Energie electrică - Power engineering

O turbină cu abur utilizată pentru a furniza energie electrică.

Ingineria energetică , numită și ingineria sistemelor energetice , este un subdomeniu al ingineriei electrice care se ocupă cu generarea, transmiterea, distribuția și utilizarea energiei electrice și a aparatelor electrice conectate la astfel de sisteme. Deși o mare parte din domeniu este preocupată de problemele de alimentare cu curent trifazat - standardul pentru transmisia și distribuția de energie pe scară largă în întreaga lume modernă - o fracțiune semnificativă a câmpului se referă la conversia dintre puterea de curent alternativ și curent continuu și dezvoltarea de sisteme de alimentare specializate precum cele utilizate în avioane sau pentru rețele feroviare electrice. Ingineria energetică atrage majoritatea bazei sale teoretice din ingineria electrică .

Istorie

O schiță a stației Pearl Street, prima centrală electrică cu abur din New York

Ani pionieri

Electricitatea a devenit un subiect de interes științific la sfârșitul secolului al XVII-lea. În următoarele două secole s-au făcut o serie de descoperiri importante, inclusiv becul cu incandescență și teancul voltaic . Probabil cea mai mare descoperire în ceea ce privește ingineria energetică a venit de la Michael Faraday, care în 1831 a descoperit că o schimbare a fluxului magnetic induce o forță electromotivă într-o buclă de sârmă - un principiu cunoscut sub numele de inducție electromagnetică care ajută la explicarea modului în care funcționează generatoarele și transformatoarele.

În 1881 doi electricieni au construit prima centrală electrică din lume la Godalming, în Anglia. Stația a folosit două roți de apă pentru a produce un curent alternativ care a fost utilizat pentru a furniza șapte lămpi cu arc Siemens la 250 volți și treizeci și patru de lămpi incandescente la 40 volți. Cu toate acestea, aprovizionarea a fost intermitentă și în 1882 Thomas Edison și compania sa, Edison Electric Light Company, au dezvoltat prima centrală electrică cu abur pe Pearl Street din New York City. Stația Pearl Street era formată din mai multe generatoare și alimenta inițial în jur de 3.000 de lămpi pentru 59 de clienți. Centrala a utilizat curent continuu și a funcționat la o singură tensiune. Deoarece puterea de curent continuu nu a putut fi transformată cu ușurință la tensiunile mai mari necesare pentru a minimiza pierderile de putere în timpul transmisiei, distanța posibilă între generatoare și sarcină a fost limitată la aproximativ 800 de metri.

În același an, la Londra, Lucien Gaulard și John Dixon Gibbs au demonstrat primul transformator potrivit pentru utilizarea într-un sistem de alimentare real. Valoarea practică a transformatorului Gaulard și Gibbs a fost demonstrată în 1884 la Torino, unde transformatorul a fost folosit pentru a aprinde patruzeci de kilometri de cale ferată de la un singur generator de curent alternativ . În ciuda succesului sistemului, perechea a făcut câteva greșeli fundamentale. Poate că cea mai serioasă a fost conectarea în serie a elementelor primare ale transformatoarelor , astfel încât aprinderea sau oprirea unei lămpi să afecteze alte lămpi mai jos de pe linie. În urma demonstrației, George Westinghouse , un antreprenor american, a importat o serie de transformatoare împreună cu un generator Siemens și și-a pus inginerii să experimenteze cu ei în speranța de a le îmbunătăți pentru a fi folosiți într-un sistem comercial de energie.

Unul dintre inginerii Westinghouse, William Stanley , a recunoscut problema legării transformatoarelor în serie spre deosebire de paralel și și-a dat seama că transformarea miezului de fier al unui transformator într-o buclă complet închisă ar îmbunătăți reglarea tensiunii înfășurării secundare. Folosind aceste cunoștințe, el a construit primul sistem practic de curent alternativ bazat pe transformatoare din lume la Great Barrington, Massachusetts, în 1886. În 1885, fizicianul și inginerul electric Galileo Ferraris a demonstrat un motor cu inducție, iar în 1887 și 1888, inginerul sârbo-american Nikola Tesla a depus o serie de brevete legate de sistemele de alimentare, inclusiv unul pentru un motor practic cu inducție în două faze, pe care Westinghouse l-a autorizat pentru sistemul său de curent alternativ.

Până în 1890 industria energiei a înflorit, iar companiile electrice au construit mii de sisteme de alimentare (atât curent continuu, cât și curent alternativ) în Statele Unite și Europa - aceste rețele erau efectiv dedicate furnizării iluminatului electric. În acest timp a apărut o rivalitate acerbă în SUA cunoscută sub numele de „ războiul curenților ” între Edison și Westinghouse asupra căreia forma de transmisie (curent continuu sau alternativ) era superioară. În 1891, Westinghouse a instalat primul sistem de alimentare major care a fost conceput pentru a conduce un motor electric și nu doar pentru a furniza iluminat electric. Instalația a alimentat un motor sincron de 100 de cai putere (75 kW) la Telluride, Colorado , motorul fiind pornit de un motor cu inducție Tesla. Pe cealaltă parte a Atlanticului, Oskar von Miller a construit o linie de transmisie trifazată de 20 kV 176 km de la Lauffen am Neckar la Frankfurt pe Main pentru Expoziția de inginerie electrică de la Frankfurt. În 1895, după un proces prelungit de luare a deciziilor, stația de producție nr. 1 Adams de la Niagara Falls a început să transmită puterea curentului alternativ trifazat la Buffalo la 11 kV. După finalizarea proiectului cascadelor Niagara, noile sisteme de alimentare au ales din ce în ce mai mult curent alternativ , spre deosebire de curentul continuu pentru transmisia electrică.

Secolul douăzeci

Ingineria energiei și bolșevismul

Afiș din 1929 de Gustav Klutsis

Generarea de electricitate a fost considerată ca fiind deosebit de importantă în urma preluării puterii de către bolșevici . Lenin a afirmat că „comunismul este puterea sovietică plus electrificarea întregii țări”. Ulterior a fost prezentat pe multe postere sovietice, ștampile etc. prezentând acest punct de vedere. Planul GOELRO a fost inițiat în 1920 ca primul experiment bolșevic în planificarea industrială și în care Lenin s-a implicat personal. Gleb Krzhizhanovsky a fost o altă figură cheie implicată, fiind implicat în construcția unei centrale electrice la Moscova în 1910. El îl cunoștea și pe Lenin din 1897, când erau amândoi în capitolul de la Sankt Petersburg al Uniunii de luptă pentru eliberarea Clasa muncitoare .

Energie electrică în SUA

În 1936, prima linie comercială de curent continuu de înaltă tensiune (HVDC) care utilizează supape cu arc de mercur a fost construită între Schenectady și Mechanicville, New York . HVDC a fost realizat anterior instalând generatoare de curent continuu în serie (un sistem cunoscut sub numele de sistem Thury ), deși acest lucru a suferit probleme serioase de fiabilitate. În 1957, Siemens a demonstrat primul redresor în stare solidă (redresoarele în stare solidă sunt acum standardul pentru sistemele HVDC), însă abia la începutul anilor 1970 această tehnologie a fost utilizată în sistemele de alimentare comerciale. În 1959 Westinghouse a demonstrat primul întrerupător care a folosit SF ₆ ca mediu de întrerupere. SF ₆ este un dielectric mult superior aerului și, în ultima perioadă, utilizarea sa a fost extinsă pentru a produce echipamente de comutare mult mai compacte (cunoscute sub numele de aparate de comutare ) și transformatoare . Multe evoluții importante au venit, de asemenea, din extinderea inovațiilor în domeniul TIC în domeniul ingineriei energetice. De exemplu, dezvoltarea computerelor a însemnat că studiile fluxului de sarcină ar putea fi efectuate mai eficient, permițând o planificare mult mai bună a sistemelor de alimentare. Progresele în domeniul tehnologiei informației și al telecomunicațiilor au permis, de asemenea, un control de la distanță mult mai bun al aparatelor de distribuție și al generatoarelor sistemului de alimentare.

Putere

Liniile de transmisie transmit puterea prin rețea .

Power Engineering se ocupă cu generarea , transmiterea , distribuția și utilizarea energiei electrice , precum și proiectarea unei game de dispozitive conexe. Acestea includ transformatoare , generatoare electrice , motoare electrice și electronice de putere .

De asemenea, inginerii electrici pot lucra pe sisteme care nu se conectează la rețea. Aceste sisteme sunt denumite sisteme de alimentare în afara rețelei și pot fi utilizate în preferință sistemelor din rețea din mai multe motive. De exemplu, în locații îndepărtate, poate fi mai ieftin pentru o mină să-și producă propria energie, mai degrabă decât să plătească pentru conectarea la rețea, iar în majoritatea aplicațiilor mobile conexiunea la rețea nu este practic.

Câmpuri

Generarea de energie electrică acoperă selecția, proiectarea și construcția de instalații care transformă energia din forme primare în energie electrică.

Transmiterea energiei electrice necesită ingineria liniilor de transmisie de înaltă tensiune și a instalațiilor de stații pentru a interfața cu sistemele de generare și distribuție. Sistemele de curent continuu de înaltă tensiune sunt unul dintre elementele unei rețele electrice.

Ingineria de distribuție a energiei electrice acoperă acele elemente ale unui sistem de alimentare de la o stație până la clientul final.

Protecția sistemului de alimentare este studiul modurilor în care un sistem de alimentare electrică poate eșua și a metodelor de detectare și atenuare a unor astfel de defecțiuni.

În majoritatea proiectelor, un inginer electric trebuie să se coordoneze cu multe alte discipline, cum ar fi inginerii civili și mecanici, experții în mediu și personalul juridic și financiar. Proiectele majore de sisteme de energie, cum ar fi o stație de producție mare, pot necesita zeci de profesioniști în proiectare, pe lângă inginerii de sisteme de alimentare. La majoritatea nivelurilor de practică profesională a ingineriei sistemelor de alimentare, inginerul va necesita atât de mult în ceea ce privește abilitățile administrative și organizaționale, cât și cunoștințele de inginerie electrică.

Societăți profesionale și organizații internaționale de standardizare

Atât în Marea Britanie, cât și în SUA, existau mult timp societăți profesionale pentru inginerii civili și mecanici. IEE a fost fondat în Marea Britanie în 1871, iar AIEE în Statele Unite în 1884. Aceste societăți au contribuit la schimbul de cunoștințe electrice și dezvoltarea învățământului de inginerie electrică. La nivel internațional, Comisia Electrotehnică Internațională , care a fost fondată în 1906, pregătește standarde pentru ingineria energiei electrice, cu 20.000 de experți în electrotehnică din 172 de țări care dezvoltă specificații globale bazate pe consens.

Languages

In other projects

Energie electrică - Power engineering

Cuprins