Рис. 16.6. Передача электроэнергии. Подключение генератора непосредственно к нагрузке с сопротивлением Rw через проводную линию с конечным сопротивлением Rl (а). Более приемлемый способ с повышением напряжения генератора для передачи с последующим понижением у потребителя (б)
Такой способ аккумулирования оказывается весьма существенным.
Предположим, что в двух различных системах одинаковые полезные мощности передаются одинаковым сопротивлениям R при различных напряжениях U\ и U2 по проводам с одинаковым сопротивлением на единицу длины (рис. 16.6). Токи в системах соответственно равны ll=P/U\ и 12 = Р/U2, а соотношение потерь в системах
(16.24)
Значительно меньшие мощности рассеиваются в системах, работающих при повышенных напряжениях. Низковольтные системы сравниваются с высоковольтными по значениям потерь только при использовании более дорогих кабелей большего сечения. Например, если электроэнергия передается при обычном бытовом напряжении (220 В), то стоимость кабеля оказывается ограничивающим фактором уже при расстоянии более 200 м. Если передавать энергию при еще более низких напряжениях (порядка 12 В), трудности становятся непреодолимыми.
Указанные факторы лежат в основе проектирования любых электрических силовых сетей. Обычные вращающиеся электрогенераторы лучше всего работают при напряжении около 10 кВ. Та легкость, с которой переменное напряжение может быть преобразовано в постоянное, повышено или понижено, объясняет, почему системы переменного напряжения стали сейчас предпочтительными для всех, даже самых малых, сетей. Как показано на рис. 16.6, б, получаемое от генератора напряжение повышается трансформатором, с тем чтобы быть пониженным до требуемого значения у потребителя. Значение напряжения ограничивается диэлектрическим пробоем воздуха вокруг проводов и качеством их изоляции от металлических опор линий высоковольтных передач, находящихся под потенциалом Земли. Усовершенствование изоляторов позволило повысить напряжение для передачи на дальние расстояния от 6000 В в 1900 г. до более чем 200 000 В в наши дни.
Разрабатываемые сейчас преобразователи на еще большие напряжения по всей вероятности не дадут существенного улучшения экономических показателей линий электропередачи. Это же справедливо для высоковольтных систем постоянного тока, обладающих определенными преимуществами при передаче на большие расстояния, но требующих более дорогих преобразователей.
Привлекает внимание применение сверхпроводящих линий, отличающихся нулевым сопротивлением, но они могут работать лишь при очень низких температурах (меньше — 260° С). Обслуживание подобных низковольтных систем на больших расстояниях затруднено, и подобные линии пока рассматриваются лишь как перспективные *.
*Эта проблема уже имеет принципиальное решение в связи с последними открытиями в области высокотемпературной сверхпроводимости.— Прим. пер.
Отдельные электростанции обычно объединяются в достаточно крупные энергосистемы, так что если одна из станций останавливается на профилактику, ремонт или по экономическим соображениям, ее нагрузку берут на себя другие. Так как все достаточно крупные энергосистемы могут быстро компенсировать колебания в потреблении энергии (примерно 20%), то они могут с такой же легкостью компенсировать и подобные колебания в ее выработке. Поэтому мощности электростанций, работающих на преобразовании непостоянных источников возобновляемой энергии, могут непосредственно подаваться в такие системы. За счет этого же становится возможным включать в энергосистемы станции с непредсказуемыми колебаниями выработки электроэнергии, например ВЭС. Легче всего осуществлять управление энергосистемой, если в ней есть достаточно крупная ГЭС (или ГАЭС — прим. пер.).
