Blog
Sieci przesyłu energii elektrycznej – krwioobieg systemu.
Autor
mgr inż. Maciej Zieliński
Dyrektor ds. Operacji
Sieci przesyłu energii elektrycznej – krwioobieg systemu.
Autor
mgr inż. Maciej Zieliński
Dyrektor ds. Operacji
Dostarczenie energii elektrycznej do klienta docelowego jest możliwe dzięki funkcjonowaniu systemu sieci przesyłu energii elektrycznej, m.in. stacji czy też linii elektroenergetycznych o różnych napięciach. W niniejszym artykule ujęto definicję sieci przesyłowej energii elektrycznej, jak również główny schemat sieci przesyłowej zawierający elektrownie, stacje transformatorowe najwyższych napięć, linie przesyłowe wysokiego napięcia, jak również stacje transformatorowe dystrybucyjne oraz odbiorcy docelowi (końcowi). Niewątpliwie odgrywa strategiczną rolę z racji funkcji jakie pełnią sieci przesyłu energii elektrycznej zważywszy na to, iż są odpowiedzialne za zbilansowanie zapotrzebowania, jak również wytwarzania energii elektrycznej – zapewniając tym samym stabilną pracę Krajowego Systemu Energetycznego oraz międzysystemową wymianę dostarczanej energii elektrycznej.
Dokonanie przyłącza energetycznego nie jest możliwe bez sieci przesyłu energii elektrycznej jako systemu połączonych ze sobą linii czy stacji niezbędnych do transportu energii elektrycznej z elektrowni do odbiorców końcowych[1]. Sieć przesyłową stanowi również zbiór urządzeń współpracujących ze sobą w celu przesyłu energii elektrycznej z węzłów wytwarzania (np. z elektrowni) do węzłów odbiorczych (np. do stacji transformatorowych) za pośrednictwem linii najwyższych napięć prądu przemiennego oraz stałego[2].
Innymi słowy – sieć przesyłu energii elektrycznej służy do przesyłu owej energii na znaczne odległości, tj. z elektrowni do stacji odbiorczych zlokalizowanych w obszarach o relatywnie wysokim zapotrzebowaniu na energię elektryczną bądź też w obszarach, gdzie niezbędna jest transformacja energii wysokiego napięcia na niższe. Oznacza to, że sieć przesyłu energii elektrycznej pozwala utrzymywać wysokie napięcie umożliwiające skuteczny transport energii na długich dystansach, co stanowi cechą odróżniająca od sieci dystrybucji energii elektrycznej.
Sieć przesyłu energii elektrycznej występuje w dwóch wariantach, tj. wysokiego napięcia (WN) oraz sieć najwyższych napięć (NN) – patrz rysunek 1. Pierwszy wariant sieci odpowiada za przesył energii elektrycznej na większe odległości między poszczególnymi lokalizacjami geograficznymi. W tym wariancie następuje wprowadzenie energii elektrycznej do tych lokalizacji, gdzie popyt na energię jest relatywnie wysoki. Głównym elementem składowym sieci WN jest stacja transformatorowa odpowiedzialna za proces przekształcenia energii elektrycznej WN na niższe – przed przekazaniem go do sieci SN. Cechą charakterystyczną sieci WN jest napięcie międzyfazowe na poziomie od 60 do 200 kV, jak również istotny wpływ na środowisko elektromagnetyczne i tym samym mogą poważnie zakłócić urządzenia elektronicznej (m.in. pogorszenie jakości obrazu na ekranach monitorów komputerowych)[3].
Rysunek 1. Klasyfikacja sieci przesyłu energii elektrycznej
Sieć najwyższych napięć jest przesyłową siecią elektroenergetyczną, w której różnica potencjałów między poszczególnymi przewodami fazowymi nie przekracza 200 kV[4]. Główną składową tego rodzaju sieci są stacje elektroenergetyczne najwyższych napięć (NN) obejmujące stacje: 400/220/110 kV, 400/110 kV oraz 220/110 kV. Służy przede wszystkim do przesyłu energii elektrycznej na relatywnie duże odległości z elektrowni do stacji transformatorowych, gdzie napięcie jest stopniowo obniżane.
Na rysunku 2 przedstawiono schemat procesu transportu energii elektrycznej od wytwórcy do docelowego odbiorcy z którego można dostrzec pewne części składowe, które zostaną szczegółowo scharakteryzowane. Proces przesyłu energii elektrycznej rozpoczyna się od produkcji energii elektrycznej przez elektrownię, zaś w stacjach NN i SN dokonywane są procesy podwyższenia napięcia w celu umożliwienia przesyłu energii elektrycznej na znaczne odległości. W następnej kolejności za pośrednictwem linii WN – energia elektryczna jest przesyłana na odległości do kilkudziesięciu kilometrów do stacji WN/SN. Liniami SN – energia elektryczna jest przesyłana do transformatorów słupowych SN/NN i ostatecznie liniami nn – energia elektryczna jest przesyłana do docelowych odbiorców.
Elektrownie jako obiekt w którym przetwarzane są różne formy energii w energię elektryczną stanowią punkt wyjścia systemu sieci przesyłu energii elektrycznej. Wyróżnia się wiele rodzajów elektrowni realizujące zróżnicowane procesy wytwarzania prądu, lecz w ogólnym zarysie polega na przekształceniu energii mechanicznej bądź innej formy energii w energię elektryczną – za pomocą generatorów[5]. Należy podkreślić wzrost roli elektrowni odnawialnych w ostatnich latach, tj. elektrownie wiatrowe i słoneczne z uwagi na to, iż wytwarzanie energii elektrycznej w tychże elektrowniach jest bardziej przyjazny dla środowiska naturalnego, tj. istotnie wpływa na zmniejszenie emisji dwutlenku węgla bądź innych zanieczyszczeń do atmosfery.
Ważnym elementem systemu sieci przesyłu energii elektrycznej jest stacja elektroenergetyczna przeznaczona do rozdzielania oraz przetwarzania energii elektrycznej. Proces ten polega na transformacji z jednego poziomu napięcia na inny – za pośrednictwem transformatorów bądź przekształceniu prądu stałego na przemienny bądź prądu przemiennego na stały za pośrednictwem falowników bądź prostowników. Tego rodzaju stacje cechują się różnymi układami szyn zbiorczych bądź też jego braku. W obrębie układów stacji bezszynowych wyróżnia się układy blokowe, mostkowe czy wielobokowe. W przypadku stacji NN w układzie szynowym, to mogą występować w postaci jednosystemowego, dwusystemowego bądź trójsystemowego, jak również sekcjonowanego bądź niesekcjonowanego[6].
Niewątpliwie linie przesyłowe wysokiego napięcia są zaliczane do kluczowego elementu infrastruktury elektroenergetycznej, bowiem służą do transportu relatywnie dużej ilości energii elektrycznej na duże odległości do stacji elektroenergetycznych 110 kV/SN czy 110 kV/SN/SN Linie wysokiego napięcia w Polsce cechują się napięciem na poziomie 110 kV. W stacjach węzłowych stosowany jest układ szynowy po stronie 110 kV – z podwójnym systemem szyn zbiorczych z jednym wyłącznikiem na pole. Z kolei podwójny układ szyn ma zastosowanie w sytuacji zapewnienia większej niezawodności oraz w celu podwyższenia elastyczności manewrowej układu stacji transformatorowej[7].
Linie rozdzielcze SN mają zastosowanie w procesie rozdzielenia WN na SN/nN za pośrednictwem stacji transformatorowej WN/SN. Są odcinkami sieci przesyłu energii elektrycznej służącej do przesyłu oraz rozdziału energii elektrycznej o napięciu od 1 kV do 60 kV i tym samym stanowią niejako pomost między stacjami transformatorowo-rozdzielczymi a docelowymi odbiorcami. Bardzo często posiadają rozgałęzienia, co niewątpliwie ułatwia doprowadzenie energii elektrycznej do wielu punktów odbioru w zależności od potrzeb odbiorców. W nawiązaniu do linii rozdzielczych SN należy wziąć pod uwagę trzy aspekty, tj.[8]:
Kolejną składową schematu sieci przesyłu energii elektrycznej są stacje transformatorowo-rozdzielcze (SN/nn) służące do obniżenia napięcia SN do nn i dzięki temu umożliwiając zasilanie odbiorców docelowych w energię elektryczną. Główną funkcją tego rodzaju stacji jest zmiana napięcia z średniego zakresu (np. 15 kV) na niskie (np. 220 V) i mogą być zasilane z sieci napowietrznych bądź kablowych, jak również w różnych układach sieci średniego napięcia – zarówno pierścieniowych, jak i promieniowych. Stacje te składają się z transformatora, rozdzielnicy średniego napięcia oraz niskiego napięcia, jak również z elementów pomocniczych[9].
Końcowym elementem systemu sieci przesyłu energii elektrycznej są linie niskiego napięcia jako system przesyłu energii elektrycznej, które dostarczają energię elektryczną do docelowych odbiorców. W tego rodzaju liniach napięcie nie przekracza 1 kV i mogą być zarówno napowietrzne, jak i kablowe. Składają się z przewodów, słupów, izolatorów czy transformatorów obniżających napięcie do odpowiedniego poziomu oraz rozdzielnic, których zadaniem jest dystrybucja energii elektrycznej do poszczególnych obwodów w budynku/budowli.
Schemat sieci przesyłu energii elektrycznej zawiera wiele składowych, choć kluczowe dla funkcjonowania współczesnego społeczeństwa są linie niskiego napięcia z uwagi na to, iż zapewniają dostęp do energii elektrycznej do gospodarstw domowych czy przedsiębiorstw. Niemniej jednak linie NN, WN czy SN są niezbędne do transformacji, przesyłania oraz dystrybucji energii elektrycznej na określonym obszarze.
Bibliografia
