Файл: Курс лекций для студентов электроэнергетиков Направление подготовки 140400 Электроэнергетика.doc

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 12.01.2024

Просмотров: 454

Скачиваний: 9

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
, являются отсутствие материалов способных выдержать высокую температуру газа; необходимость разработки методов вывода легкоионизирующейся присадки; сложность создания мощной магнитной системы (5-6 Тесла) и эффективного электрического инвертора для преобразования постоянного тока в переменной [17].

Работа термоэлектрического генератора основана на хорошо известном в физике эффекте Зеебека. Он состоит в том, что в электрической цепи, состоящей из различных элементов, при условии, что контакты (спаи) между ними имеют различную температуру, возникает электродвижущая сила.

На рис.3.14 представлена такая электрическая цепь, состоящая из двух проводников — меди и константана (сплава меди и никеля), используемая для измерения температуры. Один из спаев находится при температуре, которую требуется измерить (tп), а другой при постоянной температуре (tо), например, при практически неизменной температуре смеси воды и льда. По величине электродвижущей силы, измеряемой гальванометром, можно с высокой степенью точности определить tn.

Если составить электрическую цепь из последовательно соединенных различных материалов (обычно полупроводников), иначе говоря, цепь из отдельных термоэлементов, то получится термоэлектрический генератор. Создаваемая им электродвижущая сила будет пропорциональна числу термоэлементов.


Рис. 3.14. - Термоэлемент
Термоэлектрические генераторы имеют высокую стоимость, а их КПД невелик. Поэтому они находят применение в качестве небольших, как правило, автономных, источников энергии (на подводных лодках, маяках, космических кораблях).

Третьим видом установок прямого преобразования энергии являются термоэмиссионные преобразователи (ТЭП). Принцип их работы основан на явлении термоэлектронной эмиссии [17]. Это явление заключается в переходе части электронов от твердого тела, помещенного в вакуум. Твердое тело (металл, полупроводник), испускающее электроны называется эмиттером. Эмиссия электронов тем больше, чем выше температура эмиттера.

Для создания ТЭП необходимо поместить в вакуум два тела (два электрода), причем к одному из них (электроду-эмиттеру) подводить тепло и поддерживать его при более высокой температуре, а второе (электрод-кол­лектор) будет оставаться с низкой температурой. Если эмиттер и коллектор замкнуть внешней электрической цепью, то по ней потечет ток.


Преимущества и недостатки у термоэмиссионного преобразователя те же, что и у термоэлектрического генератора.


3.2.8. Новые технологии транспорта и аккумулирования энергии



Процесс развития электрической сети (сооружения новых, реконструкции и технического перевооружения существующих объектов электрической сети) в ближайшей перспективе будет осуществляться на принципах модернизации, то есть использования наиболее современных энергетических и информационных технологий, инновационной электротехнической продукции, производимой с использованием новых материалов, а также микропроцессорных элементов [8].

Основными мероприятиями по модернизации электрической сети являются:

  • - замена масляных и воздушных выключателей на элегазовые и вакуумные;

  • - использование силовых трансформаторов и автотрансформаторов с автоматическим регулированием напряжения, оснащенных современными надежными вводами и устройствами РПН повышенной надежности, необходимой динамической стойкости и низкими потерями;

  • -применение современных систем регулирования напряжения, в том числе управляемых шунтирующих реакторов, статических тиристорных компенсаторов с выводом из работы дорогих в эксплуатации синхронных компенсаторов;

  • - замена фарфоровых изоляторов на стеклянные и полимерные;

  • - ввод в эксплуатацию систем релейной защиты и автоматики на основе современных микропроцессорных устройств;

  • - использование цифровых средств и систем связи и передачи данных;

  • - реконструкция кабельных линий, в особенности маслонаполненных, с использованием новых диэлектрических материалов с повышенной изоляционной способностью (шитый полиэтилен, элегаз и др.);

  • - разработка плотных проектов использования устройств на основе низкотемпературной сверхпроводимости, в том числе трансформаторов, ограничителей тока, кабельных линий большой пропускной способности, индукционных накопителей энергии;

  • - создание интеллектуальных электрических сетей (Smart-grid), объединяющих электрические сети, потребителей и производителей электроэнергии в единую автоматизированную систему, которая в реальном времени позволяет отслеживать и контролировать режимы работы всех участников процесса выработки, передачи и потребления электроэнергии. Интеллектуальная сеть в автоматическом режиме оперативно реагирует на изменения различных параметров в энергосистеме и позволяет осуществлять бесперебойное электроснабжение с максимальной экономической эффективностью при снижении влияния человеческого фактора.


Помимо технологических преимуществ, применение указанных устройств позволит существенно снизить потребность в отчуждаемых площадях, даст возможность обеспечить выполнение современных требований по безопасности и экологичности применяемых технических решений.

В длительной перспективе развитие технологий транспорта электроэнергии связывают с созданием так называемых криогенных и сверхпроводящих линий электропередачи [4]. Идея криогенных ЛЭП основывается на том известном факте, что электрическое сопротивление металлов (особенно чистых) падает со снижением их температуры. Например, если чистый алюминий охладить до температуры 20 К (-253 °С, температура жидкого водорода), то его электрическое сопротивление уменьшится примерно в 500 раз. Преимущества сверхпроводящей ЛЭП очевидны: отсутствие потерь электроэнергии и большая экономия металла, из которого делаются провода.

В настоящее время достигнуты значительные успехи в получении высокотемпературной сверхпроводимости. На базе металлокерамики, например, состава YBa2Cu3Ox, получены вещества, для которых температура Тc перехода в сверхпроводящее состояние превышает 77 К (температура сжижения азота).

Накопители энергии делятся на электростатические, к которым относятся аккумуляторные батареи большой энергоёмкости (АББЭ), накопители энергии на основе молекулярных конденсаторов, накопители энергии на основе низкотемпературных (охлаждение жидким гелем) сверхпроводников.

Все типы электростатических накопителей связываются с сетью через устройства силовой электроники – преобразователи тока или напряжения.

В настоящее время рядом зарубежных компаний выпускается и осуществляется довольно масштабное практическое применение АББЭ, мощность которых достигает 40 МВт.

Молекулярные накопители проходят стадию создания и испытаний опытных образцов. Сверпроводниковый Индуктивный Накопитель Энергии (СПИНЭ) – это одно из применений сверхпроводимости. Практическое применение в настоящее время нашли передвижные накопители сравнительно небольшой энергоемкости (до 106 Дж.). Широкое применение СПИНЭ возможно после разработки и создания материалов и технологий высокотемпературной сверхпроводимости. СПИНЭ должны найти применение в электроэнергетике в качестве одного из эффективных средств повышения режимной надежности и устойчивости электроэнергетических систем. При этом выделяются такие свойства индуктивных накопителей, как быстродействие, высокий КПД, возможность полной автоматизации ввода и вывода энергии,
большая удельная энергоемкость, регулирование активной и реактивной мощности. Ожидается, что к 2016-2020 г.г. будут созданы недорогие системы хранения энергии достаточной энергоемкости.

К электромагнитным накопителям электроэнергии относятся два вида комплексов:

  • синхронные машины с преобразователями частоты в первичной цепи маховиками на валу;

  • асинхронизированные машины с маховиками на валу.

В настоящее время нет практических ограничений по созданию агрегатов первого типа мощности до 300 – 400 МВт и второго типа мощности 800 – 1600 МВт. Первый тип агрегатов имеет больший диапазон изменения скорости и большую способность использования кинетической энергии вращающихся машин, второй тип способен работать в диапазоне регулирования частоты вращения 50 % от синхронной, имеет меньшую мощность преобразовательного устройства, обладает меньшей стоимостью и может быть выполнен на большую мощность. Для первого типа агрегатов мощность преобразователя равна мощности машин, для второго – пропорциональна глубине регулирования. В России был разработан эскизный проект маховикового накопителя на основе асинхронизированной машины вертикального исполнения мощностью 200 МВт.

Cупермаховик, изготавливается сверхпрочного углеродного волокна, получаемого на основе нанотехнологий и имеет удельную энергоемкость 5-15 МДж/кг или 1,4-4,17 кВтч/кг, что недостижимо для всех известных накопителей энергии – электрохимические аккумуляторы, конденсаторы, пружины. Это объясняется тем, что супермаховик можно разогнать до огромных скоростей.

Следует отметить, что работа по улучшению основных показателей накопителей энергии и расширению диапазона их возможного применения ведется интенсивно [19]. Наибольшие усилия при этом сконцентрированы на создании сверхпроводящих низкотемпературных соленоидов, в которых ток циркулирует без потерь.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


  1. Веников В.А., Путятин Э.В. Введение в специальность. – М.: Высшая школа, 1978. – 294 с.

  2. Энергетика ХХI века: Условия развития, технологии, прогнозы/ Л.С. Беляев, А.В. Лагерев, В.В. Посекалин и др.; Отв. ред. Н.И. Воропай. – Новосибирск: Наука, 2004. – 386 с.

  3. Данилов И.А.. Энергетический баланс ведущих стран мира. – М.: Наука, 2009. - 198 с.

  4. Мировая энергетика: Состояние, проблемы, перспективы.
    – М.: ИД «Энергия», 2007. – 654 с.

  5. Мелентьев Л.А. Системные исследования в энергетике. Элементы теории, направления развития – М.: Наука, 1983. – 456 с.

  6. Л.А. Мелентьев. Оптимизация развития и управления больших систем энергетики. Учебное пособие для вузов. М.: Высшая школа, 1976. – 336 с.

  7. Воропай Н.И. Теория систем для электроэнергетиков: Учебное пособие. Новосибирск: Наука, СИФ РАН, 1999. - 217 с.

  8. Основы современной энергетики: Курс лекций для менеджеров энергетических компаний. Часть 1. В 2-х частях / Под общей ред.чл.-корр. РАН Е.В. Аметистова. - М.: МЭИ, 2003.

  9. Газификация энергетики Иркутской области: перспективы развития и выбор оптимальных параметров / В.Ю. Стоянов, В.В. Федчишин, А.Н. Кудряшов, И.Ю. Усов: Монография, Иркутск: Издательство ИрГТУ, 2011. – 136 с.

  10. Технический прогресс энергетики СССР /А.А.Троицкий, В.И. Горин, Г.И. Мосеев и др.; Под. ред. П.С. Непорожнего. - М.: Энергоатоммиздат, 1986. – 224 с.: ил.

  11. Волькенау И.М., Зейлигер А.Н., Хабачев Л.Д. Экономика формирования электроэнергетических систем. – М.:Энергия, 1981. – 321 с.

  12. Волков Э.П., Баринов В.А., Маневич А.С. Особенности функциональных свойств ЕЭЭС СССР.– Электричество.– 1991.– № 9.– С. 7–12.

  13. Маркович И.М. Режимы энергетических систем. –М.: Энергия, 1969. – 352 с.

  14. Управление мощными энергообъединениями / Н.И. Воропай, В.В. Ершевич, Я.Н. Лугинский и др.: Под ред. С.А. Совалова. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 256 с.

  15. Я.Д. Баркан, Л.А. Орехов. Автоматизация энергосистем.– М.: Высшая школа, 1981. – 217 с.

  16. Жимерин Д.Г. Энергетика: настоящее и будущее. М., «Знание», 1978. – 192 с.

  17. Давыдова Л.Г., Буряк А.А. Энергетика: пути развития и перспективы. – М.: Наука, 1981. - 120 с.

  18. Веселовский О.Н., Шнейберг Я.А., Энергетическая техника и ее развитие. – М.: Высшая школа, 1976. - 304 с.

  19. Электроэнергетика России. История и перспективы развития / Под общей редакцией А.Ф. Дьякова. – М.: АО "Информэнерго", 1997. – 568 с.: ил.

  20. Официальный сайт Министерства энергетики РФ:[Электронный документ]. – http://www.minenergo.gov.ru .– Проверено 06.06.11.

  21. Системный подход при управлении развитием электроэнергетики/ Л.С. Беляев, Г.В. Войцеховская, В.А. Савельев и др. – Новосибирск: Наука, 1980. – 236 с.

  22. Официальный ОАО Иркутскэнерго :[Электронный документ]. – http://www.irkutskenergo.ru/ .– Проверено 06.06.11.

  23. Официальный сайт РАО ЕЭС России.:[Электронный документ]. – http://www.rao-ees.ru/ru/ .– Проверено 06.06.11.

  24. Федеральный закон Российской Федерации «Об электроэнергетике» от 26 марта 2003 г. №36 – Ф3. – 45 с.

  25. А.Ф. Дьяков, Б.К. Максимов, В.В. Молодюк. Рынок электрической энергии в России: состояние и проблемы развития; учебное пособие / Под ред. А.Ф. Дьякова. М.: МЭИ, 2000.

  26. Беляев Л.С., Подковальников С.В. Рынок в электроэнергетике: проблемы развития генерирующих мощностей. – Новосибирск: Наука, 2004. – 250 с.

  27. О реформировании электроэнергетики Российской Федерации. Постановление Правительства РФ от 11 июля 2001 г. №526.

  28. Официальный сайт некоммерческого партнерства Совет Рынка.:[Электронный документ]. – http://www.np-sr.ru/. – Проверено 27.01.11.

  29. Официальный сайт Системного оператора Единой энергетической системы России: [Электронный документ]. – http://www.so-ups.ru/.– Проверено 27.01.11.

  30. О некоторых вопросах организации долгосрочного отбора мощности на конкурентной основе на оптовом рынке электроэнергии (мощности). Постановление Правительства РФ от 24 февраля 2010 года№89.

  31. Об определении ценовых параметров торговли мощностью на оптовом рынке электрической энергии и мощности. Постановление Правительства Российской Федерации от 13 апреля 2010 года № 238.

  32. Официальный сайт Международного энергетического агентства: [Электронный документ]. –http://www.iea.org/.– Проверено 27.01.11.

  33. О Концепции долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2020 года. Распоряжение Правительства Российской Федерации от 17 ноября 2008 года № 1662-р.

  34. Генеральная схема размещения объектов электроэнергетики до 2020 года. Одобрена распоряжением Правительства Российской Федерации от 22.02.08 №215-р. – 260 с.

  35. Об утверждении долгосрочной целевой программы «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на территории Иркутской области на 2011-2015 годы». Постановление Правительства Иркутской области от 2 декабря 2010 года № 318-пп.

  36. И.Ю. Иванова, Т.Ф. Тугузова, С.П. Попов, Н.А. Петров. Малая энергетика Севера: Проблемы и пути развития. – Новосибирск: Наука, 2002. – 188 с.

  37. С.В. Эмдин, В.В. Федчишин, А.Н. Кудряшов, В.В. Воронков. Стратегические проектные решения по развитию энергетики Иркутской области: учеб. пособие.- Изд-во ИрГТУ, 2010. – 135 с.

  38. Ушаков В.Я. Современная и перспективная энергетика: технологические, социально-экономические и экологические аспекты: монография / В.Я. Ушаков.- Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008.

  39. Безруких П.П. Состояние и тенденции развития нетрадиционных возобновляемых источников энергии // Электрика.- 2003, №4.

  40. Богуславский Э. И., Певзнер Л. А., Хахаев Б. Н. Перспективы развития геотермальной технологии// Разведка и охрана недр.- 2000, №7-8.

  41. Голицин М.В. Альтернативные энергоносители / М.В.Голицын, А.М.Голицын, Н.В.Пронина.- М.:Наука, 2004.

  42. Ольховский Г.Г.Энергетические газотурбинные установки. - М.: Энергоатомиздат, 1985.

  43. Основы современной энергетики: В двух частях. / Под общей редакцией Е.В. Аметистова. Часть 1. Современная теплоэнергетика / Трухний А.Д., Макаров А.А., Клименко В.В. — М.: Издательство МЭИ, 2002.

  44. Быстрицкий Г.Ф. Основы энергетики.- М.:Инфра. - 2007.

  45. Ушаков В.Я. Современная и перспективная энергетика: технологические, социально-экономические и экологические аспекты: монография / В.Я.Ушаков.- Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008.

  46. Основы современной энергетики: В двух частях. / Под общей редакцией Е.В. Аметистова. Часть 2. Современная электроэнергетика / Под ред. профессоров А.П. Бурмана и В.А. Строева. — М.: Издательство МЭИ, 2003.

  47. В.Г. Лайбейш. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: Учеб. пособие. - СПб.: СЗТУ, 2003.

  48. Гидроэнергетика и комплексное использование водных ресурсов / Под ред. Непорожнего П.С. – М.: Энергоиздат, 1982.

  49. Волков И.М., Кононенко П.Ф., Федичкин И.К., Гидротехнические сооружения, М. - 1968.

  50. Гидроэнергетика / Под ред. Обрезкова В.И. - М.: Энергоиздат, 1981.

  51. Гидроаккумулирующие электростанции / Б.Л.Бабурин, М.Д. Глезин, М.Ф. Красильников, Л.Б. Шейнман /Под ред.Л.Б. Шейнмана. - М.: Энергия. - 1978.

  52. Воропай Н.И. Smart Grid: мифы, реальность, перспективы // Энергетическая политика, 2010, вып. 2, с. 9-14.

  53. Renewable Energy Resources Act - EEG (original: Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien), Bundesgesetz, Bundesrepublik Deutschland, 29 March 2000.

  54. Радин В.И., Шакарян Ю.Г. Генераторные комплексы для ветроэнергетических установок // Изв. АН. Энергетика, 1993, №3.

  55. Беляков А.И., Корчевский А.А., Спинко В.Е. Альтернативные перспективы // Академия энергетики. 2010, № 1.

  56. Елистратов В.В. Опыт внедрения ВИЭ в мире и России // Академия энергетики. 2009, № 2.

  57. Каныгин П.С. Экономика возобновляемых источников энергии (на примере ЕС) // Мировая экономика и международные отношения. - 2009, № 6.

  58. Возобновляемые источники энергии: Теоретические основы, технологии, технические характеристики, экономика / Под общ. ред. Н.И. Воропая, З. Стычинского.- Магдебург: МАФО, 2010.- 209 с.