Wiadomo

Wiadomo

ś

ś

ci og

ci og

ó

ó

lne o systemie

lne o systemie

elektroenergetycznym

elektroenergetycznym

dr hab. in

dr hab. in

ż

ż

. Irena Wasiak

. Irena Wasiak

2 / 30

SEE

SEE

-

-

poj

poj

ę

ę

cia podstawowe

cia podstawowe

ƒ

System elektroenergetyczny (SEE)

jest to zbiór urządzeń

przeznaczonych do wytwarzania, przesyłu

i rozdziału energii elektrycznej, połączonych ze sobą

funkcjonalnie w celu realizacji procesu ciągłej dostawy energii

elektrycznej o odpowiedniej jakości odbiorcom.

ƒ

Podział SEE

:

•

Podsystem wytwórczy – wytwarzanie energii elektrycznej

⇒

elektrownie

•

Podsystem przesyłowo-rozdzielczy – przesył

i rozdział energii

⇒ sieci elektroenergetyczne (

SE

)

3 / 30

SE

SE

-

-

poj

poj

ę

ę

cia podstawowe

cia podstawowe

ƒ

Odbiornik

jest urządzeniem przemieniającym energię elektryczną

na inny rodzaj energii użytecznej.

ƒ

Odbiór

to zespół odbiorników stanowiących z punktu widzenia

zasilania jedną całość; inaczej moc lub energia pobierana z
określonego punktu sieci.

ƒ

Odbiorca

to osoba fizyczna lub prawna, która zawarła z

dostawcą umowę o dostawę energii.

ƒ

Dostawcą

jest właściwy terytorialnie zakład energetyczny

4 / 30

SEE

SEE

-

-

rys historyczny

rys historyczny

....VI w p.n.e. – odkrycie zjawiska elektryczności statycznej: Tales z

Miletu zaobserwował, że potarty bursztyn przyciąga kawałki trawy

ƒ

1800

– Allessandro Volta skonstruował pierwszą baterię

ƒ

1827

– George Ohm odkrył, że prąd płynący przez przewodnik jest

proporcjonalny do przyłożonego napięcia i odwrotnie proporcjonalny
do rezystancji przewodnika

ƒ

1831

– Michael Faraday zademonstrował podstawy maszyny

indukcyjnej i transformatora

ƒ

1864

– James Maxwell opublikował podstawowe

prawa elektromagnetyzmu

ƒ

1866

– Siemens wynalazł prądnicę prądu stałego

5 / 30

SEE

SEE

–

–

rys historyczny

rys historyczny

ƒ

1876

– Alexander Bell wynalazł telefon

ƒ

1879

– Thomas Edison skonstruował żarówkę,

Thompson, Westinghouse i Stanley zbudowali transformator

ƒ

1882

– uruchomiono pierwszą linię rozdzielczą na

Manhattanie w Nowym Yorku do zasilania prądem

stałym oświetlenia domów na obszarze 1/6 mili kw.

ƒ

1881

– Francuz Lucien Gaulard i Anglik John D. Gibbs

opatentowali w Anglii układ przesyłowy prądu przemiennego

ƒ

1882

– zbudowano pod Monachium linię

o napięciu 2 kV, długości 57 km

6 / 30

SE

SE

–

–

rys historyczny

rys historyczny

ƒ

1884

- zbudowano drugą linię 2 kV we Włoszech, z Turynu

do Lanzo, o długości 40 km. Zaczął upowszechniać się prąd

przemienny.

ƒ

1885

– Westinghouse zakupił patent od Gaularda i Gibbsa

ƒ

1886

- Stanley zbudował pierwszy układ przesyłowy prądu

przemiennego w Massachusetts w USA, o długości 4000 stóp.

Wykorzystał transformator do transformacji napięcia

generatorowego na napięcie przesyłowe 3 kV, a następnie

drugi transformator do zmiany napięcia na poziom użytkowy

500V.

ƒ

1885

– Nicola Tesla wynalazł wielofazowy system prądu

przemiennego

7 / 30

SEE

SEE

–

–

rys historyczny

rys historyczny

ƒ

1888

– Doliwo-Dobrowolski zbudował prądnicę i silnik prądu

przemiennego 3-fazowego.

ƒ

1891

– zbudowano pierwszą 3-fazową linię napowietrzną, o napięciu

8,5 kV, zasilającą wystawę we Frankfurcie nad Menem z elektrowni

wodnej w Lauffen, odległej o 175 km.

ƒ

Od tego czasu datuje się szybki rozwój układów przesyłowych

3-fazowych. Budowano linie na coraz wyższe napięcia:

60 kV

– w roku

1900

,

110 kV

– w roku

1910

,

220 kV

w latach

1925-1928

,

380 kV

w roku

1952

(w Swecji),

750 kV

w roku

1965

(w Kanadzie).

Zwiększano moce i napięcia generatorów, następowała normalizacja

napięć i częstotliwości.

8 / 30

Rozw

Rozw

ó

ó

j SEE w Polsce

j SEE w Polsce

Początki elektroenergetyki polskiej – lata 1890...

ƒ

1889

– pierwsza elektrownia użyteczności publicznej w Szczecinie

ƒ

1907

– uruchomienie pierwszej elektrowni w Łodzi

Budowano sieci prądu stałego i przemiennego lokalne, o różnych

napięciach, od 1 do 6 kV. Napięcie użytkowe wynosiło

120 V

.

ƒ

1930

– pierwsza rozdzielnia napowietrzna i linia

60 kV

ƒ

1937

– zbudowano pierwszą linię napowietrzną o napięciu

150 kV

ƒ

1954

– wprowadzono napięcie

220 kV

ƒ

1964

– zbudowano pierwsza linię napowietrzną

400 kV

ƒ

1983

- u

ruchomiono elektrownię Bełchatów: 2 bloki po 360 MW

ƒ

1984

– zbudowano linię

750 kV

9 / 30

Wsp

Wsp

ó

ó

ł

ł

czesny system elektroenergetyczny

czesny system elektroenergetyczny

Cechy systemu tradycyjnego

:

ƒ

Wytwarzanie energii w dużych elektrowniach
i elektrociepłowniach konwencjonalnych,
wykorzystujących energię pierwotną paliw
kopalnych

ƒ

Przesył energii na duże odległości od miejsc
jej wytworzenia do miejsc zapotrzebowania
(4 stopnie transformacji)

ƒ

Zcentralizowane sterowanie

Zcentralizowana struktura wytwarzania wymaga odpowiedniej

rozbudowy sieci przesyłowych i dystrybucyjnych.

10 / 30

Struktura systemu elektroenergetycznego

Struktura systemu elektroenergetycznego

SE 220 kV

SE 400 kV

SE 110 kV

SE 15 kV

SE 6 kV

SE 0,4 kV

11 / 30

Parametry SEE

Parametry SEE

ƒ

Moc zainstalowana systemu (P

n

)

Suma mocy czynnych znamionowych wszystkich generatorów w elektrowniach systemu

Moc zainstalowana w krajowym SEE – 35096 MW

ƒ

Struktura wytwarzania

Udział mocy czynnych znamionowych zainstalowanych w poszczególnych rodzajach

elektrowni

ƒ

Moc osiągalna (P

o

)

Największa moc czynna, jaka może być wytworzona w SEE (P

o

= P

n

– ΔP

tr

)

Moc osiągalna w krajowym SEE – 34877 MW

ƒ

Moc dyspozycyjna (P

d

)

Największa moc czynna, która może być wyprodukowana w danej chwili

(P

d

= P

o

- ΔP

ktr

)

ƒ

Moc szczytowa (P

s

)

Największa moc czynna pobierana przez odbiorniki w określonym czasie, np. doby, roku

(moc odbierana netto)

12 / 30

Struktura wytwarzania

Struktura wytwarzania

13 / 30

Produkcja energii
elektrycznej w krajowym
SEE

14 / 30

Moc w SEE

Moc w SEE

Dobowy szczyt obciążenia w dniu 29 stycznia 2008r

Źródło

:

PSE-Operator, http://www.pse-operator.pl

15 / 30

Moc w SEE

Moc w SEE

Nieplanowe ubytki mocy w dobowym szczycie obciążenia

w dniu 29 stycznia 2008r

Źródło

:

PSE-Operator, http://www.pse-operator.pl

16 / 30

Cechy SEE

Cechy SEE

1. Bilans mocy i energii

Ilość energii wyprodukowanej w danym czasie musi być równa

ilości energii przetworzonej w odbiornikach i traconej na drodze

przesyłu. W dowolnym odcinku czasu musi być spełniony bilans

energii elektrycznej, a w każdej chwili czasowej - bilans mocy.

2. Zmienność obciążenia

Zapotrzebowanie na moc czynną i bierną w systemie

elektroenergetycznym zmienia się w czasie, w charakterystyczny

dla rozpatrywanego okresu sposób

.

3. Rozległość terytorialna

4. Powiązanie z poziomem życia kraju

17 / 30

Roczny bilans energii
elektrycznej w krajowym
SEE

18 / 30

Wytwarzanie a sprzedaż
energii

19 / 30

Dobowe wykresy obci

Dobowe wykresy obci

ąż

ąż

enia

enia

20 / 30

Zmiany mocy szczytowej w poszczególnych

miesiącach roku

Zmienno

Zmienno

ść

ść

obci

obci

ąż

ąż

enia

enia

21 / 30

Zu

Zu

ż

ż

ycie energii, a PKB

ycie energii, a PKB

Krajowe zużycie energii elektrycznej w 2007 roku wyniosło 154170 GWh i było wyższe

od zużycia w 2006 roku o 2,9 procent.

22 / 30

Charakterystyka SE

Charakterystyka SE

ƒ

Sieć elektroenergetyczna

jest to zespół urządzeń służących do przesyłu, rozdziału

i przetwarzania energii elektrycznej wytworzonej w elektrowniach i zużywanej w

odbiornikach. Sieci el-en łączą więc elektrownie z odbiornikami energii

elektrycznej.

ƒ

Do przesyłu i rozdziału energii wykorzystywane są powszechnie układy prądu

przemiennego.

ƒ

Sieć elektroenergetyczna jest 3-fazowa i wielonapięciowa.

ƒ

Napięcia znamionowe sieci

(wg PN-88/E-02000)

•

Napięcia niskie (nn) – 0,40, 0,69, 1 kV

•

Napięcia średnie (SN) – 3,6,10,15,20,30,40,60 kV

•

Napięcia wysokie (WN) – 110 kV

•

Napięcia najwyższe (NN) – 220, 400 kV

•

Napięcie ultrawysokie (UWN) - 750 kV

O przepustowości układu decyduje zwykle długotrwała obciążalność termiczna

przewodu. Wzrost przesyłanej mocy pociąga za sobą konieczność

podwyższania napięcia znamionowego linii przesyłowych.

23 / 30

Charakterystyka SE

Charakterystyka SE

ƒ

Węzłowe punkty sieci to

stacje elektroenergetyczne

, w których następuje rozdział

energii elektrycznej za pomocą szyn zbiorczych i łączników, a także jej
przetwarzanie, np. zmiana poziomu napięcia, za pomocą transformatorów.

ƒ

Końcowy fragment sieci rozdzielczej niskiego napięcia stanowi sieć odbiorcy –
instalację elektryczną. W zależności od wykorzystywanych odbiorników instalacje
elektryczne wykonywane są jako 3-fazowe lub jednofazowe.

Kryteria podziału sieci

1. Funkcja pełniona w krajowym SEE

ƒ

Sieci przesyłowe, rozdzielcze

2. Układ połączeń

ƒ

Sieć otwarta: promieniowa, magistralna

ƒ

Sieć zamknięta: pętlowa, oczkowa

3. Rodzaj linii

ƒ

Sieć napowietrzna, sieć kablowa

24 / 30

Schematy sieci

Schematy sieci

Sieci otwarte

Układ promieniowy

Układ magistralny rozgałęziony

Układ magistralny

25 / 30

Schematy sieci

Schematy sieci

Sieci zamknięte

Układ pętlowy

Układ oczkowy

Układ magistralny

26 / 30

Sieci przesy

Sieci przesy

ł

ł

owe

owe

27 / 30

Sieci przesy

Sieci przesy

ł

ł

owe

owe

Sieci przesyłowe realizują zadania

przesyłu energii elektrycznej.

ƒ

Napięcia: 400 i 220 kV

ƒ

Budowa: głównie sieci
napowietrzne,
kablowe 110 kV – ok. 50 km

ƒ

Konfiguracja: układy zamknięte

Statystyka

Długość linii:

ƒ

750 kV – 114 km

ƒ

400 kV - 68 linii, 5031 km

ƒ

220 kV – 167 linii, 7908 km

Liczba stacji najwyższych napięć -

106

28 / 30

Sieci rozdzielcze

Sieci rozdzielcze

ƒ

Napięcia:

• 110 kV

-

sieć

przesyłowo-

rozdzielcza

• SN - sieci rozdzielcze
• nn - instalacje elektryczne

ƒ

Budowa: sieci napowietrzne i
kablowe

ƒ

Konfiguracja:

• 110 kV - sieć zamknięta
• SN - budowane w układach

zamkniętych, pracują jako otwarte

• nn - otwarte

ƒ

Statystyka

• Linie napowietrzne

SN - ok. 223600 km
nn - ok. 283300 km

• Linie kablowe

SN - ok. 53160 km
nn - ok. 102070 km

• Liczba stacji

o górnym napięciu:

110 kV - 1295
SN - 216868

Realizują zadania przesyłu i rozdziału energii elektrycznej

29 / 30

Przesy

Przesy

ł

ł

pr

pr

ą

ą

dem sta

dem sta

ł

ł

ym

ym

Polski SEE połączony jest za pomocą kabla stałoprądowego 450 kV

z systemem szwedzkim.

Zalety przesyłu prądem stałym:

ƒ

Możliwość połączenia systemów pracujących asynchronicznie

ƒ

Brak prądu ładowania – większa przepustowość linii

ƒ

Mniejsze starty ulotu, mniejsze zakłócenia radioelektryczne

ƒ

Lżejsza konstrukcja linii, mniejszy pas terenu pod linię

ƒ

Przekraczanie cieśnin morskich

Wady:

ƒ

Duży koszt budowy stacji przekształtnikowych

ƒ

Wprowadzanie wyższych harmonicznych do sieci - konieczność stosowania filtrów

ƒ

Brak możliwości transformacji napięcia

ƒ

Duży pobór mocy biernej przez stacje przekształtnikowe – konieczność stosowania

lokalnych źródeł mocy biernej

ƒ

Częste zakłócenia w pracy prostowników wrażliwych na przeciążenia

30 / 30

Przesył prądem stałym staje się opłacalny w przypadku linii

napowietrznych o długości 550 ÷ 800 km, kabli podmorskich
25÷50 km, kabli podziemnych 50 ÷100 km.

Zastosowania:

ƒ

Przesył dużych mocy na znaczne odległości

ƒ

Przekraczanie cieśnin morskich

ƒ

Łączenie systemów o różnych częstotliwościach znamionowych

ƒ

Łączenie systemów do wspólnej pracy

Przesy

Przesy

ł

ł

pr

pr

ą

ą

dem sta

dem sta

ł

ł

ym

ym