майне и начала работать в 1891 г. Использование больших энергосистем и переменного тока высокого напряжения для передачи электроэнергии привело в сер. 20 в. к снижению цен на электроэнергию в большинстве промышленно развитых стран. Были разработаны нац. стандарты в области обеспечения потребителей электроэнергией. В Великобритании в 1925 г. был учрежден Центральный комитет по электроэнергии, а в 1927 г. начали создавать объединенную энергосистему, в к-рой характеристики поставляемой потребителям электроэнергии должны были соответствовать опред. требованиям. Она состояла из сети линий электропередачи, соединяющей всех производителей и потребителей, что позволяло компенсировать пик энергопотребления в одной области путем подачи энергии из др. Все электростанции делили нагрузку между собой, так что при выходе из строя одного из генераторов потребители по-прежнему продолжали получать электроэнергию.
Применяемые методы выработки электроэнергии зависят от экономич. ресурсов, но их характеристики одинаковы для многих стран (источник энергии). Совр. электрич. генераторы производят переменный ток напряжением 20 кВ и частотой 50 или 60 Гц. Обычно используется трехфазная система передачи переменного тока, когда он течет по трем проводам. Фазы переменного тока смещены на 120°. Это позволяет обеспечить постоянный поток мощности и более ровную и эффективную работу, чем однофазная система. Для передачи на большие расстояния напряжение с помощью трансформатора повышается до 270 кВ, а на особенно протяженных участках — до 500 кВ. Очень высокие напряжения используются для сокращения потерь в линиях электропередачи. Затем это напряжение последовательно понижается до 110 или 220 В в зависимости от стандартов, принятых в стране. Во всех электросетях общего пользования используется переменный ток, однако последние технологические достижения и разработка сверхпроводящих кабелей (сверхпроводимость) возобновили интерес к системам электропередачи постоянного тока. При передачах электроэнергии на большие расстояния они могут конкурировать с системами переменного тока, т.к. кабель при постоянном токе позволяет передавать в 2—10 раз больше энергии, чем при переменном. Передача электроэнергии на большие расстояния в большинстве стран осуществляется по проводам, закрепленным на мачтах, а в городе — по подземному кабелю.