УДК 621.3.051.3

Инновационное развитие сетей электроснабжения

Хрусталева Мария Сергеевна – студент кафедры электроснабжения и электротехники Тверского государственного технического университета.

Павлов Александр Вячеславович – студент кафедры электроснабжения и электротехники Тверского государственного технического университета.

Аннотация: В статье рассматриваются вопросы процесса передачи энергии с использованием информационно-коммуникационных технологий для управления электроэнергетической системой, что позволяет быстрее и эффективнее передавать данные защиты и управления. Изучен вопрос потребления электроэнергии, а так же разработки, которые способствовали развитию распределения электроэнергии. Результатом исследования является вывод о том, что в производстве энергии должна занимать распределенная генерация.

Ключевые слова: электростанция, электроэнергия, энергосистема, генерация электроэнергии, электрическая сеть.

Энергосистема - это электрическая сеть, которая формирует наиболее крупную и критически важную национальную инфраструктуру. Учитывая ее важность для частного и государственного секторов, система имеет значительное значение для повседневной экономической и социальной деятельности. В большинстве стран политические власти заинтересованы в планировании, развитии и последующей деятельности системы. Система охватывает обширные территории, охватывающие как городские, так и пригородные и сельские земли. Поддержание этой системы требует защиты и контроля активов ее подсистем, а также обеспечения использования надежных компонентов и мер безопасности.

Электростанции производят электроэнергию, которая служит основным стабильным источником для энергосистемы. Эти электростанции производят электрическую энергию в зависимости от наличия различных ресурсов. Обычные электростанции обычно используют ископаемое топливо, включая уголь, нефть и газ, в то время как атомные станции используют уран [1]. Современные тенденции увеличили производство электроэнергии из возобновляемых источников, таких как энергия ветра, энергия фотоэлектрических элементов и гидроэнергия. В соответствии с природой энергосистемы, генерирующие установки являются первыми компонентами системы. Линии электропередачи передают электроэнергию от генерирующих станций к остальной сети энергосистемы (рис. 1). Передающие подстанции являются важными узлами, которые технически используются для передачи электроэнергии от генерирующих станций к распределительным подстанциям и, в конечном счете, к конечным потребителям. Эти подстанции представляют собой соединенные узлы, которые образуют сеть сетей, обеспечивающих существование энергосистемы.

Рисунок1

Рисунок 1. Пример энергосистемы [2]

В последнее время информационно-коммуникационные технологии предоставляют новые средства для управления электроэнергетической системой, позволяя передавать данные защиты и управления. Эти технологии позволяют отправлять команды со стороны предприятия (управления) и собирать данные с компонентов электросистемы [4]. Что касается потребления, промышленные и общественные потребители (жилые дома) могут использовать эту информацию для планирования. Собранные данные полезны коммунальным службам для планирования и развития энергосистемы. Кроме того, разрабатываются интеллектуальные устройства, позволяющие выполнять многие необходимые функции, такие как мониторинг, регистрация неисправностей, защита и управление [5]. Устройства на базе микропроцессоров обеспечивают интеллектуальную работу энергосистемы и проложили путь к созданию интеллектуальной сети [6]. Интеллектуальная сеть включает в себя энергетическую сеть, информационные технологии и коммуникационные возможности для обеспечения новых функций эксплуатации, таких как анализ спроса/предложения, интеграция возобновляемых распределенных ресурсов и т.д. Что касается новых функций эксплуатации и требований интеллектуальной сети, передающие и распределительные подстанции подверглись интенсивной модернизации. Распределительные подстанции являются основными узлами для подачи электроэнергии промышленным, коммерческим и жилищным объектам. Эти подстанции соответствуют особым требованиям, чтобы сделать электроэнергию доступной для различных типов потребителей. Энергетические компании применяют стандартизированные шаги, основанные на международных нормах, для удовлетворения требований к эксплуатационной готовности и масштабируемости.

Исторически сложилось так, что производство электроэнергии для коммерческого использования началось с центральных электростанций в 1882 году на Манхэттене (Соединенные Штаты) [7]. Потребление постоянно растет в связи с высоким спросом мировой промышленности и торговли. Большая часть электрической энергии вырабатывается обычными электростанциями, которые остаются единственным экономически эффективным методом выработки большого количества энергии [7]. В настоящее время наиболее приемлемым топливом является природный газ, который сводит к минимуму загрязнение окружающей среды и повышает эффективность благодаря его доступности в больших количествах. Растущий спрос на пиковые нагрузки привел к разработке газотурбинных электростанций, которые можно запускать и останавливать в течение нескольких минут. Последней разработкой является парогазовая электростанция, которая сочетает в себе газовую турбину и тепловой агрегат [7].

Атомные электростанции появились после Второй мировой войны. В шестидесятые годы эти электростанции постепенно разрабатывались для увеличения поставок электроэнергии [7]. Развитые страны, такие как Соединенные Штаты, Франция, Япония и т.д., имеют большое количество ядерных реакторов наряду с другими электростанциями для производства электроэнергии. По экологическим соображениям некоторые страны предпочитают использовать альтернативные электростанции вместо ядерной энергии.

В последнее время энергетические компании во многих странах поощряют использование распределенной генерации электроэнергии, которая использует возобновляемые и невозобновляемые источники энергии. Технологии распределенной энергетики зависят от процессов и концепций, при которых объекты малой и средней мощности, т.е. от нескольких кВт до 50 МВт и более, по производству электроэнергии, хранилищам энергии, т.е. тепловым, маховичным, гидроэнергетическим, проточным и обычным батареям, и другие стратегии расположены на объектах и в помещениях потребителей или вблизи них. Эти технологии работают как подключенные к сети или изолированные ресурсы на уровнях распределения или субпередачи [8], и будущие тенденции обещают использование небольших объектов по производству электроэнергии, которые будут зависеть от упомянутых возобновляемых ресурсов. С другой стороны, накопление электроэнергии сформирует основные проблемы, такие как аккумуляторные батареи в электромобилях и накопители энергии сжатого воздуха, которые способствуют сокращению выбросов парниковых газов, стабилизации передачи и распределения, что приводит к оптимизации энергоснабжения [9].

Список литературы

  1. Про возобновляемые и невозобновляемые источники энергии: Источники энергии. [Online]. URL: https://beelead.com/vozobnovlyaemye-nevozobnovlyaemye/ (дата обращения: 01.02.2024).
  2. What is a Smart Grid and What Are the Challenges with Smart Grids. [Online]. URL: https://thecustomizewindows.com/2022/02/what-is-a-smart-grid-and-what-are-the-challenges-with-smart-grids/ (дата обращения: 01.02.2024).
  3. Вторая научно-техническая революция и развитие мировых производительных сил (конец XIX - начало XX вв.): Студопедия. [Online]. URL: https://studopedia.ru/14_101827_vtoraya-nauchno-tehnicheskaya-revolyutsiya-i-razvitie-mirovih-proizvoditelnih-sil-konets-XIX---nachalo-XX-vv.html (дата обращения: 01.02.2024).
  4. Цифровизация и автоматизация в электроэнергетике: преимущества, технологии и перспективы развития: Научные Статьи.Ру. [Online]. URL: https://nauchniestati.ru/spravka/czifrovizacziya-i-avtomatizacziya-v-elektroenergetike/ (дата обращения: 02.02.2024).
  5. Цифровизация энергетики: Институт энергетики. [Online]. URL: https://energy.hse.ru/digitalization. (дата обращения: 02.02.2024).
  6. Основные направления создания комплекса оборудования для интеллектуальных электрических сетей: Электротехнический интернет портал. [Online]. URL: https://www.elec.ru/publications/menedzhment/1095/ (дата обращения: 02.02.2024).
  7. Electricity generation: Wikipedia. [Online]. URL: https://en.wikipedia.org/wiki/Electricity_generation (дата обращения: 02.02.2024).
  8. Распределённая энергетика. Что это такое?: МКС. [Online]. URL: https://mks-group.ru/a/raspredelennaya-energetika (дата обращения: 02.02.2024).
  9. Рагимов Э. А. Влияние электромобилей на экологию // IJAS. 2020. №1. [Online]. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-elektromobiley-na-ekologiyu (дата обращения: 04.02.2024).