Нажмите выключатель дома, и загорится свет или включится прибор. В большинстве случаев электричество для питания этого устройства поступило из огромной системы, называемой электрической сетью. Попробуем разобраться как это работает.
Предположим, вы построили электрическую схему с батареей и лампочкой. Ток течет от аккумулятора по проводу к лампочке. Оттуда он течет по еще одному проводу обратно к батарее. Вы также можете использовать дополнительные провода для подключения нескольких лампочек, например, чтобы некоторые из них могли гореть, даже если другие выключены. Электрическая сеть использует похожую идею, но более сложную.
Электричество получают во многих местах: на электростанциях, сжигающих нефть, газ или уголь, АЭС, Панели солнечных батарей. Ветряные фермы, Плотины или водопады, с которых текут каскады воды. Сеть соединяет сотни или более подобных мест с обширной сетью проводов и оборудования.
Двусторонние провода позволяют использовать переменный ток или постоянный ток. В электрических сетях большинства стран используется переменный ток. Переменный ток означает, что ток переключает направление много раз в секунду. С помощью переменного тока оборудование, называемое трансформаторами, может изменять напряжение или силу тока. Высокое напряжение более эффективно для передачи электричества на большие расстояния по проводам. Затем другие трансформаторы понижают напряжение до более низких и безопасных уровней, прежде чем ток попадет в дома и на предприятия.
Электросеть настолько большая и сложная, что для управления ею нужны целые здания, заполненные людьми и машинами. Эти группы называются сетевыми операторами. Сетевой оператор чем-то похож на высокотехнологичного гаишника. Он гарантирует, что электроэнергия идет от производителей электроэнергии (известных как генераторы) туда, где она будет нужна людям, и что поступающая энергия будет сбалансирована в сети.
Под балансировкой подразумевается, что количество электроэнергии, подаваемой в любое время, должно соответствовать количеству потребляемой. Слишком большая мощность может привести к перегреву проводов или повреждению оборудования. Слишком низкая мощность может привести к таким проблемам, как отключение электроэнергии. Блэкауты - это потеря электроэнергии в каком-то регионе. Сбои в работе - это частичное снижение способности системы обеспечивать электроэнергией какой-то регион.
Компьютеры помогают инженерам найти правильное решение.
Счетчики и датчики постоянно отслеживают, сколько электроэнергии потребляют люди. Компьютерные программы также используют данные об использовании электроэнергии в прошлые периоды. Вся эта информация помогает сетевым операторам выяснить, сколько электроэнергии необходимо подать в сеть, чтобы удовлетворить потребности людей. Операторы сети делают эти прогнозы ежеминутно, час за часом и день за днем. Затем сетевые операторы сообщают производителям, больше энергии или меньше нужно поставить. Некоторые крупные клиенты также соглашаются сокращать потребление энергии, когда это необходимо.
Система несовершенна, и что-то идет не так. Действительно, сетевые операторы ожидают, что проблемы будут возникать снова и снова. Но это скорее исключение, чем правило. Если одна электростанция внезапно перестает подавать электроэнергию в сеть, другие обычно переходят в режим ожидания. Они готовы поставить электроэнергию, как только сетевой оператор даст добро.
Большинство отключений электроэнергии происходит на местном уровне. Белки грызут провода. Гроза обрушивает линии электропередач. Техника где-то перегревается и загорается. Да и другие дополнительные проблемы могут возникнуть при экстремальной погоде или других чрезвычайных ситуациях.
Ураганы, наводнения, торнадо и другие события могут вывести из строя части системы. Засуха и аномальная жара могут привести к резкому увеличению использования кондиционеров - это большие пожары! По мере усиления климатических изменений участятся различные экстремальные погодные условия.
Риск физических или кибератак представляет дополнительные угрозы. Даже космическая погода может вызвать проблемы с сетью. Помимо всего этого, многим частям энергосистемы более 50 лет. Они могут просто сломаться.
Ближайшее будущее
Ученые и инженеры работают над предотвращением проблем. Но когда все же возникают проблемы, они хотят как можно скорее снова включить свет.
Инженеры также работают над адаптацией сети к меняющимся условиям электроснабжения. Цены на природный газ упали из-за недавнего бума добычи газа в мире. В результате старые угольные и атомные электростанции не могут конкурировать с дешевой электроэнергией, производимой на станциях, работающих на природном газе. Между тем, все больше энергии ветра, солнечной энергии и других возобновляемых ресурсов присоединяются к этой цепочке. Цены на эти альтернативы чистой энергии сильно упали за последние годы. И еще упадут в будущем.
Аккумуляторы также позволят возобновляемым источникам энергии играть более важную роль. Батареи могут хранить дополнительную электроэнергию от солнечных панелей или ветряных электростанций. Тогда энергию можно будет использовать независимо от времени суток или погоды.
В то же время сеть будет еще больше полагаться на компьютеры, чтобы многие системы могли «общаться» друг с другом. В систему войдет и более современное оборудование. Некоторые «умные переключатели» включают свет быстрее при возникновении проблемы. Другие могут более гибко направлять электроэнергию в сеть из возобновляемых источников энергии. Между тем, датчики и другие устройства будут определять проблемы, повышать эффективность и многое другое.
Многие потребители также хотят больше данных. Некоторые хотят видеть подробности использования энергии в 15-минутных отрезках. Это может помочь им сосредоточить свои усилия на энергосбережении. Многие люди также хотят платить больше или меньше в зависимости от времени суток, когда они фактически используют электричество.
Инициативы «умных сетей» направлены на решение всех этих проблем. Исследования продолжаются в университетах и других исследовательских центрах. В идеале вся эта работа может сделать сеть более надежной и отказоустойчивой.
Ставьте лайки, делайте репосты и не забывайте заземлять!
Подписывайтесь на наш канал!
Всем читателям нашего блога - Скидка в нашем интернет-магазине на приборы для проверки электрических сетей, и любую другую продукцию по промокоду ZENPROFIT