ELEKTROENERGETYKA

System elektroenergetyczny

Opracowano w oparciu o materiały do wykładów prof. Izabeli Mróz Radłowskiej z Politechniki Łódzkiej

Krajowy System Elektroenergetyczny

Krajowy System Elektroenergetyczny (KSE) jest zbiorem urządzeń do rozdziału, przesyłu i wytwarzania

energii elektrycznej, połączonych w system umoŜliwiający dostawy energii elektrycznej w sposób ciągły i

nieprzerwany.

System dzielimy na podsystemy:

• wytwórczy (elektrownie),

• przesyłowo-rozdzielczy (linie i stacje elektroenergetyczne).

W KSE obowiązuje następujący podział:

• Krajowa Dyspozycja Mocy (KDM) - kieruje pracą sieci podstawowej tj. 750, 400 i 220 kV oraz

regionalną, takŜe wybranymi liniami 110 kV o znaczeniu systemowym,

• Obszarowa Dyspozycja Mocy (ODM) - kieruje pracą sieci regionalnej, nadzoruje sieć lokalną i

kieruje operacjami łączeniowymi w sieci podstawowej,

• Zakładowa Dyspozycja Ruchu (ZDR) - kieruje pracą sieci lokalnej rozumianej jako obszar sieci

danego zakładu energetycznego,

• Rejonowa Dyspozycja Ruchu (RDR) - kieruje pracą wydzielonych fragmentów sieci lokalnej na

obszarze rejonu naleŜącego do danego zakładu energetycznego.

W związku z przekształceniami własnościowymi w polskiej energetyce i dąŜeniem do ograniczania

zatrudnienia, funkcje RDR-ów przejmują często ZDR-y. Wiele obiektów energetycznych jest

bezobsługowych i dyŜurni dyspozytorzy obecnie są na większych stacjach.

Ogólne wiadomości o energetyce i systemie

elektroenergetycznym

Energia występuje w przyrodzie w postaci energii

pierwotnej.

Energia uŜytkowana przez człowieka ma na ogół postaćinną niŜ energia pierwotna i zaleŜy od rodzaju

wykorzystywanych odbiorników.

Energetyka ma za zadanie przetworzenie energii

zasobów energetycznych do postaci wymaganej przez

odbiorcę i przesłanie tej energii do odbiorcy.

Schemat przemian energii

Surowce energetyczne

Urządzenia przetwórcze

Surowce wtórne Nośniki energii

Odbiorniki

Energia uŜytkowa

Energia pierwotna

Surowce energetyczne

nieodnawialne

(paliwa pierwotne)odnawialne

węgiel kamienny

węgiel brunatny

ropa naftowa

gaz ziemny

cieki wodne

energia słoneczna

energia wiatrowa

energia geotermiczna

Energia pierwotna

Energia nieodnawialna czyli energia paliw oceniana

jest w energetycy w zasobach i rezerwach.

Rezerwy – to ilości paliwa, prawdopodobne do

pozyskania bez znaczących zmian w technice i

kosztach ich wydobycia – złoŜa rozeznane.

Zasoby – to paliwo w złoŜach trudniejszych do

wydobycia, nie spełniających wyŜej wymienionych

warunków.

Światowe zasoby i rezerwy paliw kopalnych

35000033000ogólnie paliwa

kopalne

26001900uran (235U)

5000011000

węglowodory

(ropa – 60%,

gaz – 40%)

30000020000węgiel

Zasoby [EJ]Rezerwy [EJ]

EJ – eksadŜule (eksa=1018)

Polskie zasoby i rezerwy paliw kopalnych

Zasoby energetyczne Polski to przede wszystkim

węgiel kamienny.

Rezerwy węgla kamiennego w Polsce szacowane sąna około 3,3% rezerw światowych.

Zasoby węgla kamiennego w Polsce szacowane są na

około 1,2% zasobów światowych.

Struktura zuŜycia energii pierwotnej – 1997 r.

9%5%

56%

13%

17%

węgiel kamienny węgiel brunatny ropa naftowa

gaz ziemny paliwa odnawialne

Struktura zuŜycia energii pierwotnej – 2020 r.;

scenariusz postępu

19%

6%

41%

11%

23%

węgiel kamienny węgiel brunatny ropa naftowa

gaz ziemny paliwa odnawialne

Przetwarzanie energii

Urządzenia przetwórcze

Gazownie

Koksownie

Rafinerie

Elektrownie

Elektrociepłownie

Ciepłownie

cieplne

gazowe

spalinowe

wodne

jądrowe

Przetwarzanie energii

Urządzenia przetwórcze produkują nośniki energii.

Nośniki energii uzyskiwane są najczęściej z paliw

pierwotnych w stanie naturalnym lub po ich uzdatnieniu

(np. wzbogaceniu węgla kamiennego przez usunięcie

części mineralnych, odsiarczeniu gazu ziemnego) albo

po przerobieniu na paliwa wtórne. Paliwa wtórne mogąbyć uŜyte bezpośrednio jako nośniki energii lub

przerobione na inne nośniki np. przez spalanie w kotłach

elektrociepłowni przekazują energię innym nośnikom.

Przetwarzanie energii

Urządzenia przetwórcze

Surowce wtórne Nośniki energii

koks

benzyna

olej opałowy

gazy ciekłe i sztuczne

elektrycznośćwoda gorąca

para wodna

Przetwarzanie energii

Odbiorniki

Energia uŜytkowa

światło

energia mechaniczna

ciepło

energia chemiczna

System energetyczny

Zagadnienia związane z pozyskiwaniem nośników energii, ich transportem i racjonalnym uŜytkowaniem nazywa się energetyką, zaś zespół urządzeń słuŜących do tego celu – systemem energetycznym.

Systemy energetyczne klasyfikowane są w zaleŜności od produkowanego nośnika energii:

system elektroenergetyczny – elektryczność

system ciepłowniczy – woda gorąca, para wodna

system gazowy - gaz

Energia pierwotna – zuŜycie w 2000 roku [TJ]

46291372195Energia pierwotna

-1298Paliwa odpadowe

3-Biogaz

-7571Woda i wiatr

00Torf i drewno

04741Gaz ziemny zaazotowany

292370Gaz ziemny wysokometanowy

3382501888Węgiel brunatny

1199853824Węgiel kamienny

BezpośrednieNa przemianęZuŜycie

Energia pierwotna – zuŜycie w 2000 roku [TJ]

węgiel kamienny (62%) wegiel brunatny (37%)

gaz ziemny (0,5%) woda i wiatr (0,5%)

inne (0,1%)

Energia pochodna – zuŜycie w 2000 roku [TJ]

BezpośrednieNa przemianęZuŜycie

11369-Ciepło

5876010040Energia elektryczna

49350Gaz koksowniczy

27710792Oleje opałowe

92722Oleje napędowe

356-Benzyny

140Gaz ciekły

748Koks

7202230255Energia pochodna

System elektroenergetyczny

Systemem elektroenergetycznym nazywamy zespółurządzeń przeznaczonych do:

wytwarzania,

przesyłu,

rozdziału energii elektrycznej,

połączonych ze sobą funkcjonalnie dla realizacji procesu ciągłej dostawy energii elektrycznej do odbiorców.

System elektroenergetyczny

Z funkcji systemu elektroenergetycznego wynika jego

podstawowy podział na dwa podsystemy:

� podsystem wytwórczy – wytwarzanie energii

elektrycznej (elektrownie)

� podsystem przesyłowo-rozdzielczy – przesył i

rozdział energii elektrycznej (sieci przesyłowo-

rozdzielcze)

System elektroenergetyczny

Cecha charakterystyczna systemu elektroenergetycznego

- w kaŜdej chwili musi być zachowana równość mocy wytwarzanych i mocy odbieranych.

Energia elektryczna nie moŜe być magazynowana. Wyjątki: - baterie akumulatorów

- zamiana energii elektrycznej na energie potencjalną wody w elektrowniach szczytowo-pompowych.

Przepływ mocy w systemie elektroenergetycznym

Surowiec

Wytwarzanie

Potrzeby własne

Moc odbierana

przez odbiorniki

Straty przesyłu i

transformacji

Moc wykorzystana

100%

91%

80%

9%

11%

Wytwarzanie energii elektrycznej

W polskim systemie wytwarzanie energii

elektrycznej odbywa się w:

- duŜych elektrowniach cieplnych,

- elektrociepłowniach miejskich i przemysłowych,

- elektrowniach wodnych

Struktura produkcji energii elektrycznej

według rodzajów źródeł

13%6% 0%

81%

El. zawodowe EC zawodowe

EC przemysłowe Źródła odnawialne

Elektrownie cieplne

Elektrownie cieplne kondensacyjne (wytwarzają tylko

energię elektryczną, nie wykorzystuje się ciepła pary

wylotowej z turbiny) pracują na węglu kamiennym lub

brunatnym.

Moce takich elektrowni: od 100 do 4320 MW.

Przeciętna moc krajowej elektrowni cieplnej – 476 MW.

Liczba krajowych elektrowni cieplnych – 55.

Elektrownie cieplne

Największe elektrownie cieplne:

Bełchatów – 4320 MW

Kozienice – 2600 MW

Turów – 2000 MW

Połaniec, Rybnik, Dolna Odra – po 1600 MW

Jaworzno 3 – 1090 MW

Łaziska – 1040 MW

Elektrociepłownie

Elektrociepłownie miejskie lub przemysłowe – ich

moce zaleŜą od zapotrzebowania na ciepło i

mieszczą się w granicach od 1 MW do 600 MW.

Największa elektrociepłownia – EC Siekierki ma

moc 622 MW.

Liczba elektrociepłowni przemysłowych – 223.

Elektrownie wodne

Elektrownie wodne mogą być przepływowe lub

szczytowo-pompowe.

Przeciętna moc elektrowni wodnej – około 17 MW.

Liczba elektrowni wodnych – 119.

Największe:

szczytowo-pompowa śarnowiec – 680 MW

szczytowo-pompowa Porąbka śar – 500 MW

szczytowo-pompowa śydowo – 150 MW

przepływowe: Solina – 136 MW, Włocławek – 160 MW

Bilans mocy zainstalowanej

Moc zainstalowana - to suma mocy czynnych

znamionowych wszystkich generatorów w elektrowni.

elektrownie na węgiel kamienny - 20200 MW

elektrownie na węgiel brunatny - 9200 MW

elektrociepłownie przemysłowe- 2800 MW

elektrownie wodne - 2100 MW

razem – ok. 34000 MW

Układ przesyłowy

Sieci elektroenergetyczne realizują zadania

przesyłu i rozdziału energii elektrycznej i łącząelektrownie z odbiornikami.

Przesył energii elektrycznej zapewniają linie

elektroenergetyczne.

Rozdział energii elektrycznej oraz jej

przetwarzanie (np. zmiana poziomu napięcia)

następuje w stacjach elektroenergetycznych.

Układ przesyłowy

W Polsce występują sieci o napięciach znamionowych:

napięcia niskie (nn): 0,4 0,69 1 kV

napięcia średnie (SN): 3 6 10 15 20 30 40 60 kV

napięcia wysokie (WN): 110 220 400 kV

napięcia najwyŜsze (NN): 750 kV

Sieci wysokich i najwyŜszych napięć

Długość linii: 750 kV – 14 km

400 kV – ok. 4700 km

220 kV – ok. 8100 km

110 kV – ok. 33000 km

około

45000 km

Linie elektroenergetyczne

Długość linii: NN i WN – ok. 45000 km (8%)

SN – ok. 230000 km (41%)

w tym - 15 kV – ok. 22000 km

nn – ok. 280000 km (51%)

razem – ok. 555000 km (100%)

Struktura sieci

SE 220 kV

SE 400 kV

SE 110 kV SE 15 kV

SE 6 kV

SE 0,4 kV

odbiory

odbiory

ZuŜycie energii elektrycznej [GWh] w 2000 roku

54%

15%

14%

7%10%

przemysłodbiorcy komunalno-bytowilokale mieszkalneeksport energiistraty

ZuŜycie energii elektrycznej [GWh] przez

odbiorców komunalno – bytowych w 2000 roku

2% 6%

75%

17%

trakcja miejska oświetlenie ulic

gosp. domowe gosp. rolne

Miesięczne zapotrzebowanie mocy przez

odbiorców

5000

7000

9000

11000

13000

15000

17000

19000

21000

23000

25000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

miesiące

MW

2000 1990 1980 1970

Dobowe wykresy zapotrzebowania mocy

10000

12000

14000

16000

18000

20000

22000

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

godzina

MW

15.12.1999 21.07.1999 21.04.1999

Przebieg dobowych obciąŜeń odbiorów

przemysłowych

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

godziny

P/Pm

przemysł maszynowy górnictwo i hutnictwo

trakcja elektryczna PKP

Przebieg dobowych obciąŜeń gospodarstw

domowych (doba zimowa)

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

godziny

P/Pm

miasto wieś

Przebieg dobowych obciąŜeń odbiorników

oświetleniowych i kuchni elektrycznych w

gospodarstwach domowych (doba zimowa)

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

godziny

P/Pm

odbiorniki oświetleniowe kuchnie elektryczne