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 węgiel węglowodory (ropa 60%, gaz 40%) uran ( 235 U) ogólnie paliwa kopalne Rezerwy [EJ] 20000 11000 1900 33000 Zasoby [EJ] 300000 50000 2600 350000 EJ eksadŝule (eksa=10 18 ) 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 ropa naftowa gaz ziemny paliwa odnawialne Struktura zuŝycia energii pierwotnej 2020 r.; scenariusz postępu 6% 19% 41% 23% 11% węgiel kamienny węgiel brunatny ropa naftowa gaz ziemny paliwa odnawialne
Przetwarzanie energii Urządzenia przetwórcze Gazownie Koksownie Rafinerie Elektrownie Elektrociepłownie 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 koks benzyna olej opałowy gazy ciekłe i sztuczne Nośniki energii 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 Gaz ziemny wysokometanowy Gaz ziemny zaazotowany Torf i drewno Woda i wiatr Biogaz Paliwa odpadowe Na przemianę 1372195 853824 501888 2370 4741 0 7571-1298 Bezpośrednie 4629 1199 3382 29 0 0-3 -
Energia pierwotna zuŝycie w 2000 roku [TJ] węgiel kamienny (62%) wegiel brunatny (37%) gaz ziemny (0,5%) woda i wiatr (0,5%) inne (0,1%) 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 30255 48 0-22 10792 9350 10040 - Bezpośrednie 72022 7 14 356 927 277 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% Surowiec 91% Wytwarzanie Potrzeby własne Straty przesyłu i transformacji 9% 11% 80% 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 13% 6% 0% 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 - 20200 MW elektrownie na węgiel brunatny - 9200 MW elektrociepłownie przemysłowe- 2800 MW elektrownie wodne - 2100 MW razem ok. 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 220 kv ok. 8100 km 110 kv ok. 33000 km około 45000 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 7% 10% 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 gosp. domowe oświetlenie ulic gosp. rolne
Miesięczne zapotrzebowanie mocy przez odbiorców MW 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 16000 14000 12000 10000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 godzina 15.12.1999 21.07.1999 21.04.1999
Przebieg dobowych obciąŝeń odbiorów przemysłowych 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 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