Εισαγωγή στη Μηχανική Ηλεκτρικής Ισχύος

HTML
DOWNLOAD

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Εισαγωγή στη Μηχανική Ηλεκτρικής Ισχύος"

Ανθούσα Φραγκούδης
9 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Εισαγωγή στη Μηχανική Ηλεκτρικής Ισχύος 10 Οκτωβρίου, 2006 Ηλίας Κυριακίδης Λέκτορας ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ 2005 Ηλίας Κυριακίδης, Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών, Πανεπιστήμιο Κύπρου 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. 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 ερευνητικές και βιομηχανικές δραστηριότητες που έχουν σχέση με την ενέργεια και με τη βελτίωση του τρόπου ζωής των ανθρώπων. 1

τομέας της Ηλεκτρολογικής Μηχανικής που ασχολείται με θέματα που έχουν σχέση με την παραγωγή, μεταφορά και διανομή ηλεκτρικής ενέργειας.

2 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 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 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. 2

ενέργειας Μεταφορά και διανομή ηλεκτρικής ενέργειας Ηλεκτρονική ισχύος Ηλεκτρικές μηχανές Συστήματα υψηλών τάσεων Λειτουργία και έλεγχος δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας Ποιότητα ισχύος Σύντομη ιστορία

3 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 με ηλεκτρογεννήτριες (Ηλεκτροφωτιστική Εταιρεία Λεμεσού) 1913: Ίδρυση Ηλεκτρικής Εταιρείας Λευκωσίας : Ίδρυση Δημοτικών Ηλεκτρικών Επιχειρήσεων στις άλλες πόλεις και σε μερικά αγροτικά κέντρα 1952: Ίδρυση Αρχής Ηλεκτρισμού Κύπρου (εγκαθίδρυση ηλεκτροπαραγωγού σταθμού Δεκέλειας (1953, 84 MW)) : Εγκαθίδρυση ηλεκτροπαραγωγού σταθμού Μονής (180 MW) : Εγκαθίδρυση ηλεκτροπαραγωγού σταθμού Δεκέλειας Β (360 MW), τέλος ωφέλιμης λειτουργίας σταθμού Δεκέλειας Α 1994: Εγκαθίδρυση ηλεκτροπαραγωγού σταθμού Βασιλικού (πρώτη φάση, 298 MW) 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 Υποσταθμός διανομής V Μετασχηματιστής ανύψωσης τάσης 66 ή 132 kv 11 kv Σύστημα διανομής Υποσταθμός μεταφοράς Απλό δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας Μετασχηματιστές Φορτίο Φορτίο Γεννήτριες Διακόπτες 3

1912: Ιδρύεται εταιρεία ηλεκτρισμού στη Λεμεσό και εγκαθιδρύθηκε μηχανοστάσιο με ηλεκτρογεννήτριες (Ηλεκτροφωτιστική Εταιρεία Λεμεσού) 1913: Ίδρυση Ηλεκτρικής Εταιρείας Λευκωσίας 1922-1927: Ίδρυση

4 Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας 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) Συμβατικές Πηγές Ενέργειας Conventional Energy Sources Πετρέλαιο (oil) Κάρβουνο (coal) Φυσικό αέριο (natural gas) Πυρηνική ενέργεια (nuclear energy) 4

(hydroelectric energy) Βιομάζα (biomass) Παλιρροιακή ενέργεια (tidal energy) Συμβατικές Πηγές Ενέργειας

5 Παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος Πηγή: Καμπύλη διαρκείας φορτίου MW Load PEAK LOAD INTERMEDIATE LOAD BASE LOAD t hrs Ηλεκτρικές μηχανές/γεννήτριες Δρομέας (rotor) μιας γεννήτριας 200 MW 5

htm Καμπύλη διαρκείας φορτίου MW Load 800 600 400 200 PEAK

6 Ηλεκτρικές μηχανές/γεννήτριες Στάτης (stator) Ηλεκτρικές μηχανές/γεννήτριες Εγκατάσταση δρομέα στον στάτη μιας γεννήτριας Ηλεκτρικές μηχανές/γεννήτριες Στάτης γεννήτριας 660 MW 6

7 Διακόπτες απομόνωσης Διακόπτης απομόνωσης σε μια φάση κυκλώματος 500 kv Βραχυκύκλωμα σε μετασχηματιστή 7

8 Υποσταθμός μεταφοράς Μετασχηματιστής Πρώην μετασχηματιστής 8

9 Αιολικό πάρκο Συστοιχία πυκνωτών σε γραμμή διανομής Συστοιχία παράλληλων πυκνωτών Σφάλματα στο δίκτυο λόγω καιρικών συνθηκών Σφάλματα στο δίκτυο λόγω καιρικών συνθηκών Ινδία: Αποκόπηκε η παροχή ηλεκτρισμού στο 70% του ινδικού κρατιδίου του Bihar (3/2/03) 9

Σφάλματα στο δίκτυο λόγω καιρικών συνθηκών Ινδία: Αποκόπηκε η

10 Σφάλματα στο δίκτυο λόγω καιρικών συνθηκών Σφάλματα στο δίκτυο λόγω καιρικών συνθηκών 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 ερμηνείας των παρούσων συνθηκών και 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 10

ολοκληρωμένης εκπαίδευσης Αδιαφορίας Χρησιμοποίησης δεδομένων που να μην ανταποκρίνονται πλήρως στα δεδομένα του συστήματος Ατυχη

11 Σφάλματα λόγω μη ικανοποιητικής συντήρησης Καθαρισμός/Ψαλιδισμός δέντρων (tree trimming) Σφάλματα λόγω ατυχημάτων Σφάλματα στο δίκτυο λόγω εξωτερικών παραγόντων 11

12 Συσκότιση (Blackout) -- Είναι η απώλεια παροχής ηλεκτρικής ενέργειας σε μεγάλες περιοχές για εκτεταμένο χρονικό διάστημα. -- Δεν συμβαίνει συχνά αλλά όταν συμβεί μπορεί να δημιουργήσει χάος. -- Δεν μπορεί να προβλεφθεί αλλά μπορεί να μειωθεί η πιθανότητα συσκότισης με σωστό προγραμματισμό και επάρκεια του συστήματος παραγωγής, μεταφοράς και διανομής. Συσκότιση στη Βόρειο Αμερική (14 Αυγούστου, 2003) Ηακολουθίατωνγεγονότωνπουοδήγησανστη συσκότιση άρχισε στις 12:05 μ.μ. με συνήθη σφάλματα στο δίκτυο (το πρώτο σφάλμα ήταν απώλεια μιας 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. 12

Συσκότιση στη Βόρειο Αμερική (14 Αυγούστου, 2003) Ηακολουθίατωνγεγονότωνπουοδήγησανστη συσκότιση άρχισε στις 12:05 μ.μ. με συνήθη σφάλματα στο δίκτυο (το πρώτο σφάλμα ήταν απώλεια μιας γεννήτριας).

13 13

14 Υπολογισμός ροής φορτίου σε ένα ηλεκτρικό δίκτυο 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 ΠΟΙΕΣ ΕΙΝΑΙ ΟΙ ΠΡΟΚΛΗΣΕΙΣ ΣΤΟΝ ΤΟΜΕΑ ΤΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΙΣΧΥΟΣ; Πιομεγάλοκαιπολύπλοκο Διασυνδεδεμένα δίκτυα μεταξύ μεγάλων γεωγραφικών περιοχών. δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας. 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. 14

Κύρια θέματα: -- Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας -- Ποιότητα ισχύος -- Ασφάλεια, αξιοπιστία -- Αποδοτικότητα ΠΟΙΕΣ ΕΙΝΑΙ ΟΙ ΠΡΟΚΛΗΣΕΙΣ ΣΤΟΝ ΤΟΜΕΑ ΤΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΙΣΧΥΟΣ;

15 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 περισσότερο προς αυτό λόγω της μείωσης των άλλων συμβατικών πηγών) Ποιότητα ισχύος Μπορούμε να διατηρήσουμε την παρεχόμενη τάση στην ονομαστική της τιμή και στην ονομαστική της συχνότητα χωρίς παραμορφώσεις της κυματομορφής της, παρόλα τα συνεχώς προστιθέμενα παράξενα φορτία ; 15

Αποθέματα: Πετρέλαιο: ~ 40 χρόνια Φυσικό αέριο: ~ 60 χρόνια Κάρβουνο: ~ 220 χρόνια (που όμως θα μειωθεί όσο στρεφόμαστε περισσότερο προς αυτό λόγω

Σχετικά έγγραφα

Εισαγωγή στη Μηχανική Ηλεκτρικής Ισχύος

Εισαγωγή στη Μηχανική Ηλεκτρικής Ισχύος 21 Νοεµβρίου, 2005 Ηλίας Κυριακίδης Λέκτορας ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ 2005Ηλίας Κυριακίδης, Τµήµα