6. WYTWARZANIE, PRZESYŁANIE I ROZDZIAŁ ENERGII ELEKTRYCZNEJ

Systemem energetycznym nazywa się zespół urządzeń służących do wytwarzania, przesyłania i rozdzielania energii elektrycznej. System ten składa się urządzeń wytwarzających energię elektryczną (elektrownie) oraz urządzeń do jej przesyłania i rozdzielania (sieci elektroenergetyczne). Zadaniem systemu jest zapewnienie odbiorcom ciągłego dostarczania energii elektrycznej. Uproszczony schemat systemu elektroenergetycznego przedstawiono na rys.6.1.

Rys.6.1. Uproszczony schemat systemu elektroenergetycznego [5]

Podstawowymi elementami sieci elektroenergetycznej są sieci przesyłowe i stacje elektroenergetyczne. Stacje elektroenergetyczne można podzielić na:

- rozdzielcze, tj. takie, w których odbywa się tylko rozdział energii elektrycznej z sieci zasilającej na obwody odbiorcze o tym samym napięciu (takie stacje są często nazywane krótko rozdzielniami),

- transformatorowe, tj. takie, w których następuje tylko przetwarzanie energii elektrycznej o jednym napięciu na taką samą energię ale o innym napięciu,

- transformatorowo-rozdzielcze, tj. takie, w których odbywa się jednocześnie przetwarzanie i rozdział energii elektrycznej.

Energia elektryczna jest wytwarzana w elektrowniach. Wytwarzanie odbywa się na zasadzie przetwarzania energii zawartej w naturalnych źródłach, np. węglu kamiennym lub brunatnym, energii potencjalnej spiętrzonej wody, energii promieniowania słonecznego, wiatru itp. W Polsce dominującą rolę w pozyskiwaniu energii elektrycznej odgrywa węgiel kamienny i brunatny (około 90%).

Na początku 2012 roku moc zainstalowania agregatów wytwórczych energii elektrycznej (generatorów) wynosiła około 37500 MW, przy średniorocznym zapotrzebowaniu na moc rzędu 22000 MW (maksymalne rzędu 25000 MW). Tylko około 8% mocy zainstalowanej stanowią elektrownie, wytwarzające energię elektryczną ze źródeł odnawialnych (woda, wiatr, promieniowanie słoneczne, biomasa i biogaz).

Energia elektryczna jest wytwarzana w elektrowniach głównie za pomocą trójfazowych generatorów synchronicznych, napędzanych turbinami parowymi. Znamionowe napięcie wyjściowe (międzyfazowe) generatorów wynosi w Polsce 10,5 kV, 13,8 kV, 15,75 kV lub 20 kV. Energia o takim napięciu przed podaniem do systemu elektroenergetycznego jest transformowana za pomocą transformatorów na energię o znacznie wyższym napięciu (750 kV, 400 kV, 110 kV) i dopiero taka energia jest przesyłana liniami wysokiego napięcia do odbiorców. W miejscu odbioru energia jest ponownie transformowana w stacjach transformatorowych i transformatorowo-rozdzielczych na energię o potrzebnej wartości napięcia (zwykle 400 V ale nie tylko). Dopiero stąd energia elektryczne jest przesyłana, za pomocą napowietrznych lub kablowych linii energetycznych, do odbiorców detalicznych.

Napowietrzne linie energetyczne dominują na terenach otwartych. Podstawowymi elementami składowymi takich linii są słupy, izolatory, przewody fazowe, przewód neutralny (tylko w 4-przewodowych liniach niskiego napięcia), przewód odgromowy (tylko w liniach o napięciach 110 kV i wyższych) oraz wszelkiego rodzaju osprzęt liniowy (uchwyty, śruby itp.).

Kablowe linie energetyczne, chociaż są droższe od napowietrznych, mają jednak szereg zalet, decydujących o ich szerokim zastosowaniu. Przede wszystkim nie zajmują miejsca na powierzchni ziemi, przez co można je układać w terenie zabudowanym (głównie tereny miejskie). Można je również układać na dnie (lub pod dnem ) rzek oraz mórz. Niewątpliwą zaletą linii kablowych jest też to, że nie są one narażone na przepięcia atmosferyczne. Materiałem izolacyjnym w liniach kablowych niskiego napięcia jest głównie polichlorek winylu, natomiast w liniach wysokiego napięcia polietylen, bądź papier nasycony olejem.

Energia elektryczna, przesyłana od elektrowni do stacji transformatorowych, rozdzielczych lub transformatorowo-rozdzielczych, jest następnie rozdzielana do poszczególnych odbiorców, którymi mogą być zakłady przemysłowe lub indywidualni odbiorcy. Indywidualni odbiorcy i małe zakłady przemysłowe (zapotrzebowanie na moc mniejsze od 200 kVA) są zasilane z sieci rozdzielczych niskiego napięcia. Jeżeli jednak zakłady takie są zlokalizowane daleko od takich sieci, to ich linie zasilające są liniami średniego napięcia (zalecane napięcie 15 kV). Napięcie to jest transformowane w zakładowej stacji transformatorowej na napięcia niskie 400/230 V (międzyfazowe 400 V i fazowe 230 V).

Zakłady przemysłowe o większym zapotrzebowaniu na moc są z reguły zasilane liniami o napięciu 15 kV, 110 kV lub 220 kV. Transformowanie tych napięć na napięcie 400/230 V odbywa się w zakładowych stacjach transformatorowych lub transformatorowo-rozdzielczych, skąd, za pośrednictwem zakładowej sieci niskiego napięcia, energia doprowadzana jest do poszczególnych odbiorników. Odbiorniki dużej mocy są niekiedy zasilane bezpośrednio z sieci wysokiego napięcia.

Duże zakłady przemysłowe, które w procesach technologicznych wykorzystują znaczne ilości pary wodnej (cukrownie, ciepłownie itp.) posiadają z reguły własne elektrownie. Energia pozyskiwana z takich elektrowni jest częściowo wykorzystywana przez zakład, a jej nadwyżka jest przesyłana do systemu elektroenergetycznego.

---