Энергетика , также называемая инженерией энергетических систем , является подразделом электротехники , который занимается генерацией, передачей, распределением и использованием электроэнергии , а также электрическими приборами, подключенными к таким системам. Хотя большая часть области связана с проблемами трехфазного переменного тока — стандарта для крупномасштабной передачи и распределения электроэнергии в современном мире — значительная часть области связана с преобразованием переменного тока в постоянный и разработкой специализированных энергетических систем, таких как те, которые используются в самолетах или для электрических железнодорожных сетей. Энергетика черпает большую часть своей теоретической базы из электротехники и машиностроения .
Электричество стало предметом научного интереса в конце 17 века. В течение следующих двух столетий был сделан ряд важных открытий, включая лампу накаливания и вольтов столб . [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 петле провода — принцип, известный как электромагнитная индукция , который помогает объяснить, как работают генераторы и трансформаторы. [3]
В 1881 году два электрика построили первую в мире электростанцию в Годалминге в Англии. На станции использовались два водяных колеса для выработки переменного тока, который использовался для питания семи дуговых ламп Siemens на 250 вольт и тридцати четырех ламп накаливания на 40 вольт. [4] Однако подача была прерывистой, 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 на Перл-стрит состояла из нескольких генераторов и изначально питала около 3000 ламп для 59 клиентов. [5] [6] Электростанция использовала постоянный ток и работала при одном напряжении. Поскольку мощность постоянного тока нельзя было легко преобразовать в более высокие напряжения, необходимые 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 Голард и Джон Диксон Гиббс продемонстрировали первый трансформатор, пригодный для использования в реальной энергосистеме. Практическая ценность трансформатора Голарда и Гиббса была продемонстрирована в 1884 году в Турине , где трансформатор использовался для освещения сорока километров (25 миль) железной дороги от одного генератора переменного тока . [8] Несмотря на успех системы, пара допустила несколько фундаментальных ошибок. Возможно, самой серьезной было последовательное соединение первичных обмоток трансформаторов, так что включение или выключение одной лампы влияло на другие лампы 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 , и 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. [9] [10] В 1885 году итальянский физик и инженер-электрик Галилео Феррарис продемонстрировал асинхронный двигатель , а в 1887 и 1888 годах сербско-американский инженер Никола Тесла подал ряд патентов, связанных с системами питания, включая патент на практический двухфазный асинхронный двигатель [11] [12], который Westinghouse лицензировал 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 были фактически предназначены для обеспечения электрического освещения. В это время в США разгорелось ожесточенное соперничество, известное как « война токов », между Эдисоном и Вестингаузом по поводу того, какая форма передачи (постоянный или переменный ток) была лучше. В 1891 году Вестингауз установил первую крупную энергосистему, которая была разработана для приведения в действие электродвигателя, а не только для обеспечения электрического освещения. Установка питала синхронный двигатель мощностью 100 лошадиных сил (75 кВт) в Теллуриде, штат Колорадо, причем двигатель запускался асинхронным двигателем Теслы. [13] По другую сторону Атлантики Оскар фон Миллер построил трехфазную линию электропередачи 20 кВ длиной 176 км от Лауффена-на-Неккаре до Франкфурта-на-Майне для Электротехнической выставки во Франкфурте. [14] В 1895 году, после длительного процесса принятия решений, генерирующая станция Адамс № 1 в Ниагарском водопаде начала передавать трехфазный переменный ток в Буффало на 11 кВ. После завершения проекта Ниагарского водопада новые энергосистемы все чаще выбирали переменный ток вместо постоянного тока для передачи электроэнергии. [15]
_Soviet_Power_plus_electrification.png/1280px-Klutsis_(1929)_Soviet_Power_plus_electrification.png)
Выработка электроэнергии считалась особенно важной 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 в промышленном планировании, и в котором Ленин принимал личное участие. Глеб Кржижановский был еще одной ключевой фигурой, участвовавшей в строительстве электростанции в Москве в 1910 году. Он также знал Ленина с 1897 года, когда они оба были в петербургском отделении «Союза борьбы за освобождение рабочего класса» .
В 1936 году между Скенектади и Механиквиллем, штат Нью-Йорк , была построена первая коммерческая линия постоянного тока высокого напряжения (HVDC) с использованием ртутных дуговых вентилей . Ранее HVDC достигался путем установки генераторов постоянного тока последовательно (система, известная как система Тури ), хотя это страдало от серьезных проблем с надежностью. [17] В 1957 году Siemens продемонстрировала первый твердотельный выпрямитель (в настоящее время твердотельные выпрямители являются стандартом для систем HVDC), однако только в начале 1970-х годов эта технология стала использоваться в коммерческих энергосистемах. [18] В 1959 году Westinghouse продемонстрировала первый автоматический выключатель , который использовал SF6 в качестве прерывающей среды. [19] SF6 является намного лучшим диэлектриком по сравнению с воздухом, и в последнее время его использование было расширено для производства гораздо более компактного коммутационного оборудования (известного как распределительные устройства ) и трансформаторов . [20] [21] Многие важные разработки также появились в результате распространения инноваций в области ИКТ на сферу энергетики. Например, развитие компьютеров означало, что исследования потоков нагрузки могли проводиться более эффективно, что позволяло лучше планировать энергосистемы. Достижения в области информационных технологий и телекоммуникаций также позволили лучше дистанционно управлять распределительными устройствами и генераторами энергосистемы.
.jpg/1280px-Qatar,_power_lines_(6).jpg)
Энергетика занимается генерацией , передачей , распределением и использованием электроэнергии , а также проектированием ряда связанных с этим устройств. К ним относятся трансформаторы , электрогенераторы , электродвигатели и силовая электроника .
Инженеры-энергетики также могут работать с системами, которые не подключены к сети. Такие системы называются автономными энергосистемами и могут использоваться вместо систем, подключенных к сети, по разным причинам. Например, в отдаленных местах шахте может быть дешевле вырабатывать собственную электроэнергию, чем платить за подключение к сети, а в большинстве мобильных приложений подключение к сети просто нецелесообразно.
Производство электроэнергии охватывает выбор, проектирование и строительство объектов, преобразующих энергию из первичных форм в электрическую.
Передача электроэнергии требует проектирования высоковольтных линий электропередачи и подстанций для сопряжения с системами генерации и распределения. Высоковольтные системы постоянного тока являются одним из элементов электросетей.
Проектирование распределения электроэнергии охватывает элементы энергосистемы от подстанции до конечного потребителя.
Защита энергосистемы — это изучение возможных сбоев в работе электроэнергетической системы, а также методов обнаружения и устранения таких сбоев.
В большинстве проектов инженер-энергетик должен координировать свою деятельность со многими другими дисциплинами, такими как инженеры-строители и инженеры-механики, эксперты по охране окружающей среды, юридический и финансовый персонал. Крупные проекты энергосистем, такие как большая генерирующая станция, могут потребовать множество специалистов по проектированию в дополнение к инженерам энергосистем. На большинстве уровней профессиональной практики инженера энергосистем инженеру потребуется столько же административных и организационных навыков, сколько и знаний в области электротехники.
И в Великобритании, и в США профессиональные общества инженеров-строителей и инженеров-механиков существовали уже давно. Институт инженеров-электриков (IEE) был основан в Великобритании в 1871 году, а AIEE в США в 1884 году. Эти общества способствовали обмену знаниями в области электричества и развитию образования в области электротехники. На международном уровне Международная электротехническая комиссия (IEC), основанная в 1906 году, разрабатывает стандарты для электротехники, в которой участвуют 20 000 экспертов-электриков из 172 стран, разрабатывающих глобальные спецификации на основе консенсуса.
Коммунизм есть Советская власть плюс электрификация всей страны, так как без электрификации невозможно развитие промышленности.
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )