stringtranslate.com

Энергетика

Паровая турбина, используемая для выработки электроэнергии.

Энергетика , также называемая инженерией энергетических систем , — это подобласть электротехники, которая занимается производством, передачей, распределением и использованием электроэнергии , а также электрических устройств, подключенных к таким системам. Хотя большая часть этой области посвящена проблемам трехфазной мощности переменного тока – стандарта для крупномасштабной передачи и распределения электроэнергии в современном мире – значительная часть области занимается преобразованием энергии переменного и постоянного тока и разработка специализированных энергетических систем, таких как те, которые используются в самолетах или в сетях электрических железных дорог. Основу теоретической базы энергетики составляют электротехника и машиностроение .

История

Эскиз станции Перл-стрит, первой паровой электростанции в Нью-Йорке.

Пионерские годы

Электричество стало предметом научного интереса в конце 17 века. В течение следующих двух столетий был сделан ряд важных открытий, включая лампочку накаливания и гальваническую батарею . [1] [2] Вероятно, величайшее открытие в области энергетики было сделано Майклом Фарадеем , который в 1831 году обнаружил, что изменение магнитного потока индуцирует электродвижущую силу в проводной петле — принцип, известный как электромагнитная индукция , который помогает объяснить, как работают генераторы. и трансформаторы работают. [3]

В 1881 году два электрика построили первую в мире электростанцию ​​в Годалминге в Англии. На станции использовались два водяных колеса для производства переменного тока, который использовался для питания семи дуговых ламп Siemens на 250 В и тридцати четырех ламп накаливания на 40 В. [4] Однако поставки были прерывистыми, и в 1882 году Томас Эдисон и его компания The Edison Electric Light Company разработали первую паровую электростанцию ​​на Перл-стрит в Нью-Йорке. Станция Перл-стрит состояла из нескольких генераторов и первоначально питала около 3000 ламп для 59 клиентов. [5] [6] Электростанция использовала постоянный ток и работала при одном напряжении. Поскольку мощность постоянного тока невозможно было легко преобразовать в более высокое напряжение, необходимое для минимизации потерь мощности во время передачи, возможное расстояние между генераторами и нагрузкой было ограничено примерно полумилей (800 м). [7]

В том же году в Лондоне Люсьен Голар и Джон Диксон Гиббс продемонстрировали первый трансформатор, пригодный для использования в реальной энергосистеме. Практическая ценность трансформатора Голара и Гиббса была продемонстрирована в 1884 году в Турине , где трансформатор использовался для освещения сорока километров (25 миль) железных дорог от одного генератора переменного тока . [8] Несмотря на успех системы, пара допустила несколько фундаментальных ошибок. Возможно, самым серьезным было последовательное соединение первичных частей трансформаторов, чтобы включение или выключение одной лампы влияло на другие лампы, расположенные дальше по линии. После демонстрации Джордж Вестингауз , американский предприниматель, импортировал несколько трансформаторов вместе с генератором Siemens и поручил своим инженерам экспериментировать с ними в надежде улучшить их для использования в коммерческой энергосистеме.

Один из инженеров Westinghouse, Уильям Стэнли , осознал проблему последовательного соединения трансформаторов, а не параллельного , а также понял, что превращение железного сердечника трансформатора в полностью замкнутый контур улучшит регулирование напряжения вторичной обмотки. Используя эти знания, он построил первую в мире практическую систему переменного тока на основе трансформатора в Грейт - Баррингтоне, штат Массачусетс , в 1886 году . -Американский инженер Никола Тесла подал ряд патентов, связанных с энергосистемами, в том числе патент на практический двухфазный асинхронный двигатель [11] [12] , который компания Westinghouse лицензировала для своей системы переменного тока.

К 1890 году энергетическая промышленность процветала, и энергетические компании построили тысячи энергосистем (как постоянного, так и переменного тока) в Соединенных Штатах и ​​Европе – эти сети фактически предназначались для обеспечения электрического освещения. В это время в США между Эдисоном и Вестингаузом возникло ожесточенное соперничество, известное как « война токов », по поводу того, какая форма передачи (постоянный или переменный ток) лучше. В 1891 году Вестингауз установил первую крупную энергетическую систему, которая была предназначена для привода электродвигателя, а не только для обеспечения электрического освещения. Установка приводила в действие синхронный двигатель мощностью 100 лошадиных сил (75 кВт) в Теллуриде, штат Колорадо , при этом двигатель запускался асинхронным двигателем Теслы. [13] На другой стороне Атлантики Оскар фон Миллер построил трехфазную линию электропередачи напряжением 20 кВ протяженностью 176 км от Лауффена-на-Неккаре до Франкфурта-на-Майне для выставки электротехники во Франкфурте. [14] В 1895 году, после длительного процесса принятия решений, электростанция Адамс № 1 на Ниагарском водопаде начала передавать в Буффало трехфазный переменный ток напряжением 11 кВ. После завершения проекта Ниагарского водопада в новых энергосистемах для передачи электроэнергии все чаще использовался переменный ток , а не постоянный . [15]

Двадцатое столетие

Энергетика и большевизм

Плакат 1929 года Густава Клуциса

Производство электроэнергии считалось особенно важным после захвата власти большевиками . Ленин заявил: «Коммунизм — это Советская власть плюс электрификация всей страны». [16] Впоследствии он был изображен на многих советских плакатах, марках и т. д., представляющих эту точку зрения. План ГОЭЛРО был инициирован в 1920 году как первый большевистский эксперимент по промышленному планированию, в котором Ленин принимал личное участие. Глеб Кржижановский был еще одной ключевой фигурой, принимавшей участие в строительстве электростанции в Москве в 1910 году. Он также был знаком с Лениным с 1897 года, когда они оба были членами петербургского отделения Союза борьбы за освобождение Рабочий класс .

Энергетика в США

В 1936 году между Скенектади и Механиквиллем, штат Нью-Йорк, была построена первая коммерческая линия высокого напряжения постоянного тока (HVDC) с использованием ртутно-дуговых клапанов . HVDC ранее достигалась путем установки генераторов постоянного тока последовательно (система, известная как система Тьюри ), хотя это имело серьезные проблемы с надежностью. [17] В 1957 году компания Siemens продемонстрировала первый полупроводниковый выпрямитель (в настоящее время полупроводниковые выпрямители являются стандартом для систем высокого напряжения постоянного тока), однако только в начале 1970-х годов эта технология стала использоваться в коммерческих энергосистемах. [18] В 1959 году компания Westinghouse продемонстрировала первый автоматический выключатель , в котором в качестве прерывающей среды использовался элегаз SF6 . [19] SF 6 является гораздо лучшим диэлектриком по сравнению с воздухом, и в последнее время его использование расширилось для производства гораздо более компактного коммутационного оборудования (известного как распределительные устройства ) и трансформаторов . [20] [21] Многие важные события также произошли в результате распространения инноваций в области ИКТ на область энергетики. Например, развитие компьютеров означало, что исследования распределения нагрузки можно было проводить более эффективно, что позволило гораздо лучше планировать энергосистемы. Достижения в области информационных технологий и телекоммуникаций также позволили значительно улучшить дистанционное управление распределительными устройствами и генераторами энергосистемы.

Власть

Линии электропередачи передают электроэнергию по сети .

Энергетика занимается производством , передачей , распределением и использованием электроэнергии , а также разработкой ряда сопутствующих устройств. К ним относятся трансформаторы , электрические генераторы , электродвигатели и силовая электроника .

Энергетики также могут работать с системами, не подключенными к сети. Эти системы называются автономными энергосистемами и могут использоваться вместо сетевых систем по ряду причин. Например, в отдаленных местах шахте может быть дешевле производить собственную электроэнергию, чем платить за подключение к сети, а в большинстве мобильных приложений подключение к сети просто непрактично.

Поля

Производство электроэнергии включает в себя выбор, проектирование и строительство объектов, преобразующих энергию из первичных форм в электрическую.

Передача электроэнергии требует проектирования линий электропередачи высокого напряжения и подстанций для сопряжения с системами генерации и распределения. Системы постоянного тока высокого напряжения являются одним из элементов электроэнергетической сети.

Проектирование распределения электроэнергии охватывает элементы энергосистемы от подстанции до конечного потребителя.

Защита энергосистемы — это изучение возможных сбоев электроэнергетической системы, а также методов обнаружения и устранения таких сбоев.

В большинстве проектов инженер-энергетик должен координировать свои действия со многими другими дисциплинами, такими как инженеры-строители и механики, эксперты по окружающей среде, а также юридический и финансовый персонал. Для крупных проектов энергосистем, таких как крупная электростанция, помимо инженеров энергосистем могут потребоваться десятки специалистов-проектировщиков. На большинстве уровней профессиональной практики проектирования энергетических систем от инженера потребуются такие же административные и организационные навыки, как и знания в области электротехники.

Профессиональные общества и международные организации по стандартизации

И в Великобритании, и в США уже давно существуют профессиональные общества инженеров-строителей и инженеров-механиков. Институт инженеров-электриков (IEE) был основан в Великобритании в 1871 году, а AIEE в США — в 1884 году. Эти общества способствовали обмену электротехническими знаниями и развитию электротехнического образования. На международном уровне Международная электротехническая комиссия (МЭК), основанная в 1906 году, готовит стандарты для энергетики, при этом 20 000 экспертов в области электротехники из 172 стран разрабатывают глобальные спецификации на основе консенсуса.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «История лампочки». Net Guides Publishing, Inc., 2004 г. Проверено 2 мая 2007 г.
  2. ^ Гринслейд, Томас. «Вольтов столб». Кеньонский колледж . Проверено 31 марта 2008 г.
  3. ^ "Страница Фарадея". Королевский институт. Архивировано из оригинала 29 марта 2008 г. Проверено 31 марта 2008 г.
  4. ^ "Электростанция Годалминг". Инженерные сроки . Проверено 3 мая 2009 г.
  5. ^ Уильямс, Жасмин (30 ноября 2007 г.). «Эдисон освещает город». Нью-Йорк Пост . Проверено 31 марта 2008 г.
  6. ^ Грант, Кейси. «Рождение NFPA». Национальная ассоциация пожарной безопасности . Архивировано из оригинала 28 декабря 2007 г. Проверено 31 марта 2008 г.
  7. ^ «Начало работы крупных электросетей» (PDF) (пресс-релиз). Независимый системный оператор Нью-Йорка. Архивировано из оригинала (PDF) 26 февраля 2009 г. Проверено 25 мая 2008 г.
  8. ^ Кац, Евгений (08 апреля 2007 г.). «Люсьен Голар». Архивировано из оригинала 22 апреля 2008 г. Проверено 25 мая 2008 г.
  9. ^ Грейт-Баррингтон, 1886 г. - Вдохновляя промышленность на использование энергии переменного тока.
  10. ^ Блэлок, Томас (2 октября 2004 г.). «Электрификация переменного тока, 1886 г.». ИИЭЭ . Проверено 25 мая 2008 г.
  11. ^ Фрелих, Фриц Э.; Кент, Аллен (декабрь 1998 г.). Фриц Э. Фрелих, Аллен Кент, Энциклопедия телекоммуникаций Фрелиха/Кента: том 17, стр. 36. CRC Press. ISBN 9780824729158. Проверено 10 сентября 2012 г.
  12. ^ Петар Милянич, Многофазная система Теслы и асинхронный двигатель, Сербский журнал электротехники, стр. 121–130, Том. 3, № 2, ноябрь 2006 г.
  13. ^ Форан, Джек. «День, когда они включили водопад». Архивировано из оригинала 11 мая 2008 г. Проверено 25 мая 2008 г.
  14. ^ Фойт Сименс (компания) (01 февраля 2007 г.). ХайПауэр (PDF) . п. 7. Архивировано из оригинала (PDF) 25 июля 2012 г. Проверено 25 мая 2008 г.
  15. ^ "Гидроэлектростанция Адамс, 1895 г." ИИЭЭ . Проверено 25 мая 2008 г.
  16. ^ Владимир, Ленин (1920). Наше внешнее и внутреннее положение и партийные задачи. Москва. Коммунизм — это Советская власть плюс электрификация всей страны, так как без электрификации невозможно развивать промышленность.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  17. ^ «Новая, но недолговечная система распределения электроэнергии». IEEE. 01.05.2005. Архивировано из оригинала 24 мая 2011 г. Проверено 25 мая 2008 г.
  18. ^ Джин Вольф (1 декабря 2000 г.). «Электричество сквозь века». Мир передачи и распределения .
  19. ^ Джон Тайнер, Рик Буш и Майк Эби (1 ноября 1999 г.). «Пятидесятилетняя ретроспектива». Мир передачи и распределения .
  20. ^ «Распределительное устройство с элегазовой изоляцией». АББ . Проверено 25 мая 2008 г.
  21. ^ Амин, Сайед. «Трансформатор элегазового типа». Архивировано из оригинала 16 июня 2008 г. Проверено 25 мая 2008 г.

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы по теме энергетики .