Cosa sono i sistemi di trasmissione dell'energia elettrica?
Cos'è un Sistema di Trasmissione dell'Energia Elettrica?
Definizione dei Sistemi di Trasmissione dell'Energia Elettrica
I sistemi di trasmissione dell'energia elettrica trasmettono l'energia elettrica dalle centrali di generazione ai centri di carico dove viene consumata.
I sistemi di trasmissione dell'energia elettrica sono i mezzi per trasmettere l'energia da una fonte di generazione a vari centri di carico (cioè dove l'energia viene utilizzata). Le centrali di generazione producono energia elettrica. Queste centrali non sono necessariamente situate dove la maggior parte dell'energia viene consumata (cioè il centro di carico).
La distanza non è l'unico fattore per scegliere la posizione di una centrale di generazione. Spesso, le centrali di generazione sono lontane da dove l'energia viene utilizzata. La terra più lontana dalle aree ad alta densità è più economica, ed è preferibile tenere le stazioni rumorose o inquinanti lontano dalle aree residenziali. È per questo che i sistemi di trasmissione dell'energia elettrica sono essenziali.
I sistemi di fornitura elettrica trasportano l'energia dalle fonti di generazione, come le centrali termoelettriche, ai consumatori. I sistemi di trasmissione dell'energia, che includono linee di trasmissione corte, medie e lunghe, spostano il sistema di distribuzione dell'energia. Questi sistemi forniscono poi l'elettricità alle case e alle imprese.
Trasmissione AC vs DC
Fondamentalmente esistono due sistemi per la trasmissione dell'energia elettrica:
Sistema di trasmissione elettrica a corrente continua ad alta tensione.
Sistema di trasmissione elettrica a corrente alternata ad alta tensione.
Vantaggi dei sistemi di trasmissione a corrente continua
Per i sistemi di trasmissione a corrente continua sono necessari solo due conduttori. È ulteriormente possibile utilizzare un solo conduttore del sistema di trasmissione a corrente continua se si utilizza la terra come percorso di ritorno del sistema.
Lo stress potenziale sull'isolatore del sistema di trasmissione a corrente continua è circa il 70% della tensione equivalente del sistema di trasmissione a corrente alternata. Pertanto, i sistemi di trasmissione a corrente continua hanno costi di isolamento ridotti.
Induttanza, capacità, sfasamento di fase e problemi di sovratensione possono essere eliminati nei sistemi a corrente continua.
Svantaggi dei sistemi di trasmissione a corrente alternata
Il volume di conduttore richiesto nei sistemi a corrente alternata è molto maggiore rispetto ai sistemi a corrente continua.
La reattività della linea influenza la regolazione della tensione del sistema di trasmissione dell'energia elettrica.
Problemi di effetto di pelle e di prossimità presenti solo nei sistemi a corrente alternata.
I sistemi di trasmissione a corrente alternata sono più soggetti alla scarica coronica rispetto ai sistemi a corrente continua.
La costruzione della rete di trasmissione elettrica a corrente alternata è più complessa rispetto ai sistemi a corrente continua.
È necessaria una sincronizzazione appropriata prima di interconnettere due o più linee di trasmissione, mentre la sincronizzazione può essere completamente omessa nei sistemi di trasmissione a corrente continua.
Vantaggi dei sistemi di trasmissione a corrente alternata
Le tensioni alternate possono essere facilmente alzate e abbassate, il che non è possibile nei sistemi di trasmissione a corrente continua.
La manutenzione delle sottostazioni a corrente alternata è più facile ed economica rispetto a quella a corrente continua.
La trasformazione dell'energia nelle sottostazioni elettriche a corrente alternata è molto più semplice rispetto ai gruppi motore-generatore nei sistemi a corrente continua.
Svantaggi dei sistemi di trasmissione a corrente alternata
Il volume di conduttore richiesto nei sistemi a corrente alternata è molto maggiore rispetto ai sistemi a corrente continua.
La reattività della linea influenza la regolazione della tensione del sistema di trasmissione dell'energia elettrica.
Problemi di effetto di pelle e di prossimità presenti solo nei sistemi a corrente alternata.
I sistemi di trasmissione a corrente alternata sono più soggetti alla scarica coronica rispetto ai sistemi a corrente continua.
La costruzione della rete di trasmissione elettrica a corrente alternata è più complessa rispetto ai sistemi a corrente continua.
È necessaria una sincronizzazione appropriata prima di interconnettere due o più linee di trasmissione, mentre la sincronizzazione può essere completamente omessa nei sistemi di trasmissione a corrente continua.
Costruzione di una Centrale di Generazione
Durante la pianificazione della costruzione di una centrale di generazione, i seguenti fattori devono essere considerati per una generazione economica di energia elettrica.
Facile disponibilità di acqua per le centrali termoelettriche.
Facile disponibilità di terreno per la costruzione della centrale elettrica, inclusa la città per il personale.
Per una centrale idroelettrica, deve esserci una diga sul fiume. Quindi, il luogo sul fiume deve essere scelto in modo tale che la costruzione della diga possa essere realizzata nel modo più ottimale.
Per una centrale termoelettrica, la facile disponibilità di combustibile è uno dei fattori più importanti da considerare.
Migliori comunicazioni per i beni e i dipendenti della centrale elettrica devono essere prese in considerazione.
Per il trasporto di parti di ricambio molto grandi di turbine, alternatori, ecc., devono esserci strade ampie, connessioni ferroviarie e un fiume profondo e largo vicino alla centrale elettrica.
Per una centrale nucleare, deve essere situata a una distanza tale da un luogo comune in modo che non vi sia alcun effetto sulla salute delle persone a causa della reazione nucleare.
Ci sono molti altri fattori che dovremmo considerare, ma questi vanno oltre lo scopo della nostra discussione. Tutti i fattori elencati sopra sono difficili da trovare nei centri di carico. La centrale elettrica o la centrale di generazione deve essere situata dove tutte le facilitazioni sono facilmente disponibili. Questo luogo non deve necessariamente essere nei centri di carico. L'energia generata nella centrale di generazione viene quindi trasmessa al centro di carico utilizzando un sistema di trasmissione dell'energia elettrica, come abbiamo detto in precedenza.
L'energia generata in una centrale di generazione è a un livello di tensione basso, poiché la generazione di energia a bassa tensione ha un certo valore economico. La generazione di energia a bassa tensione è più economica (cioè a costo inferiore) rispetto alla generazione di energia a alta tensione. A un livello di tensione basso, sia il peso che l'isolamento sono minori nell'alternatore; ciò riduce direttamente il costo e le dimensioni dell'alternatore. Tuttavia, questa energia a bassa tensione non può essere trasmessa direttamente al consumatore finale perché la trasmissione di energia a bassa tensione non è affatto economica. Pertanto, anche se la generazione di energia a bassa tensione è economica, la trasmissione di energia elettrica a bassa tensione non lo è.
La potenza elettrica è proporzionale al prodotto della corrente elettrica e della tensione del sistema. Quindi, per trasmettere una certa quantità di energia elettrica da un luogo all'altro, se la tensione dell'energia viene aumentata, la corrente associata a questa energia diminuisce. Una corrente ridotta significa meno perdite I2R nel sistema, una sezione trasversale minore del conduttore significa un investimento di capitale inferiore e una corrente ridotta migliora la regolazione della tensione del sistema di trasmissione dell'energia elettrica, indicando un'energia di qualità. Per questi tre motivi, l'energia elettrica viene principalmente trasmessa a un livello di tensione elevato.
Di nuovo, a monte della distribuzione, per una distribuzione efficiente dell'energia trasmessa, essa viene abbassata al livello di tensione desiderato.
Si può concludere che prima l'energia elettrica viene generata a un livello di tensione basso, poi viene elevata a una tensione alta per una trasmissione efficiente dell'energia elettrica. Infine, per la distribuzione dell'energia elettrica o potenza a diversi consumatori, viene abbassata al livello di tensione desiderato.
