.

ELEKTROENERGETYKA - WPROWADZENIE

► SCHEMAT UPROSZCZONY

SYSTEMU ELEKTROENERGETYCZNEGO

► Zależność wartości mocy przesyłowej od wysokości napięcia

Dla ekonomicznego przesyłu dużych mocy S [MVA] niezbędne jest podwyższenie napięcia znamionowego U_n [kV] by uniknąć nadmiernego wzrostu strat energii w przewodach na ciepło Joule'a.

Straty energii w przewodach w formie energii cieplnej

Założenie: należy zachować stałe straty
mocy w przewodzie:

cos φ = 1, S = P

Moc 3-fazowa:

gdzie: j - gęstość prądu w [A/mm²],

s - przekrój poprzeczny przewodu w [mm²],

U - napięcie międzyfazowe [kV]

I - prąd fazowy [kA]

P - moc przesyłana [MW]

Straty energii w formie energii cieplnej w 3 przewodach fazowych:

[W/m]

γ - konduktywność materiału przewodów [Ω^-1m^-1] = const

l - długość przewodu [m]

Aby zachować ΔP = const czyli straty utrzymane na ekonomicznie uzasadnionym poziomie, należy :

- zwiększyć napięcie U lub

- zwiększyć przekrój przewodu s

Zwiększenie przekroju przewodów s jest niemożliwe, oprócz powodów ekonomicznych, ze względu na wytrzymałość mechaniczną przewodów i konstrukcji nośnych, zatem gdy :

► Przykłady:

1) Wyprowadzenie mocy z elektrowni jak na rysunku:

P [MW], U [kV], I [kA]

Dane: P = 400 MW, U = 16 kV

Prąd obciążenia linii przesyłowej:

Założona gęstość prądu w przewodach: j = 2 [A/mm²]

Gęstość prądu:

Przekrój przewodu:

Średnica przewodu:

1. Kryterium: ciężar przewodu

Masa właściwa przewodu aluminiowego, ρ_Al = 2,7 [g / cm³ ]:

Ciężar przewodu:

Przęsło linii napowietrznej o długości np. 150 m:

Ciężar przewodu w przęśle: około 1,5 t !! Technicznie nierealne.

2. Kryterium: straty mocy w przewodach

Straty mocy w przewodach:

2. Wyprowadzenie mocy z elektrowni jak na rysunku:

P [MW], U [ kV], I [ kA]

Dane: P = 400 MW, U = 220 kV

Wyniki obliczeń:

Prąd: I = 1,05 kA = 1050 A

Przekrój przewodów: s = 525 mm²

Zastosowany typowy przewód linii napowietrznej AFL-8, 525 mm²

Typ przewodu: AFL-8, 525 Budowa: s_Al / s_Fe = 8, s_Al = 525 mm²

Średnica katalogowa przewodu: 31,5 mm

Masa katalogowa przewodu: 1,95 kg/m ≈ 2 kg/m

Ciężar przewodu w przęśle o długości 150 m : 300 kg/przęsło, realne technicznie

Rezystancja przewodu:

R = 56,02.10^-6 [Ω/m]

Straty mocy w przewodach:

ΔP = 61,76 [W/m} = 61,76 [kW/km]

Zestawienie wyników:

Napięcie przesyłowe [kV]	Przekrój przewodu [[mm^2]	Średnica zewnętrzna [mm]	Ciężar przewodu [kg/m]	Straty mocy w przewodzie [W/m]
16	7225	100	20	850
220	525	31,5	2,0	62

Wnioski:

1) Założenie: j = const.

Straty mocy w przewodzie:

2) Założenie: j ≠ const., zwiększa się gęstość prądu w przewodach: j ↑

Wniosek: j ↑ → ΔP ↑ → konieczne chłodzenie !

(np w generatorach).

Uwaga: nowoczesne konstrukcje przewodów tzw. wysokotemperaturowych dopuszczają wyższe gęstości znamionowe prądu (rozdział:”Przesył”)

► Rozwój podstawowych wielkości w elektroenergetyce światowej

► JEDNOSTKI ENERGII

• Jednostka fizyczna: dżul [J], 1 [J] = 1 [N] . 1 [m]

• Inne jednostki: 1 [J] = 1 [W.s] = 0,238846 [kal] ၀ 0,239 [kal]

• W elektroenergetyce: 1 [kWh] = 3600.10³ [W.s] = 3600 [kJ] ၀ 860 [kkal]

• W odniesieniu do energii zawartej w węglu kamiennym stosuje się

jednostkę: 1 tona paliwa umownego (oznaczenie: t pu)

Jest to energia zawarta w jednej tonie węgla o wartości opałowej 7000 [kkal/kg]

1 [tpu] = 7.10⁶ [kcal] = 7 [Gcal] ၀ 29,3 [GJ]

• W odniesieniu do energii zawartej w paliwie ciekłym (ropa) stosuje się

jednostkę: 1 tona umownej ropy (oznaczenie: , toe)

Jest to energia zawarta w jednej tonie ropy

1 [toe] = 44 [ GJ] = 1,5 [t pu]

• Baryłka jako jednostka objętości ropy naftowej - surowca energetycznego

1 baryłka = 42 US galonów Ⴛ 5,61458 stóp³ = 158,987 litrów Ⴛ 159 l

1 tona przeciętnej ropy naftowej Ⴛ 7,33 baryłek

1 m³ ropy Ⴛ 6,29 baryłek Uwaga: w 1872. cena jednej baryłki ropy wynosiła $ 5 }

Przeliczenia jednostek energii

Jednostka	Symbol	J	cal	W.h	tpu	toe
Dżul	J	1	0,239	0,278.10^-3	34,12.10^-12	23,8.10^-12
Kaloria	cal	4,187	1	1,163.10^-3	0,143.10^-9	99,7.10^-12
Watogodzina	W.h	3600	860	1	0,123.10^-6	85,7.10^-9
Tona paliwa umownego	tpu	29,3.10^9	7.10^9	8,14.10^6	1	0,698
Tona oleju ekwiwalentnego	toe	42.10^9	10,03.10^9	11,66.10^6	1,433	1

Wartości opałowe paliw

* Węgiel kamienny: około 23000 [kJ/kg] czyli około 5000 [kcal/kg]

* Węgiel brunatny: około 8360 [kJ/kg] czyli około 2000 [kcal/kg]

* Ropa naftowa: około 42 [MJ/kg] czyli około 10 [Mcal/kg]

* Gaz ziemny: około 33,5 [MJ/Nm³ ] czyli około 8000 [kcal/Nm³ ]

Współczynniki przeliczeniowe wartości opałowej różnych paliw

w stosunku do węgla

węgiel kamienny 1,0

węgiel brunatny 0,3 Ⴘ 0,67 (zależnie od rodzaju)

gaz ziemny 1,332

ropa naftowa 1,3

paliwa ciekłe z ropy naftowej 1,5

W aktualnym stanie techniki elektrowni cieplnych stosuje się przeliczenie praktyczne:

0,4 [kg p.u.] / 1 [kWh] lub 11800 [kJ] / 1 [kWh]

1

8

Wstęp_13_14_1

d

ROZDZIAŁ

(DYSTRYBUCJA)

PRZESYŁ

WYTWARZANIE

---