System elektroenergetyczny

ELEKTROENERGETYKA
System elektroenergetyczny
Opracowano w oparciu o materiały do wykładów prof. Izabeli Mróz Radłowskiej z Politechniki Łódzkiej
Krajowy System Elektroenergetyczny
Krajowy System Elektroenergetyczny (KSE) jest zbiorem urządzeń do rozdziału, przesyłu i wytwarzania
energii elektrycznej, połączonych w system umoŜliwiający dostawy energii elektrycznej w sposób ciągły i
nieprzerwany.
System dzielimy na podsystemy:
•
•
wytwórczy (elektrownie),
przesyłowo-rozdzielczy (linie i stacje elektroenergetyczne).
W KSE obowiązuje następujący podział:
•
•
•
•
Krajowa Dyspozycja Mocy (KDM) - kieruje pracą sieci podstawowej tj. 750, 400 i 220 kV oraz
regionalną, takŜe wybranymi liniami 110 kV o znaczeniu systemowym,
Obszarowa Dyspozycja Mocy (ODM) - kieruje pracą sieci regionalnej, nadzoruje sieć lokalną i
kieruje operacjami łączeniowymi w sieci podstawowej,
Zakładowa Dyspozycja Ruchu (ZDR) - kieruje pracą sieci lokalnej rozumianej jako obszar sieci
danego zakładu energetycznego,
Rejonowa Dyspozycja Ruchu (RDR) - kieruje pracą wydzielonych fragmentów sieci lokalnej na
obszarze rejonu naleŜącego do danego zakładu energetycznego.
W związku z przekształceniami własnościowymi w polskiej energetyce i dąŜeniem do ograniczania
zatrudnienia, funkcje RDR-ów przejmują często ZDR-y. Wiele obiektów energetycznych jest
bezobsługowych i dyŜurni dyspozytorzy obecnie są na większych stacjach.
Ogólne wiadomości o energetyce i systemie
elektroenergetycznym
Energia występuje w przyrodzie w postaci energii
pierwotnej.
Energia uŜytkowana przez człowieka ma na ogół postać
inną niŜ energia pierwotna i zaleŜy od rodzaju
wykorzystywanych odbiorników.
Energetyka ma za zadanie przetworzenie energii
zasobów energetycznych do postaci wymaganej przez
odbiorcę i przesłanie tej energii do odbiorcy.
Schemat przemian energii
Surowce energetyczne
Urządzenia przetwórcze
Surowce wtórne
Nośniki energii
Odbiorniki
Energia uŜytkowa
Energia pierwotna
Surowce energetyczne
nieodnawialne
(paliwa pierwotne)
węgiel kamienny
węgiel brunatny
ropa naftowa
gaz ziemny
odnawialne
cieki wodne
energia słoneczna
energia wiatrowa
energia geotermiczna
Energia pierwotna
Energia nieodnawialna czyli energia paliw oceniana
jest w energetycy w zasobach i rezerwach.
Rezerwy – to ilości paliwa, prawdopodobne do
pozyskania bez znaczących zmian w technice i
kosztach ich wydobycia – złoŜa rozeznane.
Zasoby – to paliwo w złoŜach trudniejszych do
wydobycia, nie spełniających wyŜej wymienionych
warunków.
Światowe zasoby i rezerwy paliw kopalnych
Rezerwy [EJ]
Zasoby [EJ]
węgiel
20000
300000
węglowodory
(ropa – 60%,
gaz – 40%)
11000
50000
uran (235U)
1900
2600
ogólnie paliwa
kopalne
33000
350000
EJ – eksadŜule (eksa=1018)
Polskie zasoby i rezerwy paliw kopalnych
Zasoby energetyczne Polski to przede wszystkim
węgiel kamienny.
Rezerwy węgla kamiennego w Polsce szacowane są
na około 3,3% rezerw światowych.
Zasoby węgla kamiennego w Polsce szacowane są na
około 1,2% zasobów światowych.
Struktura zuŜycia energii pierwotnej – 1997 r.
9%
5%
17%
56%
13%
węgiel kamienny
węgiel brunatny
gaz ziemny
paliwa odnawialne
ropa naftowa
Struktura zuŜycia energii pierwotnej – 2020 r.;
scenariusz postępu
6%
19%
41%
23%
11%
węgiel kamienny
węgiel brunatny
gaz ziemny
paliwa odnawialne
ropa naftowa
Przetwarzanie energii
Urządzenia przetwórcze
Gazownie
Elektrownie
Koksownie
Elektrociepłownie
Rafinerie
Ciepłownie
cieplne
gazowe
spalinowe
wodne
jądrowe
Przetwarzanie energii
Urządzenia przetwórcze produkują nośniki energii.
Nośniki energii uzyskiwane są najczęściej z paliw
pierwotnych w stanie naturalnym lub po ich uzdatnieniu
(np. wzbogaceniu węgla kamiennego przez usunięcie
części mineralnych, odsiarczeniu gazu ziemnego) albo
po przerobieniu na paliwa wtórne. Paliwa wtórne mogą
być uŜyte bezpośrednio jako nośniki energii lub
przerobione na inne nośniki np. przez spalanie w kotłach
elektrociepłowni przekazują energię innym nośnikom.
Przetwarzanie energii
Urządzenia przetwórcze
Surowce wtórne
Nośniki energii
koks
benzyna
olej opałowy
gazy ciekłe i sztuczne
elektryczność
woda gorąca
para wodna
Przetwarzanie energii
Odbiorniki
Energia uŜytkowa
światło
energia mechaniczna
ciepło
energia chemiczna
System energetyczny
Zagadnienia związane z pozyskiwaniem nośników
energii, ich transportem i racjonalnym uŜytkowaniem
nazywa się energetyką, zaś zespół urządzeń słuŜących
do tego celu – systemem energetycznym.
Systemy energetyczne klasyfikowane są w zaleŜności
od produkowanego nośnika energii:
system elektroenergetyczny – elektryczność
system ciepłowniczy – woda gorąca, para wodna
system gazowy - gaz
Energia pierwotna – zuŜycie w 2000 roku [TJ]
ZuŜycie
Energia pierwotna
Węgiel kamienny
Węgiel brunatny
Na przemianę
1372195
853824
501888
Bezpośrednie
4629
1199
3382
Gaz ziemny wysokometanowy
Gaz ziemny zaazotowany
2370
4741
29
0
Torf i drewno
Woda i wiatr
0
7571
0
-
Biogaz
Paliwa odpadowe
1298
3
-
Energia pierwotna – zuŜycie w 2000 roku [TJ]
węgiel kamienny (62%)
gaz ziemny (0,5%)
inne (0,1%)
wegiel brunatny (37%)
woda i wiatr (0,5%)
Energia pochodna – zuŜycie w 2000 roku [TJ]
ZuŜycie
Energia pochodna
Koks
Gaz ciekły
Benzyny
Oleje napędowe
Oleje opałowe
Gaz koksowniczy
Energia elektryczna
Ciepło
Na przemianę Bezpośrednie
30255
72022
48
7
0
14
356
22
10792
9350
10040
-
927
277
4
58760
11369
System elektroenergetyczny
Systemem elektroenergetycznym nazywamy zespół
urządzeń przeznaczonych do:
wytwarzania,
przesyłu,
rozdziału energii elektrycznej,
połączonych ze sobą funkcjonalnie dla realizacji
procesu ciągłej dostawy energii elektrycznej do
odbiorców.
System elektroenergetyczny
Z funkcji systemu elektroenergetycznego wynika jego
podstawowy podział na dwa podsystemy:
podsystem wytwórczy – wytwarzanie energii
elektrycznej (elektrownie)
podsystem przesyłowo-rozdzielczy – przesył i
rozdział energii elektrycznej (sieci przesyłoworozdzielcze)
System elektroenergetyczny
Cecha charakterystyczna systemu elektroenergetycznego
- w kaŜdej chwili musi być zachowana równość mocy
wytwarzanych i mocy odbieranych.
Energia elektryczna nie moŜe być magazynowana.
Wyjątki: - baterie akumulatorów
- zamiana energii elektrycznej na energie
potencjalną wody w elektrowniach szczytowopompowych.
Przepływ mocy w systemie elektroenergetycznym
100%
91%
80%
Surowiec
Potrzeby własne
9%
Straty przesyłu i
transformacji
11%
Wytwarzanie
Moc odbierana
przez odbiorniki
Moc wykorzystana
Wytwarzanie energii elektrycznej
W polskim systemie wytwarzanie energii
elektrycznej odbywa się w:
- duŜych elektrowniach cieplnych,
- elektrociepłowniach miejskich i przemysłowych,
- elektrowniach wodnych
Struktura produkcji energii elektrycznej
według rodzajów źródeł
6%
0%
13%
81%
El. zawodowe
EC przemysłowe
EC zawodowe
Źródła odnawialne
Elektrownie cieplne
Elektrownie cieplne kondensacyjne (wytwarzają tylko
energię elektryczną, nie wykorzystuje się ciepła pary
wylotowej z turbiny) pracują na węglu kamiennym lub
brunatnym.
Moce takich elektrowni: od 100 do 4320 MW.
Przeciętna moc krajowej elektrowni cieplnej – 476 MW.
Liczba krajowych elektrowni cieplnych – 55.
Elektrownie cieplne
Największe elektrownie cieplne:
Bełchatów – 4320 MW
Kozienice – 2600 MW
Turów – 2000 MW
Połaniec, Rybnik, Dolna Odra – po 1600 MW
Jaworzno 3 – 1090 MW
Łaziska – 1040 MW
Elektrociepłownie
Elektrociepłownie miejskie lub przemysłowe – ich
moce zaleŜą od zapotrzebowania na ciepło i
mieszczą się w granicach od 1 MW do 600 MW.
Największa elektrociepłownia – EC Siekierki ma
moc 622 MW.
Liczba elektrociepłowni przemysłowych – 223.
Elektrownie wodne
Elektrownie wodne mogą być przepływowe lub
szczytowo-pompowe.
Przeciętna moc elektrowni wodnej – około 17 MW.
Liczba elektrowni wodnych – 119.
Największe:
szczytowo-pompowa śarnowiec – 680 MW
szczytowo-pompowa Porąbka śar – 500 MW
szczytowo-pompowa śydowo – 150 MW
przepływowe: Solina – 136 MW, Włocławek – 160 MW
Bilans mocy zainstalowanej
Moc zainstalowana - to suma mocy czynnych
znamionowych wszystkich generatorów w elektrowni.
elektrownie na węgiel kamienny elektrownie na węgiel brunatny elektrociepłownie przemysłoweelektrownie wodne razem – ok.
20200 MW
9200 MW
2800 MW
2100 MW
34000 MW
Układ przesyłowy
Sieci elektroenergetyczne realizują zadania
przesyłu i rozdziału energii elektrycznej i łączą
elektrownie z odbiornikami.
Przesył energii elektrycznej zapewniają linie
elektroenergetyczne.
Rozdział energii elektrycznej oraz jej
przetwarzanie (np. zmiana poziomu napięcia)
następuje w stacjach elektroenergetycznych.
Układ przesyłowy
W Polsce występują sieci o napięciach znamionowych:
napięcia niskie (nn): 0,4 0,69 1 kV
napięcia średnie (SN): 3 6 10 15 20 30 40 60 kV
napięcia wysokie (WN): 110 220 400 kV
napięcia najwyŜsze (NN): 750 kV
Sieci wysokich i najwyŜszych napięć
Długość linii:
750 kV – 14 km
400 kV – ok. 4700 km
około
220 kV – ok. 8100 km
45000 km
110 kV – ok. 33000 km
Linie elektroenergetyczne
Długość linii:
NN i WN – ok. 45000 km (8%)
SN – ok. 230000 km (41%)
w tym - 15 kV – ok. 22000 km
nn – ok. 280000 km (51%)
razem – ok. 555000 km (100%)
Struktura sieci
SE 6 kV
odbiory
SE 220 kV
SE 110 kV
SE 15 kV
SE 400 kV
SE 0,4 kV
odbiory
ZuŜycie energii elektrycznej [GWh] w 2000 roku
10%
7%
14%
54%
15%
przemysł
odbiorcy komunalno-bytowi
lokale mieszkalne
eksport energii
straty
ZuŜycie energii elektrycznej [GWh] przez
odbiorców komunalno – bytowych w 2000 roku
17%
2%
6%
75%
trakcja miejska
oświetlenie ulic
gosp. domowe
gosp. rolne
25000
23000
21000
19000
17000
15000
13000
11000
9000
7000
5000
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
miesiące
2000
1990
1980
1970
Dobowe wykresy zapotrzebowania mocy
22000
20000
18000
MW
MW
Miesięczne zapotrzebowanie mocy przez
odbiorców
16000
14000
12000
10000
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
godzina
15.12.1999
21.07.1999
21.04.1999
24
Przebieg dobowych obciąŜeń odbiorów
przemysłowych
P/Pm1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
godziny
przemysł maszynowy
trakcja elektryczna PKP
górnictwo i hutnictwo
Przebieg dobowych obciąŜeń gospodarstw
domowych (doba zimowa)
P/Pm
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
2
4
6
8
10 12 14
16 18 20 22 24
godziny
miasto
wieś
Przebieg dobowych obciąŜeń odbiorników
oświetleniowych i kuchni elektrycznych w
gospodarstwach domowych (doba zimowa)
P/Pm
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0
2
4
6
8
10 12 14
16 18 20 22 24
godziny
odbiorniki oświetleniowe
kuchnie elektryczne