На какие расстояния эффективно передавать электроэнергию?

На какие расстояния эффективно передавать электроэнергию?

Автор- Максим Козин

Первоначальная публикация: портал «Попмеханика» https://www.popmech.ru/technologies/15237-na-kakie-rasstoyaniya-effektivno-peredavat-elektroenergiyu/

Процесс передачи электрической энергии уже давно не вызывает у нас удивления. Электричество настолько прочно вошло в нашу жизнь, что представить себе ситуацию, когда его нет, для большинства из нас почти не возможно. За последние десятилетия были проложены миллионы километров проводов. Стоимость работ по вводу их в работу и эксплуатации составляет триллионы рублей. Но зачем строить протяженные ЛЭП, когда можно у каждого потребителя поставить генератор? Есть ли зависимость между длиной ЛЭП и качеством передаваемой электроэнергии? На эти и другие вопросы я и попытаюсь ответить.

Провода и генераторы

Сторонники распределенной генерации полагают, что будущее энергетики состоит в использовании небольших генерирующих устройств каждым потребителем. Можно подумать, что столь привычные нам опоры ЛЭП доживают свои последние деньки. Попробую встать на защиту «старушек» ЛЭП и рассмотреть те плюсы, которые получает энергосистема при строительстве протяженных линий электропередачи.

Во-первых, транспорт электрической энергии напрямую конкурирует с транспортом топлива по железной дороге, нефте- и газопроводам. При их удаленности или отсутствии строительство линий электропередачи является единственным оптимальным решением для энергоснабжения.

Во-вторых, в электротехнике уделяется пристальное внимание резервированию мощности. Согласно правилам проектирования энергосистем, резерв должен обеспечивать работу энергосистемы при потере любого ее элемента. Сейчас этот принцип называется «N-1». Для двух изолированных систем суммарный резерв будет больше, чем для связанных, а меньший резерв — это меньшее количество денег, потраченных на дорогостоящее электрооборудование.

В-третьих, экономия достигается за счет более грамотного управления энергоресурсами. Атомные электростанции, гидроэлектростанции (за исключением малой генерации) по понятным причинам зачастую расположены в отдалении от крупных городов и поселений. Без линий электропередачи «мирный атом» и гидроэлектроэнергия не были бы использованы по их прямому назначению. Разветвленная энергосистема также позволяет оптимизировать загрузку и прочих видов электростанций. Ключ к оптимизации — управление очередью загрузки. Вначале загружаются электростанции с более дешевым производством каждого кВт*ч, затем уже электростанции с более дорогим. Не стоит забывать и о часовых поясах! Когда в Москве пик энергопотребления, в Якутске этот показатель невелик. Отдавая дешевую электроэнергию в разные часовые пояса, мы стабилизируем загрузку генераторов и сводим к минимуму издержки производства электричества.

Не стоит забывать и о конечном потребителе — чем больше у нас возможностей доставить до него электрическую энергию от разных источников, тем меньше вероятность, что когда-нибудь его энергоснабжение прервется.

К минусам построения разветвленной электросети можно отнести: сложное диспетчерское управление, трудную задачу автоматического управления и работы релейной защиты, появление необходимости дополнительного контроля и регулирования частоты передаваемой мощности.

Однако отмеченные недостатки не могут нивелировать положительный эффект от построения разветвленной энергосистемы. Развитие современных систем противоаварийного управления и компьютерных технологий постепенно упрощают процесс диспетчерского управления и увеличивают надежность электросетей.

Постоянный или переменный?

Существует два принципиальных подхода к передаче электроэнергии — использование переменного или постоянного тока. Не вдаваясь в подробности, отметим, что для небольших расстояний гораздо эффективнее использовать переменный ток. Но при передаче электроэнергии на расстояния свыше 300 км практичность использования переменного тока уже не так очевидна.

Связано это в первую очередь с волновыми характеристиками передаваемой электромагнитной волны. Для частоты 50 Гц длина волны составляет примерно 6000 км. Оказывается, что в зависимости от протяженности ЛЭП существуют физические ограничения на передаваемую мощность. Максимум мощности можно передать при длинах ЛЭП порядка 3000 км, что составляет половину длины передаваемой волны. К слову, этот же объем мощности передают по ЛЭП протяженностью в 10 раз меньше. При прочих размерах линий объем мощности может достигать всего лишь половины от данного значения.

В 1968 году в СССР был осуществлен уникальный и пока единственный в мире эксперимент по передаче мощности на расстояние 2858 км. Была собрана искусственно схема передачи, включающая в себя участки Волгоград-Москва-Куйбышев (ныне Самара)-Челябинск-Свердловск (ныне Екатеринбург) на напряжении 500 кВ. Опытным путем были подтверждены теоретические исследования длинных линий.

Из рекордсменов по протяженности можно выделить проложенную в Китае ЛЭП в 2200 км от восточной провинции Хами до города Чженчжоу (столица провинции Хэнань). Стоит отметить, что полный ее ввод в эксплуатацию намечен на 2014 год.

Также не стоит забывать о напряжении линий. Со школы нам знаком закон Джоуля-Ленца P = I? R, который постулирует, что потери электрической энергии зависят от значения электрического тока в проводе и от материала, из которого он изготовлен. Мощность, передаваемая по линиям электропередачи, есть произведение тока на напряжение. Чем выше напряжение, тем меньше ток в проводе и тем самым меньше уровень потерь электроэнергии при передаче. Отсюда следствие: если мы хотим передавать электроэнергию на большие расстояния, необходимо выбирать как можно большее напряжение.

При использовании переменного тока в протяженных ЛЭП возникает ряд технологических проблем. Главная проблема связана с реактивными параметрами линий электропередачи. Емкостное и индуктивное сопротивление проводов оказывают существенное влияние на потери напряжения и мощности при передаче, возникает необходимость поддержания уровня напряжения на должном уровне и компенсации реактивной составляющей, что достаточно ощутимо увеличивает стоимость прокладки километра провода. Высокое напряжение заставляет использовать большее количество гирлянд изоляции, а также накладывает ограничение на сечение провода. Все вместе увеличивает суммарный вес всей конструкции и влечет за собой необходимость использовать более устойчивые и сложные по своей конструкции опоры ЛЭП.

Этих проблем можно избежать, используя линии постоянного тока. Провода, используемые в линиях постоянного тока, дешевле и дольше служат при эксплуатации в связи с отсутствием частичных разрядов в изоляции. Реактивные параметры электропередачи не оказывают существенного влияния на потери. По линиям постоянного тока наиболее эффективно передавать мощность от генераторов, так как возможен выбор оптимальной скорости вращения ротора генератора, что повышает КПД его использования. Минусами использования линий постоянного тока является высокая стоимость выпрямителей, инверторов и различных фильтров для компенсации неизбежно появляющихся высших гармоник при преобразовании переменного тока в постоянный.

Но чем выше длина линии электропередачи, тем эффективнее использовать линии постоянного тока. Существует некоторая критическая длина ЛЭП, которая позволяет оценить целесообразность использования постоянного тока при прочих равных условиях. По данным американских исследователей для кабельных линий эффект ощутим при длинах более 80 км, но величина эта все время уменьшается при развитии технологий и удешевлении необходимых комплектующих.

Самая длинная линия постоянного тока в мире опять же расположена в Китае. Соединяет она ГЭС Сянцзяба (Xiangjiaba Dam) с Шанхаем. Ее длина составляет почти 2000 км при напряжении 800 кВ. Достаточно много линий постоянного тока находится в Европе. В России можно выделить отдельно вставку постоянного тока Выборг, соединяющую Россию и Финляндию, и высоковольтную линию постоянного тока Волгоград-Донбасс протяженностью почти 500 км и напряжением 400 кВ.

Холодные провода

Принципиально новый подход к передаче электрической энергии открывает явление сверхпроводимости. Вспомним, что потери электрической энергии в проводе зависят помимо напряжения еще и от материала провода. Сверхпроводящие материалы обладают почти нулевым сопротивлением, что теоретически позволяет передавать электрическую энергию без потерь на большие расстояния. Минусом использования данной технологии является необходимость постоянного охлаждения линии, что иногда приводит к тому, что стоимость системы охлаждения значительно превышает потери электрической энергии при использовании обычного не сверхпроводимого материала. Типовая конструкция подобной ЛЭП состоит из нескольких контуров: провод, который заключен в кожух с жидким гелием, опоясывающий их кожух из жидкого азота и менее экзотичная тепловая изоляция снаружи. Проектирование таких линий ведется ежедневно, но до практической реализации доходит не всегда. Самым успешным проектом можно считать линию, построенную American Superconductor в Нью-Йорке, а самым амбициозным проектом — ЛЭП в Корее, протяженностью около 3000 км.

Прощайте, провода!

Идеи не использовать провода вообще для передачи электрической энергии возникли уже достаточно давно. Разве не могут вдохновлять опыты, которые проводил Никола Тесла в конце XIX — начале XX века? По свидетельствам его современников, в 1899 году в Колорадо-Спрингс Тесла смог заставить загореться две сотни лампочек без использования каких-либо проводов. К сожалению, записей о его работах почти не осталось, и повторить подобные успехи смогли лишь спустя сотню лет. Технология WiTricity, разработанная профессором MIT Марином Солячичем, позволяет передавать электрическую энергию без использования проводов. Идея заключается в синхронной работе генератора и приемника. При достижении резонанса возбуждаемое переменное магнитное поле излучателем в приемнике преобразуется в электрический ток. В 2007 году был успешно проведен эксперимент подобной передачи электроэнергии на расстояние в несколько метров.

К сожалению, современный уровень развития технологий не позволяет эффективно использовать сверхпроводящие материалы и технологию беспроводной передачи электрической энергии. Линии электропередачи в привычном для нас виде будут еще долго украшать поля и окраины городов, но даже их правильное использование позволяет принести существенную выгоду для развития всей мировой энергетики.

Литература по лёгкой промышленности

Литература по лёгкой промышленности

http://publ.lib.ru/ARCHIVES/_CLASSES/TEH_DRE_ODE/_Teh_dre_ode.html

 

 

Литература по пищевой промышленности

Литература по пищевой промышленности

http://mexalib.com/tag/пищевая%20промышленность

 

 

Беседы и суждения. Вып. 28. Немного о промышленности

Семён Резниченко.

Беседы и суждения. Вып. 28. Немного о промышленности.

Энергетика

В плане добычи электроэнергии происходит переход на использование энергии ветра и солнца и некоторые другие альтернативные виды. Такие технологии станут максимально дешевыми и эффективными. Причём солнечная энергетика предполагает большую автономность малых групп людей, а ветряная – большей кооперации. Транспорт переходит на зарядку от этих источников энергии.

На раннем этапе развития неофеодализма большую роль могут сыграть архаичные и дешевые технологии эпохи модерна (прокатные станы, различные металлообрабатывающие станки, изготавливающие из доступных материалов простые в эксплуатации детали и изделия).

 

Производство

В промышленности окончательно воцаряется 3D – принтер. 3D – принтеры печатаются на других 3D – принтерах. Они усовершенствуются для использованная гораздо большего спектра сырья, а не только термопластиков и производных от них материалов. Особенно для максимально полного вторичного использования различных видов пластика и дешевых видов минерального сырья (известняк, цемент, бетон), а так же расширения перечня имитаторов, могущих заменять самые разные виды металлов.

С помощью таких технологий в небольших цехах при сравнительно малых энергозатратах и расходе сырья можно собирать сложные и крупные механизмы, для которых сейчас требуются большие фабрики и заводы. Например, те же экранопланы.

 

Изменения в сырьевой базе.

Основным источником сырья при неофеодализме могут стать свалки больших городов и промышленных объектов. Они могут стать основными источниками пластика и металлов. Тем более, что рудные месторождения либо истощены, либо трудны для разработки. Особенно это касается цветных металлов.

 

Научные монастыри.

 

Их появление предполагает фанатичную страсть некоторых учёных к своему предмету исследования. А также — уже наработанные достижения в сфере техники, которые помогают заменить множество людей и ресурсов, экономить средства.

 

Именно они могут сделать научные центры автономными и в значительной степени самодостаточными по отношению к обществу как таковому. Особенно, если в них удастся собрать людей, наиболее талантливые из которых будут равнодушны ко всему, кроме науки.

 

Современные компьютерные системы могут экономить массу энергии и усилий со стороны учёных, заменить значительную часть персонала исследовательских лабораторий. Они обеспечивают небывало лёгкий и быстрый доступ к информации и её обработку. Квантовые компьютеры обещают ещё более развить этот процесс.

 

Современные технологии 3D – печати, развитая робототехника, выращивание высокоурожайных съедобных растений в закрытых помещениях могут сделать комплексный научный центр независимым от поставщиков промышленных изделий и продовольствия. Он может сам производить большинство из необходимого для своего функционирования.

 

Сырьё и некоторые виды услуг, финансовые средства научный центр может получать в обмен на прикладные разработки от государства либо других заинтересованных организаций.

 

Не помешало бы освоение изготовление деталей ко многим промышленным изделиям дома на 3D- принтере.

 

Промышленность и сельское хозяйство при неофеодализме

Семён Резниченко.

Промышленность и сельское хозяйство при неофеодализме.

Основные принципы неофеодализма – создание максимально автаркичных, способных себя обеспечивать и охранять сообществ, реализуется на практике уже многими людьми. В России их уже сотни тысяч. Это и экопоселения горожан, сельскохозяйственные поселения мигрантов, и вновь стремящиеся к автаркии поселения сибиряков, и пр.. Уход в них колеблется от добровольного к вынужденному в разных сочетаниях.

На каком экологическом и технологическом фоне идёт этот процесс? Имеет место масштабная загрязнённость и истощение поверхностных вод. Однако проблема водоснабжения почти всегда  решаема в случае, если люди решаются потреблять её в ограниченных (непромышленных) масштабах и серьёзно вкладываться в её добычу (глубинные скважины, опреснение морской воды, разработка современных технологий сбора и накопления воды из осадков).

В плане добычи пищи крайне продуктивно интенсивное овощеводство, разведение грибов, выращивание домашней птицы, кроликов и нутрий, а так же выращивание разных видов рыбы (от щуки и толстолобика до форели). Эти формы сельского хозяйства не требуют чрезмерных затрат и обширных площадей.

Отдельно нужно сказать о кукурузе. Кукуруза даёт удивительно много полезного на небольшую единицу площади с небольшими трудозатратами. Крупные семена на больших початках могут дать на удивление много муки и крупы, пригодных для изготовления таких блюд, как мамалыга.

Недаром на кукурузе (маисе) «выросли» великие цивилизации доколумбовой Америки, не имевшие тягловых животных и ограниченно использовавшие металлы. За счёт кукурузы небольшие и немноголюдные города майя обзавелись величественной и совершенной архитектурой. Для трудоёмких работ хватало и времени, и пищи.

Зелёные листья кукурузы в измельчённом виде с добавками и без них можно давать в качестве корма различным домашним животным. А так же для изготовления удобрений.

Сухие листья и стебли, очищенные от семян початки можно использовать в качестве топлива для твердотопливных печей.

Кукуруза – одно из основных видов сырья для производства биогаза. Причина этого – большие и регулярные урожаи, значительная производительность метана.

Считается, что кукуруза истощает почву, хотя не все специалисты согласны с этим мнением.  Поэтому после кукурузы 3 – 5 лет советуют сеять бобовые (напр. – фасоль) и кормовые травы ( клевер, люцерну).Так что Никита Сергеевич просто спутал коммунизм с неофеодализмом…

Таким образом, хозяйственные угодья состоят из посадок картофеля, овощей в теплицах (особенно теплица необходимы для помидоров), грибница в подвале, крольчатник и / или зарыбленный пруд, сад и  кукуруза по периметру участка.Начало формы

В плане добычи электроэнергии происходит переход на использование энергии ветра и солнца и некоторые другие альтернативные виды. Такие технологии станут максимально дешевыми и эффективными. Причём солнечная энергетика предполагает большую автономность малых групп людей, а ветряная – большей кооперации. Транспорт переходит на зарядку от этих источников энергии.

На раннем этапе развития неофеодализма большую роль могут сыграть архаичные и дешевые технологии эпохи модерна (прокатные станы, различные металлообрабатывающие станки, изготавливающие из доступных материалов простые в эксплуатации детали и изделия) и ещё технологии сельского хозяйства до эпохи модерна там, где сохранятся их носители. Это добывание всхожих семян на месте, без услуг семеноводческих фирм, разведение домашних животных в дешевых в постройке неотапливаемых помещениях на основе доступных самостоятельно заготавливаемых кормов. Может наступить их локальный ренессанс. Но со временем усовершенствованный 3D-принтер и интенсивное овощеводство и рыбоводство  распространятся во всех более или менее развитых обществах людей.

В промышленности окончательно воцаряется 3D – принтер. 3D – принтеры печатаются на других 3D – принтерах. Они усовершенствуются для использованная гораздо большего спектра сырья, а не только термопластиков и производных от них материалов. Особенно для максимально полного вторичного использования различных видов пластика и дешевых видов минерального сырья (известняк, цемент, бетон), а так же расширения перечня имитаторов, могущих заменять самые разные виды металлов.

С помощью таких технологий в небольших цехах при сравнительно малых  энергозатратах и расходе сырья можно собирать сложные и крупные механизмы, для которых сейчас требуются большие фабрики и заводы. Например, те же экранопланы.

Основным источником сырья при неофеодализме могут стать свалки больших городов и промышленных объектов. Они могут стать основными источниками пластика и металлов. Тем более, что рудные месторождения либо истощены, либо трудны для разработки. Особенно это касается цветных металлов.

На место единого «Интернета» придут локальные сети, к которым будут подключаться сообщества, находящиеся под единой властью, либо независимые друг от друга, но союзные сообщества. Важным преимуществом таких сетей будет обмен информацией в режиме реального времени. Причём уровень интеграции информационных сетей разных сообществ, уровень доступа к открытой внутри сообщества информации может быть разным.

Таким образом, происходит дробление ноосферы на независимые друг от друга автономные субъекты с дальнейшим уменьшением зависимости от природной среды. При этом субъекты, ориентированные на самообеспечение, а не на получение прибыли, не требующие сколь-нибудь значительного количества людей. В такой ноосфере мировая экономика исчезает, исчезает и государство как социально-экономический организм. За государством сохраняется древнейшая военная функция. Соответственно, относительно крупные территориальные государства могут существовать там и тогда, где необходимо нечто оборонять либо отбирать у соседей. В основном это источники сырья.

 

 

Национальная идея России

http://svpressa.ru/blogs/article/129028/
Что нужно всем людям, живущим в России? Мы, мягко говоря, очень разные. Во всех смыслах этого слова. Но есть кое-что, без чего ни один из нас жить не сможет. И это — так называемая инфраструктура современного общества.

Это и здравоохранение, и образование, и коммунальные службы, и электросети, и транспорт, и промышленное и сельхозпроизводство. Без этого современный россиянин попросту не может физически существовать. Включая жителей самых отдалённых аулов и стойбищ оленеводов. Если без каких-то конкретных элементов инфраструктуры они и обходятся, то большинство промышленных изделий, плоды этой инфраструктуры, они ничем не смогут заменить.

Тем более горожане — люди, зависимые от инфраструктуры до степени больных, подключённых к искусственной вентиляции лёгких. Это характерно для горожан любых мировоззрений, национальностей и материального достатка. И именно это, при всех различиях, нас и объединяет.

При этом инфраструктура — это не булки, самозарождающиеся на деревьях. Она была создана огромными усилиями многих поколений и нуждается в постоянных огромных усилиях для её поддержания. А без этих усилий мы попросту не сможем существовать.

А вот понимания этого нам явно недостаёт. Хоть властям, хоть рядовым гражданам. К инфраструктуре у нас относятся абсолютно потребительски, как к чему-то самовосстанавливающемуся, для сохранения которого не требуется никаких усилий. И что можно спокойно использовать безо всяких ограничений.

Это уже привело к крупнейшей аварии на Саяно-Шушенской ГЭС 17 августа 2009 года, бесчисленным авариям на транспорте в самых разных регионах страны. Совсем недавно, 4 августа 2015 года в Краснодаре из-за массового отключения электроэнергии жители города перекрывали проезжую часть. Несмотря на это, электроснабжение удалось восстановить только к утру 5 августа. По причине крайнего износа электросетей восстанавливать их после аварий всё трудней и трудней. Обслуживание их становится всё дороже и дороже.

Всё это напрямую связано с ухудшением работы систем здравоохранения и образования. Слабые и неподготовленные люди не могут на должном уровне поддерживать работу инфраструктуры и предотвращать техногенные катастрофы. Ослабление и деградация школьно-больничной сети ведёт к общему понижению привлекательности для людей этой территории, эмиграции наиболее социально состоятельных и активных граждан, упадку остальных сегментов инфраструктуры. Не менее важным в этом отношении фактором является состояние и возможности транспортной сети.