Was sind Stromübertragungssysteme?
Was sind Stromübertragungssysteme?
Definition von Stromübertragungssystemen
Stromübertragungssysteme übertragen elektrische Energie von den Erzeugungsanlagen zu den Lastzentren, wo sie verbraucht wird.
Elektrische Energieübertragungssysteme sind die Mittel zur Übertragung von Energie von der Erzeugungsquelle zu verschiedenen Lastzentren (d.h. an Orten, wo die Energie genutzt wird). Erzeugungsanlagen erzeugen elektrische Energie. Diese Anlagen befinden sich nicht unbedingt dort, wo die Mehrheit der Energie verbraucht wird (d.h. im Lastzentrum).
Die Distanz ist nicht der einzige Faktor für die Wahl des Standorts einer Erzeugungsanlage. Oft liegen Erzeugungsanlagen weit entfernt von den Gebieten, in denen die Energie genutzt wird. Land, das weiter weg von hochbevölkerten Gebieten liegt, ist günstiger, und es ist besser, laute oder verschmutzende Anlagen von Wohngebieten fernzuhalten. Deshalb sind Stromübertragungssysteme essenziell.
Elektrische Versorgungssysteme liefern Energie von Erzeugungsquellen, wie thermischen Kraftwerken, an Verbraucher. Stromübertragungssysteme, die kurze, mittlere und lange Übertragungsleitungen umfassen, bewegen die Energie zum Verteilungssystem. Diese Systeme liefern dann Elektrizität an Haushalte und Unternehmen.
Wechselstrom vs Gleichstromübertragung
Grundsätzlich gibt es zwei Systeme, mit denen elektrische Energie übertragen werden kann:
Hochspannung-Gleichstrom-Übertragungssystem.
Hochspannung-Wechselstrom-Übertragungssystem.
Vorteile von Gleichstromübertragungssystemen
Für Gleichstromübertragungssysteme sind nur zwei Leiter erforderlich. Es ist sogar möglich, nur einen Leiter eines Gleichstromübertragungssystems zu verwenden, wenn die Erde als Rückweg des Systems genutzt wird.
Der Spannungsaufwand auf den Isolatoren eines Gleichstromübertragungssystems beträgt etwa 70% des äquivalenten Wechselspannungssystems. Daher haben Gleichstromübertragungssysteme reduzierte Isolierungskosten.
Induktivität, Kapazität, Phasenverschiebung und Überschlagprobleme können in Gleichstromsystemen eliminiert werden.
Nachteile von Wechselstromübertragungssystemen
Das Volumen der benötigten Leiter in Wechselstromsystemen ist viel höher im Vergleich zu Gleichstromsystemen.
Die Reaktanz der Leitung beeinflusst die Spannungsregelung des elektrischen Energieübertragungssystems.
Probleme der Hautwirkung und der Näheffekte treten nur in Wechselstromsystemen auf.
Wechselstromübertragungssysteme sind eher von Koronaverlusten betroffen als Gleichstromübertragungssysteme.
Der Aufbau von Wechselstrom-Energieübertragungsnetzen ist komplexer als bei Gleichstromsystemen.
Eine korrekte Synchronisierung ist erforderlich, bevor zwei oder mehr Übertragungsleitungen miteinander verbunden werden, was bei Gleichstromübertragungssystemen vollständig weggelassen werden kann.
Vorteile von Wechselstromübertragungssystemen
Wechselspannungen können leicht erhöht und verringert werden, was bei Gleichstromübertragungssystemen nicht möglich ist.
Die Wartung von Wechselstrom-Umspannwerken ist einfacher und wirtschaftlicher im Vergleich zu Gleichstrom.
Die Umwandlung von Energie in Wechselstrom-Umspannwerken ist viel einfacher als bei Motor-Generator-Sätzen in Gleichstromsystemen.
Nachteile von Wechselstromübertragungssystemen
Das Volumen der benötigten Leiter in Wechselstromsystemen ist viel höher im Vergleich zu Gleichstromsystemen.
Die Reaktanz der Leitung beeinflusst die Spannungsregelung des elektrischen Energieübertragungssystems.
Probleme der Hautwirkung und der Näheffekte treten nur in Wechselstromsystemen auf.
Wechselstromübertragungssysteme sind eher von Koronaverlusten betroffen als Gleichstromübertragungssysteme.
Der Aufbau von Wechselstrom-Energieübertragungsnetzen ist komplexer als bei Gleichstromsystemen.
Eine korrekte Synchronisierung ist erforderlich, bevor zwei oder mehr Übertragungsleitungen miteinander verbunden werden, was bei Gleichstromübertragungssystemen vollständig weggelassen werden kann.
Bau einer Erzeugungsanlage
Bei der Planung des Baus einer Erzeugungsanlage sind folgende Faktoren zu berücksichtigen, um eine wirtschaftliche Erzeugung von elektrischer Energie zu gewährleisten.
Einfache Verfügbarkeit von Wasser für thermische Kraftwerke.
Einfache Verfügbarkeit von Grundstücken für den Bau der Kraftwerksanlage einschließlich ihrer Mitarbeiterstadt.
Für ein Wasserkraftwerk muss es einen Staudamm am Fluss geben. Der geeignete Ort am Fluss muss so ausgewählt werden, dass der Bau des Staudamms optimal durchgeführt werden kann.
Für ein thermisches Kraftwerk ist die einfache Verfügbarkeit von Brennstoff einer der wichtigsten Faktoren, die zu berücksichtigen sind.
Bessere Kommunikation für Güter sowie für die Mitarbeiter der Kraftwerksanlage sollte ebenfalls berücksichtigt werden.
Für den Transport sehr großer Ersatzteile von Turbinen, Generatoren usw. müssen breite Straßen, Eisenbahnverbindungen und tiefe, breite Flüsse in der Nähe der Kraftwerksanlage vorhanden sein.
Für ein Kernkraftwerk muss es in einem solchen Abstand von einer dicht besiedelten Gegend errichtet werden, dass keine Auswirkungen der Kernreaktion auf die Gesundheit der Bevölkerung bestehen.
Es gibt viele weitere Faktoren, die wir berücksichtigen sollten, aber diese gehen über den Rahmen unserer Diskussion hinaus. Alle oben aufgeführten Faktoren sind schwer in Lastzentren verfügbar. Die Kraftwerksanlage oder Erzeugungsanlage muss an einem Ort errichtet werden, an dem alle Einrichtungen leicht verfügbar sind. Dieser Ort muss nicht unbedingt in den Lastzentren liegen. Die in der Erzeugungsanlage erzeugte Energie wird dann, wie bereits erwähnt, über ein elektrisches Energieübertragungssystem an die Lastzentren übertragen.
Die in einer Erzeugungsanlage erzeugte Energie hat ein niedriges Spannungsniveau, da die Niederspannungserzeugung einige wirtschaftliche Vorteile bietet. Die Erzeugung von Niederspannung ist wirtschaftlicher (d.h. kostengünstiger) als die Erzeugung von Hochspannung. Bei Niederspannung sind sowohl das Gewicht als auch die Isolation in den Generatoren geringer; dies reduziert direkt die Kosten und Größe der Generatoren. Aber diese Niederspannung kann nicht direkt an den Verbraucher übertragen werden, da die Übertragung von Niederspannung nicht wirtschaftlich ist. Obwohl die Erzeugung von Niederspannung wirtschaftlich ist, ist die Übertragung von Niederspannung nicht wirtschaftlich.
Die elektrische Leistung ist direkt proportional zum Produkt aus elektrischem Strom und Spannung des Systems. Für die Übertragung einer bestimmten elektrischen Leistung von einem Ort zum anderen bedeutet eine Erhöhung der Spannung eine Reduzierung des zugehörigen Stroms. Ein reduzierter Strom bedeutet weniger I²R-Verluste im System, ein kleinerer Querschnitt der Leiter bedeutet weniger Kapitalbindung, und ein reduzierter Strom verbessert die Spannungsregelung des Energieübertragungssystems. Eine verbesserte Spannungsregelung bedeutet hohe Qualität der Energie. Aus diesen drei Gründen wird elektrische Energie hauptsächlich in Form von Hochspannung übertragen.
An der Verteilungsseite wird die übertragene Energie für eine effiziente Verteilung auf das gewünschte Niederspannungsniveau heruntergestuft.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die elektrische Energie zunächst bei niedriger Spannung erzeugt wird, dann für eine effiziente Übertragung auf Hochspannung gesteigert wird. Schließlich wird die Energie für die Verteilung an verschiedene Verbraucher auf das gewünschte Niederspannungsniveau heruntergestuft.
