Физика — 11
3.6. ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ. ТРАНСФОРМАТОР
• ВСПОМНИТЕ ПРОЙДЕННОЕ • |
|
- Количество теплоты, выделенное в проводнике с током, равно произведению квадрата силы тока на сопротивление проводника и на время прохождения тока по нему:
Q = I2Rt.
Соотношение между этими величинами впервые было экспериментально установлено английским ученым Д. Джоулем и русским ученым Э. Ленцем, поэтому его называют законом Джоуля-Ленца.
- В параллельно соединенных проводниках напряжение (одинаково) неизменно, поэтому количество теплоты, выделяемое в них, обратно пропорционально сопротивлениям этих проводников:
Q = U 2
R t.
- Почему электрическая энергия передается на большие расстояния под высоким напряжением?
- Почему после перенесения энергии до пункта назначения ее напряжение снова понижают?
- Как осуществляется повышение и понижение напряжения?
■ | На современных крупных электростанциях электрическая энергия производится под напряжением несколько тысяч вольт. Однако для того, чтобы перенести эту энергию на большие расстояния, её напряжение ещё больше повышается. После того, как энергия переносится до пункта назначения, её напряжение снова понижается. |
Передача электроэнергии. При передаче на большие расстояния электроэнергии, произведенной генератором переменного тока, в проводах линии передачи происходят потери энергии в виде выделенного тепла, которое определяется на основе закона Джоуля-Ленца:
Q = I 2 Rt = I2 ⋅ ρ ι
S ⋅ t. (1)
Как видим из формулы (1), одним из способов уменьшения потерь энергии является увеличение площади поперечного сечения проводов (S). Но этот способ не выгоден с практической точки зрения, так как в этом случае провода будут настолько массивными, что придется создать гигантские опорные столбы для их поддержки.
Самым выгодным способом снизить потери энергии является повышение напряжения и сохранение передаваемой мощности:
Q = P2
U2 ⋅ R ⋅ t. (2)
Поэтому для передачи вырабатываемого на электростанциях переменного тока напряжением 12÷25 кВ на большие расстояния его напряжение повышается до сотен киловольт. Такой ток передается по линиям высокого напряжения до места назначения и после понижения напряжения поставляется потребителям.
Передача электроэнергии на расстояние. Методические материалы
Цифровой ресурс может использоваться для обучения в рамках программы средней школы (профильного и углубленного уровней).
Компьютерная модель позволяет построить схему передачи электроэнергии от электростанции до конечного потребителя и проверить работу предложенной схемы при заданных пользователем параметрах.
Краткая теория
Передача электрической энергии от электростанций до больших городов или промышленных центров на расстояния тысяч километров является сложной научно-технической проблемой.
Протекая по линиям электропередачи, ток нагревает их. В соответствии с законом Джоуля-Ленца, энергия, расходуемая на нагрев проводов линии, определяется формулой:
где R – сопротивление линии. Потери энергии на нагрев снижают путем уменьшением тока в линии. Но, так как мощность тока пропорциональна произведению силы тока на напряжение, то для сохранения передаваемой мощности требуется повысить напряжение в линии передачи. Причем, чем длиннее линия передачи, тем выгоднее использовать более высокое напряжение. Поэтому на крупных электростанциях ставят повышающие трансформаторы. Для использования электроэнергии потребителями напряжение на концах линии нужно понизить.
Это достигается с помощью понижающих трансформаторов. При этом обычно понижение напряжения и, соответственно, увеличение силы тока происходит в несколько этапов.Обычно линии электропередачи строятся в расчете на напряжение 400–500 кВ, при этом в линиях используется трехфазный ток частотой 50 Гц.
Следует отметить, что при повышении напряжения в линиях передач увеличиваются утечки энергии через воздух. В сырую погоду вблизи проводов линии может возникнуть так называемый коронный разряд, который можно обнаружить по характерному потрескиванию. Коэффициент полезного действия линий передач не превышает 90 %.
Работа с моделью
Потери энергии в проводах не рассматриваются.
Работа с моделью протекает в два этапа. На первом пользователь задает основные параметры схемы передачи электроэнергии (можно менять напряжение на выходе с электростанции, в высоковольтной и местной линиях электропередач).
На втором этапе подбираются коэффициенты трансформации K1, K2 и K3, требуемые для работы выбранной схемы. После выставления всех значений можно пронаблюдать результат эксперимента (кнопка ). При правильном выборе в доме конечного потребителя появляется свет, при неправильном – программа выдает сообщение об ошибочных параметрах. После нажатия кнопка переходит в вариант , предоставляющий пользователю возможность вновь перейти к выбору параметров эксперимента.
Рекомендации по применению модели
Данная модель может быть применена в качестве иллюстрации на уроках изучения нового материала в 11 классе по теме «Передача электроэнергии». На примере этой модели можно рассмотреть с учащимися принцип передачи электроэнергии от электростанции до потребителя, отработать решение задач по теме «Трансформатор».
Пример планирования урока с использованием модели
Тема «Передача и использование электроэнергии»
Цель урока: рассмотреть принцип передачи электроэнергии на расстояние, повторить тему «Трансформатор» на примере решения задач.
|
|||||||||||||||||||||||||
Таблица 1. |
Пример задания
Каким должен быть:
- трансформатор 1 (повышающим или понижающим)?
- трансформатор 2?
- трансформатор 3?
Где при передаче электроэнергии напряжение самое большое? Что можно сказать о величине тока на этом участке?
Выставьте минимальные (максимальные) значения напряжений на каждом участке линии электропередачи. Определите коэффициенты трансформации каждого трансформатора. Проверьте свои результаты на модели.
Система бесконтактного электропитания MOVITRANS для промышленности
В тех сферах эксплуатации оборудования, где необходимо перемещение на большие расстояния с высокой скоростью и без износа, уже нельзя обойтись без мобильных систем. Для этих условий идеальная система электропитания – бесконтактная, чистая, бесшумная – это MOVITRANS®.
Надежная бесконтактная система электропитания с нашим системным решением MOVITRANS
® Система бесконтактного электропитания MOVITRANS® – не подвержена износу и не требует технического обслуживания Система бесконтактного электропитания MOVITRANS® – не подвержена износу и не требует технического обслуживанияТогда MOVITRANS® будет для вас идеальной системой электропитания. Она работает по принципу индуктивной передачи энергии. Электроэнергия передается от стационарно проложенного проводника на один или несколько мобильных потребителей бесконтактным способом. Трудоемкие, громоздкие системы с цепными коробами остались в прошлом.
Электромагнитная связь осуществляется через воздушный зазор, система не подвержена износу и не требует технического обслуживания. Это бесконтактное электропитание позволяет реализовать скорости выше 10 м/с. А поскольку тяговые линие проложены под полом, больше нет препятствий, мешающих поперечному транспорту.
Еще одно важное преимущество: такой способ электропитания не создает загрязнения и нечувствителен к внешнему загрязнению. Кроме того, система не производит никакого шума. Все это существенно способствует повышению производительности за счет снижения затрат на техническое обслуживание и монтаж.
Экономия расходов на проектирование, монтаж и ввод в эксплуатацию
Больше экономической эффективности благодаря гибкой и убедительной концепции системы – от простой сегментации маршрута до его произвольного конструирования с поворотами и стрелками. Расходы сокращаются также и за счет быстрого и простого монтажа, поскольку вдоль маршрута нужно проложить всего два кабеля.
Применение Прикладное ПО MOVITOOLS® значительно упрощает ввод в эксплуатацию и использование техники.
как осуществляется передача и получение
Современную жизнь трудно представить без электричества. Каждый день люди греют воду, пользуются компьютером и даже заряжают машину. Это говорит о том, что каждый аспект жизни неразрывно связан с электроэнергией. Но откуда она берется, как осуществляется передача электроэнергии на большие расстояния, почему люди так зависят от полезных ископаемых рассмотрено ниже.
Суть явления
В отличие от природных ресурсов вроде газа, электроэнергию невозможно закачивать в хранилища и брать оттуда столько, сколько нужно. Поэтому выработка электроэнергии напрямую зависит от потребления. Когда спрос на электричество больше, электростанция вырабатывает больше электроэнергии.
Повседневное использование электроэнергииТаким образом, передачу электрического тока можно охарактеризовать как непрерывный процесс выработки, транспортировки и потребления. На государственном уровне передача электроэнергии относится к вопросам стратегической безопасности и является приоритетной задачей, на инфраструктуру которой ежегодно выделяются огромные суммы бюджетных средств.
Например, в России в 2018 году на благоустройство энергетической инфраструктуры было потрачено 30 миллиардов долларов.
Дополнительная информация. Недавно в Австралии была запущена первая в мире аккумулирующая электроэнергию станция фирмы Тесла. Саму электроэнергию добывают ветряки, которые заряжают гигантский блок батарей. От них энергия уже передается конечному потребителю по проводам. Таким образом, люди не остаются без электричества в безветренный день.
Решение проблемы ветряков аккумуляцией электроэнергииПолучение и передача
Для начала стоит затронуть тему получения энергии. За последние 150 лет человечество сделало огромный шаг в разработке способов добычи электричества. Сегодня используются невозобновляемые источники, например, сжигание угля и газа, и возобновляемые — движения воды, ветра.
Лучшие умы планеты работают над совершенствованием возобновляемых технологий добычи, проще говоря экологически чистых источников. Ведь потребление энергии растет с каждым годом и электростанциям приходится сжигать все больше угля и газа, тем самым исчерпывая природные запасы и нанося вред экологии. Другое дело ветряк или ГЭС, для которых ветер и вода никогда не закончатся. Но КПД от них пока крайне мал.
Виды электростанцийТак как в большинстве стран СНГ главным поставщиком электричества в дома являются местные ТЭС (Тепловые электростанции, работающие от угля, нефти или газа), нужно рассмотреть процесс получения именно на их примере.
Схема выработки энергии от сжигания полезных ископаемых на ТЭСКак видно, процесс происходит следующим образом:
- Уголь и воздух подаются в топку.
- Жар от топки разогревает воду и превращает ее в пар.
- Пар под давлением подается на турбину.
- Мощный поток пара заставляет турбину вращаться.
- Вместе с турбиной начинает вращаться ротор генератора, который уже преобразует механическое движение в электричество.
Конечный смысл любой ЭС, неважно на каких источниках она работает, заключается во вращении турбины. На тепловых станциях турбину вращает пар, на ГЭС вода, в ветряке ветер.
Ввиду дороговизны строить в каждом городе по электростанции невозможно. На деле большинство станций обеспечивают электричеством один крупный мегаполис и сотни приближенных сел, деревень и ПГТ.
Прежде чем попасть в населенный пункт, добытая энергия проходит десятки, а то и сотни километров. Тут стоит рассказать о том, каким образом ток вообще путешествует по проводам.
После выхода с генератора станции электрический ток попадает на трансформатор для повышения напряжения до 1150 кВ. Зачем это делается? Чем больше напряжение, тем меньше электричество теряет свою мощность, путешествуя по кабелю. Но, что еще немаловажно — это затраты на передачу электричества. Чем выше напряжение, тем меньшего сечения провода нужны. Чем тоньше кабель, тем меньше в нем проводящего металла. Чем меньше металла, тем он дешевле.
Высоковольтные линии электропередачиТем не менее, существует и некоторый эффект рассеивания электричества. Пока ток пройдет сотню километров, он неизбежно потеряет некоторое количество своей мощности. Так же снижение КПД зависит от силы сопротивления металла в кабеле.
Дополнительная информация. Ученые рассматривают вопрос об исключении проводов из цепочки передачи электроэнергии. Для этого планируется использовать всем знакомую технологию Wi-Fi.
ЛЭП
Тут стоит рассказать о том, какие сети используются для передачи электроэнергии. От электростанции до конечного потребителя электричество проходит не только через повышающий трансформатор и высоковольтные линии. Если посмотреть на современный город с высоты, можно заметить целый клубок проводов, образующий единую сеть.
Чтобы попасть к потребителю, с высоковольтных линий ток заново поступает в трансформатор, но на этот раз напряжение понижается. После чего он подается на распределительную сеть и расходится на промышленные предприятия, которые имеют свою подстанцию для получения нужного им напряжения, на городские подстанции, которые расформировывают электричество по магистральным кабелям и на районные подстанции.
Городская подстанцияОт районных подстанций через линии электропередач электричество подается в частные, многоквартирные дома и объекты инфраструктуры. В спальных микрорайонах кабеля от подстанций в основном прокладывают под землей, откуда они выходят уже на щиток подъезда, который дальше распределяет ток на каждую розетку и лампочку в доме.
Силовой ящик многоэтажкиСхемы передачи
На первый взгляд полная схема передачи электроэнергии от вращающейся турбины до розетки квартиры может показаться сложной и запутанной, но если посмотреть на схему, то все становится на свои места.
Структурная схема электроснабженияСтоит обратить внимание, что если в городе нет промышленных предприятий, то подстанции для промышленного объекта и всей представленной для нее ветви в реальности не будет. Все остальные объекты электрической инфраструктуры будут присутствовать до изобретения беспроводной передачи.
На приведенной выше схеме можно заметить магистральные кабельные линии. Они могут быть двух типов — одиночные и с двухсторонним питанием. Двухсторонние сегодня более распространены, так как одиночные менее надежны, плюс на них тяжело отыскать место повреждения. Таким образом, конечный пользователь всегда снабжен электричеством, и поломки на магистралях ему незаметны.
Схема двухсторонней магистралиЭлектричество получают, используя возобновляемые и невозобновляемые источники энергии для вращения турбины. Турбина приводит в действие ротор генератора, который и генерирует электричество. Для передачи тока трансформатор увеличивает его напряжение, а перед тем, как пустить его на городскую сеть, напряжение понижают обратно. Таким образом уменьшаются потери и затраты на строительство сетей. После этого электричество подается на городскую подстанцию, которая запитывает районные подстанции, а уже от них прокладываются разветвленные линии конечным потребителям.
Системы передачи электроэнергии на большие расстояния для будущего электроснабжения — Анализ возможностей и ограничений
https://doi. org/10.1016/j.energy.2012.06.018Получить права и содержаниеРеферат
Для передачи больших объемов электроэнергии в экономическом и Для эффективного пути на большие расстояния до нескольких 1000 км необходимо использовать сверхвысокие напряжения (UHV), то есть переменного (переменного тока) напряжения 1000 кВ и постоянного (постоянного тока) напряжения ± 800 кВ или выше. В частности, передача сверхвысокого напряжения постоянного тока (сверхвысокого напряжения постоянного тока) является одним из ключевых решений для передачи большой мощности на очень большие расстояния.Две биполярные системы с напряжением передачи ± 800 кВ, мощностью передачи до 7,2 ГВт и протяженностью до 2000 км находятся в эксплуатации в Китае с 2010 года, и запланированы дополнительные системы, особенно в Китае и Индии. Таким образом, кажется, что технология UHVDC является современной и ее легко использовать. Но есть некоторые ограничения, которые затрудняют использование передачи UHVDC во всех случаях. Чтобы проанализировать это подробно, кратко излагается современное состояние систем передачи сверхвысокого напряжения постоянного тока на большие расстояния и анализируется возможное будущее развитие. Обсуждаются различные аспекты, которые, возможно, ограничат использование технологии UHVDC в будущем.
Основные моменты
► В этой статье рассматривается текущее состояние, а также преимущества и недостатки систем передачи переменного и постоянного тока. ► Линия сверхвысокого напряжения постоянного тока на самом деле является наиболее эффективным решением для передачи больших объемов электроэнергии на расстояние 1000 км и более. ► Подводные кабели для приложений HVDC доступны только до 500 кВ. ► Преобразователи с самокоммутируемым источником напряжения (VSC) (особенно IGBT) доступны только для напряжений примерно до 350 кВ.► Сети HVDC кажутся возможными только с использованием VSC.
Ключевые слова
HVDC
Высокое напряжение постоянного тока
Сверхвысокое напряжение
Передача большой мощности
Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)
Полный текстCopyright © 2012 Elsevier Ltd. Все права защищены.
Рекомендуемые статьи
Цитирующие статьи
3 июня 1889 г .
: Потоки электроэнергии на большие расстояния__1889: __Первые между электростанцией на водопаде Уилламетт и гирляндой огней в Портленде происходит первая передача электроэнергии на большие расстояния. , Орегон, в 14 милях к западу.
Линии электропередач, протянувшиеся от гидроэлектрического генератора до 55 уличных фонарей на 4-й и Главной улицах, возвестили о появлении крупных инноваций в энергетических технологиях. Первоначальная конструкция использовала непрерывный (или постоянный) ток, а не систему переменного тока, которая в конечном итоге стала стандартным способом передачи энергии.
До появления линии Портленд было непонятно, как и даже можно ли передавать электроэнергию на большие расстояния. После Гражданской войны стационарные паровые двигатели начали наводнять американские города, но производимая ими энергия была местной.
Эпоху олицетворял великий двигатель Корлисса, который доминировал в Машинном зале на Столетней выставке, праздновании американской мощи, проходившем в Филадельфии в 1876 году. Огромные машины мощностью 1500 лошадиных сил были подключены к 5-мильному валу, который приводил в движение сотни машин. .
«Почитают бесшумную работу Корлисса, который с легким напряжением мускулов придает жизнь и движение всем огромным машинам зала», — написал один литературный журналист.«Согласные кости и сухожилия сторукого Бриарея из механического гения Новой Англии сразу же вступают в действие и провозглашают неистовым, а не негромким голосом победу американской изобретательности».
Власть, умение делать работу, была в основном местная. Этот факт повлиял на способ строительства городов и образ жизни людей. Люди и уголь должны были жить бок о бок, потому что нужны были рабочие и паровые машины в непосредственной близости. Города стали грязными, воздух забился копотью.Питтсбург, среди других городов, таких как Чикаго и Лондон, славился ужасным загрязнением окружающей среды.
«Если лист белой бумаги пролежит у вас на столе в течение получаса, вы можете написать на нем кончиком пальца сквозь тонкий слой угольной пыли, осевшей на нем в течение этого промежутка времени», — крикнул Перегрин Проликс. — заметил путешественник под псевдонимом с юга ». Производственные способности и склонности [Питтсбурга] так часто описывались и превозносились, что мы ничего не скажем о них, кроме того, что они наполняют карманы людей наличными, а их трудящийся город — шумом, пылью и дымом.»
Сначала, когда Томас Эдисон и компания начали экспериментировать с электричеством на угольных станциях, они решили, что система будет выглядеть так же, как и паровая энергетическая система: множество небольших станций будут разбросаны по городам, сжигая уголь. производят электричество для потребителей в непосредственной близости от них
Но по мере того, как инженеры продолжали возиться с электропроводкой, они начали видеть возможность передачи электроэнергии: электростанция может быть в одном месте, а потребность в электроэнергии — в другом.Могут быть задействованы более чистые источники гидроэлектроэнергии.
Это не означает, что передача электроэнергии была невозможна, когда была введена линия Портленд. Действительно, было большой проблемой дня получить мощность в больших количествах и на большие расстояния (воспринимайте это как полосу мощности). Ремни и валы могли передавать мощность на короткое расстояние с разумными потерями. Сжатый воздух, проталкиваемый через трубки, использовался в масштабах города в таких местах, как Париж и Вена, но не было решения для передачи энергии на десятки или даже сотни миль.
Беспроводная передача энергии на короткие и большие расстояния
Беспроводная передача энергии на большие расстояния — это концепция, которая появилась давно с тех пор, как Никола Тесла получил патент на катушку Тесла более 120 лет назад.
В последнее десятилетие беспроводная энергия стала более привычным термином, и такие компании, как Powerbyproxi и WiTricity, лидируют в инновациях в области беспроводных технологий малого радиуса действия. То есть возможность передавать электроэнергию на короткие расстояния (до нескольких метров), в первую очередь для зарядки потребительских устройств, таких как мобильные телефоны. Эта технология позволяет нам заряжать устройства без проводов на небольшом расстоянии, например дома или подъезжая к зарядной станции электромобиля.
Следующим этапом эволюции в освобождении человечества от ограничений, связанных с прокладкой проводов, является способность передавать большие объемы энергии на большие расстояния. Вместо зарядных устройств технология беспроводной передачи данных на большие расстояния позволит нам снабжать электроэнергией домохозяйства, сообщества и отправлять большие объемы электроэнергии в места, где их слишком сложно и дорого достичь с помощью проводной инфраструктуры.Это технология, над которой работает Emrod, которая будет поддерживать внедрение устойчивой энергетики и децентрализацию электрических сетей.
В этой статье мы сравниваем беспроводную передачу энергии на короткие и большие расстояния, включая разницу в технологиях и сценариях использования.
Во-первых, давайте начнем с выяснения того, что такое беспроводная передача энергии.
Что такое беспроводная передача энергии?Беспроводная передача энергии — это передача значительного количества энергии без перемещения или использования массы между передатчиком и приемником.Электромагнитные поля передают энергию в пространстве. Он может заменить необходимость в проводах и батареях, чтобы обеспечить более удобный, мобильный и безопасный способ получения энергии.
Согласно ранней истории, Генрих Герц был первым, кто доказал существование электромагнитных волн. Отсюда и название «герц» как единица измерения частоты.
Разницу между передачей мощности на короткие и большие расстояния можно четко определить по расстоянию, на которое передается мощность.Однако что определяет возможности этих различных типов технологий?
Беспроводное питание малого радиуса действияКороткое расстояние — это обычно передача энергии в пределах сантиметров и метров. Наиболее распространенным методом беспроводной передачи энергии является индуктивная передача энергии, при которой мощность передается с использованием магнитного поля с использованием индуктивной связи между двумя катушками провода.
Примеры передачи энергии на короткие расстояния по этому определению включают беспроводное питание устройств в доме или здании и зарядку электромобилей с помощью резонансной магнитной индукционной площадки на земле.
Беспроводная передача энергии на большие расстоянияНа большие расстояния обычно передается мощность на 100 метров или через километры. Один из методов передачи энергии — это использование антенн для отправки электромагнитных лучей, таких как микроволны или лазеры. Ограничение использования индуктивной связи для передачи энергии на большие расстояния заключается в том, что магнитное поле довольно быстро спадает при увеличении расстояния между передатчиком и приемником. Следовательно, по этой причине больше подходит электромагнитный луч.
Передача энергии на большие расстояния с помощью антенн может быть разделена на ближнее и дальнее поле. В ближнем поле можно наблюдать плоские волны с очень малой расходимостью пучка или без нее. И наоборот, в дальнем поле наблюдается значительная расходимость луча и обратный квадрат затухания плотности мощности с расстоянием, чего не наблюдается в ближнем поле.
Для целей Эмрода мы работаем в ближнем поле, чтобы получить коллимированный луч с незначительными потерями.
Сценарии использования для передачи на большие расстояния включают передачу мощности из космоса на Землю, зарядку беспилотных летательных аппаратов (без необходимости возврата БПЛА на базу для зарядки) и передачу энергии по труднопроходимой местности вместо использования проводов, что является проблемой. мы решаем в Эмроде.Узнайте больше о вариантах использования технологии Emrod здесь.
Чтобы энергия была полезной, она должна перемещаться от места, где она генерируется, туда, где она требуется. В этом смысле энергия похожа на общение. Чтобы услуги связи были полезными, они должны иметь возможность передавать сообщение от одного человека другому. В настоящее время наши методы производства энергии зависят от мест, к которым можно получить экономичный доступ с помощью проводной инфраструктуры (линии и опоры, а также подводные кабели).Многие из лучших мест для производства возобновляемой энергии труднодоступны, например, высоко на холмах или в горах или в прибрежных районах, где дует сильный ветер и это далеко от людей.
С другой стороны, люди, имеющие доступ к энергии, зависят от экономики подключения домашнего хозяйства или общины к источнику энергии. Многие сообщества и жилые дома не имеют надежного доступа к электричеству, потому что они находятся в удаленных, труднодоступных районах, где экономически нецелесообразно прокладывать и обслуживать линии или кабели электропередач.
Снижая затраты и упрощая установку и обслуживание инфраструктуры, передающей электроэнергию из одного места в другое, мы можем открыть наш доступ к источникам энергии и обеспечить их энергоснабжение.
Примеры использования беспроводной технологии дальнего действия EmrodВ Emrod мы разработали технологию, которая позволяет передавать энергию на многие километры. Это первая в мире коммерчески жизнеспособная технология беспроводной передачи энергии на большие расстояния. Мы используем пассивные реле для передачи энергии на большие расстояния без потерь, которые в противном случае сделали бы передачу на большие расстояния неэффективной и нерентабельной для коммерческих целей.
Технология Emrod широко применяется, но мы в первую очередь сосредоточены на работе с энергораспределительными компаниями и организациями, продвигающими проекты устойчивой энергетики и децентрализованных сетей.
Беспроводная системаEmrod может обеспечить экономичное решение для передачи энергии по местности, где сложно прокладывать и обслуживать линии электропередач и кабели. Например, через леса или водные пути, чтобы облегчить проблемы с правом прохода или уменьшить экологическое воздействие пилонов, а также обеспечить резервные системы при выходе из строя линий электропередач, например, при отключении электричества или оказании помощи при стихийных бедствиях.
Вы можете узнать больше об общих сценариях использования технологии Emrod на странице «Примеры использования» нашего веб-сайта.
ЗаключениеВ раннем современном развитии технологии беспроводной передачи использовались магнитные индукционные зарядные площадки, которые требовали контакта и тщательного выравнивания устройства, например телефон. Впоследствии была разработана технология зарядки смартфонов и других устройств на расстоянии нескольких метров, которая работает как надежный Wi-Fi. Эта технология считалась технологией большой дальности по сравнению с предыдущей беспроводной технологией, которая требовала, чтобы передающие и принимающие устройства находились в контакте друг с другом.Мы вступили в новую эру беспроводной технологии, которая заключается в передаче больших объемов энергии на километры. Это следующий захватывающий шаг в направлении видения Николы Теслы силы повсюду.
Америка плохо строит ЛЭП. Мы можем это исправить.
Каждую неделю наш ведущий климатический репортер представляет вам важные идеи, экспертный анализ и важные рекомендации, которые помогут вам процветать на меняющейся планете. Зарегистрируйтесь, чтобы получить T he Weekly Planet , наш путеводитель по жизни в условиях изменения климата, в вашем почтовом ящике.
Недавно со мной случилось ужасное. Я начал заботиться о политике передачи электроэнергии.
В энергетических кругах людей, работающих над передачей, боятся и уважают так же, как сморщенного и уважаемого местного мага. Это колдуны, которые понимают один из самых мощных и искаженных существующих знаний — американский закон об электричестве — но он преждевременно состарил их и заставил суетиться, бормоча бессвязные заклинания: « Ferck and nerck, ferck и nerck , ferck purpa noper .«Странно — даже сумасшедший? Нет вопросов. Но без их защиты город наверняка был бы захвачен.
Так что их чтят, да, но еще и жалко. Потому что, несмотря на всю свою мощь, их способность приручить молнию и метать ее по континенту, они не смогли добиться большого прогресса в борьбе с силами тьмы — в данном случае с NIMBY, защитниками окружающей среды старой школы и юристами коммунальных служб. В последнее десятилетие Соединенные Штаты изо всех сил пытались построить новые линии электропередачи, связывающие различные регионы страны, хотя такие линии необходимы практически для любого видения будущей национальной экономики.В 2011 году президент Барак Обама попытался ускорить завершение строительства семи крупных новых линий электропередачи. Были закончены только два. С 2009 года в Китае было построено более 18 000 миль линий электропередачи сверхвысокого напряжения. США построили ноль.
Эта печальная история побудила сторонников передачи инфекции настаивать на разработке детализированного набора регуляторных политик, которые способствовали бы лучшим результатам в рамках нынешней системы. Я уважаю их осторожность, но прямо сейчас, учитывая законопроект об инфраструктуре, U.У С. есть возможность отремонтировать свою корявую трансмиссию навсегда.
Когда политики спорят об электричестве и изменении климата, большая часть шума связана с поколением : Как мы можем производить как можно больше энергии без использования ископаемого топлива? Но передача — перемещение электричества на большие расстояния — приобретает все большее значение. Согласно историческому исследованию Принстона, США должны утроить на своей транспортной инфраструктуры, чтобы декарбонизировать к 2050 году.Как недавно сказал мне Стив Чикала, профессор экономики из Университета Тафтса, солнечная энергия и ветер сейчас являются самыми дешевыми формами производства электроэнергии в некоторых частях страны. Но такое снижение затрат имеет значение только в том случае, если крупнейшие энергетические рынки будут подключены — с помощью новой передачи! — к этим областям.
Чикала изложил свои взгляды в статье, опубликованной ранее в этом году Институтом энергетической политики Чикагского университета. (Я работаю научным сотрудником по журналистике в институте.) Столетие назад передача на большие расстояния была невозможна: если вы использовали электроэнергию, она поступала от плотины гидроэлектростанции или угольной электростанции, расположенной самое большее в нескольких десятках миль.По прошествии века США стали лучше перемещать электричество на сотни миль по тем высоковольтным проводам, которые иногда можно увидеть рядом с межштатными автомагистралями. Но только в последнее десятилетие или около того стала возможной передача по всему континенту. Китай преуспел в этой новой отрасли, построив монументальные линии постоянного тока, которые отправляют электроны на расстояние более 2000 миль к его берегам.
Даже если бы не было изменения климата, создание национальной энергосистемы все равно было бы целесообразным. Сквозная линия U.S. Экономическое развитие, от железных дорог до Интернета, состоит в том, чтобы снова и снова делать один конкретный шаг: создание, объединение и регулирование огромных внутренних рынков. Построение национальной сети — одна из важнейших оставшихся задач этого развития. Это упростит рынки электроэнергии, сократит счета за электроэнергию и позволит городскому богатству перетекать в сельские районы. Создание национальной сети поможет демократическим штатам достичь своих климатических целей, но это также поможет Вайомингу, одному из немногих штатов, где компании могут строить новые атомные или геотермальные электростанции, подключив его к миллионам желающих потребителей на побережье.И если Конгресс примет достаточно строгий стандарт чистой электроэнергии, то политики могут наблюдать, как многие рыночные механизмы внезапно бросятся на службу декарбонизации.
По крайней мере, это теория. К сожалению, передача — это дьявольски сложная область закона, и многие влиятельные институты не хотят, чтобы строились новые линии. Коммунальные предприятия, в частности, недовольны передачей электроэнергии, поскольку она ослабляет их способность контролировать местные рынки электроэнергии. Ари Пескоу, который руководит Инициативой закона об электроэнергии в Гарвардской школе права, охарактеризовал контроль коммунальных предприятий над передачей как разновидность синдиката.
Федеральная комиссия по регулированию энергетики, или FERC, является независимым агентством, которое регулирует электроэнергетику, и у нее есть некоторые возможности подтолкнуть их к тому, чтобы они лучше играли с передачей, — сказал мне Пеское. Но «если ваша цель — сеть масштаба континента — такая, о которой мечтают инженеры, работающие над декарбонизацией, — для этой политики потребуется Конгресс», — сказал он. «Конгресс должен это сделать».
И у Конгресса есть предложение, которое решило бы именно эту проблему. Я убедился, что Закон о САЙТЕ, который устранил бы основное препятствие в федеральном законе и укрепил бы функционирование U.С. Энергетические рынки, это лучшее решение. Он должен сопровождаться налоговой льготой, чтобы стимулировать девелоперов к строительству дополнительных линий электропередачи.
Америка может построить инфраструктуру намного быстрее, чем сейчас. Ирония последнего десятилетия заключается в том, что, когда США изо всех сил пытались построить новую транспортную инфраструктуру, они обрушились на различных типа энергетической инфраструктуры : трубопроводы природного газа. С 2010 по 2019 год США добавили 107 400 миль газопроводов. Компании могут строить трубопроводы так быстро, потому что федеральное правительство упростило этот процесс: в отличие от других типов инфраструктуры, которые могут требовать одобрения на федеральном, региональном и местном уровнях, с 1938 года для газопровода требовалось только штампа FERC.Верховный суд неоднократно защищал здесь власть FERC; В прошлом месяце он постановил, что FERC может осудить государственную землю, если агентство того пожелает.
Однако для передачи электроэнергии такого процесса не существует. Если вы хотите построить новую линию электропередачи, вы должны заручиться поддержкой нескольких государственных и местных агентств, в каждом штате, через который вы проходите, .
Такой статус-кво — при котором легко построить новую инфраструктуру, работающую на ископаемом топливе, но очень сложно построить новую инфраструктуру электроснабжения, — ужасен для климата.Это даже хуже, чем может показаться, потому что уголь, который является самым грязным ископаемым топливом, может легко перемещаться по стране по железнодорожным сетям. По сути, компании могут легко транспортировать любой вид энергии, кроме электроэнергии с нулевым выбросом углерода.
Закон о САЙТЕ исправит это несоответствие, предоставив FERC автоматическое право разрешать все проекты передачи, которые пересекают как минимум два штата и имеют мощность более 1000 мегаватт. А налоговый кредит на инвестиции в передачу, который позволил бы снизить стоимость новых проектов передачи на 30 процентов, еще больше сдвинул бы дело с мертвой точки.Роб Грамлих, основатель и президент Grid Strategies, который, возможно, является самым уважаемым лоббистом в области передачи электроэнергии в стране, сказал мне, что это наиболее важная политика для ускорения передачи. Он считает, что 22 уже разрешенных проекта передачи электроэнергии можно было бы построить, если бы их стоимость была снижена за счет кредита.
Трансмиссия — сложный политический вопрос. Его затраты высоки и адресны, в основном они приходятся на коммунальные услуги и электростанции. Его преимущества огромны, но распространены, помогая американцам по всей стране наслаждаться более чистым воздухом, более спокойным климатом и более низкими счетами за электричество.
Может ли Конгресс преодолеть захваченную экономику и добиться передачи? Это, если несколько уменьшить масштаб, является открытым историческим вопросом не только о климатической политике, но и обо всем американском управлении в настоящий момент. Администрация Байдена заявляет, что хочет изменить федеральную политику, чтобы укрепить национальное процветание, всерьез начать декарбонизацию и лучше конкурировать с Китаем. Прищурившись, вы можете представить, как могла бы выглядеть такая повестка дня: новая промышленная политика, неожиданное развитие внутренней инфраструктуры и приток инвестиций за границу через новую Корпорацию финансирования развития. Добавьте тариф с корректировкой углеродных границ и — да, — национальную энергосистему, и вы сможете представить, как может выглядеть новая несовершенная эпоха глобализации под руководством США.
Тем не менее, , пока , США ничего из этого не сделали. Пакет инфраструктуры изо всех сил пытается родиться в Конгрессе. Когда Байден впервые обнародовал свое предложение, в него входило 100 миллиардов долларов на передачу. Но законопроект сенатора Джо Манчина о передаче электроэнергии включает только 27 миллиардов долларов, сказал мне Пеское. Закон о бесконечных границах, предположительно провозгласивший новую промышленную политику Америки, отказался от большинства своих убедительных идей и превратился в еще один механизм финансирования для известной U.С. университеты. Расширение сетки было бы огромным достижением. Но для этого… законодатели должны это сделать.
Спасибо за чтение. Зарегистрируйтесь, чтобы получать The Weekly Planet в своем почтовом ящике.
NZ испытать первую в мире коммерческую беспроводную передачу энергии на большие расстояния
Новозеландский стартап разработал метод безопасной беспроводной передачи электроэнергии на большие расстояния без использования медного провода и работает над его внедрением. это со вторым по величине дистрибьютором электроэнергии в стране.
Мечта о беспроводной передаче энергии далеко не нова; Всеми любимый гений электрики Никола Тесла однажды доказал, что в 1890-х годах он может приводить в действие электрические лампочки с расстояния более двух миль с помощью 140-футовой катушки Тесла — не говоря уже о том, что при этом он сжег динамо-машину на местной электростанции и погрузил в воду весь город. Колорадо-Спрингс в затемнение.
Тесла мечтала разместить по всему миру огромные башни, которые могли бы передавать энергию по беспроводной сети в любую точку земного шара, питая дома, предприятия, промышленные предприятия и даже гигантские электрические корабли в океане.Известно, что инвестор Дж. П. Морган убил эту идею одним вопросом: «Где я могу поставить счетчик?»
Потребовалось 120 лет, но новозеландская компания Emrod, похоже, наконец убедила крупного дистрибьютора электроэнергии в необходимости перехода на беспроводную связь в коммерческих целях. Powerco, второй по величине дистрибьютор в Новой Зеландии, инвестирует в Emrod, чья технология, похоже, позволяет гораздо более эффективно передавать большие объемы электроэнергии между любыми двумя точками, которые могут быть соединены с помощью реле прямой видимости.
«Нам интересно посмотреть, сможет ли технология Emrod дополнить устоявшиеся способы доставки электроэнергии», — сказал Николя Вессио, менеджер по трансформации сети Powerco. «Мы планируем использовать его для подачи электричества в отдаленные места или районы со сложным рельефом. Также есть возможность использовать его для того, чтобы свет оставался включенным для наших клиентов, когда мы проводим техническое обслуживание нашей существующей инфраструктуры».
Emrod в настоящее время имеет рабочий прототип своего устройства, но создаст еще один для Powerco с планами поставки к октябрю, а затем проведет несколько месяцев в лабораторных испытаниях, прежде чем перейти к полевым испытаниям.Прототип устройства будет способен выдавать «всего несколько киловатт» мощности, но его можно легко масштабировать. «Мы можем использовать ту же самую технологию для передачи в 100 раз больше энергии на гораздо большие расстояния», — сказал основатель Emrod и серийный предприниматель Грег Кушнир. «Беспроводные системы, использующие технологию Emrod, могут передавать любое количество энергии, передаваемой проводными решениями».
В системе используются передающая антенна, ряд реле и приемная выпрямительная антенна (выпрямляющая антенна, способная преобразовывать микроволновую энергию в электрическую).Каждый из этих компонентов выглядит на этих изображениях просто как большие старые квадраты на столбах. Его лучи используют неионизирующий промышленный, научный и медицинский диапазон радиочастотного спектра, включая частоты, обычно используемые в Wi-Fi и Bluetooth.
В отличие от всемирно доступной мечты Теслы о свободной энергии, здесь энергия передается прямо между определенными точками, без излучения вокруг луча, а «маломощный лазерный защитный занавес» немедленно отключает передачу энергии до того, как любой объект, например птица, дрон, вор или вертолет могут коснуться дальнего света. На этот раз разобраться, где разместить счетчик, не составит труда.
Эмрод говорит, что он работает в любых атмосферных условиях, включая дождь, туман и пыль, а расстояние передачи ограничено только прямой видимостью между каждым реле, что дает ему возможность передавать мощность на тысячи километров, что составляет долю от затраты на инфраструктуру, затраты на обслуживание и воздействие на окружающую среду, которое оказывает проводное решение.
Действительно, Эмрод рассматривает беспроводную передачу как ключевую технологию для возобновляемой энергии, которая часто вырабатывается далеко от того места, где она необходима.Такая система могла бы быть прекрасной для доставки продуктов оффшорного и удаленного производства возобновляемой энергии в городские сети без необходимости в гигантских аккумуляторных батареях и т.п.
Грубый снимок временного грузовика с силовой трансмиссиейEmrod
Это также будет полезно при некоторых незапланированных отключениях; грузовик можно оснастить ректенной, а затем управлять им в любом месте в зоне видимости реле для создания временного беспроводного подключения к источнику питания.
Компания поддерживала связь с органами управления радиочастотным спектром в Новой Зеландии на протяжении всего процесса разработки с целью соблюдения всех стандартов безопасности, даже когда технология масштабируется вплоть до высоких уровней мощности, процесс, по словам Кушнира, также помог Emrod в разработке. рекомендации для компаний, которые будут использовать эту технологию.
Мы связались с Эмродом, чтобы узнать больше об эффективности, размере, форме и состоянии текущего прототипа, планах на будущее и о том, что действительно произойдет, если вы засунете руку в середину балки, и предоставим вам дополнительную информацию, когда мы можем.
Обновление: мы поговорили с основателем Emrod Грегом Кушниром, которому было чем поделиться в нашем интервью.
Источник: Emrod
Текущие пределы систем передачи на очень большие расстояния — Сигре: Сессия 1984 — Л. Пэрис, Дж. Зини, М. Валторта, Г. Манзони и Н. Де Франко — Передача — Технические статьи — Индекс — Библиотека — GENI
СИГРЭ: 1984 Сессия
Л.
Пэрис, Дж. Зини, М. Валторта, Дж. Манцони, и Н. Де ФранкоРезюме
Энергетические ресурсы доступны на объектах вдали от центры нагрузки могут стать конкурентоспособными в результате нынешняя высокая стоимость энергии, доступной в близлежащих сайтов, и недавнего развития передачи технология.
В статье дан тщательный анализ условий определяющие конкурентоспособность электроэнергии передача на очень большие расстояния (VLD) передача более 2000 километров, с помощью технических и экономические оценки, основанные на текущем состоянии искусство и события, ожидаемые в коротком срок.
Инвестиционная стоимость, эффективность и надежность VLD система передачи (TS), как переменного, так и постоянного тока, соответственно был определен.
Следующий этап — оптимизация системы. переменные, основанные на минимальных затратах энергии доставлен, что передает характеристики система передачи, независимая от принимающей система.Последствия для принимающей системы разной надежности различных рассматриваемых ТС, учитываются путем добавления стоимости риска.
Исходя из этого, пределы конкурентоспособности удаленных энергетические ресурсы затем определяются как функция из:
1.
ВведениеВ некоторых частях мира есть гидроресурсы которые можно использовать при низких затратах для производства электричества. Примеры этого — бассейн Амазонки, река Заир (Инга), Юго-Запад Китая и др. Есть также угольные пласты, которые могут быть использованы в близость шахт для обеспечения недорогой электроэнергией власть.
Одна из причин, почему эти ресурсы никогда не использовались — это их большое расстояние от любого потребителя области. Повышенная стоимость вырабатываемой электроэнергии электростанциями, расположенными в потребительских зонах, а также прогресс, достигнутый в технологии передачи, означает что использование этих удаленных ресурсов теперь становится конкурентоспособным.
Поэтому мы решили произвести технический и экономическая оценка, которая, насколько это возможно, имеют общую силу и служат инструментом для экспресс-оценки конкурентоспособности удаленные источники энергии, в то же время показывая, что большие расстояния сегодня больше не представляют собой фундаментального препятствие к эксплуатации этих источников.
8. Выводы
Эксплуатация удаленных источников энергии на низком уровне стоимость (например, подходит для гидро- или шахтной, угольной электростанции на производство электроэнергии по стоимости порядка 10-25 мельниц / кВтч) теперь возможно и экономично на расстояния, которых раньше не было. Например, системы передачи могут быть установлены на расстоянии аж 7000 км в d. c и 3000-4000 км по перем. таким образом, чтобы, предлагая приемлемый уровень надежности для рассматриваемой принимающей системы текущие затраты достаточно маленький (от 5 до 20 мельниц / кВт · ч), чтобы использование этих источников по сравнению с выработка на 30-35 мельниц / кВтч, расположенных поблизости центров нагрузки.
Стоимость единицы передаваемой электроэнергии пользователя d.c, показывает только небольшое увеличение при увеличении дальность передачи: за каждые дополнительные 1000 км увеличение составляет порядка 1,5 и 2,6 мельниц / кВт · ч. для передачи 10 ГВт и 2,5 ГВт соответственно. Как следствие, колебания стоимости производимой энергии близко к центрам потребления (в зависимости от рыночной цены), которые могут быть даже меньше, чем зарегистрированные за последние десять лет сдвиги сотнями (или тысячи) км на соревновательных дистанциях удаленных источников.
Влияние масштаба на стоимость передачи составляет — при минимум до 10 ГВт — значительно: снижение удельных затрат примерно пропорционально р -0,4 .
Хотя вышеупомянутые затраты на передачу были получены применительно к схемам трансмиссии с двумя линиями (два двухполюсных в случае d.c.), они тем не менее являются репрезентативными также для стоимости различных схем (см. 6.1), так как действие Надежность передачи была оценена и включена.
Наконец, может быть интересно отметить, что для передачи системы, аналогичные описанным выше продвинутым исследования проводятся в Бразилии.Эти исследования, из которых некоторая предварительная информация была здесь используется, подтвердите возможность передачи из региона Амазонки на расстояние около 2500 км, реализация, предусмотренная на середину девяностых годов, в зависимости от темпов роста потребления электроэнергии в стране.
** Только резюме, введение и выводы включены выше.Щелкните здесь, чтобы просмотреть всю статью в формате pdf (загрузка 5 МБ).