25 marca 2021

Kategoria:
Inne

Elektrownie i stacje elektroenergetyczne jako najważniejsze ogniwa sieci energetycznych

Sprawna dystrybucja energii elektrycznej do odbiorców indywidualnych oraz przedsiębiorstw wymaga utrzymywania odpowiednich sieci energetycznych, które umożliwiają przesył prądu z miejsca jego wytworzenia aż do punktu, gdzie będzie wykorzystany. Podstawowymi składnikami systemu elektroenergetycznego są linie przesyłowe oraz stacje elektroenergetyczne, pozwalające na utrzymanie parametrów prądu oraz dopasowywanie go do potrzeb odbiorców.

W jaki sposób jest zbudowana sieć energetyczna?

Niemal wszystkie urządzenia wykorzystywane w życiu codziennym są zasilane przy pomocy energii elektrycznej. Dzięki prądowi działają sprzęty AGD i RTV, komputery i urządzenia elektroniczne, ale również oświetlenie, systemy dostarczania wody, centralnego ogrzewania oraz wentylacja i klimatyzacja. Energia elektryczna stanowi podstawowe źródło napędu dla zdecydowanej większości maszyn wykorzystywanych w przemyśle, a dla pozostałych jest używana jako źródło zasilania wszelkiego rodzaju systemów sterujących i wspomagających działanie poszczególnych elementów. Bez prądu nie mogą funkcjonować firmy handlowe i usługowe, administracja publiczna, szkolnictwo czy służba zdrowia. Coraz częściej energia elektryczna bywa też używana do zasilania pojazdów. Choć zwykle nie zwracamy na to większej uwagi, dostawy prądu są możliwe dzięki funkcjonowaniu elektrowni oraz sieci przesyłowych i dystrybucyjnych, pozwalających na przesył energii do wszystkich użytkowników końcowych – zauważa specjalista z firmy El-Tech, zajmującej się obsługą, konserwacją i naprawami stacji elektroenergetycznych.

Podstawowym elementem scentralizowanej sieci elektroenergetycznej są elektrownie konwencjonalne, które pozyskują energię elektryczną za sprawą spalania różnych rodzajów paliw kopalnych – w przypadku naszego kraju w głównej mierze węgla kamiennego i brunatnego z niewielkim dodatkiem biomasy. Proces ten jest możliwy dzięki zastosowaniu odpowiedniej mocy generatorów napędzanych za pomocą turbin parowych. W dużym uproszczeniu każda tradycyjna elektrownia działa na nieco podobnej zasadzie jak typowy kocioł centralnego ogrzewania. Duże ilości węgla są po zmieleniu w młynie węglowym dostarczane do palnika, w którym zachodzi proces spalania, a pozyskiwane ciepło jest używane do podgrzewania dostarczanej do wymiennika ciepła wody i zmiany jej w parę wodną. Para z kolei napędza turbinę, wytwarzając energię mechaniczną. Obroty turbiny parowej są dzięki generatorowi zamieniane w energię elektryczną, która może trafiać do sieci. Używana woda ulega skropleniu, a po ochłodzeniu w specjalnym zbiorniku lub chłodni kominowej i uzupełnieniu strat jest wykorzystywana ponownie. Ze względu na dużą ilość produkowanego ciepła wiele elektrowni pełni jednocześnie funkcję ciepłowni dostarczających gorącą wodę do systemów centralnego ogrzewania. Do systemu podłączone są również elektrownie gazowe, wodne, farmy wiatrowe oraz słoneczne, jednak ilość pozyskiwanego w ten sposób prądu pozostaje niewielka – elektrownie spalające węgiel kamienny dostarczają około połowy energii, z węgla brunatnego pozyskuje się około 18%, ze źródeł odnawialnych takich jak słońce i wiatr do 16%, z gazu 6%, natomiast z hydroelektrowni do 5%.

Energia elektryczna powstająca w elektrowniach musi być rozprowadzona po obszarze całego kraju za pomocą odpowiednich linii przesyłowych. Elektrownie i elektrociepłownie ze względu na ilość produkowanej energii są podłączone do sieci najwyższych napięć (NN), które obsługują linie przesyłające 220 lub 400 kV. Magistrale o najwyższej przepustowości przesyłają prąd na duże odległości. Następnie za pośrednictwem specjalnych stacji rozdzielczo-transformatorowych napięcie jest zmniejszane do 110 kV, które jest standardem w sieciach dystrybucyjnych. Sieci wysokiego napięcia (WN) doprowadzają prąd na odległość około kilkudziesięciu kilometrów do kolejnych stacji rozdzielczo-transformatorowych umożliwiających uzyskanie średniego napięcia (SN) na poziomie od 10 do 30 kV. Linie rozdzielcze doprowadzają energię w pobliże miejsc, w których będzie ona pobierana. W tych miejscach następuje kolejne obniżenie napięcia do wartości wykorzystywanych przez większość użytkowników – dla prądu jednofazowego 230 V, a trójfazowego 400 V. Linie niskiego napięcia (nn) rozprowadzają prąd bezpośrednio do punktów, w których trafia on do instalacji wewnątrz poszczególnych budynków czy systemów zasilających oświetlenie lub różne urządzenia.

Stacje elektroenergetyczne – rodzaje, funkcjonowanie oraz obowiązkowe przeglądy i oględziny

Jednym z najważniejszych ogniw sieci energetycznej poza elektrowniami oraz liniami przesyłowymi i dystrybucyjnymi są stacje elektroenergetyczne, które są odpowiedzialne za stopniowe obniżanie napięcia, ale również za jego odpowiedni podział oraz utrzymanie prawidłowych dla konkretnej linii parametrów. W przypadku stacji niskich i średnich napięć stacje mają postać wydzielonych budynków z właściwym osprzętem lub stanowią urządzenia napowietrzne, składające się ze sprzętu zamontowanego na konstrukcjach wsporczych. Stacje wnętrzowe zapewniają zwykle lepsze warunki ochrony zamontowanego osprzętu, który nie jest narażony na kontakt z czynnikami zewnętrznymi takimi jak zapylenie, opady atmosferyczne czy niskie temperatury. Wśród stacji napowietrznych można wyróżnić dwa rozwiązania w postaci stacji wysokich, w których złącza są umieszczone na wysokości 8–10 metrów oraz średniowysokie, gdzie aparatura łączeniowa znajduje się na wysokości powyżej 3 metrów. Zaletami wykorzystywania stacji napowietrznych jest niższy koszt wykonania oraz łatwość w dostosowaniu do zmieniających się potrzeb przez wymianę konkretnych elementów. Plusem jest również ułatwiony dostęp do wszystkich kluczowych podzespołów. Ograniczenia wynikają jednak z różnych warunków zewnętrznych, które nie zawsze pozwalają na wykonanie potrzebnych zabiegów konserwacyjno-serwisowych.

Wśród różnych typów stacji i rozdzielni stosowanych w sieciach przesyłowych i dystrybucyjnych najwięcej urządzeń obsługujących napięcie 20 kV. Równie popularne są rozdzielnie niskiego napięcia, które umożliwiają rozprowadzanie energii elektrycznej do poszczególnych użytkowników. Dla ograniczenia kosztów wykonania i utrzymania sieci często użytkuje się różne rodzaje prefabrykowanych stacji elektroenergetycznych. wykorzystywanych głównie jako stacje przelotowe i końcowe dla sieci średniego napięcia. Takie rozwiązania czy to w postaci modułu kontenerowego, czy specjalnej obudowy betonowej zapewniają dobre warunki do serwisowania i obsługi, a jednocześnie nie stanowią dużego wydatku dla podmiotu zarządzającego konkretną siecią. Stacje tego typu są używane nie tylko jako element sieci energetycznej czy wyposażenie obiektu przemysłowego, ale także wykorzystywane jako konstrukcje tymczasowe, np. przy dostarczaniu zasilania na teren większej inwestycji. Na terenach, gdzie wciąż dominują linie napowietrzne najczęściej wybieranym rodzajem stacji transformatorowo-rodzielczej lub rozdzielczej jest wariant nasłupowy.

Ostatnim elementem sieci elektroenergetycznej jest zwykle rozdzielnica niskiego napięcia. Także w tym przypadku stosowane są różne rozwiązania, jeśli chodzi o konstrukcje i sposób montażu. Produkowane są zarówno urządzenia przeznaczone do montażu w pomieszczeniach, w postaci szaf skrzynek lub tablic, jak i zewnętrzne. Przykładem najpopularniejszej rozdzielnicy są urządzenia instalowane w domach jednorodzinnych i mieszkaniach. Bardziej zaawansowane pod względem możliwości i skomplikowania budowy są rozdzielnice wykonywane na potrzeby zakładów przemysłowych i obsługi konkretnych linii technologicznych oraz urządzeń, choć w tym przypadku najczęściej korzysta się z rozwiązań skrzynkowych lub stosuje odpowiednie szafy.

Sprawne działanie infrastruktury elektroenergetycznej zgodnie z obowiązującymi przepisami wymaga prowadzenia regularnych przeglądów i właściwej konserwacji stacji elektroenergetycznych, które pozwalają na zapewnienie odpowiedniego poziomu bezpieczeństwa oraz umożliwiają wyeliminowanie większości awarii związanych ze zużyciem poszczególnych elementów. W zależności od kategorii stacji oraz sposobu jej obsługi niezbędne jest przeprowadzenie oględzin, a także w razie potrzeby wykonywanie stosownych napraw i pomiarów oraz sprawdzenie funkcjonowania zabezpieczeń.