System elektroenergetyczny (SEE)

SEE jest zdefiniowany jako zbiór urządzeń przeznaczonych do
wytwarzania, przesyłu i rozdziału energii elektrycznej, połączonych
ze sobą funkcjonalnie dla realizacji ciągłej dostawy (do odbiorców)
energii elektrycznej o odpowiedniej jakości.

1. OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA SYSTEMU

ELEKTROENERGETYCZNEGO

Definicja systemu:
System jest to zespół urządzeń połączonych ze
sobą w celu wypełnienia z góry zadanej funkcji.

SEE dzielimy na dwa podsystemy:

a)  Podsystem wytwarzania, w którego skład
wchodzą elektrownie,

b)  Podsystem przesyłowo-rozdzielczy, w którego
skład wchodzą sieci

Elementy systemu

Sieci składają się z:

·   linii napowietrznych i kablowych służących do przesyłu energii
elektrycznej,

·   stacji stanowiących punkty rozdziału i przetwarzania energii
elektrycznej;

Sieci

elektroenergetyczne

1. Sieci Najwyższych Napięć NN –

Sieci

przesyłowe

(systemowe) o napięciach 220 i

400 kV oraz krótki odcinek linii kablowej
prądu stałego 450 kV w okolicach Słupska.

2. Sieci Wysokich Napięć WN – 110 kV,

Sieć

dystrybucyjna i koordynowana sieć
dystrybucyjna

Sieci elektroenergetyczne

3. Sieci Średnich Napięć SN –

sieci

dystrybucyjne

– sieci SN o następujących

napięciach: 6, 10, 15, 20, 30, 60 kV.

4. Sieci niskich napięć nn –

sieci dystrybucyjne

- do tej grupy zalicza się wszystkie sieci o U

n

< 1

kV, są to: 230/400V , 3x500 V, 400/690 V, 3x1000
V.

Największą rolę w systemie krajowym pełni Operator Systemu
Przesyłowego (OSP) – będący obecnie w strukturach
organizacyjnych
Polskich Sieci Elektroenergetycznych (PSE) SA.

Podstawowym zadaniem OSP jest prowadzenie ruchu sieci
przesyłowej oraz
koordynowanie ruchu sieci dystrybucyjnej, głównie 110 kV w
sposób
zapewniający bezpieczną pracę systemu elektroenergetycznego.

W przedsiębiorstwach dystrybucyjnych na terenie ich działania,
podobną rolę
w zakresie sieci rozdzielczych pełnią Operatorzy Systemów
Rozdzielczych (OSR).

OSP

Elementy systemu

Jednostka wytwórcza - zespół urządzeń
tworzących niezależny ciąg technologiczny,
mogący samodzielnie wytwarzać energię
elektryczną.

Jednostki wytwórcze dzielą się na: tradycyjne
węglowe, jądrowe, gazowe, na paliwa płynne oraz
ostatnio szybko rozwijające się jednostki oparte
na odnawialnych źródłach energii: wodne,
wiatrowe, słoneczne, na biomasę i inne.

Powierzchnia

312 679 km2

Liczba mieszkańców

38,2 mln

Gęstość zaludnienia

122 os/km2

Produkcja energii
elektrycznej

163,5 GWh

Produkcja energii
elektrycznej na 1
mieszkańca

4 244 kWh

Polska w roku 2011 - dane ogólne

Struktura produkcji energii elektrycznej w elektrowniach krajowych,
wielkości wymiany energii elektrycznej z zagranicą i krajowe zużycie
energii elektrycznej w latach 2009-2011 [GWh].

Cechą charakterystyczną SEE jest rozległość terytorialna, obejmuje
on
najczęściej całe państwo. Wielkie odległości w przypadku państw
wielkich obszarowo takich jak: Rosja, Kanada, USA, Australia,
Brazylia, zmuszają do intensywnych prac badawczych z dziedziny
techniki przesyłu energii elektrycznej na wielkie odległości w tym w
szczególności nad przesyłem prądem stałym.

Z drugiej strony pojawienie się i coraz szybszy rozwój
rozproszonych i
odnawialnych źródeł energii o stosunkowo niewielkich mocach
może w przyszłości prowadzić do powstania małych niezależnych,
lokalnych systemów elektroenergetycznych.

Powiązania systemów

Elektroenergetyka wyszła już poza granice poszczególnych państw,

łączy grupy państw, a nawet całe kontynenty.

Korzyści :

  mniejsza wartość koniecznej rezerwy mocy,
  możliwość uzyskania szybkiej mocy interwencyjnej
 wzajemne zasilanie odbiorców umiejscowionych w strefach

przygranicznych

• pobieranie opłat za tranzyt energii,

Powiązanie krajowego SEE z systemami

europejskimi

Systemy Europejskie

System UCPTE, obejmuje Europę od naszej wschodniej granicy
po Portugalię, oprócz korzyści wynikają z tego obowiązki, z
których

podstawowym

jest

konieczność

utrzymania

częstotliwości na poziomie 50 Hz.

Aby utrzymać wymagany poziom częstotliwości przy
zmieniającym się obciążeniu, konieczny jest zapas mocy w
systemie, dla Polski zapas ten wynosi 2000 MW/Hz

   równomierne obciążenie długich linii wschód – zachód
  połączenie systemów zasilanych przez różne typy elektrowni,

Powiązanie krajowego SEE z systemami

europejskimi

Kraje należące do UCTE

Częstotliwość bazowa w poszczególnych

miesiącach

Połączenie Polski z krajami sąsiednimi:

  z Niemcami: 2 linie 220 kV x 2 tory, 1 linia 400 kV,
  z Czechami: 2 linie 400 kV, 2 linie 220 kV,
   ze Słowacją: 1 linia 400 kV,
 z Białorusią: 1 linia 220 kV (Białystok – Roś) przesyłająca moc 60-90 MW

na teren wydzielony,

       z Ukrainą: 1 linia 220 kV (Dobrotvor – Zamość) o mocy przesyłowej

130-180 MW; jest to linia wydzielona pracująca na system Polski, linia
750 kV – wyłączona od 1994 r.

Wymiana energii elektrycznej z zagranicą w 2011

roku - przepływy fizyczne [MWh]

Do największych i najciekawszych systemów elektroenergetycznych
w UCTE
należą systemy: Francji, Niemiec, Włoch i Hiszpanii.

Francja ma zainstalowane ponad 462,8 GW mocy wytwórczych w
elektrowniach jądrowych, produkuje się w nich 79,4% energii. Jest to
największy udział elektrowni jądrowych w całkowitej produkcji
energii elektrycznej na świecie. System przesyłowy Francji jest
połączony czternastoma liniami 220kV i szesnastoma liniami 380kV
z systemami Belgii, Luxemburga, Szwajcarii, Włoch, Danii i Hiszpanii.
W Niemczech jest ponad 500 wytwórców energii elektrycznej.
Wytwarzanie
energii elektrycznej jest oparte w 30% na energii jądrowej, 59% węglu,
w 7% na
gazie. Niemcy mają silne powiązania systemu elektroenergetycznego
z systemami sąsiadów. Tworzą je 28 linii 220kV i 26 linii 380 kV. 4 z
tych linii łączą Niemcy z Polską. Niemcy są największym konsumentem
energii elektrycznej w UCTE

We Włoszech produkcja energii elektrycznej jest oparta w
16,8% na elektrowniach wodnych i w
80% na elektrowniach cieplnych (15% węgiel, 32% gaz i 53% na
mazut).
W 1987 r. zamknięto jedyną we Włoszech elektrownię atomową.
Włosi importują 13% energii elektrycznej, głównie z Francji.
System elektroenergetyczny Włoch jest połączony z systemami
sąsiadów 12 linii 220 kV i 6 linii 380 kV.

W Hiszpanii produkcja energii elektrycznej jest oparta w 61% na
elektrowniach
cieplnych konwencjonalnych, w 25% na elektrowniach atomowych i w
13,8%
elektrowniach wodnych. System elektroenergetyczny Hiszpanii jest
połączony 2-ma liniami 220 kV i 6-cioma liniami 380 kV z systemami
krajów sąsiadujących.

    ELEKTROWNIE CIEPLNE

Elektrownia cieplna jest to zakład produkujący energię elektryczną na
skalę przemysłową wykorzystując do tego celu paliwa organiczne tzw.
elektrownia konwencjonalna lub paliwa rozszczepialne tzw. elektrownia
jądrowa.

1. W zależności od paliwa i czynnika roboczego elektrownie cieplne
dzielimy na:
a)   elektrownie parowe klasyczne (konwencjonalne) – paliwem jest

węgiel lub olej opałowy, czynnikiem roboczym jest para wodna

napędzająca turbinę parową,
b)  elektrownie parowe jądrowe – źródłem ciepła jest proces

rozszczepienia paliw jądrowych w reaktorze, czynnikiem roboczym jest

para wodna napędzająca turbinę parową,
c)  elektrownie gazowe – paliwem jest gaz, czynnikiem roboczym są

spaliny gazu
napędzające turbinę gazową,
d)  elektrownie spalinowe – silnik Diesla, napędza generator.

Klasyfikacja elektrowni

B.    ELEKTROWNIE WODNE

a)  elektrownie przepływowe – Włocławek,
Dębe

b/   elektrownie zbiornikowe – Solina,

c/ elektrownie pompowe - (zwane szczytowo –
pompowymi).

2. W zależności od rodzaju nośnika energii
finalnej elektrownie cieplne dzielimy na:
a)  kondensacyjne – produkują tylko energię
elektryczną,
b) elektrociepłownie – produkcja energii
elektrycznej i energii cieplnej w tzw. układzie
skojarzonym.

Klasyfikacja elektrowni

Elektrownie pracujące równolegle i dostarczające do systemu
energię elektryczną można podzielić na trzy grupy w zależności
od ich udziału w pokrywaniu obciążenia występującego w
systemie elektroenergetycznym: 

1)    podstawowe – dostarczają do SEE przeważającą część energii
elektrycznej i pracują przez większość dni w roku z pełną mocą,
powinny to być elektrownie o największej sprawności, duże,
nowoczesne, dla których roczny czas wykorzystania mocy
zainstalowanej P

i

wynosi T

i

>5000 h/a, jako podstawowe pracują

zazwyczaj:

     elektrownie na węgiel brunatny,
     elektrownie na węgiel kamienny – najnowocześniejsze,
     elektrownie jądrowe,
     elektrownie wodne przepływowe,

Praca elektrowni w systemie

elektroenergetycznym

2)    podszczytowe – o rocznym czasie wykorzystania mocy
zainstalowanej

2000 < T

i

< 5000 h/a, uruchamiane 1 lub 2 razy

na dobę:

     elektrownie cieplne przystosowane do częstych rozruchów,
     elektrownie zbiornikowe – o krótkim czasie napełniania

zbiorników.

3)     szczytowe – o rocznym czasie wykorzystania mocy
zainstalowanej T

i

< 2000 h/a,

uruchamiane lub obciążane w pełni tylko na okres szczytowego
obciążenia każdej

doby:

     elektrownie wodne pompowe i zbiornikowe,
     elektrownie z turbinami gazowymi,
     bloki elektrowni cieplnych specjalnie dostosowane do częstych

uruchomień.

Praca elektrowni w systemie

elektroenergetycznym

Wobec braku możliwości magazynowania energii elektrycznej
elektrownie muszą dostosować swoją pracę tzn. ilość wytwarzanej
mocy do zmian zapotrzebowania mocy występujących w SEE w
ciągu doby, tygodnia, miesiąca, roku.

Dobowa
zmienność
obciążeń całego
systemu

jest

wynikiem
nakładania

się

zapotrzebowania
charakterystyczn
ych

grup

odbiorców

i

zależy od dnia
tygodnia,

pory

roku, zwyczajów
ludności,
ewentualnie
innych
czynników

jak

np.
zachmurzenie,
pogoda itp….

Dobowa zmienność obciążeń

Elektrownie konwencjonalne

Ze wszystkich typów elektrowni te opalane węglem mają największy

negatywny wpływ na środowisko oddziałując materialnie i
energetycznie na atmosferę, hydrosferę i litosferę.

Oddziaływanie materialne jest związane z:

   poborem paliwa, wody, powietrza,
   emisją spalin, cząstek stałych,
   zmianami krajobrazu.
Największym zagrożeniem dla środowiska są produkty spalania

węgli do których należą:

        spaliny zawierające popiół, tlenki azotu, siarki, węgla (NO

x

,

SO

x

, CO

x

) oraz

aerozoli glinokrzemianów, tlenków metali oraz węglowodorów

aromatycznych.

       odpady stałe – popiół lotny wychwytywany przez odpylacze

spalin oraz żużel.

  odpady ciekłe – mieszanina żużla i popiołu z wodą oraz ścieki

Elektrownie a środowisko

Sposoby ograniczenia ujemnego oddziaływania elektrowni:

1)    - spalanie węgli wzbogaconych o mniejszej zawartości siarki,

2)    - modernizacja procesów wytwarzania energii elektrycznej,

3)    - oczyszczanie spalin,

4)     - oszczędzanie energii.

5)   -wprowadzenie nowych technologii

m.in.: zgazowanie węgla, kotły fluidalne

Stosowanie powyższych zaleceń będzie początkiem rozwoju
energetyki z poszanowaniem przyrody

W celu zmniejszenia zagrożenia stosuje się: elektrofiltry do
odpylania oraz odsiarczanie i odazotowanie spalin.
Innym zagrożeniem jest podgrzewanie wody i produkcja
ciepłych zanieczyszczonych ścieków.

Elektrownie konwencjonalne

Elektrownie wodne

Uważane są za nieszkodliwe, pełniące pożyteczną rolę,
np. poprawiają mikroklimat i regulują warunki
hydrologiczne terenu, jednakże należy pamiętać, że z
budową elektrowni wiąże się wiele różnych oddziaływań
na środowisko.

 

a)  Budowa zbiornika wodnego powoduje:

   erozję dna rzeki przy silnym falowaniu,
   podmywanie skarp i brzegów np. przy pracy

interwencyjnej,

   podnoszenie poziomu wód podziemnych i podtapianie

sąsiednich

okolic.

 

Elektrownie wodne

b)   Budowa samej elektrowni wymaga przemieszczania
ogromnych mas ziemi, przesiedleń ludności, zalanie
niektórych terenów. Te zmiany nie zawsze są
niekorzystne.

c)  Eksploatacja już istniejącej elektrowni jest mało
uciążliwa dla otoczenia:

   niewielki poziom hałasu,
   mała liczba linii WN,
   nie emitują pyłów i gazów,
   nie podgrzewają wody

Elektrownie wodne

Elektrownie jądrowe

Działania na rzecz ochrony środowiska polegają na
zapobieganiu przedostania się na zewnątrz produktów
promieniotwórczych. Poza zagrożeniami radiologicznymi,
elektrownie są źródłem ciepła odpadowego.

Ochrona przed szkodliwym oddziaływaniem polega na
stosowaniu barier ochronnych, których zadaniem jest
zatrzymanie promieniowania, należą tu:

1.     koszulka ochronna elementu paliwowego

2.     ścianka rurociągu obiegu pierwotnego

3.     obudowa bezpieczeństwa obejmująca obieg pierwotny

4.     osłona biologiczna

5.     budynek

Elektrownie jądrowe

Ochrona radiologiczna polega na minimalizacji czasu
napromieniowania, stosowaniu odpowiednich osłon i
zachowaniu

odpowiednich

odległości

od

źródła

promieniowania (dawka promieniowania jonizującego jest
odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości od
źródła):

        Promieniowanie alfa jest pochłaniane już przez

kilkucentymetrową warstwę powietrza i zatrzymywane
przez skórę człowieka.
 Również promieniowanie beta jest pochłaniane
przez kilkumilimetrową warstwę odzieży i definitywnie
zatrzymywane przez skórę.

        Natomiast promieniowanie gamma i

neutronowe przenikają przez całe ciało człowieka.

Elektrownie jądrowe

Do ilościowego określenia wpływu promieniowania
stosuje się m.in. równoważnik dawki H – będący
iloczynem dawki D i współczynnika jakości
promieniowania.

Dopuszczalna

wartość

równoważnika

dawki

promieniowania jonizującego, pochłoniętego w
określonym czasie, dla różnych narządów i tkanek
zmienia się od 0,005 Sv/a (0,5 rem/a) do 0,075 Sv/a
(7,5 rem/a).

Siwert 1 Sv = 1 J/kg (1 Sv = 100 rem) jest
jednostką

równoważnika

dawki

pochłoniętej,

uwzględniającą skuteczność biologiczną różnych
rodzajów promieniowania.

Elektrownie jądrowe

Człowiek

jest

poddawany

promieniowaniu

kosmicznemu i ziemskiemu:

promieniują

budynki,

telewizja,

fosforyzujące

wskazówki zegarka,

dawki promieniowania pochłania się podczas
diagnostyki rentgenowskiej, lecąc samolotem, jako
skutki prób z bronią jądrową i pracy elektrowni
jądrowych

Średnioroczna łączna dawka wynosi 0,002-0,003 Sv/a
(200 300 rem/a).

Krótkotrwała dawka 0,25 Sv nie daje objawów
klinicznych, dawka ponad 5 Sv jest dawką
śmiertelną.

Elektrownie jądrowe

W skład systemu elektroenergetycznego wchodzą:
a. elektrownie
b. sieci elektroenergetyczne
c. kotłownie
d. Odbiorcy

2. Jednostki wytwórcze w elektrowniach dzielą się na:
a. jednostki tradycyjne i jednostki oparte na odnawialnych źródłach energii
b. jednostki wykorzystujące reakcje termojądrowe
c. jednostki wodne, wiatrowe, na biomasę
d. jednostki węglowe, jądrowe, gazowe, na paliwa płynne

3. W skład sieci elektroenergetycznej wchodzą następujące zbiory elementów:
a. odbiorniki
b. stacje elektroenergetyczne
c. generatory
d. linie elektroenergetyczne

4. System elektroenergetyczny charakteryzują następujące parametry:
a. moc szczytowa odbiorców, roczna produkcja energii
b. roczne zużycie paliwa płynnego
c. moc zainstalowana w jednostkach wytwórczych, moc największej jednostki
wytwórczej
d. roczne zużycie biomasy
e. struktura mocy

5. Strukturę mocy systemu elektroenergetycznego charakteryzuje:
a. moc przesyłana siecią przesyłową
b. straty mocy w sieci elektroenergetycznej
c. sposób pokrywania obciążeń przez elektrownie
d. sumaryczna moc odbieraną z elektrowni w systemie

6. Sieci elektroenergetyczne w krajowym systemie elektroenergetycznym
obejmują:
a. sieci prądu stałego o napięciu nominalnym +- 200kV
b. sieci przesyłowe i rozdzielcze
c. sieci o napięciach: 400kV, 220kV, 110kV, 30kV, 20kV, 15kV, 10kV, 6kV, 0,4kV
d. sieci o napięciach: 300kV, 150kV, 60kV, 0,6kV

7. Pracą krajowego systemu elektroenergetycznego kieruje:
a. operator systemu przesyłowego
b. operator handlowy
c. operator handlowo-techniczny
d. minister gospodarki

8. Najważniejszym parametrem energii elektrycznej, decydującym o pracy systemu
są:
a. napięcia w węzłach sieci
b. przepływ prądów w liniach
c. częstotliwość w systemie
d. zawartość zniekształceń liniowych w krzywej napięcia
e. symetria fazowa napięć

9. Największą produkcję energii elektrycznej w UCTE ma następujący kraj:
a. Polska
b. Francja
c. Niemcy
d. Włochy

10.Udział produkcji energii elektrycznej w elektrowniach atomowych we Francji
wynosi:
a. poniżej 30%
b. pomiędzy 30% a 60%
c. pomiędzy 60% a 80%
d. powyżej 80%

11.Moc zainstalowana elektrowni w krajowym systemie elektroenergetycznym
wynosi:
a. 20684 MW
b. 9243 MW
c. 35059 MW
d. 2121 MW

12.Największą elektrownią cieplną w Polsce jest:
a. elektrownia Bełchatów
b. elektrownia Kozienice
c. elektrownia Turów
d. elektrownia Rybnik