Електроенергетика

Електроенергетиката е дял от енергетиката, който обхваща производството, пренасянето, разпределението и използването на електроенергията в промишлеността, транспорта или в бита. Електрическата енергия се създава с помощта на генератори преобразуващи механичната енергия, създадена от други енергоизточници.

Електроенергетиката представлява мощен комплекс за производство на електрическа енергия от електроцентрали, териториално разпръснати в близост до използваните първични енергоносители, но технологично свързани в едно цяло посредством преносна мрежа от електропроводи, трансформаторни подстанции и с мрежа от ниско напрежение за доставка на електрическа енергия на потребителите.

Голяма част от комплекса се изгражда основно на базата за производство на трифазен ток, но посредством възможностите за трансформиране и изправяне на електрическия ток, освен трифазно или монофазно променливо напрежение (АС), се създават мощни енергийни системи за захранване с постоянно (DC) електрическо напрежение, използвани например в жп транспорта или мощните предаватели на комуникационните системи.

В България по-рано електроенергетиката като научна област е наричана силнотокова електротехника, като в значителна степен се развива на теоретичната база на електротехниката. Познанията и опитът свързан с електрически генератори, електрически машини и преносни мрежи не е достатъчен за създаването на производствения комплекс, който използва разнородни първични енергоизточници - вода, вятър, слънчева енергия, твърди и течни горива, атомна енергия. Нужни са знания и опит по създаването на машини за ефективно преобразуване на енергията на тези източници в механична работа (във въртеливо движение), например като се преобразува мощта от високото налягане на водния стълб във водноелектрическите централи или силата на парата в парните машини или в парните турбини в съвременните ТЕЦ и атомни централи. Създават се механични системи, които превръщат движението на въздуха с ниска скорост за задвижване на електрогенератори с мощност 3 000 kW, а с постиженията в микроелектрониката се създават условия за пряко преобразуване на слънчевата светлина в електрически ток. Понастоящем електроенергетиката се развива като комплексна инженерна наука, което включва и проектирането на задвижващите и преобразуващите технически средства за производството на електроенергията.

В съвременния свят електрификационните системи на отделните държави са свързани, което позволява износ или внос на електрическа енергия от енергосистемата на съседна държава.

История

Електропроводи в САЩ, 1890 г.

Електроенергетиката се развива от средата на 19 век. Началото поставят откритията в електротехниката (законите на Ампер, Ом). Първите практически опити за използване на електричество в бита и индустрията датират от 1820 г. Майкъл Фарадей прави едно от най-великите открития през 1831-ва година, което оказва влияние върху развитието на електроенергетиката, като открива електромагнитната индукция. Няколко десетилетия по-късно в големите европейски и американски градове се изгражда електрическо улично осветление. Чрез телеграфни линии започват да се осъществяват комуникации между населените места. Към края на 19 век започва електрификация на транспорта. Започва строежът на първите топлоцентрали за производство на електроенергия за обществото и индустрията. Една от първите топлоцентрали се появява в Ню Йорк през 1882 г. Същата година се построява и електропроводна линия, която пренася постоянен ток. Една от първите водноелектрически централи е построена в Мичиган през 1881 г. Ядрената енергетика се развива след края на Втората световна война. Първата ядрена електроцентрала е построена през 1954 г. в СССР, мощността ѝ е била 5 000 kW. Няколко месеца по-късно се появява и първата централа в САЩ. През 70-те години започва да се реализират проекти, базирани на идеята за възобновяеми енергийни източници, която датира още от 19 век.

Ядрен реактор (1957 г.) в Пенсилвания, САЩ

Източници на енергия

Най-общо източниците на енергия са горива. Те се класифицират като: изчерпаеми (фосилни източници) и възобновяеми. Поради значителното намаляване на изчерпаемите източници и големите рискове при производството на ядрена енергия, през последните десетилетия се работи по използването на алтернативни енергийни източници.

Генериране на електроенергия

Еднополюсен генератор – „диск на Фарадей“

Началото на генерацията се поставя от конвенционален източник на енергия, най-често свързан с турбина, която чрез своето въртеливо движение генерира електрическа енергия. Турбината е свързана с кондензатор и алтернатор (синхронна машина), която действа като електрически генератор. Генерира се трифазен ток. В зависимост от броя на положителните и отрицателните полюси, в машината се генерира променлив ток с определена честота, която се определя от скоростта на въртене и броя на полюсите. Алтернаторите могат да бъдат свързани и паралелно.

Пренасяне на електроенергия

Разпределителен център в електрическа подстанция

Произведената от електроцентралата електроенергия са пренася по електропроводи с различна мощност към подстанции. В населените места подстанциите разпределят енергията към консуматорите. При пренасяне на енергията се получават загуби на електрическа енергия, които са неизбежни. Най-често пренасянето на електрическата енергия е трифазно и еднофазно. Пренасянето се осъществява от проводници с ниско напрежение 220 V, прието като основно захранващо напрежение за потребителите на електроенергия в домакинствата и различни сервизни и обработващи машини. Преносът на електроенергия се осъществява основно с напрежения 10 kV и 69 kV, 115 kV, 230 kV. За ниски загуби в електропреносните мрежи на големи разстояния се използват високи напрежения 230 kV, 345 kV, 500 kV, 745 kV. Проводниците се изработват от мед или алуминий.. Електрическите стълбове, които са поставени на определена дистанция, задължително са заземени. Типовете електрически стълбове са: кула, H-рамка, стълб – единичен или двоен полюс.

Електрическа подстанция

Електроенергетиката - мощен енергиен комплекс

Развитието на електроенергетиката се стимулира от откритията свързани със създаването и използването на електрическата енергия и откритията свързани с преноса на електричеството чрез системата от електрическа мрежа (електрификация) за удовлетворяване на потребностите на индустрията и бита. Тя създава продукт (електрически ток) в резултат на използването на други първични енергоносители, но преносът ѝ до консуматорите е изключително удобен, поради възможността от трансформационни процеси по цялата верига производство - пренос - потребление. Макар и да е по-скъпа от непосредственото използване на водната енергия, енергията на парата, вятъра или слънцето, произведената електрическата енергия практически е приложима навсякъде. Нейното предимство е в „гъвкавата“ възможност да бъде доставена навсякъде поради трансформация на основните ѝ параметри, както и нейното разнообразно използване от осветление и отопление до задвижване на транспортни или производствени машини и съоръжения. Използването на електрически ток от основните двигатели, значително опростява задвижващите и работните механизми в една конструкция и прави от електроенергетиката един абсолютно необходим отрасъл за всички области на съвременния стопански и културен живот, бит и голямото разнообразие на обслужващата сфера. Използването на електрическа енергия в химията и металургията създава нови технологии за обработка на метали и получаването на ново качество на материалите, прецизно контролирани по време на производствения процес. Автоматизацията на производството, действието на машините автомати под каквото и да е управление, както и постиженията в съвременната изчислителна и комуникационна техника са невъзможни без надеждна и сигурна енергомрежа, работеща денонощно и при всякакви сезонни условия.

Външни препратки

• История на хидроенергетиката
• Първата ядрена електроцентрала