Wiadomości ogólne o systemie
Wiadomości ogólne o systemie
elektroenergetycznym
elektroenergetycznym
dr hab. inż. Irena Wasiak
dr hab. inż. Irena Wasiak
SEE - pojęcia podstawowe
SEE - pojęcia podstawowe
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.
Podział SEE:
" Podsystem wytwórczy  wytwarzanie energii elektrycznej Ò!
elektrownie
" Podsystem przesyłowo-rozdzielczy  przesył
i rozdziaÅ‚ energii Ò! sieci elektroenergetyczne (SE)
2/ 30
SE - pojęcia podstawowe
SE - pojęcia podstawowe
Odbiornik jest urzÄ…dzeniem przemieniajÄ…cym energiÄ™ elektrycznÄ…
na inny rodzaj energii użytecznej.
Odbiór to zespół odbiorników stanowiących z punktu widzenia
zasilania jedną całość; inaczej moc lub energia pobierana z
określonego punktu sieci.
Odbiorca to osoba fizyczna lub prawna, która zawarła z
dostawcÄ… umowÄ™ o dostawÄ™ energii.
Dostawcą jest właściwy terytorialnie zakład energetyczny
3/ 30
SEE - rys historyczny
SEE - rys historyczny
....VI w p.n.e.  odkrycie zjawiska elektryczności statycznej: Tales z
Miletu zaobserwował, że potarty bursztyn przyciąga kawałki trawy
1800  Allessandro Volta skonstruował pierwszą baterię
1827  George Ohm odkrył, że prąd płynący przez przewodnik jest
proporcjonalny do przyłożonego napięcia i odwrotnie proporcjonalny
do rezystancji przewodnika
1831  Michael Faraday zademonstrował podstawy maszyny
indukcyjnej i transformatora
1864  James Maxwell opublikował podstawowe
prawa elektromagnetyzmu
1866  Siemens wynalazł prądnicę prądu stałego
4/ 30
SEE  rys historyczny
SEE  rys historyczny
1876  Alexander Bell wynalazł telefon
1879  Thomas Edison skonstruował żarówkę,
Thompson, Westinghouse i Stanley zbudowali transformator
1882  uruchomiono pierwszÄ… liniÄ™ rozdzielczÄ… na
Manhattanie w Nowym Yorku do zasilania prÄ…dem
stałym oświetlenia domów na obszarze 1/6 mili kw.
1881  Francuz Lucien Gaulard i Anglik John D. Gibbs
opatentowali w Anglii układ przesyłowy prądu przemiennego
1882  zbudowano pod Monachium liniÄ™
o napięciu 2 kV, długości 57 km
5/ 30
SE  rys historyczny
SE  rys historyczny
1884 - zbudowano drugÄ… liniÄ™ 2 kV we WÅ‚oszech, z Turynu
do Lanzo, o długości 40 km. Zaczął upowszechniać się prąd
przemienny.
1885  Westinghouse zakupił patent od Gaularda i Gibbsa
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.
1885  Nicola Tesla wynalazł wielofazowy system prądu
przemiennego
6/ 30
SEE  rys historyczny
SEE  rys historyczny
1888  Doliwo-Dobrowolski zbudował prądnicę i silnik prądu
przemiennego 3-fazowego.
1891  zbudowano pierwszą 3-fazową linię napowietrzną, o napięciu
8,5 kV, zasilajÄ…cÄ… wystawÄ™ we Frankfurcie nad Menem z elektrowni
wodnej w Lauffen, odległej o 175 km.
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.
7/ 30
Rozwój SEE w Polsce
Rozwój SEE w Polsce
PoczÄ…tki elektroenergetyki polskiej  lata 1890...
1889  pierwsza elektrownia użyteczności publicznej w Szczecinie
1907  uruchomienie pierwszej elektrowni w A
odzi
Budowano sieci prądu stałego i przemiennego lokalne, o różnych
napięciach, od 1 do 6 kV. Napięcie użytkowe wynosiło 120 V.
1930  pierwsza rozdzielnia napowietrzna i linia 60 kV
1937  zbudowano pierwszą linię napowietrzną o napięciu 150 kV
1954  wprowadzono napięcie 220 kV
1964  zbudowano pierwsza liniÄ™ napowietrznÄ… 400 kV
1983 - uruchomiono elektrownię Bełchatów: 2 bloki po 360 MW
1984  zbudowano liniÄ™ 750 kV
8/ 30
Współczesny system elektroenergetyczny
Współczesny system elektroenergetyczny
Cechy systemu tradycyjnego:
Wytwarzanie energii w dużych elektrowniach
i elektrociepłowniach konwencjonalnych,
wykorzystujÄ…cych energiÄ™ pierwotnÄ… paliw
kopalnych
Przesył energii na duże odległości od miejsc
jej wytworzenia do miejsc zapotrzebowania
(4 stopnie transformacji)
Zcentralizowane sterowanie
Zcentralizowana struktura wytwarzania wymaga odpowiedniej
rozbudowy sieci przesyłowych i dystrybucyjnych.
9/ 30
Struktura systemu elektroenergetycznego
Struktura systemu elektroenergetycznego
SE 6 kV
SE 220 kV
SE 110 kV SE 15 kV
SE 400 kV
SE 0,4 kV
10 / 30
Parametry SEE
Parametry SEE
Moc zainstalowana systemu (Pn)
Suma mocy czynnych znamionowych wszystkich generatorów w elektrowniach systemu
Moc zainstalowana w krajowym SEE  35096 MW
Struktura wytwarzania
Udział mocy czynnych znamionowych zainstalowanych w poszczególnych rodzajach
elektrowni
Moc osiÄ…galna (Po)
Największa moc czynna, jaka może być wytworzona w SEE (Po= Pn  "Ptr)
Moc osiÄ…galna w krajowym SEE  34877 MW
Moc dyspozycyjna (Pd)
Największa moc czynna, która może być wyprodukowana w danej chwili
(Pd = Po- "Pktr)
Moc szczytowa (Ps )
Największa moc czynna pobierana przez odbiorniki w określonym czasie, np. doby, roku
(moc odbierana netto)
11 / 30
Struktura wytwarzania
Struktura wytwarzania
12 / 30
Produkcja energii
elektrycznej w krajowym
SEE
13 / 30
Moc w SEE
Moc w SEE
Dobowy szczyt obciążenia w dniu 29 stycznia 2008r
y
ródło: PSE-Operator, http://www.pse-operator.pl
14 / 30
Moc w SEE
Moc w SEE
Nieplanowe ubytki mocy w dobowym szczycie obciążenia
w dniu 29 stycznia 2008r
y
ródło: PSE-Operator, http://www.pse-operator.pl
15 / 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 czynnÄ… i biernÄ… w systemie
elektroenergetycznym zmienia siÄ™ w czasie, w charakterystyczny
dla rozpatrywanego okresu sposób.
3. Rozległość terytorialna
4. Powiązanie z poziomem życia kraju
16 / 30
Roczny bilans energii
elektrycznej w krajowym
SEE
17 / 30
Wytwarzanie a sprzedaż
energii
18 / 30
Dobowe wykresy obciążenia
Dobowe wykresy obciążenia
19 / 30
Zmienność obciążenia
Zmienność obciążenia
Zmiany mocy szczytowej w poszczególnych
miesiÄ…cach roku
20 / 30
Zużycie energii, a PKB
Zużycie 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.
21 / 30
Charakterystyka SE
Charakterystyka SE
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.
Do przesyłu i rozdziału energii wykorzystywane są powszechnie układy prądu
przemiennego.
Sieć elektroenergetyczna jest 3-fazowa i wielonapięciowa.
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.
22 / 30
Charakterystyka SE
Charakterystyka SE
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.
Końcowy fragment sieci rozdzielczej niskiego napięcia stanowi sieć odbiorcy 
instalację elektryczną. W zależności od wykorzystywanych odbiorników instalacje
elektryczne wykonywane sÄ… jako 3-fazowe lub jednofazowe.
Kryteria podziału sieci
1. Funkcja pełniona w krajowym SEE
Sieci przesyłowe, rozdzielcze
2. Układ połączeń
Sieć otwarta: promieniowa, magistralna
Sieć zamknięta: pętlowa, oczkowa
3. Rodzaj linii
Sieć napowietrzna, sieć kablowa
23 / 30
Schematy sieci
Schematy sieci
Sieci otwarte
Układ promieniowy
Układ magistralny
Układ magistralny rozgałęziony
24 / 30
Schematy sieci
Schematy sieci
Sieci zamknięte
Układ magistralny
Układ pętlowy
Układ oczkowy
25 / 30
Sieci przesyłowe
Sieci przesyłowe
26 / 30
Sieci przesyłowe
Sieci przesyłowe
Sieci przesyłowe realizują zadania
przesyłu energii elektrycznej.
Napięcia: 400 i 220 kV
Budowa: głównie sieci
napowietrzne,
kablowe 110 kV  ok. 50 km
Konfiguracja: układy zamknięte
Statystyka
Długość linii:
750 kV  114 km
400 kV - 68 linii, 5031 km
220 kV  167 linii, 7908 km
Liczba stacji najwyższych napięć -
106
27 / 30
Sieci rozdzielcze
Sieci rozdzielcze
Realizują zadania przesyłu i rozdziału energii elektrycznej
Napięcia:
Statystyka
" 110 kV - sieć przesyłowo-
" Linie napowietrzne
rozdzielcza
SN - ok. 223600 km
" SN - sieci rozdzielcze
nn - ok. 283300 km
" nn - instalacje elektryczne
" Linie kablowe
Budowa: sieci napowietrzne i
SN - ok. 53160 km
kablowe
nn - ok. 102070 km
Konfiguracja:
" Liczba stacji
" 110 kV - sieć zamknięta
o górnym napięciu:
" SN - budowane w układach
110 kV - 1295
zamkniętych, pracują jako otwarte
" nn - otwarte SN - 216868
28 / 30
Przesył prądem stałym
Przesył prądem stałym
Polski SEE połączony jest za pomocą kabla stałoprądowego 450 kV
z systemem szwedzkim.
Zalety przesyłu prądem stałym:
Możliwość połączenia systemów pracujących asynchronicznie
Brak prądu ładowania  większa przepustowość linii
Mniejsze starty ulotu, mniejsze zakłócenia radioelektryczne
Lżejsza konstrukcja linii, mniejszy pas terenu pod linię
Przekraczanie cieśnin morskich
Wady:
Duży koszt budowy stacji przekształtnikowych
Wprowadzanie wyższych harmonicznych do sieci - konieczność stosowania filtrów
Brak możliwości transformacji napięcia
Duży pobór mocy biernej przez stacje przekształtnikowe  konieczność stosowania
lokalnych z
ródeł mocy biernej
Częste zakłócenia w pracy prostowników wrażliwych na przeciążenia
29 / 30
Przesył prądem stałym
Przesył prądem stałym
Przesył prądem stałym staje się opłacalny w przypadku linii
napowietrznych o dÅ‚ugoÅ›ci 550 ÷ 800 km, kabli podmorskich
25÷50 km, kabli podziemnych 50 ÷100 km.
Zastosowania:
Przesył dużych mocy na znaczne odległości
Przekraczanie cieśnin morskich
A
ączenie systemów o różnych częstotliwościach znamionowych
A
ączenie systemów do wspólnej pracy
30 / 30