Передача електроенергії на відстані та її використання
Енергія є основою життя людського су¬спільства, і його прогресивний розвиток пов'язаний з безпосереднім зростанням енергоспоживання. Це споживання зросло протягом XX ст. більш ніж у 100 разів, при цьому органічного палива було спалено у багато разів більше, ніж за весь попередній час. Які ж перспективи очікують нас у XXI столітті?
На порозі третього тисячоліття людство все більше усвідомлює свою відповідальність за збере¬ження довкілля, за чистоту нашої планети. Науко¬во-технічний прогрес, підвищення комфортності життя і пов'язане з ним зростання енергоспоживан¬ня — об'єктивні речі. Але це зовсім не означає, що вони мають досягатися будь-якою ціною. Використання лише традиційних джерел енергії (нафти, газу, ядерного палива) руйнує і забруднює землю, водні ресурси й повітря. Разом з тим, понад 1 кВт на кож¬ний квадратний метр щосекунди постійно забезпе¬чує нам удень світло невичерпного, екологічно без¬доганного і загальнодоступного природного джере¬ла — Сонця. Досягнення світової технології вже за¬раз дають змогу використовувати його для вироблення електроенергії, вартість якої наближається до тра¬диційної. Поряд інтенсивно розвиваються в багатьох країнах також вітроенергетика й енергетика біома¬си, які споріднені сонячній. Сьогодні, без сумніву, основною економічною проблемою у світі є енер¬гетична криза. Соціально-економічний розвиток кожної країни, зокрема України, залежить від теперішнього і майбутнього стану її енергетики.
Споживачі електроенергії існують всюди. Виробляється ж вона в порівняно деяких місцях, близьких до джерел паливних і гідроресурсів. Тому виникає необхідність передачі електроенергії на відстані, що досягають іноді сотень кілометрів.
Але передача електроенергії на великі відстані зв'язана з помітними втратами. Справа в тому, що, проходячи по лініях електропередачі, струм нагріває їх. Відповідно до закону Джоуля — Ленца, енергія, що витрачається на нагрівання проводів лінії, визначається формулою
Q=I2Rt
де R — опір лінії.
При великій довжині лінії передача енергії може стати взагалі економічно невигідною.
Для зменшення втрат можна, звичайно, йти по шляху зменшення опору R лінії за допомогою збільшення площі поперечного перерізу проводів. Але для зменшення R, приміром, у 100 разів потрібно збільшити масу проводу також у 100 разів. Зрозуміло, що не можна допустити такої великої витрати дорогого кольорового металу, не говорячи вже про труднощів закріплення важких проводів на високих щоглах і т.п.
Тому втрати енергії в лінії знижують іншим шляхом: зменшенням струму в лінії. Наприклад, зменшення струму в 10 разів зменшує кількість тепла, що виділився в провідниках, у 100 разів, тобто досягається той же ефект, що і від сторазового обваження проводу.
Тому що потужність струму пропорційна добутку сили струму на напругу, то для збереження переданої потужності потрібно підвищити напруга в лінії передачі. Причому, чим довша лінія передачі, тим вигідніше використовувати більш високу напругу. Так, наприклад, у високовольтній лінії передачі Волзька ГЕС — Москва використовують напругу в 500 кв. Тим часом генератори перемінного струму будують на напруги, що не перевищують 16—20 кв., тому що більш висока напруга зажадала би прийняття більш складних спеціальних мір для ізоляції обмоток і інших частин генераторів.
Тому на великих електростанціях ставлять підвищувальні трансформатори. Трансформатор збільшує напругу в лінії в стільки ж раз, у скільки зменшує силу струму. Втрати потужності при цьому невеликі.
Для безпосереднього використання електроенергії в двигунах електропривода верстатів, в освітлювальній мережі і для інших цілей напруга на кінцях лінії потрібно понизити. Це досягається за допомогою понижуючих трансформаторів. Причому звичайне зниження напруги і відповідно збільшення сили струму відбувається в кілька етапів. На кожнім етапі напруга стає усе менше, а територія, охоплювана електричною мережею, - усе ширше. Схема передачі і розподілу електроенергії приведена на малюнку.
Електричні станції ряду областей країни з'єднані високовольтними лініями передач, утворити загальну електромережу, до якої приєднані споживачі. Таке об'єднання називається енергосистемою. Енергосистема забезпечує безперебійність подачі енергії споживачам не залежно від їхнього місця розташування.Електроенергетика впливає не тільки на розвиток господарства, а й на територіальну організацію продуктивних сил. Будівництво потужних ліній електропередач дає змогу освоювати паливні ресурси незалежно від віддаленості районів споживання Розвиток електронного транспорту розширює територіальні межі цієї галузі промисловості. Достатня кількість електроенергії притягує до собі виробництво електросталі. алюмінію та інших кольорових металів, у яких частка паливно-енергетичних витрат у собівартості готової продукції значно більша порівняно з традиційними галузями промисловості. У ряді районів України (Донбас, Придніпров'я) електроенергетика визначає виробничу спеціалізацію їх, є основою формування територіально-виробничих комплексів.