Энергетика
| Часть серии о |
| Энергетика |
|---|
| Преобразование электроэнергии |
| Электроэнергетическая инфраструктура |
| Компоненты электроэнергетических систем |
| Электромонтажные работы |
|---|
| Практика электромонтажа по регионам или странам |
| Регулирование электроустановок |
| Кабели и аксессуары |
| Устройства коммутации и защиты |
Энергетика , также называемая инженерией энергетических систем , — это подобласть электротехники , которая занимается производством, передачей, распределением и использованием электроэнергии , а также электрическими устройствами, подключенными к таким системам. Хотя большая часть этой области посвящена проблемам трехфазной мощности переменного тока – стандарта для крупномасштабной передачи и распределения электроэнергии в современном мире – значительная часть области занимается преобразованием энергии переменного и постоянного тока и разработка специализированных энергетических систем, таких как те, которые используются в самолетах или в сетях электрических железных дорог. Основу теоретической базы энергетики составляют электротехника и машиностроение .
История [ править ]
Пионерские годы [ править ]
Электричество стало предметом научного интереса в конце 17 века. В течение следующих двух столетий был сделан ряд важных открытий, включая лампочку накаливания и гальваническую батарею . [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 проводной петле — 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 производства переменного тока, который использовался для питания семи дуговых ламп Siemens на 250 В и тридцати четырех ламп накаливания на 40 В. [4] Однако поставки были прерывистыми, 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 Перл-стрит состояла из нескольких генераторов и первоначально питала около 3000 ламп для 59 клиентов. [5] [6] Электростанция использовала постоянный ток и работала при одном напряжении. Поскольку мощность постоянного тока невозможно было легко преобразовать в более высокое напряжение, необходимое 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 Голар и Джон Диксон Гиббс продемонстрировали первый трансформатор, пригодный для использования в реальной энергосистеме. Практическая ценность трансформатора Голара и Гиббса была продемонстрирована в 1884 году в Турине , где трансформатор использовался для освещения сорока километров (25 миль) железных дорог от одного генератора переменного тока . [8] Несмотря на успех системы, пара допустила несколько фундаментальных ошибок. соединение первичных частей трансформаторов Возможно, самым серьезным было последовательное , чтобы включение или выключение одной лампы влияло на другие лампы, расположенные 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 , а 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 питания 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 энергосистемами, в том числе патент на практический двухфазный асинхронный двигатель. [11] [12] который Westinghouse лицензировал для своей системы кондиционирования.
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 фактически предназначались для обеспечения электрического освещения. В это время в США между Эдисоном и Вестингаузом возникло ожесточенное соперничество, известное как « война токов », по поводу того, какая форма передачи (постоянный или переменный ток) лучше. В 1891 году Вестингауз установил первую крупную энергосистему, которая была предназначена для привода электродвигателя, а не только для обеспечения электрического освещения. Установка приводила в действие синхронный двигатель мощностью 100 лошадиных сил (75 кВт) в Теллурайде, штат Колорадо, при этом двигатель запускался асинхронным двигателем Теслы. [13] По другую сторону Атлантики Оскар фон Миллер построил трехфазную линию электропередачи напряжением 20 кВ протяженностью 176 км от Лауффена-на-Неккаре до Франкфурта-на-Майне для выставки электротехники во Франкфурте. [14] В 1895 году, после длительного процесса принятия решений, электростанция Адамс № 1 на Ниагарском водопаде начала передавать в Буффало мощность трехфазного переменного тока напряжением 11 кВ. После завершения проекта Ниагарского водопада в новых энергосистемах для передачи электроэнергии все чаще использовался переменный ток , а не постоянный . [15]
Двадцатый век [ править ]
Энергетика и большевизм [ править ]
Производство электроэнергии считалось особенно важным 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., изображающих эту точку зрения. План ГОЭЛРО был инициирован в 1920 году как первый большевистский эксперимент по промышленному планированию, в котором Ленин принимал личное участие. Глеб Кржижановский был еще одной ключевой фигурой, принимавшей участие в строительстве электростанции в Москве в 1910 году. Он также был знаком с Лениным с 1897 года, когда они оба были членами петербургского отделения Союза борьбы за освобождение Рабочий класс .
Энергетика в США [ править ]
первая коммерческая высокого напряжения постоянного тока линия (HVDC) с использованием ртутно-дуговых клапанов была построена В 1936 году между Скенектади и Механиквиллем, штат Нью-Йорк , . HVDC ранее достигалась путем установки генераторов постоянного тока последовательно (система, известная как система Тьюри ), хотя это имело серьезные проблемы с надежностью. [17] В 1957 году компания Siemens продемонстрировала первый полупроводниковый выпрямитель (в настоящее время полупроводниковые выпрямители являются стандартом для систем высокого напряжения постоянного тока), однако только в начале 1970-х годов эта технология стала использоваться в коммерческих энергосистемах. [18] В 1959 году компания Westinghouse продемонстрировала первый автоматический выключатель использовался элегаз . , в котором в качестве прерывающей среды [19] SF 6 является гораздо лучшим диэлектриком по сравнению с воздухом, и в последнее время его использование расширилось для производства гораздо более компактного коммутационного оборудования (известного как распределительные устройства ) и трансформаторов . [20] [21] Многие важные события также произошли в результате распространения инноваций в области ИКТ на сферу энергетики. Например, развитие компьютеров означало, что исследования распределения нагрузки можно было проводить более эффективно, что позволило гораздо лучше планировать энергосистемы. Достижения в области информационных технологий и телекоммуникаций также позволили значительно улучшить дистанционное управление распределительными устройствами и генераторами энергосистемы.
Мощность [ править ]
Энергетика занимается производством , передачей , распределением и использованием электроэнергии , а также разработкой ряда сопутствующих устройств. К ним относятся трансформаторы , электрические генераторы , электродвигатели и силовая электроника .
Энергетики также могут работать с системами, не подключенными к сети. Эти системы называются автономными энергосистемами и могут использоваться вместо сетевых систем по ряду причин. Например, в отдаленных местах шахте может быть дешевле производить собственную электроэнергию, чем платить за подключение к сети, а в большинстве мобильных приложений подключение к сети просто непрактично.
Поля [ править ]
Производство электроэнергии включает в себя выбор, проектирование и строительство объектов, преобразующих энергию из первичных форм в электрическую.
Передача электроэнергии требует проектирования линий электропередачи высокого напряжения и подстанций для сопряжения с системами генерации и распределения. Системы постоянного тока высокого напряжения являются одним из элементов электроэнергетической сети.
Проектирование распределения электроэнергии охватывает элементы энергосистемы от подстанции до конечного потребителя.
Защита энергосистемы — это изучение возможных сбоев электроэнергетической системы, а также методов обнаружения и устранения таких сбоев.
В большинстве проектов инженер-энергетик должен координировать свои действия со многими другими дисциплинами, такими как инженеры-строители и механики, эксперты по окружающей среде, а также юридический и финансовый персонал. Для крупных проектов энергосистем, таких как крупная электростанция, помимо инженеров энергосистем могут потребоваться десятки специалистов-проектировщиков. На большинстве уровней профессиональной практики проектирования энергетических систем от инженера потребуются такие же административные и организационные навыки, как и знания в области электротехники.
Профессиональные общества и международные стандартизации по организации
И в Великобритании, и в США уже давно существуют профессиональные общества инженеров-строителей и инженеров-механиков. Институт инженеров-электриков (IEE) был основан в Великобритании в 1871 году, а AIEE в США — в 1884 году. Эти общества способствовали обмену электротехническими знаниями и развитию электротехнического образования. На международном уровне Международная электротехническая комиссия (МЭК), основанная в 1906 году, готовит стандарты для энергетики, при этом 20 000 экспертов в области электротехники из 172 стран разрабатывают глобальные спецификации на основе консенсуса.
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ «История лампочки» . Net Guides Publishing, Inc., 2004 г. Проверено 2 мая 2007 г.
- ^ Гринслейд, Томас. «Вольтов столб» . Кеньонский колледж . Проверено 31 марта 2008 г.
- ^ «Пейдж Фарадея» . Королевский институт. Архивировано из оригинала 29 марта 2008 г. Проверено 31 марта 2008 г.
- ^ «Электростанция Годалминг» . Инженерные сроки . Проверено 3 мая 2009 г.
- ^ Уильямс, Жасмин (30 ноября 2007 г.). «Эдисон освещает город» . Нью-Йорк Пост . Проверено 31 марта 2008 г.
- ^ Грант, Кейси. «Рождение NFPA» . Национальная ассоциация пожарной безопасности . Архивировано из оригинала 28 декабря 2007 г. Проверено 31 марта 2008 г.
- ^ «Начало работы крупных электросетей» (PDF) (пресс-релиз). Независимый системный оператор Нью-Йорка. Архивировано из оригинала (PDF) 26 февраля 2009 г. Проверено 25 мая 2008 г.
- ^ Кац, Евгений (08 апреля 2007 г.). «Люсьен Голар» . Архивировано из оригинала 22 апреля 2008 г. Проверено 25 мая 2008 г.
- ^ Грейт-Баррингтон, 1886 г. - Вдохновляя промышленность на использование переменного тока.
- ^ Блэлок, Томас (2 октября 2004 г.). «Электрификация переменного тока, 1886 год» . ИИЭЭ . Проверено 25 мая 2008 г.
- ^ Фрелих, Фриц Э.; Кент, Аллен (декабрь 1998 г.). Фриц Э. Фрелих, Аллен Кент, Энциклопедия телекоммуникаций Фрелиха/Кента: том 17, стр. 36 . ЦРК Пресс. ISBN 9780824729158 . Проверено 10 сентября 2012 г.
- ^ Петар Милянич, Многофазная система Теслы и асинхронный двигатель, Сербский журнал электротехники, стр. 121–130, Том. 3, № 2, ноябрь 2006 г.
- ^ Форан, Джек. «День, когда они включили водопад» . Архивировано из оригинала 11 мая 2008 г. Проверено 25 мая 2008 г.
- ^ Фойт Сименс (компания) (01 февраля 2007 г.). ХайПауэр (PDF) . п. 7. Архивировано из оригинала (PDF) 25 июля 2012 г. Проверено 25 мая 2008 г.
- ^ «Адамсская гидроэлектростанция, 1895 год» . ИИЭЭ . Проверено 25 мая 2008 г.
- ^ Владимир, Ленин (1920). Наше внешнее и внутреннее положение и партийные задачи . Москва.
Коммунизм — это Советская власть плюс электрификация всей страны, так как без электрификации невозможно развивать промышленность.
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - ^ «Новая, но недолговечная система распределения электроэнергии» . IEEE. 01.05.2005. Архивировано из оригинала 24 мая 2011 г. Проверено 25 мая 2008 г.
- ^ Джин Вольф (01 декабря 2000 г.). «Электричество сквозь века» . Мир передачи и распределения .
- ^ Джон Тайнер, Рик Буш и Майк Эби (1 ноября 1999 г.). «Пятидесятилетняя ретроспектива» . Мир передачи и распределения .
- ^ «Распределительное устройство с элегазовой изоляцией» . АББ . Проверено 25 мая 2008 г.
- ^ Амин, Саид. «Трансформатор элегазового типа» . Архивировано из оригинала 16 июня 2008 г. Проверено 25 мая 2008 г.
Внешние ссылки [ править ]
- Общество энергетиков IEEE
- Университет Джадавпур, факультет энергетики
- Статьи журнала Power Engineering International
- Статьи журнала «Энергетика»
- Американское общество инженеров-энергетиков, Inc.
- Национальный институт единого лицензирования энергетики Inc.
- Вустерский политехнический институт инженерных систем энергетики
