1.6.3. Энергоэффективность транспортировки электрической энергии

Передачу электрической энергии можно осуществлять как при повышении напряжения, так и без повышения напряжения. В энер­гетических системах возникает потребность в создании мощных линий электропередачи на большие расстояния.

I.

II.

Без повышения напряжения U1

f^2

С повышением напряжения

Tv1

при U₂ » U₁.

Предположим, что линия работает на одинаковую нагрузку: ^rh 1 = ^rh 2 ^.

Передаваемая при этом полная мощность определится:

P = U ■ Л; p₂ = и2 ■ 12; P = P2 ^ I1»I2.

Таким образом, при повышении напряжения происходит сниже­ние передаваемого тока для одинаковой передаваемой мощности.

При передаче электрической энергии по проводам высоковольт­ных воздушных ЛЭП существует два вида потерь энергии: тепло­вые и потери на коронный разряд. Величина тепловых потерь энер­гии пропорциональна квадрату силы тока

P_Q = 1² ■ R ■ t л

^PQ 2 = i2 ' ^R2 '^t J

p » p Q1 ¹Q2-

Тепловые потери при одной и той же передаваемой мощности для варианта с повышением напряжения будут намного меньше, чем без повышения напряжения.

Таблица 1.6.2

Зависимость передаваемой мощности и дальности передачи электрической энергии от напряжения

и, кВ	Р 1 пер, МВт	L, км	Число проводов в фазе
110	30	25	1
220	135	100	2
330	360	130	3
400	500	180	3
500	900	280	4
750	2100	300	4-5
1150	50000	500	5-6

Блочная схема классификации электропередач

эл.передачи

В электрических передачах небольшой протяженности пропуск­ная способность обычно ограничивается допустимым током по ус­ловиям нагрева, а для местных распределительных потерь ограни­чения могут быть связаны с потерями напряжения. При больших длинах ЛЭП ограничением является фактор устойчивости.

воздушные

кабельные

_i

1.6.4. Транспортировка тепловой энергии

пост. тока

перемен.

пульсир.

тока

Тльс

пост. тока I

перемен тока

тока

тради

ционные

крио-

|енные

одно

цепные

много

цепные

рзолиро ванные

тока

Дно-1 пмНнО|

рованным охложд-м

Под пропускной способностью электропередачи понимается наибольшая активная мощность, которую можно передавать в дли­тельном режиме с учетом технических ограничений.

Пропускная способность по условиям нагрева проводов опреде­ляется только параметрами провода (материалом, конструкцией, сечением). Существуют также ограничения по предельному напря­жению для данной конструкции ЛЭП. Предельное напряжение ог­раничено увеличением потерь на коронный разряд.

Корона представляет собой электрический разряд, наблюдаю­щийся в связи с тем, что при повышении напряжения воздух пере­стает быть изолятором и становится проводником. Таким образом, возникают утечки высоковольтного заряда в воздух. Потери на ко­рону зависят от напряжения и растут пропорционально повышению этого напряжения.

Для того чтобы уменьшить потери на корону, применяется рас­щепление проводов в фазе. При этом увеличивается, так называе­мый, эквивалентный радиус провод. Расщепление провода означает замену одного цельного проводника конструкцией из нескольких связанных между собой проводников меньшего диаметра.

Транспортировка преобразованной энергии в виде теплоты энер­гоносителя осуществляется с помощью систем теплоснабжения, которые связывают источник тепла, тепловую сеть, тепловых по­требителей. Системы теплоснабжения различаются по мощности, по виду источника теплоты и виду энергоносителя. По мощности они могут быть местными и централизованными. Местные систе­мы теплоснабжения - это такие системы, в которых источник те­пла, теплопровод и потребитель тепла находится в одном или смежных помещениях. Централизованные системы теплоснаб­жения - это такие системы, в которых теплота от одного источни­ка теплоты передается многим помещениям. По виду источника теплоты системы централизованного теплоснабжения делятся на системы с использованием районных котельных и ТЭЦ. По виду энергоносителя системы теплоснабжения делятся на паровые и во­дяные.

Система передачи тепловой энергии от источника к потребителю

_{В J}

2 \з_

5

₁

котельная	у
ТЭЦ

1

1 - источник теплоты ; 2, 4 - насосы; 3 - теплообменник; 5 - потребитель

Транспортировка тепла осуществляется с помощью теплопрово­да. Современные теплопроводы изготавливаются в заводских усло­виях и в разрезе представляют собой следующую конструкцию.

2

Разрез теплопровода

1. - стальная или пластмассовая труба

2. - теплоизолятор

3. - внешняя защитная оболочка (кожух)

4. - теплоноситель

При транспортировке тепла имеются потери в окружающую среду, величина которых зависит от разности температур теплоно­сителя и окружающей среды, а также от качества тепловой изоля­ции теплопровода.

Основной характеристикой теплоизоляционных материалов яв­ляется коэффициент теплопроводности, который зависит от приме­няемого материала и его влажности. С ростом влажности теплоизо­ляции ее коэффициент теплопроводности увеличивается.

Потери тепла при транспортировке теплоносителей связаны с их охлаждением. При использовании пара в качестве теплоносителя может возникать конденсация пара, что также может привести к дополнительным потерям энергии при транспортировке пара. Для удаления конденсата из паропроводов устанавливаются конденса-тоотводчики.

В общем случае потери тепла в окружающую среду можно рас­считать на основании уравнения теплового баланса:

Q = G • C_p • ft -12) + г • G_k,

где G - массовый расход однофазного энергоносителя пара или жидкости;

C_p - теплоемкость;

t₁, t₂ - температура теплоносителя на входе и выходе рассматри­ваемого участка сети;

г - теплота конденсации;

G_k - расход сконденсированного теплоносителя.

Еще одной составляющей потерь энергии при транспортировке являются потери напора из-за трения о стенки труб.

При транспортировке тепла может теряться до 50 % тепловой энергии. Для уменьшения потерь тепла в окружающую среду мож­но порекомендовать следующие мероприятия:

1. применение тепловой изоляции с высокими теплоизоляци­онными свойствами;

2. понижение уровня температуры теплоносителя без ущерба для потребителя;

3. замена, при возможности, технологического пара горячей водой;

4. использование местных систем теплоснабжения и локаль­ного обогрева;

5. своевременное удаление конденсата из паропроводов;

6. ликвидация утечек теплоносителя;