افتح القائمة الرئيسية

نقل الطاقة الكهربائية

(تم التحويل من نقل الكهرباء)

نقل الكهرباء Electric power transmission المقصود بها هي عملية نقل الطاقة الكهربية التي ولدتها محطة الطاقة إلى المستفيدين مباشرة، فيتم نقل الكهرباء بشرط أن يتم تغذية كل مشترك على حدة، أي لا يكون بين المحطة و المستفيد مستفيد آخر، نقل الكهرباء كان يتم في بدايات الكهرباء عن طريق مد أسلاك توصيل بين المحطة و المشترك كما فعل طوماس إدسون في أول محطة طاقة تجارية في التاريخ و التي أنشأها في نيويورك سنة 1882 لكن مع التوسع العمراني و زيادة الطلب و إضطرار المحطات إلى الخروج من المدن لتفسيح المكان لبناء المساكن و الدور، واصل المعنيون نقل الطاقة بنفس الطريقة التقليدية لكن الأمر الذي استجد لاحقا بسبب جلاء المحطات و ابتعادها هو أن المسافة بعدت بين المنتج و المستهلك و المد بالطريقة العادية لم يعد مجديا و لاعمليا لإن فقد الجهد الكهربي الحاصل بسبب طول المسافة كان كبيرا فكان يلزم رفع الجهد الكهربي من المحطة الأمر الذي ولد مشكلة جديدة لها علاقة بإستقرارية نظام التوليد فكان يجدر هنا بالباحثين السعي خلف وسيلة فريدة من نوعها تنفض الطريقة القديمة و تحل مكانها، و من هذا السبب كان نقل الكهرباء علما قائما بذاته يتعلق بمحورين هامين للغاية بالنسبة له و هو إيجاد الوسيلة التي تقلل الفقد الكهربي و و تسبغ الإستقرارية على النظام فتضفي أمان كهربائي.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

فهرست

نظام النقل

يتكون نظام نقل الكهرباء من عدة عناصر أهمها :

تستعمل الأغلبية الساحقة من الدول تيار متعدد الأطوار لنقل الكهرباء و أكثرها تيار ثلاثي الأطوار أو تيار ثلاثي الأسلاك و التيار المستعمل هنا هو التيار المتردد بسبب خسارة أديسون في حرب التيارات و يسير التيار في مستويات جهد عالية جدا لتقليل التيار الجاري فيقل الفقد الكهربي و تتراوح تلك المستويات من 110 إلى 760 كيلو فولت و هناك عناصر أخرى مثل وسائل الحماية الكهربائية كوسائل تجنب التيار العالي و وسائل تجنب الجهد العالي .طير teck


النقل الهوائي

 
خطوط الجهد العالي 3 أطوار في ولاية واشنطن، "المجمعة" 3 طرق
Four-circuit, two-voltage power transmission line; "Bundled" 2-ways
A typical ACSR. The conductor consists of seven strands of steel surrounded by four layers of aluminium.

لا يتم تغطية الموصلات الهوائية ذات الجهد العالي بالعزل. تكون مادة الموصل دائمًا عبارة عن خليط الألومنيوم، يتم تصنيعها في عدة خيوط وربما معززة بخيوط فولاذية. كان النحاس يستخدم أحيانًا في النقل الهوائي، لكن الألومنيوم أخف وزنًا، ولا ينتج عنه سوى انخفاض هامشي في الأداء وتكاليف أقل بكثير. الموصلات الهوائية هي سلعة مقدمة من العديد من الشركات في جميع أنحاء العالم. تُستخدم مواد وأشكال الموصلات المحسّنة بانتظام للسماح بزيادة السعة وتحديث دارات النقل. تتراوح أحجام الموصلات من12 mm2 (#6 American wire gauge) to 750 mm2 (1,590,000 circular mils area),، مع مقاومة متفاوتة و التيار -سعة التيار الحامل. بالنسبة لخطوط التيار المتردد العادية، قد تؤدي الأسلاك السميكة إلى زيادة صغيرة نسبيًا في السعة بسبب تأثير الغلاف (الذي يتسبب في تدفق معظم التيار بالقرب من سطح السلك). بسبب هذا القيد للتيار، يتم استخدام كابلات متوازية متعددة (تسمى حزمة الموصلات) عندما تكون هناك حاجة إلى سعة أعلى. تستخدم موصلات الحزمة أيضًا في الفولتية العالية لتقليل فقد الطاقة الناجم عن التفريغ الإكليلي. اليوم، عادة ما تعتبر الفولتية على مستوى الإرسال 110 كيلو فولت وما فوق. و عادة ما تعتبر الفولتية المنخفضة، مثل 66 كيلو فولت و 33 كيلو فولت، جهد آلية ثانوية، ولكنها تُستخدم أحيانًا في خطوط طويلة بأحمال خفيفة. عادة ما تستخدم الفولتية أقل من 33 كيلو فولت ل التوزيع. تعتبر الفولتية التي تفوق 765 كيلو فولت الجهد العالي الإضافي وتتطلب تصميمات مختلفة مقارنةً بالمعدات المستخدمة في الجهد المنخفض. نظرًا لأن أسلاك النقل الهوائية تعتمد على الهواء للعزل، فإن تصميم هذه الخطوط يتطلب الحد الأدنى من الترخيص التي يجب مراعاتها للحفاظ على السلامة. يمكن أن تؤدي الأحوال الجوية المعاكسة، مثل الرياح الشديدة ودرجات الحرارة المنخفضة، إلى انقطاع التيار الكهربائي. سرعات الرياح التي تصل إلى 23 عقدةs (43 كم/س) يمكن أن تسمح للموصلات بتجاوز تصاريح التشغيل، مما ينتج عنه flashover وفقدان الإمداد.[1] يمكن أن توصف الحركة المذبذبة للخط الفيزيائي الموصل ذو الرفرفة السريعة اعتمادًا على تردد وسعة التذبذب.

النقل تحت الأرض

يمكن أيضًا نقل الطاقة الكهربائية بواسطة كبلات الطاقة تحت الأرض بدلاً من خطوط الطاقة الهوائية . تشغل الكابلات تحت الأرض مرورية أقل من الخطوط الهوائية، وهي غير مرئية، وتتأثر بشكل أقل بالطقس السيئ. ومع ذلك، فإن تكاليف الكابلات المعزولة والحفر أعلى بكثير من تكاليف البناء العامة. تستغرق تحديد الأخطاء و إصلاحها في خطوط النقل المدفونة وقتاً أطول .

في بعض المناطق المركزية، تكون كابلات النقل تحت الأرض محاطة بأنابيب معدنية ومعزولة بسائل عازل (عادة ما يكون زيتًا) يكون ثابتًا أو دائريًا عبر المضخات. إذا تسبب عطل كهربائي في تلف الأنبوب وإنتاج تسرب عازل في التربة المحيطة، يتم تعبئة شاحنات النيتروجين السائل لتجميد أجزاء من الأنبوب لتمكين تصريف وإصلاح موقع الأنبوب التالف. يمكن لهذا النوع من كابل النقل تحت الأرض إطالة فترة الإصلاح وزيادة تكاليف الإصلاح. فعادة ما يتم رصد درجة حرارة الأنابيب والتربة باستمرار طوال فترة الإصلاح.[2][3][4]

فالخطوط الأرضية مقيدة بشكل صارم بسعتها الحرارية، والتي تسمح بالحمل الزائد أو إعادة التثمين بشكل أقل من الخطوط الهوائية . تحتوي كابلات التيار المتناوب الطويلة تحت الأرض سعة كبيرة، مما قد يقلل من قدرتها على توفير طاقة مفيدة للأحمال خارج 50 ميلs (80 kiloمترs). لا يقتصر طول كبلات التيار المستمر على سعاتها، ومع ذلك، فإنها تتطلب محطات تحويل HVDC في كلا طرفي الخط للتحويل من DC إلى AC قبل الاتصال بشبكة النقل.

لمحة تاريخية

 
شوارع مدينة نيويورك في عام 1890. إلى جانب خطوط التلغراف، كانت هناك حاجة لخطوط كهربائية متعددة لكل فئة من الأجهزة التي تتطلب جهوداً مختلفة

في الأيام الأولى للطاقة الكهربائية التجارية، أدى انتقال الطاقة الكهربائية بنفس الجهد المستخدم في الإضاءة والأحمال الميكانيكية إلى تقييد المسافة بين محطة التوليد والمستهلكين. في عام 1882، كان التوليد مع التيار المستمر (DC)، والذي لا يمكن زيادته بسهولة في الجهد لنقل المسافات الطويلة. حيث تتطلب فئات مختلفة من الأحمال (على سبيل المثال، الإضاءة، والمحركات الثابتة، وأنظمة الجر / السكك الحديدية) الفولتية المختلفة، وبالتالي تستخدم المولدات والدارات المختلفة.[5][6]

نظرًا لهذا التخصص للخطوط ولأن ناقل الحركة كان غير فعال للدارات عالية الجهد المنخفضة التيار، فقد احتاجت المولدات إلى أن تكون قريبة من أحمالها. بدا، في ذلك الوقت، أن الصناعة سوف تتطور إلى ما يعرف الآن باسم نظام الجيل الموزع مع وجود أعداد كبيرة من المولدات الصغيرة الواقعة بالقرب من أحمالها.[7]

أصبح نقل الطاقة الكهربائية مع التيار المتناوب (AC) ممكنًا بعد لوشين گالارد و جون دكسن گبس بناء ما أسموه المولد الثانوي، وهو محول مبكر مزود بنسبة دوران 1: 1 والدارات المغناطيسية المفتوحة، في عام 1881. كان أول خط AC للمسافات الطويلة 34 kiloمترs (112,000 قدم) طويلًا، تم إنشاؤه من أجل المعرض الدولي لعام 1884 لـ Turin، Italy. تم تشغيله بواسطة مولد كهربائي بجهد 2 كيلوفولت و 130 هرتز سيمنز & هالسكي وتضمن العديد من المولدات الثانوية من Gaulard مع لفائفها الأولية متصلة في سلسلة، والتي تغذي المصابيح المتوهجة. أثبت النظام جدواه بنقل الطاقة الكهربائية AC على مسافات طويلة.[6]

كان أول نظام تكييف يعمل في الخدمة في عام 1885 عبر Dei Cerchi، روما، إيطاليا، للإضاءة العامة. كان مدعومًا بمولدين سيمنز وهالسك مولدين بقوة 30 حصان (22 كيلوواط)، 2 كيلو فولت عند 120 هرتز، واستخدما 19 كم من الكابلات و 200 محول تيار متوازي متصل بجهد 2 إلى 20 فولت مزود بدارة مغناطيسية مغلقة، واحد لكل مصباح. بعد بضعة أشهر، أعقب ذلك أول نظام تكييف هواء بريطاني، والذي تم تشغيله في Grosvenor Gallery، لندن. كما تضمنت مولدات Siemens ومحولات تنحية 2.4 كيلو فولت إلى 100 فولت واحد لكل مستخدم مع تحويلات وصل تمهيدية.[8]

 
بالعمل مع وستگنهاوس، قضى ويليام ستانلي جونيور وقته في التعافي من المرض في غريت بارگنتون في تثبيت ما يعتبر أول نظام محول تيار متناوب عملي في العالم.

من خلال ما اعتبره تصميمًا غير عملي لگولارد-گبس، طور المهندس الكهربائي ويليام ستانلي، الابن ما يعتبر أول سلسلة عملية لتحويل التيار المتناوب في عام 1885.[9] من خلال العمل بدعم من George Westinghouse، أظهر في عام 1886 نظام إضاءة التيار المتناوب القائم على المحولات في Great Barrington، Massachusetts. يتم تشغيل التيار الكهربائي إلى 100 فولت باستخدام محرك بخار يعمل على محرك 500 فولت Siemens، باستخدام محول ستانلي الجديد لتشغيل المصابيح المتوهجة في 23 شركة على طول الشارع الرئيسي مع فقدان ضئيل للغاية للطاقة على 4,000 قدم (1,200 م).[10] إن هذا العرض العملي لمحول ونظام إضاءة التيار المتناوب من شأنه أن يدفع شركة وستنگهاوس إلى البدء في تركيب أنظمة التيار المتناوب في وقت لاحق من ذلك العام.[9]

وشهد عام 1888 تصميمات لـ محرك AC، وهو ما كانت تفتقر إليه هذه الأنظمة حتى ذلك الحين. كانت هذه المحرك التحريضي تعمل على متعدد الأطوار، تم اختراعها بشكل مستقل من قبل گاليليو فيراريس و نيكولا تسلا (مع تصميم تسلا لتصريحه من وستنگهاوس في الولايات المتحدة). تم تطوير هذا التصميم ليصبح شكلًا عمليًا ثلاث أطوار بواسطة ميخائيل دوليڤو-دوبروڤولسكي و تشارلز يوجين لانسلوت براون.[11] زادت الفولتية المستخدمة لنقل الطاقة الكهربائية طوال القرن العشرين. بحلول عام 1914، كان خمسة وخمسون نطام نقل يعمل كل منها بأكثر من 70 كيلو فولت في الخدمة. بأعلى الجهد ثم تم استخدام 150 كيلو فولت.[12][13]

ستشهد أواخر ثمانينيات القرن التاسع عشر وأوائل تسعينيات القرن العشرين الاندماج المالي لشركات الكهرباء الأصغر في عدد قليل من الشركات الكبرى مثل Ganz و AEG في أوروبا و General Electric و Westinghouse Electric في الولايات المتحدة. استمرت هذه الشركات في تطوير أنظمة تكييف الهواء، لكن الفرق الفني بين الأنظمة الحالية والمباشرة سيتبع اندماجاً فنياً لفترة أطول.[14] نظرًا للابتكار في الولايات المتحدة وأوروبا، تم ببطء دمج اقتصاد الحجم الحالي للتيار المتردد مع محطات توليد كبيرة جدًا مرتبطة بالأحمال عبر النقل لمسافات طويلة مع القدرة على ربطه بجميع الأنظمة الحالية التي يلزم توفيرها. وتشمل هذه أنظمة التيار المتناوب أحادية الطور، وأنظمة AC متعددة الطور، والإضاءة المتوهجة ذات الجهد المنخفض، وإضاءة القوس عالية الجهد، ومحركات التيار المستمر الموجودة في المصانع وسيارات الشوارع. في ما أصبح "نظامًا عالميًا"، تم سد هذه الاختلافات التكنولوجية مؤقتًا من خلال تطوير محول دوار و محرك كهربائي يتيح عددًا كبيرًا من الأنظمة القديمة متصلاً بشبكة التيار المتناوب.[14][15] سيتم استبدال هذه الفجوات المؤقتة ببطء لأن الأنظمة الأقدم تم عزلها أو ترقيتها.

 
مولدات Westinghouse الحالية مولدات متعددة الأطوار معروضة في 1893 معرض العالم في شيكاغو، وهي جزء من "نظام تسلا متعدد الطور". مثل هذه الابتكارات متعدد الأطوار هي ثورة في النقل

تم أول انتقال لتيار التيار المتناوب أحادي الطور باستخدام الجهد العالي في ولاية أوريچون في عام 1890 عندما تم توصيل الطاقة من محطة كهرومائية في ويلاميت فولز إلى مدينة بورتلاند {14 ميلs (23 kم).[16] حدث أول تيار متناوب من ثلاث مراحل باستخدام الجهد العالي في عام 1891 أثناء المعرض الدولي للكهرباء في فرانكفورت. خط نقل 15 كيلو فولت، طوله حوالي 175 كم، متصل Lauffen on the Neckar وفرانكفورت.[8][17]

زادت الفولتية المستخدمة لنقل الطاقة الكهربائية طوال القرن العشرين. بحلول عام 1914، فقد كان خمسة وخمسون نظام نقل يعمل كل منها بأكثر من 70 كيلو فولت في الخدمة. تم استخدام أعلى الجهد ثم 150 كيلو فولت.[18]من خلال السماح بتوصيل محطات توليد الكهرباء المتعددة على مساحة واسعة، تم تخفيض تكلفة إنتاج الكهرباء. يمكن استخدام أكثر المصانع المتوفرة كفاءة لتزويد الأحمال المختلفة خلال اليوم. تم تحسين الموثوقية وخفضت تكلفة الاستثمار الرأسمالي، حيث يمكن مشاركة القدرة الاحتياطية لتوليد الكهرباء على العديد من العملاء و مناطق جغرافية أوسع. يمكن استغلال مصادر الطاقة البعيدة والمنخفضة التكلفة، مثل الطاقة الكهرومائية أو الوقود الأحفوري، لخفض تكلفة إنتاج الطاقة.[5][8]

جعل التصنيع السريع في القرن العشرين خطوط وشبكات النقل الكهربائي البنية التحتية الحيوية في معظم الدول الصناعية. حفزت الترابط بين محطات التوليد المحلية وشبكات التوزيع الصغيرة بمتطلبات الحرب العالمية الأولى، مع محطات توليد الكهرباء الكبيرة التي بنتها الحكومات لتوفير الطاقة لمصانع الذخيرة. فيما بعد تم ربط محطات التوليد هذه بتزويد الأحمال المدنية من خلال النقل لمسافات طويلة.[19]


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

نقل الطاقة بالجملة

 
تقلل محطة نقل فرعية الجهد من الكهرباء الواردة، مما يسمح لها بالاتصال من نقل الجهد العالي لمسافات طويلة، إلى توزيع الجهد المنخفض المحلي. كما يعيد توجيه الطاقة إلى خطوط نقل أخرى تخدم الأسواق المحلية. هذا هو PacifiCorp Hale Substation، Orem، Utah، الولايات المتحدة الأمريكية

يصمم المهندسون شبكات نقل لنقل الطاقة بأكبر قدر ممكن من الكفاءة، مع مراعاة العوامل الاقتصادية وسلامة الشبكة والتكرار في نفس الوقت. تستخدم هذه الشبكات مكونات مثل خطوط الطاقة والكابلات و قاطع الدارة والمفاتيح و المحولات. تتم إدارة شبكة النقل عادةً على أساس إقليمي بواسطة كيان مثل منظمة النقل الإقليمية أو مشغل نظام النقل. يتم تحسين كفاءة النقل بشكل كبير عن طريق الأجهزة التي تزيد من الجهد (وبالتالي تقلل التيار بشكل متناسب)، في الموصلات الخطية، مما يسمح بنقل الطاقة بخسائر مقبولة. يقلل التيار المتدفق عبر الخط من خسائر التدفئة في الموصلات. وفقًا لـ قانون جول، فإن خسائر الطاقة تتناسب طرديًا مع مربع التيار. وبالتالي، فإن تقليل التيار بعامل من اثنين سوف يقلل الطاقة المفقودة لمقاومة الموصل بعامل أربعة لأي حجم معين من الموصل. يمكن تقدير الحجم الأمثل للموصل للجهد والتيار المعين من خلال قانون كيلڤن لحجم الموصل، الذي ينص على أن الحجم في أفضل حالاته عندما تكون التكلفة السنوية للطاقة المهدرة في المقاومة مساوية للقيمة السنوية لرسوم رأس المال من توفير موصل. في أوقات انخفاض أسعار الفائدة، يشير قانون كيلڤن إلى أن الأسلاك الأكثر سمكًا هي الأمثل ؛ بينما، عندما تكون المعادن باهظة الثمن، تتم الإشارة إلى الموصلات المحددة: ومع ذلك، تم تصميم خطوط الكهرباء للاستخدام طويل الأجل، لذلك يجب استخدام قانون Kelvin بالاقتران مع التقديرات طويلة الأجل لسعر النحاس والألومنيوم وكذلك أسعار الفائدة. لرأس المال. يتم تحقيق زيادة في الجهد في دارات التيار المتناوب باستخدام "خطوة متابعة محول". تتطلب أنظمة HVDC معدات تحويل مكلفة نسبيًا والتي قد يكون لها ما يبررها اقتصاديًا لمشاريع معينة، مثل الكابلات البحرية والانتقال من نقطة إلى نقطة ذي السعة الطويلة والمسافة الأطول. HVDC ضروري لاستيراد وتصدير الطاقة بين أنظمة الشبكات غير المتزامنة مع بعضها البعض.

تتكون شبكة النقل من محطة كهرباء وخطوط نقل و محطات فرعية. تنتقل الطاقة عادةً داخل شبكة تحتوي على التيار المتناوب ثلاثي الطور . يتم استخدام التيار المتناوب أحادي الطور فقط للتوزيع على المستخدمين النهائيين لأنه غير صالح للاستخدام في تعدد كبير للأطوار للمحركات التحريضية. في القرن التاسع عشر، تم استخدام ناقل الحركة ثنائي الطور، لكنه تطلب إما أربعة أسلاك أو ثلاثة أسلاك ذات تيارات غير متساوية. تتطلب أنظمة المرحلة العليا من الترتيب أكثر من ثلاثة أسلاك، ولكنها تقدم القليل أو لا فائدة منها.

سعر محطة الطاقة الكهربائية مرتفع، والطلب على الكهرباء متغير، لذلك غالباً ما يكون استيراد جزء من الطاقة المطلوبة أرخص من توليده محليًا. نظرًا لأن الأحمال غالباً ما تكون مرتبطة إقليمياً (قد يؤدي الطقس الحار في الجزء الجنوبي الغربي من الولايات المتحدة إلى استخدام الكثير من مكيفات الهواء)، فإن الطاقة الكهربائية غالباً ما تأتي من مصادر بعيدة. نظرًا للفوائد الاقتصادية لمشاركة الأحمال بين المناطق، فإن شبكة نقل المنطقة الواسعة تمتد الآن إلى البلدان وحتى القارات. يجب أن تتيح شبكة الترابط بين منتجي الطاقة والمستهلكين القدرة على التدفق، حتى لو كانت بعض الروابط غير صالحة للعمل. يُعرف الجزء غير المتغير (أو الذي يتغير ببطء على مدار ساعات) من الطلب على الكهرباء باسم "[[[محطة توليد الكهرباء ذات الحمل الأساسي | الحمل الأساسي]]"، ويتم تقديمه عمومًا بواسطة منشآت كبيرة (والتي تكون أكثر كفاءة بسبب وفورات النطاق) مع التكاليف الثابتة للوقود والتشغيل. مثل هذه المنشآت نووية أو تعمل بالفحم أو كهرومائية، في حين أن مصادر الطاقة الأخرى مثل الطاقة الشمسية الحرارية المركزة و الطاقة الحرارية الأرضية لديها القدرة على توفير طاقة الحمل الأساسية. إن مصادر الطاقة المتجددة، مثل الطاقة الشمسية الضوئية والرياح والأمواج والمد والجزر، لا تُعتبر، بسبب تقاطعاتها، بمثابة "تحميل أساسي" ولكنها ستظل تضيف الطاقة إلى الشبكة. يتم توفير الطلب المتبقي أو "الذروة" من الطاقة بواسطة محطة توليد الطاقة القصوى، والتي عادةً ما تكون أصغر، وأسرع، وأعلى تكلفة، مثل محطات التوربينات ذات الدورة المركبة أو الاحتراق التي يغذيها الغاز الطبيعي. يعتبر نقل الكهرباء عن بُعد (بمئات الكيلومترات) رخيصًا وفعالًا، بتكاليف تتراوح بين 0.005 - 02.02 دولار أمريكي لكل كيلو وات في الساعة (مقارنة بتكاليف الإنتاج السنوية الكبيرة المتوسطة التي تتراوح بين 0.01 إلى 02525 دولار أمريكي لكل كيلو وات في الساعة، ومعدلات البيع بالتجزئة تزيد عن 0.10 دولار أمريكي لكل كيلووات في الساعة، ومضاعفات البيع بالتجزئة للموردين الفوريين في لحظات الطلب غير المتوقعة.[20] وبالتالي، يمكن للموردين البعيدين أن يكونوا أرخص من المصادر المحلية (على سبيل المثال، تشتري نيويورك أكثر من 1000 ميجاوات من الكهرباء من كندا).[21] يمكن لـ مصادر محلية" متعددة (حتى لو كانت أكثر تكلفة وتستخدم بشكل غير منتظم) أن تجعل شبكة النقل أكثر تحملاً للأخطاء في مواجهة الكوارث والكوارث الأخرى التي يمكنها فصل الموردين البعيدين.

 
A high-power electrical transmission tower, 230 kV, double-circuit, also double-bundled

يتيح النقل لمسافات طويلة استخدام موارد الطاقة المتجددة عن بُعد لتحل محل استهلاك الوقود الأحفوري. لا يمكن اقتراب مصادر الطاقة المائية والرياح من المدن المكتظة بالسكان، وتكلفة الطاقة الشمسية منخفضة في المناطق النائية حيث تكون احتياجات الطاقة المحلية ضئيلة للغاية. يمكن أن تحدد تكاليف التوصيل وحدها ما إذا كان أي بديل محدد قابل للتجديد معقول اقتصاديًا. يمكن أن تكون التكاليف باهظة لخطوط النقل، ولكن يمكن استرداد العديد من المقترحات الخاصة بالاستثمار الهائل في البنية التحتية ذات السعة العالية وشبكات النقل لمسافات طويلة الشبكة الفائقة برسوم استخدام متواضعة.

دخل الشبكة

في محطة الطاقة، يتم إنتاج الطاقة بجهد منخفض نسبيا بين حوالي 2.3 كيلو فولت و 30 كيلو فولت، وهذا يتوقف على حجم الوحدة. يتم بعد ذلك تكثيف الجهد الطرفي للمولد بواسطة محطة الطاقة المحول إلى ارتفاع الجهد (115 كيلو فولت إلى 765 كيلو فولت AC، متفاوتة حسب نظام النقل والبلد) للنقل عبر المسافات الطويلة. في الولايات المتحدة، يتراوح نقل الطاقة من 230 كيلو فولت إلى 500 كيلو فولت، مع أقل من 230 كيلو فولت أو أكثر من 500 كيلو فولت استثناءات محلية.

على سبيل المثال، يحتوي النظام الغربي على جهدين للتبادل الأولي: 500 كيلو فولت في 60 هرتز، و 500 كيلو فولت (1000 كيلو فولت صافي) من الشمال إلى الجنوب (نهر كولومبيا جنوب كاليفورنيا وشمال شرق إلى الجنوب الغربي (يوتا إلى جنوب كاليفورنيا). خط 287.5 كيلو فولت ( Hoover إلى لوس أنجلوس، عبر Victorville) و 345 كيلو فولت ( APS) كونها معايير محلية، وكلاهما تم تنفيذه قبل أن يصبح 500 كيلو فولت عمليًا، وبعد ذلك تم تطبيق معيار النظام الغربي لنقل طاقة التيار المتردد لمسافات طويلة.


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

الضياعات

يقلل نقل الكهرباء عند الجهد العالي من جزء الطاقة المفقودة إلى المقاومة، والتي تختلف اعتمادًا على الموصلات المحددة، والتدفق الحالي، وطول خط النقل. على سبيل المثال، تمتد فترة 100 ميل (160 kم) بانتشار 765 كيلو فولت وتحمل 1000 ميجاوات من الطاقة إلى 1.1٪ إلى 0.5٪. خط 345 كيلو فولت يحمل نفس الحمل عبر نفس المسافة له خسائر بنسبة 4.2 ٪.[22] بالنسبة إلى مقدار معين من الطاقة، يقلل الجهد العالي من التيار، وبالتالي فقد المقاومة في الموصل. على سبيل المثال، يؤدي رفع الجهد بعامل 10 إلى تقليل التيار بمعامل 10، وبالتالي فقد   بعامل 100، بشرط استخدام الموصلات ذات الحجم في كلا الحالات. حتى إذا انخفض حجم الموصل (مساحة المقطع العرضي) بعشرة أضعاف لمطابقة التيار السفلي، فإن خسائر   لا تزال تقل بمقدار عشرة أضعاف. يتم النقل لمسافات طويلة عادةً بخطوط هوائية عند جهد يتراوح من 115 إلى 1200 كيلو فولت. في الفولتية العالية للغاية، يوجد أكثر من 2000 كيلو فولت بين الموصل والأرض، خسائر التفريغ الإكليلي كبيرة جدًا بحيث يمكن تعويض الخسائر المقاومة الأقل في الموصلات الخطية. تشمل التدابير الرامية إلى الحد من خسائر الإكليل الموصلات بأقطار أكبر ؛ في كثير من الأحيان جوفاء لتوفير الوزن,[23] أو حزم من اثنين أو أكثر من الموصلات. تشمل العوامل التي تؤثر على مقاومة، وبالتالي فقدان الموصلات المستخدمة في خطوط النقل والتوزيع، درجة الحرارة، والتصاعد، و تأثير الغلاف. تزداد مقاومة الموصل مع ارتفاع درجة حرارته. يمكن أن يكون للتغيرات في درجات الحرارة في خطوط الطاقة الكهربائية تأثير كبير على فقد الطاقة في الخط. الدوامة، والتي تشير إلى الطريقة التي تدور الموصلات حلزونياً الذين تقطعت بهم السبل حول المركز، ويسهم أيضا في زيادة في مقاومة الموصل. يتسبب تأثير الغلاف في زيادة المقاومة الفعالة للموصل عند ترددات التيار المتناوب العالية. يمكن تقدير خسائر الهالة والمقاومة باستخدام نموذج رياضي.[24]

قدرت خسائر النقل والتوزيع في الولايات المتحدة الأمريكية بـ 6.6٪ في عام 1997,[25] 6.5% في 2007[25] و 5% من 2013 إلى 2019.[26] بشكل عام، يتم تقدير الخسائر من التناقض بين الطاقة المنتجة (كما ذكرت محطات الطاقة) والطاقة المباعة للعملاء النهائيين ؛ يمثل الفرق بين ما يتم إنتاجه وما يتم استهلاكه خسائر في النقل والتوزيع، على افتراض عدم حدوث أي سرقة للمرافق.

اعتبارًا من عام 1980، تم تحديد أطول مسافة فعالة من حيث التكلفة للإرسال التيار المستمر لتكون 7,000 kiloمترs (4,300 ميلs). بالنسبة لـ التيار المتناوب كان 4,000 kiloمترs (2,500 ميلs)، على الرغم من أن جميع خطوط النقل المستخدمة اليوم أقصر كثيرًا من هذا.[20]

في أي خط نقل التيار المتناوب، يمكن أن يكون التحريض والسعة للموصلات كبيرة . التيارات التي تتدفق فقط في "رد فعل" على هذه الخصائص للدارة، (والتي جنبا إلى جنب مع المقاومة تحدد مقاومة) تشكل الطاقة التفاعلية التي تنتقل وليس قوة "حقيقية" للتحميل. هذه التيارات التفاعلية، بالرغم، من أنها حقيقية جداً وتتسبب في خسائر تسخين إضافية في دارة النقل. إن نسبة القدرة "الحقيقية" (التي تنتقل إلى الحمل) إلى القدرة "الظاهرية" (ناتج الجهد والتيار في الدائرة، دون الرجوع إلى زاوية الطور) هي معامل الاستطاعة. كلما زاد التيار التفاعلي، زادت الطاقة التفاعلية وانخفض معامل الاستطاعة. بالنسبة لأنظمة النقل ذات معامل الاستطاعة المنخفض، تكون الخسائر أعلى من الأنظمة ذات معامل الاستطاعة العالي. تعمل المرافق على إضافة احتياطي من مكثفة ومفاعلات ومكونات أخرى (مثل محول تحويل الطور ؛ و مُعوض VAR الثابت و نظام نقل AC مرن، وقائع (FACTS) طوال عمل النظام يساعد في التعويض لتدفق الطاقة التفاعلية، يجب تقليل الخسائر في نقل الطاقة واستقرار الفولتية للنظام. وتسمى هذه التدابير مجتمعة "الدعم التفاعلي".

التحويل

يتدفق التيار عبر خطوط النقل إلى حقل مغناطيسي يحيط بخطوط كل مرحلة ويؤثر على التحريض للموصلات المحيطة في المراحل الأخرى. التحريض المتبادل للموصلات يعتمد جزئيًا على التوجه المادي للخطوط فيما يتعلق ببعضها البعض. فخطوط نقل الطاقة ثلاثية الطور مدمجة بشكل تقليدي مع مراحل مفصولة على مستويات رأسية مختلفة. التحربض المتبادل الذي يراه الموصل في المرحلة في منتصف المرحلتين الأخريين سيكون مختلفًا عن الحث الذي يراه الموصلات في الأعلى أو الأسفل. يعد التحريض غير المتوازن بين الموصلات الثلاثة مشكلة لأنه قد يؤدي إلى خط وسط يحمل كمية غير متناسبة من إجمالي الطاقة المنقولة. وبالمثل، قد يحدث حمل غير متوازن إذا كان سطر واحد هو الأقرب باستمرار من الأرض ويعمل عند مقاومة أقل. بسبب هذه الظاهرة، يجب أن يتم نقل الموصلات بشكل دوري على طول خط النقل بحيث ترى كل مرحلة وقتًا متساويًا في كل موقف نسبي لتحقيق التوازن بين التحريض المتبادل الذي شهدته جميع المراحل الثلاث. لتحقيق ذلك، يتم تبديل موضع الخط في أبراج تبديل مصمم خصيصًا على فترات منتظمة بطول خط النقل في مختلف أنظمة التبديل.

الآلية الثانوية

 
خط نقل 115 كيلو فولت في الفلبين، إلى جانب خطوط التوزيع 20 كيلو فولت و إنارة الشوارع، كلها مثبتة في الخشب قطب الإرسال الفرعي
 
115 kV أبراج تحويل إطار H

Subtransmission جزء من نظام نقل الطاقة الكهربائية الذي يعمل بجهد أقل نسبياً. من غير الاقتصادي توصيل جميع محطات التوزيع بجهد النقل الرئيسي العالي، لأن الجهاز أكبر وأكثر تكلفة. عادةً ما تتصل المحطات الفرعية الكبيرة فقط بهذا الجهد العالي. يتم تنحيها وإرسالها إلى محطات فرعية أصغر في البلدات والأحياء. عادة ما يتم ترتيب دارات الإرسال الفرعي في حلقات بحيث لا يؤدي انقطاع الخط الواحد إلى قطع الخدمة عن العديد من العملاء لأكثر من فترة قصيرة. يمكن أن تكون الحلقات "مغلقة بشكل طبيعي"، حيث يجب ألا يؤدي فقدان دائرة واحدة إلى أي انقطاع، أو "عادة مفتوحة" حيث يمكن للمحطات الفرعية التبديل إلى المورد الاحتياطي. في حين أن دارات الإرسال الفرعية عادة ما تُحمل على الخطوط الهوائية، في المناطق الحضرية، يمكن استخدام الكابلات المدفونة. حيث تستخدم خطوط الإرسال الفرعية ذات الجهد المنخفض هياكل أقل مروريةً وأبسط ؛ و هو أكثر جدوى لوضعها تحت الأرض عند الحاجة. حيث تتطلب خطوط الجهد العالي مساحة أكبر وعادة ما تكون فوق الأرض لأن وضعها تحت الأرض مكلف للغاية. لا يوجد فصل ثابت بين الإرسال الفرعي والإرسال، أو الإرسال الفرعي التوزيع. نطاقات الجهد تتداخل إلى حد ما. غالبًا ما تستخدم الفولتية البالغة 69 كيلو فولت و 115 كيلو فولت و 138 كيلو فولت للإرسال في أمريكا الشمالية. مع تطور أنظمة الطاقة، تم استخدام الفولتية التي كانت تُستخدم سابقًا للإرسال من أجل الإرسال الفرعي، وأصبحت الفولتية التي يتم إرسالها من قبل فولتية توزيع. على غرار النقل، يتحرك الإرسال الفرعي بكميات كبيرة نسبيًا من الطاقة، ومثل التوزيع، يغطي الإرسال الفرعي مساحة بدلاً من مجرد نقطة إلى نقطة.[27]

خرج شبكة النقل

في المحطات الفرعية، تعمل المحولات على خفض الجهد الكهربائي إلى مستوى أقل لـ التوزيع للمستخدمين التجاريين والسكنيين. ويتم هذا التوزيع من خلال مجموعة من النقل الفرعي (33 إلى 132 كيلو فولت) والتوزيع (3.3 إلى 25 كيلو فولت). أخيرًا، عند نقطة الاستخدام، يتم تحويل الطاقة إلى جهد كهربي منخفض (يختلف حسب الدولة ومتطلبات العميل انظر أنابيب الكهرباء حسب البلد).

الاستفادة من نقل الطاقة عالية الجهد

يسمح نقل الطاقة عالية الجهد بخسارة أقل في المقاومة عبر المسافات الطويلة في الأسلاك. حيث تتيح كفاءة النقل عالية الجهد نقل نسبة أكبر من الطاقة المولدة إلى المحطات الفرعية وبالتالي إلى الأحمال ، مما يترجم إلى توفير في التكاليف التشغيلية.

 
الشبكة الكهربائية من دون محول.
 
الشبكة الكهربائية مع محول.

في نموذج مبسط للغاية ، فلنفترض أن الشبكة الكهربائية توفر الكهرباء من مولد (على غرار منبع الجهد المثالي مع الجهد , موفرة استطاعة  ) إلى نقطة واحدة من الاستهلاك ، ممثلة بمقاومة بحتة  , عندما تكون الأسلاك طويلة بما يكفي للحصول على مقاومة كبيرة  .

إذا كانت المقاومة ببساطة على التسلسل دون أي محول بينهما ، فإن الدائرة تعمل ك مقسم جهد كهربائي ، لأن نفس التيار   يمر عبر سلك المقاومة والجهاز المزود بالطاقة. نتيجة لذلك ، فإن الطاقة المفيدة (المستخدمة في نقطة الاستهلاك) هي:

 

لنفترض الآن أن المحول يحول الكهرباء ذات الجهد العالي والمنخفضة التيار التي يتم نقلها بواسطة الأسلاك إلى كهرباء منخفضة الجهد وعالية التيار لاستخدامها في نقطة الاستهلاك. إذا افترضنا أنه محول مثالي مع نسبة جهد   (بمعنى ، يتم تقسيم الجهد بواسطة   والتيار مضروب في   في الفرع الثانوي ، مقارنة بالفرع الأساسي) ، فإن الدارة تعادل مرة أخرى مقسم الجهد ، لكن أسلاك النقل لديها الآن مقاومة واضحة فقط  .الاستطاعة المفيدة هي حينها:

 

من أجل   (على سبيل المثال تحويل الجهد العالي إلى الجهد المنخفض بالقرب من نقطة الاستهلاك) ، يتم نقل جزء أكبر من طاقة المولد إلى نقطة الاستهلاك وفقد جزء أقل إلى فعل جول أو تسخين جول.

النمذجة ومصفوفة النقل

 
"الصندوق الأسود "نموذج لخط النقل

في كثير من الأحيان ، نحن مهتمون فقط بخصائص المحطة الطرفية لخط النقل ، والتي هي الجهد والتيار في طرفي الإرسال والاستقبال. ثم يتم تصميم خط النقل نفسه على أنه" صندوق أسود " وتستخدم مصفوفة انتقال 2 2 لنمذجة سلوكها ، على النحو التالي:

 

يفترض أن يكون الخط شبكة متبادلة متناظرة ، مما يعني أنه يمكن تبديل ملصقات الاستلام والإرسال دون أي نتيجة. تحتوي مصفوفة الإرسال T أيضًا على الخصائص التالية:

  •  
  •  

البارامترات A, B, C, and D تختلف اعتمادًا على كيفية معالجة النموذج المرغوب لمقاومة لخط (R), التحريضية (L), السعة (C), وتحويلة (التوازي ، التسرب) الموصلية G. النماذج الأربعة الرئيسية هي تقريب الخط القصير ، وتقريب الخط المتوسط ، وتقريب الخط الطويل (مع البارامترات الموزعة) ، والخط بلا خسائر. في جميع النماذج الموصوفة ، حرف كبير مثل R يشير إلى إجمالي الكمية المجمعة على الخط ويشير حرف صغير مثل c إلى الكمية لكل وحدة طول.

الخط عديم الضياعات

إن التقريب lineless loss هو أقل النماذج دقة ؛ غالبًا ما يستخدم على خطوط قصيرة عندما تكون تحريضية الخط أكبر بكثير من مقاومته. بالنسبة لهذا التقريب، فإن الجهد والتيار متطابقان عند طرفي الإرسال والاستقبال.

 
الجهد على إرسال واستقبال ينتهي عند خط عديم الضياعات

الممانعة المميزة هي محض حقيقية، مما يعني مقاومة لتلك الممانعة، وغالبًا ما يطلق عليها "مقاومة الصعود" لخط عديم الضياع. عندما يتم إنهاء خط عديم الضياع بواسطة مقاومة الصعود، فلا يوجد انخفاض للجهد. على الرغم من أن زوايا الطور للجهد والتيار يتم تدويرهما، إلا أن أحجام الجهد والتيار تظل ثابتة على طول الخط. لتحميل SIL، سينخفض الجهد من طرف الإرسال وسيستهلك الخط VARs. لتحميل SIL، سيزداد الجهد من طرف الإرسال، وسيعمل الخط على "توليد" VARs.

الخط القصير

عادةً ما يتم استخدام تقريب الخط القصير للخطوط التي يقل طولها عن 50 ميلًا. بالنسبة للخط القصير ، يتم اعتبار سلسلة مقاومة فقط Z ، بينما يتم تجاهل C و 'G' '. النتيجة النهائية هي ذلك A = D = 1 بالوحدة, B = Z أوم, و C = 0. وبالتالي فإن مصفوفة الانتقال المرتبطة بهذا التقريب هي:

 

الخط المتوسط

يتم استخدام تقريب الخط المتوسط للخطوط التي يتراوح طولها بين 50 و 150 ميلًا. في هذا النموذج ، يتم النظر في ممانعة السلسلة وموصلية التحويل (تيار التسرب) ، مع وضع نصف وصل التحويل في نهاية كل سطر. غالبًا ما يشار إلى هذه الدارة باسم " '((pi) بدارة رمزية بسبب الشكل (π ) الذي يتم التقاطه عند وضع وصل التسرب على جانبي مخطط الدارة. يؤدي تحليل الخط المتوسط إلى النتيجة التالية:

 

السلوكيات المعاكسة لخطوط النقل متوسطة الطول:

  • ارتفاع الجهد عند عدم وجود حمل أو تيار صغير (تأثير فيرانتي)
  • تيار المتلقي النهائي يمكن أن يتجاوز تيار الإرسال النهائي

الخط الطويل

يتم استخدام نموذج الخط الطويل عند الحاجة إلى درجة أعلى من الدقة أو عندما يكون طول الخط قيد النظر أكثر من 150 ميلًا. تُعتبر المقاومة التسلسلية و وصل التحويلة بمثابة بارامترات موزعة ، مما يعني أن كل طول تفاضلي للخط له مقاومة تفاضلية وقبول تحويلي. يمكن تطبيق النتيجة التالية في أي وقت على طول خط النقل ، حيث   هي ثابت الانتشار.

 

للعثور على الجهد والتيار في نهاية الخط الطويل ،   يجب استبداله بـ   (طول الخط) في جميع بارامترات مصفوفة الإرسال. (للاطلاع على التطوير الكامل لهذا النموذج ، راجع معادلات Telegrapher)

الجهد العالي و التيار المستمر

يستخدم التيار المستمر عالي الجهد (HVDC) لنقل كميات كبيرة من الطاقة عبر مسافات طويلة أو للتوصيلات بين الشبكات غير المتزامنة. عندما يتم نقل الطاقة الكهربائية عبر مسافات طويلة جدًا، تصبح الطاقة المفقودة في نقل التيار المتناوب ملحوظة وأقل تكلفة لاستخدام التيار المستمر بدلاً من التيار المتناوب. بالنسبة لخط نقل طويل جدًا، يمكن أن تعوض هذه الخسائر الأقل (وتكلفة الإنشاء المنخفضة لخط DC) التكلفة الإضافية لمحطات التحويل المطلوبة في كل نهاية.

HVDC يستخدم أيضًا لفترة طويلة الكابلات البحرية حيث لا يمكن استخدام التيار المتناوب بسبب سعة الكابل.[28] في هذه الحالات، يتم استخدام كابلات عالي الجهد للتيار المستمر. غالبًا ما تستخدم أنظمة HVDC الغواصة لربط شبكات الكهرباء في الجزر، على سبيل المثال، بين بريطانيا العظمى و أوروبا القارية، وبين بريطانيا العظمى و أيرلندا، وبين تسمانيا و اليابسة الأسترالية، بين الجزر الشمالية والجنوبية لـ New Zealand، New Jersey و New York City، وبين New Jersey و Long Island. الاتصالات الغواصة التي يصل طولها 600 kiloمترs (2,000,000 قدم) وهي قيد الاستخدام حاليًا.[29]

يمكن استخدام روابط HVDC للتحكم في المشاكل في الشبكة من خلال تدفق التيار المتناوب . تزداد الطاقة المنقولة بواسطة خط التيار المتناوب مع زيادة زاوية الطور بين نهايات طرف المصدر ونهايات الوجهة، لكن زاوية الطور كبيرة للغاية ستسمح للأنظمة الموجودة في أي من نهايتي الخط بالانهيار. نظرًا لأنه يتم التحكم في تدفق الطاقة في ارتباط DC بشكل مستقل عن مراحل شبكات التيار المتناوب في أي من طرفي الرابط، لا يوجد حد زاوية الطور هذا، ويكون ارتباط DC قادرًا دائمًا على نقل طاقته المقدرة الكاملة. لذلك يستقر وصلة التيار المستمر في شبكة التيار المتناوب في أي من الطرفين، حيث يمكن بعد ذلك التحكم في تدفق الطاقة وزاوية الطور بشكل مستقل. على سبيل المثال، يتطلب ضبط تدفق طاقة التيار المتردد على خط افتراضي بين سياتل و بوسطن تعديل المرحلة النسبية للشبكتين الكهربائيتين الإقليميتين. يعد هذا حدثًا يوميًا في أنظمة التيار المتناوب، ولكنه يمكن أن يتعطل عند فشل مكونات نظام التيار المتناوب ووضع أحمال غير متوقعة على نظام شبكة العمل المتبقي. مع خط HVDC بدلاً من ذلك، فإن مثل هذا التوصيل البيني سوف:

  1. تحويل التيار المتناوب في سياتل إلى HVDC ؛
  2. استخدم HVDC لـ 3,000 ميلs (4,800 kم) انتقال الضاحية المشتركة ؛
  3. تحويل HVDC إلى AC متزامنة محليا في بوسطن،

(وربما في مدن متعاونة أخرى على طول طريق النقل). مثل هذا النظام قد يكون أقل عرضة للفشل إذا تم إغلاق أجزاء منه فجأة. أحد الأمثلة على خط نقل التيار المستمر طويلًا هو Pacific DC Intertie الموجودة في الغرب الولايات المتحدة.

السعة

كمية الطاقة التي يمكن إرسالها عبر خط النقل محدودة. تختلف أصول الحدود وفقًا لطول الخط. بالنسبة لخط قصير، فإن تسخين الموصلات بسبب فقد الخط يحدد حدًا حراريًا. إذا تم سحب الكثير من التيار، فقد تنخفض الموصلات بالقرب من الأرض، أو قد تتلف الموصلات والمعدات بسبب ارتفاع درجة الحرارة. بالنسبة للخطوط المتوسطة الطول بترتيب 100 kiloمترs (62 ميلs),، يتم تعيين الحد بواسطة انخفاض الجهد في الخط. لخطوط التيار المتردد الأطول،يحدد استقرار النظام الحد الأقصى للطاقة التي يمكن نقلها. تقريبًا، تكون الطاقة التي تتدفق عبر خط التيار المتناوب متناسبة مع جيب تمام زاوية طور الجهد والتيار عند طرفي الاستقبال والإرسال. تختلف هذه الزاوية حسب تحميل النظام وتوليده. من غير المرغوب فيه أن تقترب الزاوية من 90 درجة، مع انخفاض تدفق الطاقة ولكن تبقى ضياعات المقاومة. تقريبًا، تتناسب المنتج المسموح به لطول الخط والحمل الأقصى مع مربع جهد النظام. تستخدم المكثفات المتسلسلة أو المحولات ذات الطور المتحرك في الخطوط الطويلة لتحسين الثبات. فالخطوط الحالية ذات الجهد العالي مقيدة فقط بالحدود الحرارية وحدود انخفاض الجهد، لأن زاوية الطور ليست مادة لعمليات التشغيل هذه. حتى الآن، كان من المستحيل تقريبًا توقع توزيع درجة الحرارة على طول مسار الكابل، بحيث يتم تعيين الحد الأقصى للحمل الحالي المطبق عادة كحل وسط بين فهم شروط التشغيل وتقليل المخاطر. يعد توفر أنظمة استشعار درجة الحرارة الموزعة (DTS) الصناعية التي تقيس درجات الحرارة في الوقت الفعلي على طول الكابل كخطوة أولى في مراقبة قدرة نظام النقل. حيث يعتمد حل المراقبة هذا على استخدام ألياف بصرية سلبية كمستشعرات للحرارة، إما مدمجة مباشرة داخل كبل عالي الجهد أو مثبت خارجيًا على عزل الكبل. و يتوفر أيضًا حل للخطوط العامة. في هذه الحالة، يتم دمج الألياف الضوئية في قلب سلك الطور لخطوط النقل العلوية (OPPC). لا يتيح تقييم الكبل الديناميكي المدمج (DCR) أو الذي يُطلق عليه أيضًا حل التقييم في الوقت الفعلي (RTTR) مراقبة درجة حرارة دائرة كبلات الجهد العالي في الوقت الفعلي بشكل مستمر فقط، ولكن أيضًا من أجل الاستفادة بأمان من سعة الشبكة الحالية بأقصى ما يمكن. علاوة على ذلك، فإنه يوفر القدرة للمشغل على التنبؤ بسلوك نظام النقل عند حدوث تغييرات كبيرة في ظروف التشغيل الأولية.

التحكم

لضمان التشغيل الآمن والمتوقع، يتم التحكم في مكونات نظام ناقل الحركة بالمولدات والمحولات وقواطع الدارة الكهربائية والأحمال. حيث تم تصميم إمكانيات نقل الجهد والطاقة والتكرار وعوامل الحمل وموثوقية و دقة نظام النقل لتوفير أداء فعال من حيث التكلفة للعملاء.

موازنة الحمل

يوفر نظام النقل الحمل الأساسي و قدرة التحميل القصوى ، مع هوامش تحمل الأخطاء والسلامة. تختلف أوقات التحميل القصوى حسب المنطقة بسبب مزيج الصناعة. في المناخات الحارة والباردة جدًا يكون للتكييف المنزلي وأحمال التدفئة تأثير على الحمل الكلي. وعادة ما تكون أعلى في وقت متأخر بعد الظهر في الجزء الأكثر سخونة من السنة وفي منتصف الصباح وفي منتصف المساء في أبرد جزء من السنة. هذا يجعل متطلبات الطاقة تختلف حسب الموسم والوقت من اليوم. تأخذ تصميمات نظام التوزيع دائمًا الحمل الأساسي وتحميل الذروة في الاعتبار.

لا يحتوي نظام النقل عادةً على قدرة تخزين كبيرة لمطابقة الأحمال بالتوليد . وبالتالي ، يجب أن يبقى التوليد متطابقًا مع الحمل ، لمنع حدوث أعطال في التحميل على معدات التوليد.

يمكن توصيل مصادر وأحمال متعددة بنظام النقل ويجب التحكم فيها لتوفير نقل منظم للطاقة. في توليد الطاقة المركزية ، لا يلزم سوى التحكم المحلي في التوليد ، وهو ينطوي على تزامن وحدات التوليد ، لمنع حالات الانتقال الكبيرة وظروف التحميل الزائد.

في توليد الطاقة الموزعة يتم توزيع المولدات جغرافياً ويجب التحكم بعناية في عملية جعلها قيد التشغيل أو لا. يمكن إرسال إشارات التحكم في الحمل إما على خطوط منفصلة أو على خطوط الطاقة نفسها. يمكن استخدام الجهد والتردد كآليات إشارة لموازنة الأحمال.

في إشارات الجهد ، يستخدم تباين الجهد لزيادة التوليد. تزداد الطاقة المضافة بواسطة أي نظام مع انخفاض جهد الخط. هذا الترتيب مستقر من حيث المبدأ. التنظيم المعتمد على الجهد معقد للاستخدام في شبكات الشبكات ، حيث إن المكونات ونقاط الضبط الفردية ستحتاج إلى إعادة التكوين في كل مرة يتم فيها إضافة مولد جديد إلى الشبكة.

في إشارات التردد ، تطابق وحدات التوليد تردد نظام نقل الطاقة. في التحكم في سرعة الانحدار ، إذا انخفض التردد ، تزداد الطاقة. (يمثل الانخفاض في تردد الخط إشارة إلى أن الحمل المتزايد يؤدي إلى إبطاء المولدات.)

يمكن توصيل توربينات الرياح ، مركبة إلى شبكة وغيرها من أنظمة التخزين والتوليد الموزعة محلياً بشبكة الطاقة ، والتفاعل معها لتحسين تشغيل النظام. على الصعيد الدولي ، كان الاتجاه بطيئًا من نظام طاقة مركزي إلى نظام طاقة لامركزي. تتمثل العقبة الرئيسية لأنظمة التوليد الموزعة محليًا والتي تتضمن عددًا من الحلول الجديدة والمبتكرة في أنها تقلل من خسائر النقل من خلال التسبب في استهلاك الكهرباء بالقرب من مكان إنتاجها.[30]

ضعف الحماية

في ظل ظروف التحميل الزائدة ، يمكن تصميم النظام بحيث يفشل بشكل رشيق بدلاً من فشله ككل في وقت واحد. تحدث الإطفاءات عندما تنخفض طاقة الإمداد عن الطلب. و يحدث انقطاع التيار الكهربائي عندما يفشل العرض تمامًا.

الإطفاءالدوار (وتسمى أيضا تساقط الحمل) هو انقطاع التيار الكهربائي المصمم عمداً ، وتستخدم لتوزيع الطاقة غير كافية عندما يتجاوز الطلب على الكهرباء العرض.

الاتصالات

يحتاج مشغلو خطوط النقل الطويلة إلى اتصالات موثوقة من أجل control لشبكة الطاقة ، وفي الغالب مرافق توليد وتوزيع مرتبطة بها. يجب أن يتواصل استشعار مرحل الحماية في نهاية كل خط لمراقبة تدفق الطاقة من وإلى قسم الخط المحمي بحيث يمكن إلغاء تنشيط الموصلات أو المعدات المعطلة بسرعة وتوازن النظام المرمم. عادة ما تكون حماية خط النقل من ماس كهربائى والأعطال الأخرى أمرًا بالغ الأهمية لدرجة أن الناقل المشترك الاتصالات غير موثوقة بما فيه الكفاية ، وفي المناطق النائية قد لا يتوفر ناقل مشترك. قد تستخدم أنظمة الاتصالات المرتبطة بمشروع الإرسال:

في حالات نادرة ، وعلى مسافات قصيرة ، تستخدم الأداة الأسلاك التجريبية الممدودة على طول مسار خط النقل. لا تُفضل الدارات المستأجرة من شركات النقل العامة لأن التوافر لا يخضع لسيطرة مؤسسة نقل الطاقة الكهربائية.

يمكن أيضًا استخدام خطوط النقل لنقل البيانات: وهذا ما يسمى ناقل خط الطاقة ، أو PLC. يمكن استقبال إشارات PLC بسهولة مع جهاز راديو لنطاق الموجة الطويلة.

يمكن تضمين الألياف البصرية في الموصلات العالقة لخط النقل ، في أسلاك الدرع الهوائي . تُعرف هذه الكابلات باسم سلك الأرض الضوئي ("OPGW"). في بعض الأحيان ، يتم استخدام كابل قائم بذاته ، وكابل مدعوم بالكامل بعازل ( ADSS ) ، متصل بفروع خط النقل.

بعض الولايات القضائية ، مثل Minnesota ، تحظر على شركات نقل الطاقة من بيع عرض النطاق الترددي الزائد للاتصالات أو العمل كوسيلة للاتصالات الناقل المشترك. عندما يسمح الهيكل التنظيمي ، يمكن أن تبيع الأداة المساعدة سعة إضافية ألياف داكنة لشركة نقل مشتركة ، مما يوفر تدفقًا آخر للإيرادات.

تحسين سوق الكهرباء

يعتبر بعض المنظمين أن النقل الكهربائي هو احتكار طبيعي[31][32] وهناك تحركات في العديد من البلدان لتنظيم النقل بشكل منفصل (انظر سوق الكهرباء).

إسبانيا كانت أول دولة تنشئ منظمة نقل إقليمية. في هذا البلد ، يتم التحكم في عمليات النقل وعمليات السوق بواسطة شركات منفصلة. مشغل نظام النقل هو Red Eléctrica de España (REE) ومشغل سوق الجملة للكهرباء هو Operador del Mercado Ibérico de Energía - Polo Español، S.A (OMEL) OMEL Holding | اOmel Holding. نظام النقل في إسبانيا مرتبط بأنظمة فرنسا والبرتغال والمغرب.

حفز إنشاء RTOs في الولايات المتحدة بموجب الأمر FERC رقم 888 ، "تشجيع المنافسة بالجملة من خلال خدمات النقل غير التمييزية التي توفرها المرافق العامة ؛ استرداد التكاليف التي تقطعت بها السبل من قبل المرافق العامة والمرافق المنقولة ، صدر في عام 1996.[33] في الولايات المتحدة وأجزاء من كندا ، تعمل العديد من شركات النقل الكهربائي بشكل مستقل عن شركات التوليد ، ولكن لا تزال هناك مناطق - الولايات المتحدة الجنوبية - حيث التكامل الشامل للنظام الكهربائي سليم. في مناطق الفصل ، يستمر أصحاب الإرسال ومالكي التوليد في التفاعل مع بعضهم البعض كمشاركين في السوق بحقوق التصويت ضمن RTO. يتم تنظيم RTOs في الولايات المتحدة بواسطة الهيئة الفيدرالية لتنظيم الطاقة.

تكلفة نقل الطاقة الكهربائية

تعد تكلفة نقل الكهرباء عالية الجهد (على عكس تكاليف توزيع الطاقة الكهربائية) منخفضة نسبيًا ، مقارنةً بجميع التكاليف الأخرى الناشئة عن فاتورة الكهرباء الخاصة بالمستهلك. في المملكة المتحدة ، تبلغ تكاليف النقل حوالي 0.2 p لكل كيلوواط ساعة مقارنة بالسعر المحلي تسليم حوالي 10 p لكل كيلوواط ساعة.[34]

يقيم البحث مستوى الإنفاق الرأسمالي في سوق معدات الطاقة الكهربائية T&D بقيمة 128.9 مليار دولار في عام 2011.[35]

النقل التجاري

النقل التجاري هو ترتيب يقوم فيه طرف ثالث ببناء وتشغيل خطوط نقل الكهرباء من خلال منطقة الامتياز لفائدة شاغرة حالية غير ذات صلة.

تشمل مشاريع نقل التجار العاملة في الولايات المتحدة Cross Sound Cable من Shoreham ، نيويورك إلى New Haven ، كونيتيكت ، خط نقل Neptune RTS من [[Sayreville، New] جيرسي]] إلى New Bridge ، نيويورك ، و Path 15 في كاليفورنيا. هناك مشاريع إضافية قيد التطوير أو تم اقتراحها في جميع أنحاء الولايات المتحدة ، بما في ذلك Lake Erie Connector ، وهو خط نقل تحت الماء اقترحته ITC Holdings Corp. ، والذي يربط أونتاريو لتحميل البنى الخدمية في منطقة PJM Interconnection.[36]

يوجد رابط واحد غير منظم أو سوق واحد في أستراليا: Basslink بين Tasmania و Victoria. تم تنفيذ ارتباطين DC تم تنفيذهما أصلاً على أنهما وصلات داخلية لسوق Directlink و Murraylink ، تم تحويلهما إلى روابط داخلية خاضعة للتنظيم. NEMMCO

من العوائق الرئيسية التي تحول دون اعتماد النقل التجاري على نطاق واسع صعوبة تحديد من يستفيد من المنشأة بحيث يدفع المستفيدون الرسوم. أيضًا ، من الصعب على خط النقل التجاري أن يتنافس عندما يتم دعم خطوط النقل البديلة من قبل شركات الخدمات العامة القائمة مع قاعدة أسعار محتكرة ومنظمة..[37] في الولايات المتحدة ، يحاول الأمر رقم 1000 الصادر عن FERC ، الصادر في عام 2010 ، تقليل الحواجز أمام استثمار الأطراف الثالثة وإنشاء خطوط نقل تجارية حيث توجد حاجة إلى سياسة عامة.[38]

المخاوف الصحية

فشلت بعض الدراسات الكبيرة ، بما في ذلك دراسة كبيرة في الولايات المتحدة ، في العثور على أي صلة بين العيش بالقرب من خطوط الطاقة وتنمية أي مرض أو أمراض ، مثل السرطان. وجدت دراسة أجريت في عام 1997 أنه لا يهم مدى قرب واحد من خط كهرباء أو محطة فرعية ، لم يكن هناك خطر متزايد من السرطان أو المرض.[39]

تشير الدلائل العلمية السائدة إلى أن الإشعاع الكهرومغناطيسي منخفض الطاقة ومنخفض التردد المرتبط بالتيارات المنزلية وخطوط نقل الطاقة العالية لا يشكل خطراً على الصحة على المدى القصير أو الطويل. ومع ذلك ، فقد وجدت بعض الدراسات الارتباط الإحصائي بين الأمراض المختلفة والمعيشة أو التي تعمل بالقرب من خطوط الطاقة. لم يتم إثبات أي آثار صحية ضارة للأشخاص الذين لا يعيشون بالقرب من خطوط الكهرباء.[40]

أجرت هيئة الخدمة العامة لولاية نيويورك دراسة ، موثقة في "الرأي رقم 78-13" (الصادر في 19 يونيو 1978) ، لتقييم الآثار الصحية المحتملة للمجالات الكهربائية. رقم حالة الدراسة قديم جدًا بحيث لا يمكن إدراجه كرقم حالة في قاعدة بيانات اللجنة على الإنترنت ، DMM ، وبالتالي يصعب العثور على الدراسة الأصلية. اختارت الدراسة استخدام شدة المجال الكهربائي التي تم قياسها على حافة خط نقل موجود (لكن تم بناؤه حديثًا) على خط نقل 765 كيلو فولت من نيويورك إلى كندا ، على بعد 1.6 كيلو فولت / م ، كحد أقصى قياسي مؤقت مجال كهربائي على حافة أي خط نقل جديد يمين في الطريق تم بناؤه في ولاية نيويورك بعد صدور الطلب. حدَّد الرأي أيضًا الجهد لجميع خطوط النقل الجديدة التي بنيت في نيويورك إلى 345 كيلو فولت. في 11 سبتمبر 1990 ، بعد دراسة مماثلة لشدة المجال المغناطيسي ، أصدرت NYSPSC "بيان السياسة المؤقتة بشأن الحقول المغناطيسية". حددت هذه الدراسة معيارًا مؤقتًا للمجال المغناطيسي يبلغ 200 ميللي جرام على حافة يمين الطريق باستخدام معدل موصل الشتاء الطبيعي. قد يكون من الصعب العثور على هذه الوثيقة اللاحقة على قاعدة بيانات NYSPSC على الإنترنت ، لأنها تسبق نظام قاعدة البيانات على الإنترنت. بالمقارنة مع العناصر اليومية ، ينتج مجفف شعر أو بطانية كهربائية مجال مغناطيسي 100 ميلي غرام - 500 ميلي غرام. يمكن للحلاقة الكهربائية إنتاج 2.6 كيلو فولت / م. بينما يمكن حماية الحقول الكهربائية ، لا يمكن حماية الحقول المغناطيسية ، لكن يتم تصغيرها عادة عن طريق تحسين موقع كل مرحلة من مراحل الدارة في المقطع العرضي.[41][42]

عند اقتراح خط نقل جديد ، ضمن التطبيق المقدم إلى الهيئة التنظيمية المعمول بها (عادةً لجنة عمومية للمرافق العامة) ، غالبًا ما يكون هناك تحليل لمستويات المجال الكهربائي والمغناطيسي على حافة حقوق الوصول. يتم إجراء هذه التحليلات بواسطة أداة مساعدة أو بواسطة مستشار في الهندسة الكهربائية باستخدام برنامج النمذجة. تتمتع لجنة المرافق العامة لولاية واحدة على الأقل بالوصول إلى البرامج التي طورها مهندس أو مهندسون في إدارة طاقة Bonneville لتحليل الحقول الكهربائية والمغناطيسية على حافة حقوق النقل لخطوط النقل المقترحة. في كثير من الأحيان ، لن تعلق لجان المرافق العامة على أي آثار صحية بسبب الحقول الكهربائية والمغناطيسية وستحيل طالبي المعلومات إلى وزارة الصحة التابعة للدولة.

هناك تأثيرات بيولوجية مثبتة على الحدية العالية للتعرض لمستوى الحقول المغناطيسية أعلى بكثير من 100 µT (1 G) (1000 ملغ). في البيئات السكنية ، هناك "أدلة محدودة على مسرطن للبشر وأقل من الأدلة الكافية للتسرطن في الحيوانات التجريبية" ، على وجه الخصوص ، سرطان الدم في مرحلة الطفولة ، المرتبطة متوسط التعرض لتردد القدرة السكنية مجال مغناطيسي أعلى من 0.3 µT (3 ملغ) إلى 0.4 µT (4 ملغ). تتجاوز هذه المستويات متوسط الحقول المغناطيسية بتردد القدرة السكنية في المنازل ، والتي تبلغ حوالي 0.07 µT (0.7 mG) في أوروبا و 0.11 µT (1.1 mG) في أمريكا الشمالية.[43][44]

تختلف شدة المجال المغنطيسي الأرضي الطبيعي على سطح الكوكب بين 0.035 mT و 0.07 mT (35 µT - 70 µT أو 350 mG - 700 mG) في حين أن المعيار الدولي للحد الأقصى للتعرض المستمر يكون عند 40 mT (400،000 mG أو 400 G) لعامة الناس.[43]

يمكن استخدام منظم نمو الأشجار وطرق التحكم في مبيدات الأعشاب في أحفقية مرور خط النقل[45] التي قد يكون لها آثار صحية.

السياسة لكل البلد

الولايات المتحدة

الهيئة الفيدرالية لتنظيم الطاقة (FERC) هي الوكالة التنظيمية الرئيسية لنقل الطاقة الكهربائية ومبيعات الكهرباء بالجملة داخل الولايات المتحدة. تم تأسيسها في الأصل من قبل الكونغرس في عام 1920 باسم لجنة السلطة الفيدرالية ومنذ ذلك الحين خضعت لعدة تعديلات على الاسم والمسؤولية. إن ما لا تنظمه FERC ، في المقام الأول توزيع الطاقة الكهربائية وبيع التجزئة للسلطة ، حيث يخضع ذلك لسلطة الدولة.

هناك اثنان من أبرز سياسات الطاقة الأمريكية التي تؤثر على نقل الكهرباء هي الأمر رقم 888 و قانون سياسة الطاقة لعام 2005.

تم تصميم الأمر رقم 888 الذي اعتمدته FERC في 24 أبريل 1996 ، لإزالة العوائق التي تحول دون المنافسة في سوق الجملة للطاقة بالجملة ولتوفير طاقة أكثر كفاءة وأقل تكلفة لمستهلكي الكهرباء في البلاد. يتمثل الركن القانوني والسياسي لهذه القواعد في معالجة التمييز غير المبرر في الوصول إلى أسلاك النقل المملوكة للاحتكار والتي تتحكم فيما إذا كان من الممكن نقل الكهرباء في التجارة بين الولايات (من و إلى).”[46]طلب الأمر رقم 888 من جميع المرافق العامة التي تمتلك أو تتحكم أو تشغل المرافق المستخدمة لنقل الطاقة الكهربائية في التجارة بين الولايات ، أن يكون لها تعريفة انتقال مفتوحة غير تمييزية. تتيح هذه التعريفات لأي مولد كهرباء الاستفادة من خطوط الطاقة الموجودة بالفعل لنقل الطاقة التي تولدها. كما يسمح الأمر رقم 888 للمرافق العامة باسترداد التكاليف المرتبطة بتوفير خطوط الكهرباء الخاصة بهم كخدمة وصول مفتوحة.[46][47]

إن قانون سياسة الطاقة لعام 2005 (EPAct) الذي تم توقيعه ليصبح قانونًا من قبل الكونغرس في 8 أغسطس 2005 ، زاد من توسيع نطاق السلطة الفيدرالية لتنظيم نقل الطاقة. أعطت EPAct FERC مسؤوليات جديدة كبيرة بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر إنفاذ معايير موثوقية النقل الكهربائي ووضع حوافز معدل لتشجيع الاستثمار في النقل الكهربائي.[48]

تاريخياً ، مارست الحكومات المحلية سلطتها على الشبكة ولديها مثبطات كبيرة لتشجيع الإجراءات التي من شأنها أن تفيد الدول الأخرى غير دولها. إن المناطق ذات الكهرباء الرخيصة لديها عامل مثبط للتشجيع على جعل التجارة بين الولايات في تجارة الكهرباء أسهل ، لأن المناطق الأخرى ستكون قادرة على التنافس على الطاقة المحلية ورفع الأسعار. على سبيل المثال ، لا ترغب بعض الهيئات التنظيمية في ولاية ماين في معالجة مشاكل الازدحام لأن الازدحام يعمل على إبقاء معدلات ماين منخفضة.[49] علاوة على ذلك ، يمكن لدوائر التصويت الانتخابية المحلية أن تمنع أو تبطئ التصاريح من خلال الإشارة إلى التأثيرات المرئية ، والمخاوف البيئية والصحية المتصورة. في الولايات المتحدة ، ينمو التوليد بمعدل أسرع أربع مرات من الإرسال ، ولكن ترقيات الإرسال الكبيرة تتطلب التنسيق بين عدة دول ، وتصاريح عديدة ومتشابكة ، والتعاون بين جزء كبير من 500 شركة تملك الشبكة. من منظور السياسة العامة ، يتم التحكم في الشبكة balkanized ، وحتى [[وزير الطاقة في الولايات المتحدة | وزير الطاقة |] بيل ريتشاردسون يشير إليها على أنها "شبكة العالم الثالث" . كانت هناك جهود في الاتحاد الأوروبي والولايات المتحدة لمواجهة المشكلة. أدى اهتمام الأمن القومي الأمريكي بقدرة النقل المتزايدة بشكل ملحوظ إلى تمرير قانون الطاقة لعام 2005 الذي يمنح وزارة الطاقة سلطة الموافقة على النقل إذا رفضت الدول التصرف. ومع ذلك ، بعد فترة وجيزة من استخدام وزارة الطاقة لسلطتها لتعيين اثنين المصلحة الوطنية لنقل الحركة الكهربائية ، وقع 14 من أعضاء مجلس الشيوخ على رسالة تفيد بأن وزارة الطاقة كانت عدوانية للغاية.[50]

النقل الخاص

شبكات للسكك الحديدية

في بعض البلدان التي تعمل فيها القاطرات الكهربائية أو وحدات متعددة كهربائية على طاقة AC منخفضة التردد ، هناك طور أحادي منفصل شبكة قوة الجر تشغله السكك الحديدية. الأمثلة الرئيسية هي بلدان في أوروبا (بما في ذلك النمسا و ألمانيا و سويسرا) التي تستخدم تقنية AC الأقدم القائمة على 16 2/3 Hz (تستخدم النرويج والسويد أيضًا هذا التردد ، لكنهما يستخدمان التحويل من 50 هرتز للإمداد العام ؛ السويد لديها 16 2/3 Hz شبكة الجر ولكن فقط لجزء من النظام).

الكابلات فائقة التوصيل

تعد الموصلات الفائقة الحرارة العالية (HTS) بإحداث ثورة في توزيع الطاقة من خلال توفير نقل بلا خسارة للطاقة الكهربائية. إن تطوير الموصلات الفائقة ذات درجات الحرارة الانتقالية أعلى من درجة غليان النيتروجين السائل قد جعل مفهوم توصيل خطوط الطاقة الفائقة أمرًا ممكنًا تجاريًا ، على الأقل بالنسبة للتطبيقات عالية التحميل.[51] تم تقدير أن الضياعات ستنخفض إلى النصف باستخدام هذه الطريقة ، حيث أن معدات التبريد اللازمة تستهلك حوالي نصف الطاقة التي يتم توفيرها عن طريق القضاء على غالبية الخسائر المقاومة. بدأت بعض الشركات مثل Consolidated Edison و American Superconductor فعلياً للإنتاج التجاري لهذه الأنظمة.[52]في نظام مستقبل افتراضي واحد يسمى SuperGrid ، سيتم التخلص من تكلفة التبريد عن طريق اقتران خط النقل بخط أنابيب الهيدروجين السائل. تعد الكابلات فائقة التوصيل مناسبة بشكل خاص للمناطق ذات الكثافة العالية للحمل مثل المنطقة التجارية في المدن الكبيرة ، حيث يكون شراء تسهيلات للكابلات باهظ التكلفة.[53]

خطوط نقل HTS[54]
الموقع الطول (km) الجهد (kV) السعة (GW) العام
كارلتون, جورجيا 2000
Albany, New York[55] 0.35 34.5 0.048 2006
Long Island[56] 0.6 138 0.574 2008
Tres Amigas 5 المقترح عام 2013
مانهاتن: مشروع Hydra المقترح عام 2014
Essen, Germany[57][58] 1 10 0.04 2014

إرجاع سلك أرضي واحد

إرجاع سلك أرضي واحد (SWER) أو الإرجاع الأرضي السلك المفرد عبارة عن خط نقل أحادي السلك لتوفير الطاقة الكهربائية أحادية الطور لشبكة كهربائية للمناطق النائية بتكلفة منخفضة. يستخدم بشكل أساسي في كهربة الريف ، ولكنه يستخدم أيضًا للأحمال المعزولة الأكبر مثل مضخات المياه. عودة الأرض سلك واحد يستخدم أيضا ل HVDC عبر كابلات الطاقة البحرية.

نقل الطاقة اللاسلكية

حاول كل من Nikola Tesla و Hidetsugu Yagi تصميم أنظمة لنقل الطاقة اللاسلكية على نطاق واسع في أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين ، دون نجاح تجاري.

في نوفمبر 2009 ، فازت LaserMotive بـ NASA 2009 Power Beaming Challenge من خلال تشغيل كبل متسلق طوله عموديًا باستخدام جهاز إرسال ليزر أرضي. أنتج النظام ما يصل إلى 1 كيلو واط من الطاقة في نهاية جهاز الاستقبال. في أغسطس 2010 ، تعاقدت ناسا مع شركات خاصة لمواصلة تصميم أنظمة إشعاع الطاقة بالليزر لتزويد الأقمار الصناعية ذات المدار الأرضي المنخفض بإطلاق صواريخ باستخدام حزم أشعة الليزر.

تمت دراسة نقل الطاقة اللاسلكي لنقل الطاقة من فضائيات الطاقة الشمسية إلى الأرض. مجموعة عالية الطاقة من الأمواج الميكروية أو أجهزة الإرسال بالليزر من شأنها أن تبث الطاقة إلى الهوائي المقوم. التحديات الهندسية والاقتصادية الكبرى تواجه أي مشروع الأقمار الصناعية للطاقة الشمسية.

أمن أنظمة التحكم


تعترف الحكومة الفيدرالية للولايات المتحدة بأن شبكة الكهرباء عرضة لـ الحرب الإلكترونية.[59][60]تعمل وزارة الأمن الداخلي بالولايات المتحدة مع الصناعة لتحديد نقاط الضعف ومساعدة الصناعة على تعزيز أمن شبكات نظام التحكم ، كما تعمل الحكومة الفيدرالية لضمان بناء الأمن مع تطور الولايات المتحدة للجيل القادم من شبكات "الشبكة الذكية".[61]

في يونيو 2019 ، أقرت روسيا بأنه "ممكن" أن تتعرض الشبكة الكهربائية للهجوم السيبراني من قبل الولايات المتحدة.[62]ذكرت "نيويورك تايمز" أن المتسللين الأمريكيين من الولايات المتحدة Cyber Command زرعت البرمجيات الخبيثة يحتمل أن تكون قادرة على تعطيل الشبكة الكهربائية الروسية.[63]

أرشيف

للاستزادة

المراجع

  1. ^ Hans Dieter Betz, Ulrich Schumann, Pierre Laroche (2009). Lightning: Principles, Instruments and Applications. Springer, pp. 202–203. ISBN 978-1-4020-9078-3. Retrieved on 13 May 2009.
  2. ^ Banerjee, Neela (September 16, 2001). "AFTER THE ATTACKS: THE WORKERS; Con Edison Crews Improvise as They Rewire a Truncated System" – via NYTimes.com.
  3. ^ "INVESTIGATION OF THE SEPTEMBER 2013 ELECTRIC OUTAGE OF A PORTION OF METRO-NORTH RAILROAD'S NEW HAVEN LINE". documents.dps.ny.gov. 2014. Retrieved 2019-12-29.
  4. ^ NYSPSC case no. 13-E-0529
  5. ^ أ ب Thomas P. Hughes (1993). Networks of Power: Electrification in Western Society, 1880–1930. Baltimore: Johns Hopkins University Press. pp. 119–122. ISBN 0-8018-4614-5.
  6. ^ أ ب Guarnieri, M. (2013). "The Beginning of Electric Energy Transmission: Part One". IEEE Industrial Electronics Magazine. 7 (1): 57–60. doi:10.1109/MIE.2012.2236484.CS1 maint: ref=harv (link)
  7. ^ National Council on Electricity Policy. "Electricity Transmission: A primer" (PDF). Retrieved September 17, 2019. Cite journal requires |journal= (help)
  8. ^ أ ب ت Guarnieri, M. (2013). "The Beginning of Electric Energy Transmission: Part Two". IEEE Industrial Electronics Magazine. 7 (2): 52–59. doi:10.1109/MIE.2013.2256297.CS1 maint: ref=harv (link)
  9. ^ أ ب "Great Barrington Experiment". edisontechcenter.org.
  10. ^ "William Stanley - Engineering and Technology History Wiki". ethw.org.
  11. ^ Arnold Heertje, Mark Perlman Evolving Technology and Market Structure: Studies in Schumpeterian Economics, page 138
  12. ^ Carlson, W. Bernard (2013). Tesla: Inventor of the Electrical Age. Princeton University Press. ISBN 1-4008-4655-2, page 130
  13. ^ Jonnes, Jill (2004). Empires of Light: Edison, Tesla, Westinghouse, and the Race to Electrify the World. Random House Trade Paperbacks. ISBN 978-0-375-75884-3, page 161.
  14. ^ أ ب Parke Hughes, Thomas (1993). Networks of Power: Electrification in Western Society, 1880-1930. JHU Press. pp. 120–121.
  15. ^ Garud, Raghu; Kumaraswamy, Arun; Langlois, Richard (2009). Managing in the Modular Age: Architectures, Networks, and Organizations. John Wiley & Sons. p. 249.
  16. ^ Argersinger, R.E. (1915). "Electric Transmission of Power". General Electric Review. XVIII: 454.
  17. ^ Kiessling F, Nefzger P, Nolasco JF, Kaintzyk U. (2003). Overhead power lines. Springer, Berlin, Heidelberg, New York, p. 5
  18. ^ Bureau of Census data reprinted in Hughes, pp. 282–283
  19. ^ Hughes, pp. 293–295
  20. ^ أ ب Paris, L.; Zini, G.; Valtorta, M.; Manzoni, G.; Invernizzi, A.; De Franco, N.; Vian, A. (1984). "Present Limits of Very Long Distance Transmission Systems" (PDF). CIGRE International Conference on Large High Voltage Electric Systems, 1984 Session, 29 August – 6 September. Global Energy Network Institute. Retrieved 29 March 2011. 4.98 MB
  21. ^ "NYISO Zone Maps". New York Independent System Operator. Retrieved 10 January 2014.
  22. ^ American Electric Power, Transmission Facts, page 4: https://web.archive.org/web/20110604181007/https://www.aep.com/about/transmission/docs/transmission-facts.pdf
  23. ^ California Public Utilities Commission Corona and induced currents
  24. ^ Curt Harting (October 24, 2010). "AC Transmission Line Losses". Stanford University. Retrieved June 10, 2019.
  25. ^ أ ب "Where can I find data on electricity transmission and distribution losses?". Frequently Asked Questions – Electricity. U.S. Energy Information Administration. 19 November 2009. Retrieved 29 March 2011.[dead link]
  26. ^ "How much electricity is lost in electricity transmission and distribution in the United States?". Frequently Asked Questions – Electricity. U.S. Energy Information Administration. 9 January 2019. Retrieved 27 February 2019.
  27. ^ Donald G. Fink and H. Wayne Beaty. (2007), Standard Handbook for Electrical Engineers (15th Edition). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-144146-9 section 18.5
  28. ^ Donald G. Fink, H. Wayne Beatty, Standard Handbook for Electrical Engineers 11th Edition, McGraw Hill, 1978, ISBN 0-07-020974-X, pages 15-57 and 15-58
  29. ^ Guarnieri, M. (2013). "The Alternating Evolution of DC Power Transmission". IEEE Industrial Electronics Magazine. 7 (3): 60–63. doi:10.1109/MIE.2013.2272238.CS1 maint: ref=harv (link)
  30. ^ "The Bumpy Road to Energy Deregulation". EnPowered. 2016-03-28.
  31. ^ Raghuvir Srinivasan (August 15, 2004). "Power transmission business is a natural monopoly". The Hindu Business Line. The Hindu. Retrieved January 31, 2008.
  32. ^ Lynne Kiesling (18 August 2003). "Rethink the Natural Monopoly Justification of Electricity Regulation". Reason Foundation. Archived from the original on February 13, 2008. Retrieved 31 January 2008.
  33. ^ "FERC: Landmark Orders - Order No. 888". www.ferc.gov.
  34. ^ What is the cost per kWh of bulk transmission / National Grid in the UK (note this excludes distribution costs)
  35. ^ "The Electric Power Transmission & Distribution (T&D) Equipment Market 2011–2021". Archived from the original on June 18, 2011. Retrieved June 4, 2011.
  36. ^ How ITC Holdings plans to connect PJM demand with Ontario's rich renewables, Utility Dive, 8 Dec 2014, http://www.utilitydive.com/news/how-itc-holdings-plans-to-connect-pjm-demand-with-ontarios-rich-renewables/341524/
  37. ^ Fiona Woolf (February 2003). Global Transmission Expansion. Pennwell Books. pp. 226, 247. ISBN 0-87814-862-0.
  38. ^ "FERC: Industries - Order No. 1000 - Transmission Planning and Cost Allocation". www.ferc.gov.
  39. ^ Power Lines and Cancer Archived April 17, 2011, at the Wayback Machine., The Health Report / ABC Science - Broadcast on 7 June 1997 (Australian Broadcasting Corporation)
  40. ^ Electromagnetic fields and public health, World Health Organization
  41. ^ "EMF Report for the CHPE". TRC. March 2010. pp. 1–4. Retrieved November 9, 2018.
  42. ^ "Electric and Magnetic Field Strengths" (PDF). Transpower New Zealand Ltd. p. 2. Retrieved November 9, 2018.
  43. ^ أ ب "Electromagnetic fields and public health". Fact sheet No. 322. World Health Organization. June 2007. Retrieved 23 January 2008.
  44. ^ "Electric and Magnetic Fields Associated with the Use of Power" (PDF). National Institute of Environmental Health Sciences. June 2002. Retrieved 29 January 2008.
  45. ^ Transmission Vegetation Management NERC Standard FAC-003-2 Technical Reference Page 14/50. http://www.nerc.com/docs/standards/sar/FAC-003-2_White_Paper_2009Sept9.pdf
  46. ^ أ ب "Order No. 888". United States of America Federal Energy Regulatory Commission.
  47. ^ Order No. 888, FERC. "Promoting Wholesale Competition Through Open Access Non-discriminatory Transmission Services by Public Utilities; Recovery of Stranded Costs by Public Utilities and Transmitting Utilities".
  48. ^ Energy Policy Act of 2005 Fact Sheet (PDF). FERC Washington, D.C. 8 August 2006.
  49. ^ National Council on Electricity Policy. "Electricity Transmission: A primer" (PDF): 32 (page 41 in .pdf). Archived from the original (PDF) on December 1, 2008. Retrieved December 28, 2008. Cite journal requires |journal= (help)
  50. ^ Wald, Matthew (27 August 2008). "Wind Energy Bumps into Power Grid's Limits". The New York Times: A1. Retrieved 12 December 2008.
  51. ^ Jacob Oestergaard; et al. (2001). "Energy losses of superconducting power transmission cables in the grid" (PDF). IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 11: 2375. doi:10.1109/77.920339.
  52. ^ Reuters, New Scientist Tech and. "Superconducting power line to shore up New York grid". New Scientist.
  53. ^ "Superconducting cables will be used to supply electricity to consumers". Archived from the original on July 14, 2014. Retrieved June 12, 2014.
  54. ^ "Superconductivity's First Century". Archived from the original on August 12, 2012. Retrieved August 9, 2012.
  55. ^ "HTS Transmission Cable". www.superpower-inc.com.
  56. ^ "IBM100 - High-Temperature Superconductors". www-03.ibm.com. August 10, 2017.
  57. ^ Patel, 03/01/2012 | Sonal (March 1, 2012). "High-Temperature Superconductor Technology Stepped Up". POWER Magazine.
  58. ^ "Operation of longest superconducting cable worldwide started". phys.org.
  59. ^ "Spies 'infiltrate US power grid'". April 9, 2009 – via news.bbc.co.uk.
  60. ^ "Hackers reportedly have embedded code in power grid - CNN.com". www.cnn.com.
  61. ^ "UPDATE 2-US concerned power grid vulnerable to cyber-attack". April 8, 2009 – via in.reuters.com.
  62. ^ "US and Russia clash over power grid 'hack attacks". BBC News. 18 June 2019.
  63. ^ "How Not To Prevent a Cyberwar With Russia". Wired. 18 June 2019.
  64. ^ "Development of UHV Transmission and Insulation Technology in China" (PDF).
  65. ^ "准东-皖南±1100千伏特高压直流输电工程竣工投运".
  66. ^ "India Steps It Up". Transmission & Distribution World. January 2013.

قراءة متعمقة

  • Grigsby, L. L., et al. The Electric Power Engineering Handbook. USA: CRC Press. (2001). ISBN 0-8493-8578-4
  • Hughes, Thomas P., Networks of Power: Electrification in Western Society 1880–1930, The Johns Hopkins University Press, Baltimore 1983 ISBN 0-8018-2873-2, an excellent overview of development during the first 50 years of commercial electric power
  • Reilly, Helen (2008). Connecting the Country – New Zealand’s National Grid 1886–2007. Wellington: Steele Roberts. pp. 376 pages. ISBN 978-1-877448-40-9.
  • Pansini, Anthony J, E.E., P.E. undergrounding electric lines. USA Hayden Book Co, 1978. ISBN 0-8104-0827-9
  • Westinghouse Electric Corporation, "Electric power transmission patents; Tesla polyphase system". (Transmission of power; polyphase system; Tesla patents)
  • The Physics of Everyday Stuff - Transmission Lines