![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Передача электроэнергии на расстояние
Необходимость сооружения ЛЭП объясняется выработкой электроэнергии в основном на крупных электростанциях, удаленных от потребителей - относительно мелких приемников, распределенных на обширных территориях. Электростанции размещаются с учетом совокупного влияния большого числа факторов: наличия энергоресурсов, их видов и запасов; возможности транспортировки; перспектив потребления энергии в том или ином районе и т. п. Передача электрической энергии на расстояние дает ряд преимуществ, позволяя: - применять отдаленные источники энергии; - уменьшать суммарную резервную мощность генераторов; - использовать расхождение времени в разных географических широтах, при котором не совпадают максимумы расположенных в них нагрузок; - более полно использовать мощности ГЭС; - увеличивать надежность электроснабжения потребителей и т. д. ЛЭП, предназначенные для распределения электроэнергии между отдельными потребителями в некотором районе и для связи энергосистем, могут выполняться как на большие, так и на малые расстояния и предназначаться для передачи мощностей различных величин. Для дальних передач большое значение имеет пропускная способность, т. е. та наибольшая мощность, которую можно передавать по ЛЭП с учетом всех ограничивающих факторов. ЛЭП относятся к категории ответственных сооружений, надежная работа которых обеспечивается применением различных компенсирующих устройств и установок автоматического регулирования и управления. Для воздушных ЛЭП переменного тока можно приближено считать, что та максимальная мощность, которую они могут передать, примерно пропорциональна квадрату напряжения и обратно пропорциональна длине передачи. Стоимость сооружения также очень грубо можно принять пропорциональной величине напряжения. Поэтому в развитии передач электрической энергии на расстояние наблюдается тенденция к увеличению напряжения как к главному средству повышения пропускной способности. Со времени создания первых ЛЭП напряжение повышалось в 1, 5-2 раза примерно каждые 10-15 лет. Рост напряжения давал возможность увеличивать протяженности ЛЭП и передаваемые мощности. Так, в 20-е годы ХХ века электроэнергия передавалась на максимальные расстояния порядка 100 км. К 30-м годам эти расстояния увеличились до 400 км, а в 60-е годы длина ЛЭП достигла 1000-1200 км (например, электропередача Волгоград - Москва). Повышение пропускной способности ЛЭП достигается в основном за счет увеличения напряжения, однако существенное значение имеет также изменение конструкции ЛЭП, введение различных дополнительных компенсирующих устройств, при которых влияние параметров, ограничивающих передаваемую мощность, оказывается уменьшенным. Например, на ЛЭП напряжением 330 кВ и выше расщепляют провода в каждой фазе на несколько электрически связанных между собой проводников, при этом существенна улучшаются параметры линий (уменьшается ее реактивное сопротивление); применяют так называемую последовательную компенсацию - включение в линию конденсаторов и т. д. Возможности дальнейшего повышения предельных мощностей требуют увеличения напряжений и изменения конструкции ЛЭП. Они связаны с общим техническим прогрессом, в частности с успехами в полупроводниковой технике, с созданием совершенных материалов, с разработками новых видов передачи энергии. При сооружении ЛЭП постоянного тока, имеющих большие предельные мощности, необходимо осуществлять прямое преобразование переменного тока в постоянный в начале линии и обратное преобразование постоянного тока в переменный в конце линии, что вызывает определенные трудности технического и экономическогохарактера. Существует принципиальная возможность беспроводной ЛЭП с помощью электромагнитных волн или высокочастотных колебаний, направляемых по волноводам. Однако практическая реализация этих ЛЭП в промышленности в настоящее время неприемлемо из-за, низкой их эффективности. Для передачи электрической энергии могут использоваться сверхпроводящие линии, в которых значительно может быть понижено напряжение. Эффект, близкий к сверхпроводимости, достигается глубоким охлаждением проводников. В этом случае ЛЭП называют криогенными. Этот вопрос имеет историю. Еще в 1911 г. голландский физик Г. Камерлинг-Оннес установил, что при охлаждении ртути до температуры ниже 4 К ее электрическое сопротивление исчезает вовсе. Оно скачком возникает вновь при повышении температуры сверх критического значения. Эта явление назвали сверхпроводимостью. Разумеется, что если бы такие материалы получили энергетики, та они заменили бы ими обычные проводники, ЛЭП доставляли бы без потерь энергию в громадных количествах на сверхдальние расстояния. Удалось бы заметно повысить к. п. д. мощных энергоемких устройств (электромагнитов, трансформаторов, электромашин), избежать многих трудностей, связанных с перегревом, расплавлением, разрушением деталей. Все это, однако, оставалось не более чем мечтами, хотя в самом явлении сомневаться не приходилось. Сверхпроводников было обнаружено немало. В периодической системе ими оказались 28 элементов. Но, самая высокая критическая температура, принадлежащая ниобию не превышала 10 К. Возможности сверхпроводимости, таким образам, резко ограничивали дороговизна и сложность установок, поддерживающих сверхнизкие температуры. Сплавы молибдена с технецием продвинули критическую температуру до 14 К. Далее удалась получить соединение ниобия, алюминия и германия с критической температурой 21 К. Для нескольких сотен сверхпроводящих веществ, известных сегодня, это рекордная цифра. Практические исследования показали, что с ростом критической температуры число сверхпроводников резка убывает. Некоторые специалисты даже полагали, что вырваться из плена cвepxнизких температур не удастся. Где-то около 25 К лежит наивысшая возможная критическая температура. После экспериментального открытия сверхпроводимости физики-теоретики долго пытались постичь суть непонятного явления. И только спустя полвека, в 1957 г., появилась первая серьезная теория сверхпроводимости. За ней последовали другие. Они несли в себе много необычного. Так, например, согласно созданной теории, электроны сверхпроводника вопреки известному закону Кулона, предписывающему всем одноименно заряженным частицам взаимно отталкиваться, наоборот, притягиваются, объединяются в пары. Было отмечено, что сверхпроводниками могут быть не только металлы, сплавы, но и... органические вещества. Одним из самых существенных выводов теории был следующий. Металлический водород в силу своих исключительных особенностей - в узлах кристаллической решетки расположены легкие протоны- может обладать сверхпроводимостью при сравнительно высоких, вполне приемлемых для практических целей температурах порядка 220К или -530С. И еще: возможно, что процесс перевода вещества из молекулярной фазы в атомарную необратим. При снятии внешнего давления водород, быть может, еще долгое время не потеряет свойств сверхпроводника. / Теперь стало ясно: чтобы обладать материалом, проявляющим в обычных условиях свойства сверхпроводимости, нужно освоить область давлений порядка нескольких сотен килопаскаль. Величины эти, по нашим человеческим масштабам, грандиозны. Они сравнимы разве что с давлениями в центре Земли (там около 300 кПа). Перед исследователями открылась дорога, ведущая к цели, хотя даже в лабораторном эксперименте пока не удалось получать такого рода давлений и, разумеется, твердого водорода - сверхпроводника при нормальной температуре. Альтернативой передачи на расстояние электрической энергии переменным и постоянным токами от ТЭС к потребителям служит перевозка топлива. Сравнительный анализ возможных вариантов энергоснабжения потребителей показывает, что уголь высокой калорийности (более 4000 ккал/кг) обычно целесообразно перевозить по железной дороге (при условии существования ее). Во многих случаях при использовании на электростанции природного газа и нефти оказывается предпочтительней передача их по трубопроводам (рис. 1). При выборе способа передачи энергии на расстояние необходимо учитывать большой комплекс вопросов, таких, как усиление электрической системы при сооружении электропередачи, электроснабжение, потребителей, расположенных вблизи линий, увеличение загрузки железных дорог и т. д. Анализируя развитие энергосистем в ряде стран, можно выделить две основные тенденции: 1) приближение электрических станций к центрам потребления в тех случаях, когда на территории, охватываемой объединенной энергосистемой, нет дешевых источников энергии или когда источники уже использованы; 2) сооружение электростанций вблизи дешевых источников энергии и передача электроэнергии к центрам ее потребления. Электропередачи, нефтепроводы и газопроводы образуют Единую систему энергоснабжения страны. Системы электро-, нефте- и газоснабжающие должны конструироваться, сооружаться и эксплуатироваться в определенной координации между собой, образуя Единую энергетическую систему.
Рисунок 1 - Характеристики различных способов передачи энергии на расстояние: З - расчетные затраты, l - расстояние; 1 - двухколейная железная дорога, 2 - газопроводы, 3 - нефтепроводы, 4 - электропередача от станций, работающих на дешевом угле
|