Εισαγωγή στη Μηχανική Ηλεκτρικής Ισχύος

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Εισαγωγή στη Μηχανική Ηλεκτρικής Ισχύος"

Διόσκουροι Βαρνακιώτης
6 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Εισαγωγή στη Μηχανική Ηλεκτρικής Ισχύος 21 Νοεµβρίου, 2005 Ηλίας Κυριακίδης Λέκτορας ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ 2005Ηλίας Κυριακίδης, Τµήµα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών, Πανεπιστήµιο Κύπρου

2 Τι είναι η Μηχανική Ηλεκτρικής Ισχύος; Η Μηχανική Ηλεκτρικής Ισχύος (electric power engineering) είναι ένας τοµέας της Ηλεκτρολογικής Μηχανικής που ασχολείται µε θέµατα που έχουν σχέση µε την παραγωγή, µεταφορά και διανοµή ηλεκτρικής ενέργειας. Η Μηχανική Ηλεκτρικής Ισχύος συνεργάζεται στενά µε κλάδους όπως Συστήµατα Ελέγχου, Ηλεκτρονικά, Μηχανικούς Υπολογιστών, Πληροφορική, Οικονοµικά, Φυσική, και Μαθηµατικά.

3 Θέµατα Ηλεκτρικής Ισχύος Τα θέµατα µε τα οποία ασχολείται η Μηχανική Ηλεκτρικής Ισχύος δεν περιορίζονται µόνο στις ηλεκτρικές µηχανές, τις ηλεκτρικές συσκευές και τους µετασχηµατιστές. Η Μηχανική Ηλεκτρικής Ισχύος ασχολείται και µε θέµατα όπως: ανανεώσιµες πηγές ενέργειας ποιότητα ισχύος µοντελλοποίηση συστηµάτων ανάπτυξη λογισµικών πακέτων για προσοµοίωση συστηµάτων τον τοµέα της ηλεκτρονικής ισχύος (power electronics) µελέτη και κατασκευή συστηµάτων αδιάκοπης παροχής ηλεκτρικής ενέργειας (UPS) µε ερευνητικέςκαιβιοµηχανικές δραστηριότητες που έχουν σχέση µε την ενέργεια και µε τη βελτίωση του τρόπου ζωής των ανθρώπων.

4 Πού εργοδοτούνται οι Μηχανικοί Ηλεκτρικής Ισχύος; Κατασκευαστές ηλεκτρικού εξοπλισµού Εταιρείες παροχής ηλεκτρικής ενέργειας Συµβουλευτικούς οργανισµούς και επιχειρήσεις Ερευνητικούς οργανισµούς Παιδεία Σταθµούς παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας Χηµική βιοµηχανία Βιοµηχανία πετρελαίου Ανάπτυξη λογισµικών πακέτων Ρυθµιστική Αρχή Ενέργειας

5 Τοµείς Μηχανικής Ηλεκτρικής Ισχύος Παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας Μεταφορά και διανοµή ηλεκτρικής ενέργειας Ηλεκτρονική ισχύος Ηλεκτρικές µηχανές Συστήµατα υψηλών τάσεων Λειτουργία και έλεγχος δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας Ποιότητα ισχύος

6 Σύντοµη ιστορία της Μηχανικής Ηλεκτρικής Ισχύος Είναι ο πρώτος τοµέας της Ηλεκτρολογικής Μηχανικής : Πρώτα πειράµατα µε συνεχές ρεύµα. Πρώτες κατασκευές µπαταριών (Alessandro Volta, Humphry Davy). 1820: Ανακάλυψη ότι το ηλεκτρικό ρεύµα µπορεί να µεταβάλει τη κατεύθυνση της πυξίδας (Hans Christian Örsted) 1831: Κατασκευή της πρώτης ηλεκτρικής γεννήτριας και απόδειξη ότι η µηχανική ενέργεια µπορεί να µετατραπεί σε ηλεκτρική (Michael Faraday). Αρχίζει η κούρσα για κατασκευή πιο πρακτικών γεννητριών. 1879: Ο Thomas Edison τελειοποίησε τον πυρακτωµένο λαµπτήρα (incandescent lamp), τους διακόπτες, τις ασφάλειες και τα καλώδια. 1882: Λειτούργησε ο πρώτος εµπορικός ηλεκτροπαραγωγός σταθµός από τον Thomas Edison (Pearl Street, lower Manhattan) (µε συνεχές ρεύµα). 1887: Θεωρία του εναλλασσόµενου ρεύµατος και ακολούθως εφαρµογή του συστήµατος σε αντικατάσταση του συστήµατος συνεχούς ρεύµατος. Στη συνέχεια παρατηρήθηκε ραγδαία ανάπτυξη της παραγωγής, µεταφοράς και διανοµής ηλεκτρικής ενέργειας, αύξηση της χρήσης ηλεκτρικού ρεύµατος, ραγδαία ανάπτυξη της βιοµηχανίας. Σήµερα, ο κλάδος αυτός συνεχίζει να αναπτύσσεται, επιλύει υπάρχοντα προβλήµατα και ασχολείται µε την τελευταία λέξη της τεχνολογίας.

7 Η ιστορία του ηλεκτρισµού στην Κύπρο 1903: Εγκατάσταση από την αποικιακή αγγλική κυβέρνηση µιας ηλεκτρογεννήτριας για τις ανάγκες της Αρµοστείας στη Λευκωσία και µιας για το Γενικό Νοσοκοµείο Λευκωσίας. 1912: Ιδρύεται εταιρεία ηλεκτρισµού στη Λεµεσό και εγκαθιδρύθηκε µηχανοστάσιο µεηλεκτρογεννήτριες(ηλεκτροφωτιστική Εταιρεία Λεµεσού) 1913: Ίδρυση Ηλεκτρικής Εταιρείας Λευκωσίας : Ίδρυση ηµοτικών Ηλεκτρικών Επιχειρήσεων στις άλλες πόλεις και σε µερικά αγροτικά κέντρα 1952: Ίδρυση Αρχής Ηλεκτρισµού Κύπρου (εγκαθίδρυση ηλεκτροπαραγωγού σταθµού εκέλειας (1953, 84 MW)) : Εγκαθίδρυση ηλεκτροπαραγωγού σταθµού Μονής (180 MW) : Εγκαθίδρυση ηλεκτροπαραγωγού σταθµού εκέλειας Β (360 MW), τέλος ωφέλιµης λειτουργίας σταθµού εκέλειας Α 1994: Εγκαθίδρυση ηλεκτροπαραγωγού σταθµού Βασιλικού (πρώτη φάση, 298 MW)

8 Τι είναι το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας; Είναι το µεγαλύτερο και πιο σύνθετο δυναµικό σύστηµα που κτίστηκε ποτέ από ανθρώπους Ηλεκτροπαραγωγός σταθµός Σύστηµα µεταφοράς 11 to kv Μετασχηµατιστής ανύψωσης τάσης 66 ή 132 kv Υποσταθµός διανοµής 11 kv V Σύστηµα διανοµής Υποσταθµός µεταφοράς

9 Απλό δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας Μετασχηµατιστές Φορτίο Φορτίο Γεννήτριες ιακόπτες

10 Ανανεώσιµες πηγές ενέργειας

11 Ανανεώσιµες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ) Renewable Energy Sources (RES) Αιολική ενέργεια (wind energy) Ηλιακή ενέργεια (solar energy) Γεωθερµική ενέργεια (geothermal energy) Υδροηλεκτρική ενέργεια (hydroelectric energy) Βιοµάζα (biomass) Παλιρροιακή ενέργεια (tidal energy)

12 Συµβατικές Πηγές Ενέργειας Conventional Energy Sources Πετρέλαιο (oil) Κάρβουνο (coal) Φυσικό αέριο (natural gas) Πυρηνική ενέργεια (nuclear energy)

13 Παραγωγή ηλεκτρικού ρεύµατος Πηγή:

14 Καµπύλη διαρκείας φορτίου MW Load PEAK LOAD INTERMEDIATE LOAD BASE LOAD t hrs

15 Ηλεκτρικές µηχανές/γεννήτριες ροµέας (rotor) µιας γεννήτριας 200 MW

16 Ηλεκτρικές µηχανές/γεννήτριες Στάτης (stator)

17 Ηλεκτρικές µηχανές/γεννήτριες Εγκατάσταση δροµέα στον στάτη µιας γεννήτριας

18 Ηλεκτρικές µηχανές/γεννήτριες Στάτης γεννήτριας 660 MW

19 ιακόπτες αποµόνωσης

20 ιακόπτης αποµόνωσης σε µια φάση κυκλώµατος 500 kv

21 Βραχυκύκλωµασεµετασχηµατιστή

22 Υποσταθµός µεταφοράς

23 Μετασχηµατιστής

24 Πρώην µετασχηµατιστής

25 Αιολικό πάρκο Συστοιχία πυκνωτών σε γραµµήδιανοµής Συστοιχία παράλληλων πυκνωτών

26 Σφάλµατα στο δίκτυο λόγω καιρικών συνθηκών

27 Σφάλµατα στο δίκτυο λόγω καιρικών συνθηκών Ινδία: Αποκόπηκε η παροχή ηλεκτρισµού στο 70% του ινδικού κρατιδίου του Bihar (3/2/03)

28 Σφάλµατα στο δίκτυο λόγω καιρικών συνθηκών

29 Σφάλµατα στο δίκτυο λόγω καιρικών συνθηκών

30 Σφάλµατα στο δίκτυο λόγω ανθρωπίνων σφαλµάτων Πολλές φορές, δηµιουργούνται σφάλµατα στο δίκτυο λόγω: Μη σωστής χρήσης του εξοπλισµού Κακής ή µη ικανοποιητικής συντήρησης του εξοπλισµού Λανθασµένης ερµηνείαςτωνπαρούσωνσυνθηκώνκαι λανθασµένων αποφάσεων Απειρίας/Μη ολοκληρωµένης εκπαίδευσης Αδιαφορίας Χρησιµοποίησης δεδοµένων που να µην ανταποκρίνονται πλήρως στα δεδοµένα του συστήµατος Ατυχηµάτων (π.χ. αυτοκίνητο σε πάσσαλο) Τα σφάλµατα αυτά µπορεί να οδηγήσουν σε δυσάρεστες καταστάσεις Συσκότιση (blackout) Απόρριψη φορτίων (load shedding) Θάνατο πολιτών (π.χ. λόγω εγκλωβισµού σε ανελκυστήρες) Αναστάτωση των επηρεαζόµενων πολιτών

31 Σφάλµατα λόγω µη ικανοποιητικής συντήρησης Καθαρισµός/Ψαλιδισµός δέντρων (tree trimming)

32 Σφάλµατα λόγω ατυχηµάτων

33 Σφάλµατα στο δίκτυο λόγω εξωτερικών παραγόντων

34 Συσκότιση (Blackout) -- Είναι η απώλεια παροχής ηλεκτρικής ενέργειας σε µεγάλες περιοχές για εκτεταµένο χρονικό διάστηµα. -- εν συµβαίνει συχνά αλλά όταν συµβεί µπορεί να δηµιουργήσει χάος. -- εν µπορεί να προβλεφθεί αλλά µπορεί να µειωθεί η πιθανότητα συσκότισης µε σωστό προγραµµατισµό και επάρκεια του συστήµατος παραγωγής, µεταφοράς και διανοµής.

35 Συσκότιση στη Βόρειο Αµερική (14 Αυγούστου, 2003) Η ακολουθία των γεγονότων που οδήγησαν στη συσκότιση άρχισε στις 12:05 µ.µ. µεσυνήθησφάλµατα στο δίκτυο (το πρώτο σφάλµαήταναπώλειαµιας γεννήτριας). Μετά από µια σειρά ταλαντώσεων και διαδοχικών σφαλµάτων ολοκληρώθηκε η συσκότιση στις 4:13 µ.µ. Η παροχή αποκαταστάθηκε σε δύο µέρες στις πιο πολλές περιοχές ενώ σε µερικές άλλες σε µια εβδοµάδα. Επηρεάστηκαν οκτώ πολιτείες στις ΗΠΑ και µια στον Καναδά (Ontario) Πενήντα εκατοµµύρια άνθρωποι έµειναν χωρίς ηλεκτρικό ρεύµα. 531 γεννήτριες τέθηκαν εκτός λειτουργίας.

40 Υπολογισµός ροής φορτίου σε ένα ηλεκτρικό δίκτυο

41 ΤΟ ΜΕΛΛΟΝ Η Μηχανική ηλεκτρικής ισχύος είναι ένας τοµέας που αναδιοργανώνεται για να απευθυνθεί στα νέα προβλήµατα και προκλήσεις της εποχής µας. Κύρια θέµατα: -- Ανανεώσιµες πηγές ενέργειας -- Ποιότητα ισχύος -- Ασφάλεια, αξιοπιστία -- Αποδοτικότητα

42 ΠΟΙΕΣ ΕΙΝΑΙ ΟΙ ΠΡΟΚΛΗΣΕΙΣ ΣΤΟΝ ΤΟΜΕΑ ΤΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΙΣΧΥΟΣ; Πιο µεγάλο και πολύπλοκο ιασυνδεδεµένα δίκτυα µεταξύ δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας. µεγάλων γεωγραφικών περιοχών. Σε περίπτωση σοβαρού σφάλµατος, ο κίνδυνος συσκότισης είναι πολύ µεγάλος λόγω της λειτουργίας του συστήµατος στα άκρα των δυνατοτήτων του. Ασφάλεια και αξιοπιστία του δικτύου: Ανάγκη για εύρεση καλύτερων µηχανισµών προστασίας του δικτύου.

43 ΠΟΙΕΣ ΕΙΝΑΙ ΟΙ ΠΡΟΚΛΗΣΕΙΣ ΣΤΟΝ ΤΟΜΕΑ ΤΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΙΣΧΥΟΣ; Ανανεώσιµες πηγές ενέργειας Μπορούµε να παραγάγουµε ενέργεια από ΑΠΕ µε κάποιο λογικό έστω κόστος; Πάντως µας πιέζει ο χρόνος! Αποθέµατα: Πετρέλαιο: ~ 40 χρόνια Φυσικό αέριο: ~ 60 χρόνια Κάρβουνο: ~ 220 χρόνια (που όµως θα µειωθεί όσο στρεφόµαστε περισσότεροπροςαυτόλόγωτηςµείωσης των άλλων συµβατικών πηγών) Ποιότητα ισχύος Μπορούµεναδιατηρήσουµε τηνπαρεχόµενη τάση στην ονοµαστική της τιµή και στην ονοµαστική της συχνότητα χωρίς παραµορφώσεις της κυµατοµορφής της, παρόλα τα συνεχώς προστιθέµενα παράξενα φορτία ;

Σχετικά έγγραφα

Εισαγωγή στη Μηχανική Ηλεκτρικής Ισχύος

Εισαγωγή στη Μηχανική Ηλεκτρικής Ισχύος 10 Οκτωβρίου, 2006 Ηλίας Κυριακίδης Λέκτορας ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ 2005 Ηλίας Κυριακίδης,