Энергетика - Power engineering

Для журнала см. Энергетика (журнал). Аналогичный термин, но в широком смысле, см. Энергетика.
Для использования в других целях см. Сетка (значения).
Паровая турбина, используемая для выработки электроэнергии.
Часть набор на
Энергетика
Преобразование электроэнергии
Электроэнергетическая инфраструктура
Компоненты электроэнергетических систем
Актуальные темы на
Электрические установки
Практика электромонтажа по регионам или странам
Регулирование электроустановок
Кабели и аксессуары
Коммутационные и защитные устройства

Энергетика, также называется энергетика, это подраздел электротехники, которое занимается производством, передачей, распределением и использованием электроэнергия, и электрическое оборудование, подключенное к таким системам. Хотя большая часть области связана с проблемами трехфазное питание переменного тока - стандарт для крупномасштабной передачи и распределения электроэнергии в современном мире - значительная часть области связана с преобразованием между Питание переменного и постоянного тока и разработка специализированных энергетических систем, таких как те, что используются в самолетах или электрических железнодорожных сетях. Теоретическая база в энергетике электротехника.

История

Эскиз станции Перл-стрит, первой паровой электростанции в Нью-Йорке.
Основная статья: Электротехника § История

Пионерские годы

Электричество стал предметом научного интереса в конце 17 века. В течение следующих двух столетий был сделан ряд важных открытий, в том числе лампа накаливания и гальваническая свая.[1][2] Наверное, величайшее открытие в области энергетики было сделано Майкл Фарадей который в 1831 году обнаружил, что изменение магнитного потока вызывает электродвижущая сила в проволочной петле - принцип, известный как электромагнитная индукция это помогает объяснить, как работают генераторы и трансформаторы.[3]

В 1881 году два электрика построили первую в мире электростанцию ​​в г. Годалминг в Англии. На станции использовались два водяных колеса для производства переменного тока, который использовался для питания семи Сименс. дуговые лампы на 250 вольт и тридцать четыре лампы накаливания на 40 вольт.[4] Однако поставки были прерывистыми и в 1882 г. Томас Эдисон и его компания Edison Electric Light Company разработали первую паровую электростанцию ​​на Перл-стрит в Нью-Йорке. В Станция Pearl Street состояла из нескольких генераторов и первоначально обеспечивала питание около 3000 ламп для 59 потребителей.[5][6] Используемая электростанция постоянный ток и работал при одном напряжении. Поскольку мощность постоянного тока не могла быть легко преобразована в более высокие напряжения, необходимые для минимизации потерь мощности во время передачи, возможное расстояние между генераторами и нагрузкой было ограничено примерно полмили (800 м).[7]

В том же году в Лондоне Люсьен Голар и Джон Диксон Гиббс продемонстрировал первый трансформатор, пригодный для использования в реальной энергосистеме. Практическая ценность преобразователя Голлара и Гиббса была продемонстрирована в 1884 г. Турин где трансформатор использовался для освещения сорока километров (25 миль) железной дороги от одного переменный ток генератор.[8] Несмотря на успех системы, пара допустила принципиальные ошибки. Пожалуй, самым серьезным было подключение первичных обмоток трансформаторов в серии так что включение или выключение одной лампы повлияет на другие лампы дальше по линии. После демонстрации Джордж Вестингауз, американский предприниматель, импортировал ряд трансформаторов вместе с Сименс генератор и заставил своих инженеров экспериментировать с ними в надежде улучшить их для использования в коммерческой энергосистеме.

Один из инженеров Westinghouse, Уильям Стэнли, признали проблему последовательного подключения трансформаторов в отличие от параллельно а также поняли, что превращение железного сердечника трансформатора в полностью замкнутый контур улучшит регулирование напряжения вторичной обмотки. Используя эти знания, он построил первую в мире практическую трансформаторную систему переменного тока в г. Грейт-Баррингтон, Массачусетс в 1886 г.[9][10] В 1885 г. итальянский физик и инженер-электрик Галилео Феррарис продемонстрировал Индукционный двигатель а в 1887 и 1888 годах сербско-американский инженер Никола Тесла подал ряд патентов, связанных с системами питания, в том числе один на практический двухфазный асинхронный двигатель[11][12] который Westinghouse лицензировал для своей системы кондиционирования воздуха.

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 эффективно предназначены для обеспечения электрического освещения. В это время в США началось ожесточенное соперничество, известное как "война течений Между Эдисоном и Вестингаузом возникла вопрос о том, какая форма передачи (постоянного или переменного тока) была лучше. В 1891 году Вестингауз установил первую крупную энергосистему, которая была разработана для привода электродвигателя, а не только для обеспечения электрического освещения. синхронный двигатель мощностью 75 кВт при Теллурайд, Колорадо с двигателем, запускаемым асинхронным двигателем Тесла.[13] По ту сторону Атлантики, Оскар фон Миллер построена трехфазная ЛЭП 20 кВ 176 км от г. Lauffen am Neckar к Франкфурт-на-Майне для выставки электротехники во Франкфурте.[14] В 1895 году, после длительного процесса принятия решений, Адамс №1 электростанция в Ниагарский водопад начала передачу трехфазного переменного тока в компанию Buffalo напряжением 11 кВ. После завершения проекта Ниагарского водопада новые энергосистемы все чаще выбирали переменный ток в отличие от постоянный ток для передачи электроэнергии.[15]

Двадцатое столетие

Энергетика и большевизм

Плакат 1929 г. Густав Клуцис

Производство электроэнергии было признано особенно важным после Большевистский захват власти. Ленин заявил: «Коммунизм - это советская власть плюс электрификация всей страны».[16] Впоследствии он был изображен на многих советских плакатах, марках и т. Д., Отражающих этот вид. В План ГОЭЛРО был инициирован в 1920 году как первый большевистский эксперимент по промышленному планированию, в котором Ленин принял личное участие. Глеб Кржижановский была еще одна ключевая фигура, участвовавшая в строительстве электростанции в Москва в 1910 году. Он также знал Ленина с 1897 года, когда они оба были в петербургском отделении Союз борьбы за освобождение рабочего класса.

Энергетика США

В 1936 г. вышел первый рекламный ролик. постоянный ток высокого напряжения (HVDC) линия с использованием ртутно-дуговые клапаны был построен между Скенектади и Механиквилл, Нью-Йорк. HVDC ранее достигался за счет последовательной установки генераторов постоянного тока (система, известная как Система Тюри ), хотя это страдало от серьезных проблем с надежностью.[17] В 1957 г. Сименс продемонстрировал первый твердотельный выпрямитель (твердотельные выпрямители сейчас являются стандартом для систем HVDC), однако только в начале 1970-х годов эта технология использовалась в коммерческих энергосистемах.[18] В 1959 году Westinghouse продемонстрировал первый автоматический выключатель что использовал SF6 как прерывающая среда.[19] SF6 намного превосходит диэлектрик в воздух, и в последнее время его использование было расширено для производства гораздо более компактного коммутационного оборудования (известного как Распредустройство ) и трансформаторы.[20][21] Многие важные достижения также стали результатом распространения инноваций в ИКТ поле в сферу энергетики. Например, разработка компьютеров означала исследования потока нагрузки может работать более эффективно, что позволяет гораздо лучше планировать энергосистемы. Достижения в области информационных технологий и телекоммуникаций также позволили значительно улучшить дистанционное управление распределительным устройством и генераторами энергосистемы.

Мощность

Линии передачи передают мощность через сетка.

Энергетика занимается поколение, коробка передач, распространение и использование электричество а также дизайн ряда связанных устройств. Они включают трансформаторы, электрические генераторы, электродвигатели и силовая электроника.

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

Поля

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

Передача электроэнергии требует проектирования линий передачи высокого напряжения и объектов подстанции для взаимодействия с системами генерации и распределения. Постоянный ток высокого напряжения системы являются одним из элементов электрической сети.

Распределение электроэнергии инжиниринг охватывает эти элементы энергосистемы от подстанции до конечного потребителя.

Защита энергосистемы представляет собой изучение способов отказа электроэнергетической системы и методов обнаружения и устранения таких отказов.

В большинстве проектов энергетик должен координировать свои действия со многими другими специалистами, такими как инженеры-строители и механики, эксперты по окружающей среде, а также юридический и финансовый персонал. Для крупных проектов энергосистем, таких как крупная генерирующая станция, помимо инженеров энергосистем может потребоваться множество профессионалов-проектировщиков. На большинстве уровней профессиональной практики в области проектирования энергосистем инженеру потребуются не только административные и организационные навыки, но 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. В IEE была основана в Великобритании в 1871 году, а AIEE в Соединенных Штатах в 1884 году. Эти общества внесли свой вклад в обмен электрическими знаниями и развитие электротехнического образования. На международном уровне Международная электротехническая комиссия, основанная в 1906 году, разрабатывает стандарты для энергетики. 20 000 экспертов в области электротехники из 172 стран разрабатывают глобальные спецификации на основе консенсуса.

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ "История лампочки". Net Guides Publishing, Inc. 2004 г.. Получено 2007-05-02.
  2. ^ Гринслейд, Томас. "Вольтова куча". Kenyon College. Получено 2008-03-31.
  3. ^ "Фарадей Пейдж". Королевский институт. Архивировано из оригинал на 2008-03-29. Получено 2008-03-31.
  4. ^ «Годалминг Электростанция». Сроки разработки. Получено 2009-05-03.
  5. ^ Уильямс, Жасмин (30 ноября 2007 г.). "Эдисон освещает город". New York Post. Получено 2008-03-31.
  6. ^ Грант, Кейси. «Рождение NFPA». Национальная ассоциация противопожарной защиты. Архивировано из оригинал на 2007-12-28. Получено 2008-03-31.
  7. ^ «Начало массовых электрических сетей» (PDF) (Пресс-релиз). Нью-Йоркский независимый системный оператор. Архивировано из оригинал (PDF) на 2009-02-26. Получено 2008-05-25.
  8. ^ Кац, Евгений (2007-04-08). "Люсьен Голар". Архивировано из оригинал на 2008-04-22. Получено 2008-05-25.
  9. ^ Грейт Баррингтон 1886 - Вдохновение в отрасли к производству электроэнергии переменного тока
  10. ^ Блэлок, Томас (2004-10-02). "Электрификация переменного тока, 1886 г.". IEEE. Получено 2008-05-25.
  11. ^ Froehlich, Fritz E .; Кент, Аллен (декабрь 1998 г.). Фриц Э. Фрёлих, Аллен Кент, Энциклопедия телекоммуникаций Фрёлиха / Кента: Том 17, страница 36. ISBN  9780824729158. Получено 2012-09-10.
  12. ^ Петар Милянич, Многофазная система и асинхронный двигатель Теслы, Сербский журнал электротехники, стр. 121–130, Vol. 3, No. 2, ноябрь 2006 г.
  13. ^ Форан, Джек. «День, когда они обратились к водопаду». Архивировано из оригинал на 2008-05-11. Получено 2008-05-25.
  14. ^ Фойт Сименс (компания) (01.02.2007). HyPower (PDF). п. 7. Архивировано из оригинал (PDF) на 2012-07-25. Получено 2008-05-25.
  15. ^ "Адамс ГЭС, 1895 г.". IEEE. Получено 2008-05-25.
  16. ^ Владимир, Ленин (1920). Наша внешняя и внутренняя позиция и партийные задачи. Москва. Коммунизм - это советская власть плюс электрификация всей страны, потому что промышленность не может развиваться без электрификации.
  17. ^ «Новая, но недолговечная система распределения электроэнергии». IEEE. 2005-05-01. Архивировано из оригинал на 2011-05-24. Получено 2008-05-25.
  18. ^ Джин Вольф (01.12.2000). «Электричество сквозь века». Мир передачи и распределения.
  19. ^ Джон Тайнер, Рик Буш и Майк Эби (1999-11-01). «Пятидесятилетняя ретроспектива». Мир передачи и распределения.
  20. ^ «Распределительное устройство с элегазовой изоляцией». ABB. Получено 2008-05-25.
  21. ^ Амин, Сайед. «SF6 трансформатор». Архивировано из оригинал на 2008-06-16. Получено 2008-05-25.

внешние ссылки