Что такое мощность в электричестве. Как рассчитать электрическую мощность. Почему важно знать о мощности в электрических цепях. Какие бывают единицы измерения мощности.
Что такое мощность в электричестве и как она определяется
Мощность в электричестве — это скорость передачи или преобразования электрической энергии. Она определяется как работа, совершаемая электрическим током в единицу времени. Основные определения мощности в электричестве:
- Произведение напряжения и силы тока
- Скорость передачи электрической энергии в цепи
- Работа электрического тока в единицу времени
- Энергия, выделяемая при прохождении заряда через разность потенциалов
Единицей измерения мощности в Международной системе единиц (СИ) является ватт (Вт). Эта единица названа в честь Джеймса Уатта, изобретателя парового двигателя.
Основные формулы для расчета электрической мощности
Существует несколько формул для расчета мощности в электрических цепях:
- P = U * I, где P — мощность, U — напряжение, I — сила тока
- P = I^2 * R, где R — сопротивление
- P = U^2 / R
Эти формулы связаны между собой законом Ома. Выбор конкретной формулы зависит от известных параметров цепи. Для расчета мощности в физике используется формула:
P = A / t, где A — работа, t — время
Почему важно понимать концепцию мощности в электричестве
Понимание мощности в электрических цепях критически важно по нескольким причинам:
- Позволяет правильно подбирать компоненты электрических схем
- Помогает рассчитывать энергопотребление устройств
- Необходимо для обеспечения безопасности электрических систем
- Используется при проектировании систем электроснабжения
- Важно для оптимизации энергоэффективности
Знание основ расчета мощности помогает избежать перегрузок цепей и выхода из строя оборудования.
Виды мощности в электротехнике и их особенности
В электротехнике выделяют несколько видов мощности:
- Активная мощность — характеризует реальную работу тока, измеряется в ваттах
- Реактивная мощность — связана с созданием электромагнитных полей, измеряется в варах
- Полная мощность — геометрическая сумма активной и реактивной, измеряется в вольт-амперах
- Мгновенная мощность — мощность в конкретный момент времени
- Средняя мощность — усредненное значение мощности за период
Для цепей постоянного тока используется только понятие активной мощности. В цепях переменного тока учитываются все виды мощности.
Как рассчитать мощность в различных электрических схемах
Расчет мощности зависит от типа электрической цепи:
- В цепях постоянного тока: P = U * I
- В цепях переменного тока: P = U * I * cos φ, где cos φ — коэффициент мощности
- В трехфазных цепях: P = √3 * U * I * cos φ
- Для резистивных элементов: P = I^2 * R
- Для емкостных и индуктивных элементов учитывается реактивная мощность
При расчетах важно учитывать активные и реактивные составляющие мощности, особенно в сложных цепях переменного тока.
Практическое применение понятия мощности в электротехнике
Понятие мощности широко применяется в различных областях электротехники:
- Проектирование электрических сетей и систем электроснабжения
- Расчет нагрузок в промышленных и бытовых электроустановках
- Выбор проводников, трансформаторов, двигателей по мощности
- Определение энергоэффективности электрооборудования
- Учет и контроль расхода электроэнергии
- Защита электрических цепей от перегрузок
- Оптимизация режимов работы электростанций
Правильный расчет мощности позволяет создавать надежные и экономичные электрические системы.
Современные тенденции в измерении и управлении электрической мощностью
В области измерения и управления электрической мощностью наблюдаются следующие тенденции:
- Внедрение интеллектуальных систем учета электроэнергии (smart metering)
- Использование цифровых анализаторов мощности с высокой точностью измерений
- Развитие технологий управления спросом на электроэнергию (demand response)
- Применение систем мониторинга качества электроэнергии
- Оптимизация перетоков мощности в интеллектуальных сетях (smart grids)
- Разработка алгоритмов прогнозирования и балансировки мощности в энергосистемах
Эти инновации позволяют повысить эффективность использования электроэнергии и надежность электроснабжения.
Расчет электрической мощности
Добавлено 1 октября 2020 в 09:01
Формула расчета мощности
Мы видели формулу для определения мощности в электрической цепи: умножая напряжение в «вольтах» на ток в «амперах», мы получаем ответ в «ваттах». Давайте применим ее на примере схемы:
Рисунок 1 – Пример электрической схемыКак использовать закон Ома для определения силы тока
В приведенной выше схеме мы знаем, что у нас напряжение батареи 18 В и сопротивление лампы 3 Ом. Используя закон Ома для определения силы тока, мы получаем:
\[I = \frac{E}{R} = \frac{18 \ В}{3 \ Ом} = 6 \ А\]
Теперь, когда мы знаем силу тока, мы можем взять это значение и умножить его на напряжение, чтобы определить мощность:
\[P = IE = (6 \ А)(18\ В) = 108 \ Вт\]
Это говорит нам о том, что лампа рассеивает (выделяет) 108 Вт мощности, скорее всего, в виде света и тепла.
Увеличение напряжения батареи
Давайте попробуем взять ту же схему и увеличить напряжение батареи, чтобы посмотреть, что произойдет.
Интуиция подсказывает нам, что с увеличением напряжения ток в цепи будет увеличиваться, а сопротивление лампы останется прежним. Таким же образом, увеличится и мощность:
Теперь напряжение аккумулятора составляет 36 вольт вместо 18 вольт. Лампа по-прежнему обеспечивает для прохождения тока электрическое сопротивление 3 Ом. Теперь сила тока равна:
\[I = \frac{E}{R} = \frac{36 \ В}{3 \ Ом} = 12 \ А\]
Это понятно: если I = E/R, и мы удваиваем E, а R остается прежним, сила тока тоже должна удвоиться. Так и есть: теперь у нас сила тока 12 ампер, вместо 6 А. А что насчет мощности?
\[P = IE = (12 \ А)(36\ В) = 432 \ Вт\]
Как повышение напряжения батареи влияет на мощность?
Обратите внимание, что мощность, как мы могли догадаться, увеличилась, но она увеличилась немного больше, чем ток. Почему? Поскольку мощность является функцией напряжения, умноженного на ток, а значения напряжения и силы тока увеличились в два раза по сравнению с их предыдущими значениями, мощность увеличится в 2 х 2, или в 4 раза.
2R\]
Резюме
- Мощность измеряется в ваттах, которые обозначается как «Вт».
- Закон Джоуля: P = I2R; P = IE; P = E2/R
Оригинал статьи:
- Calculating Electric Power
Теги
Закон ДжоуляЗакон ОмаМощностьОбучениеРассеиваемая мощностьСхемотехникаЭлектрический токЭлектрическое напряжениеЭлектричествоНазад
Оглавление
Вперед
Немного об электричестве | ТЕХНОМЕДИА ГРУПП
Без электричества не заработает на объекте ничего. Всем устройствам требуется электропитание. Конечно — большую часть работ с электричеством выполняют электрики на объектах, но всегда остаётся пусть небольшой, но важный кусок, который приходится выполнять самому.
Совсем немного теории
Начнём с главного закона электричества — закона Ома.
Если не полениться и открыть Википедию, то этот закон можно записать десятком способов! Но мы возьмём самый простой, который проходят в школе сразу после букваря.
I – сила тока в Амперах
U – напряжение в Вольтах
R – сопротивление в Омах
Тут главное надо для себя уяснить, что чем больше напряжение, тем больше ток, а чем больше сопротивление — тем меньше ток.
Мощность электрических систем считают по следующей формуле:
P – мощность в Вольт-Амперах
I – сила тока в Амперах
U – напряжение в Вольтах
То есть мощность тем больше, чем больше ток и напряжение. Вот вроде и все. Для дальнейшей работы теории хватит.
Зачем это все было нужно? В мультимедийных системах главная задача что бы все работало и не сгорело, а провода не оплавились. Вот этих знаний и хватит для правильной работы с электричеством.
Если внимательно смотреть характеристики приборов, то можно заметить, что мощность иногда измеряют в вольт-амперах (ВА), а иногда в Ваттах (Вт).
В чем разница?
В вольт-амперах измеряется полная мощность, равная произведению силы тока на напряжение. А в Ваттах измеряется активная мощность, в формулу которой входит дополнительно значение коэффициента нагрузки cos φ (читается косинус фи). Значение этого коэффициента меняется от 0,6 у электродвигателей до 1 у лампочек. Обычно принято считать его равным 0,8, но как ты понял, в больших системах его нужно считать очень точно.
Электрические кабели
Для подачи электрического питания на оборудование могут применяться как алюминиевые, так и медные провода. У каждого из них есть как достоинства, так и недостатки. Но в специфике наших систем применяются только медные кабели, поэтому рассматривать будем только их.
Кабель или провод? Как правильно называть? Провод — это одна токопроводящая жила в изоляции. Если проводов несколько, и они ещё в общей изоляции — то это кабель.
Самих конструкций кабелей очень много. Есть исполнения для трёхфазного питания, для протяжки на улице или под водой.
Здесь рассмотрим только те кабели, которые протягиваются внутри помещений для передачи однофазного напряжения ~230 Вольт.
Медные кабели выпускаются как одножильные (монолитные), так и многожильные (многопроволочные). Использовать для стационарной проводки многожильный кабель современными правилами категорически запрещено. Он используются только для гибкой подводки питающего напряжения в качестве удлинителя.
Цвета жил у кабеля имеют большое значение.
| Фаза | В проводе для одной фазы чаще всего цвет коричневый, но этот стандарт выполняется не всегда. | |
| Нейтраль | Синий | |
| Земля | Жёлто-зелёный |
Для прокладки электропроводки по помещению чаще всего используют монолитный кабель с тремя жилами и с изоляцией из ПВХ. К изоляции кабеля особые требования у пожарных, поэтому на объектах всегда уточняй, разрешено ли протягивать именно этот кабель именно в этом помещении? Иначе придётся его перетягивать после получения от пожинспекции пи…
Правильный выбор кабеля
Чаще всего питание к оборудованию подводят профессиональные электрики, которым дают техническое задание.
В этом задании указываются точки подвода и потребляемые мощности оборудования. Дальнейшие расчёты они делают сами — то есть выбирают правильные автоматы в распределительном щитке и сечения жил кабелей.
Но иногда приходится самостоятельно подводить электропитание до тех точек, которые не были указаны в задании. Например, когда электропитание нужно взять не от щитка, а от стойки с оборудованием.
Выбор кабеля производится по мощности подключаемого оборудования. Мощности просто суммируются, но перед этим они должны быть приведены к единым единицам измерения — Ваттам. Все мощности, указанные производителем в ВА надо умножить на 0,8.
Далее надо использовать приведённую таблицу.
| Сечение одножильного кабеля, мм2 | Максимальный ток, А | Максимальная мощность, кВт |
| 1,5 | 19 | 4,1 |
| 2,5 | 27 | 5,9 |
| 4 | 38 | 8,3 |
| 6 | 46 | 10,1 |
| 10 | 70 | 15,4 |
| 16 | 85 | 18,7 |
| 25 | 115 | 25,3 |
В столбце максимальной мощности нужно найти значение, которое больше подсчитанной суммарной мощности оборудования.
И сразу будет понятно, какое сечение должно быть у провода. А если устанавливается защитный автомат — то на какой номинал тока требуется автомат.
Соединение кабелей
В правилах устройства электроустановок (ПУЭ) прописаны различные варианты соединителей, включая винтовые, зажимные, сварочные, прессовочные и даже пайка. Есть несколько допустимых методов использования различных соединителей для одно- и многожильных проводов. Обрати внимание, по современным правилам скрутка недопустима для любых проводов.
| Винтовыми клеммами и обычными винтами с пластинами проще всего соединять одножильные провода. Винт не сможет их перерезать. Если кабель состоит из нескольких проволочек, то это может привести к тому, что часть из них порвётся. Эти контакты рекомендуется подтягивать хотя бы раз в год. | |
Зажимные клеммы WAGO идеально подходят для одножильного провода. Часто бывают заполнены специальной пастой, которая защищает провода от окисления. | |
| Многоразовые клеммы WAGO подходят и для одножильных, и для многожильных проводов. Наилучший вариант соединений на сегодняшний день. | |
| Прессовка позволяет надёжно соединять как одножильные, так и многожильные провода. Однако нужен специальный инструмент и специальные клипсы. | |
| Пайка может использоваться при соединении проводников малого сечения. Немного проще выполнить пайку многожильного кабеля. |
Вилки и розетки на 230 Вольт
Как просто воткнуть вилку в розетку. Все делают это десятки раз в день не задумываясь. Но если попробовать об этом подумать, то окажется, что разнообразие электрических подключений просто огромно. Попробуем кратко описать те из них, которые могут использоваться на объектах в системах мультимедиа.
Самые первые розетку и вилку запатентовал Харви Хаббелл (Harvey Hubbell) в 1904 году. А розетку Schuko с заземлением изобрёл и запатентовал в 1926 году Альберт Бюттнер (Albert Büttner).
Сначала разберёмся с вилками. Бытовые делятся на разные типы — от Type A до Type M с кучей ответвлений. Плюс ещё имеются специализированные вилки для аппаратуры и для подключения больших напряжений. Нас интересуют не все типы, так что пробуем разобраться.
| Тип C, Europlug — европейская вилка без заземления. Рассчитана на токи до 2,5 Ампер. Два контакта не параллельны друг другу, а слегка сходятся и пружинят. Их центры отстоят друг от друга на 17,5 мм на концах и на 18,6 мм у корпуса. Так что вилки не кривые, а так и сделаны. | |
| Тип F, Schuko — европейская вилка с заземлением. Рассчитана на токи до 16 Ампер. «Schuko» — это сокращение от немецкого термина Schutzkontakt (дословно: «защитный контакт»), что просто указывает на то, что вилка и розетка снабжены контактами защитного заземления. | |
IEC C14 — очень распространённая вилка для подключения различного оборудования. Рассчитана на токи до 10 Ампер. Трёхпроводной кабель с вилкой C14 на одном конце и с розеткой C13 на другом обычно называют шнуром IEC (IEC cord). | |
| IEC C20, полное название: IEC-320-C20. Вилка рассчитана на токи до 16 Ампер. Используется в некотором IT оборудовании, где требуются большие токи, например в мощных рабочих станциях или серверах, источниках бесперебойного питания, сетевых роутерах, и т.п. | |
| IEC 60309 — это семейство вилок на большие токи и напряжения. Выпускаются соединения на 16, 32, 63, 125, 250, 400, 630 и 800 Ампер! Чаще всего применяются для подключения электропитания шкафа с аппаратурой. Разъём довольно ответственный, и работать с ним должны только те сотрудники, которые имеют соответствующий сертификат на работы с электричеством. Цвет корпуса определяет напряжение, с которым этот разъём может работать. Синий — это 200-250 Вольт. | |
powerCON — это электрический разъем разработки Neutrik для подключения электропитания к оборудованию. Он выглядит и работает аналогично звуковому разъёму speakON. Все контакты в разъёме полностью изолированы даже при отключении. Наиболее распространённая версия powerCON проводит ток 20 Ампер. Разъём выпускается в двух намеренно несовместимых вариантах, которые невозможно соединить вместе. Тип А синий и используется для источников питания. Тип B серый и используется для потребителей энергии. Кабель обязательно должен содержать разъёмы разного цвета на концах. |
Для этих вилок имеются ответные части — розетки. Рассматривать их подробно особого смысла нет — главное не пытаться силой впихнуть не ту вилку в не ту розетку. На картинке показаны розетки разных стран — заодно вспомнишь их флаги.
Мощность в физике и электричестве
Узнайте о мощности в физике и электричестве с определением, единицами измерения, формулой, расчетом и примерами.
Здесь мы узнаем о мощности в физике и электричестве с определением, единицей измерения, формулой, расчетом и примерами.
Содержание
Определение мощности в физике
Вот некоторые определения мощности в терминах физики и электричества:
- Электроэнергия : Произведение напряжения и тока.
- Электроэнергия определяется как скорость, с которой электрическая энергия передается по электрической цепи. Единицей мощности в СИ является ватт .
- Электрическая энергия, произведенная в единицу времени.
Ток, протекающий по плохому проводнику, производит тепло за счет эффекта, аналогичного механическому трению. Это тепло представляет собой энергию, которая исходит от заряда, проходящего через разность потенциалов.
Помните, что отдельные заряды могут выполнять работу и обеспечивать энергию.
Работа, связанная с нагревом резистора, не очень полезна, если только мы не делаем нагревательную пластину; скорее это побочный продукт ограничения текущего потока.
Мощность измеряется в единицах ватт ( Вт ), названных в честь Джеймса Уатта, англичанина, который изобрел паровой двигатель, устройство для производства большого количества полезной энергии.
Формула для расчета мощности в электричестве
Мощность, выделяемая резистором в виде тепла, может быть рассчитана как P=VI , где I — ток, протекающий через резистор, а В — напряжение на нем.
Формула мощности
Закон Ома связывает эти две величины, поэтому мы также можем рассчитать мощность, поскольку мощность, производимая в резисторе, повышает его температуру и может изменить его значение или разрушить его.
Большинство резисторов имеют воздушное охлаждение и изготавливаются с различной допустимой мощностью. Наиболее распространенными значениями являются резисторы на 1/8, 1/4, 1 и 2 Вт, и чем больше номинальная мощность, тем физически больше резистор.
В некоторых устройствах высокой мощности используются специальные резисторы с водяным охлаждением.
Формула для расчета мощности в физике
Мощность — это скорость выполнения работы.
Р = Вт/Т; , где P = мощность, Вт = выполненная работа, T = время, затраченное на выполнение работы.
Похожие сообщения:
- Определение электроники
- Словарь по электронике
- Зачем изучать электронику
- Правила параллельных и последовательных электрических цепей
- Как производится, передается и распределяется электроэнергия?
- Основы электроники и электричества
- Что такое электронная схема?
- Виды электрического тока – переменный ток (переменный ток) | Постоянный ток (постоянный ток)
- Электронные схемы для начинающих
- Как работает солнечная энергия
- Разница потенциалов
- Активные и пассивные электронные компоненты
- Как работает электронная/электрическая схема
Как работает энергосистема США?
Введение
Обширная сеть электростанций, линий электропередач и распределительных центров вместе составляют электрическую сеть США.
Сеть постоянно уравновешивает спрос и предложение на энергию, которая питает все, от промышленности до бытовой техники. Вне поля зрения большинства, сеть обычно привлекает внимание общественности только из-за крупномасштабных сбоев, таких как отключение электроэнергии, которое произошло в Техасе в начале 2021 года.
Подробнее от наших экспертов
Цзунъюань Зои Лю
Зеленые ямы возобновляемых источников энергии против сельскохозяйственных угодий. Ядерная энергия может помочь
Хайди Кребо-Редикер
Союзники и противники наблюдают за приближением кризиса потолка долга
Элис С. Хилл
Что означают промежуточные выборы 2022 года для климатической политики США
Экстремальные погодные явления, вызванные изменением климата, и уязвимость к кибератакам вызвали опасения по поводу надежности энергосистемы.
Выбросы при производстве электроэнергии являются существенной движущей силой изменения климата, и существует настоятельная необходимость в отказе от энергии, основанной на ископаемом топливе. Но постановление Верховного суда от июня 2022 года ограничило способность Агентства по охране окружающей среды (EPA) регулировать выбросы электростанций, а это означает, что энергосистема может продолжать полагаться на ископаемое топливо.
Подробнее:
Энергетическая и климатическая политика
Инфраструктура
Соединенные Штаты
Информационная безопасность
Между тем рост возобновляемой энергии и так называемой распределенной генерации, или способность отдельных домов и предприятий производить собственную энергию, поставили традиционную сеть под все большее давление. Он теряет клиентов, в то время как его стареющая инфраструктура требует капитального и дорогостоящего ремонта. Принятый в конце 2021 года широкомасштабный закон об инфраструктуре предусматривает около 65 миллиардов долларов на улучшение сети, и администрация Джо Байдена начала работать со штатами над ускорением модернизации.
Как работает сетка?
Краткий обзор ежедневных новостей
Сводка мировых новостей с анализом CFR доставляется на ваш почтовый ящик каждое утро.
Большинство будних дней.Просмотреть все бюллетени >
Электрическая сеть США восходит к 1882 году, когда Томас Эдисон открыл первую в стране электростанцию на станции Перл-Стрит в Нижнем Манхэттене. В то время как сеть расширилась от первоначальных пятидесяти девяти клиентов Эдисона до сотен миллионов пользователей, на протяжении десятилетий ее базовая структура оставалась практически неизменной. По данным Управления энергетической информации США (EIA), электростанции, работающие на ископаемом топливе — сжигающие уголь, нефть или природный газ, — производят около 60 процентов электроэнергии страны, а на атомную энергетику приходится почти 20 процентов. Электроэнергия передается на большие расстояния с использованием высоковольтных линий электропередачи, а местные объекты, известные как подстанции, преобразуют эту высоковольтную мощность в более низкое напряжение (процесс, называемый «понижением») и распределяют ее по близлежащим домам и предприятиям.
В совокупности сетку называют крупнейшей машиной в мире, включающей одиннадцать тысяч электростанций, три тысячи коммунальных услуг и более двух миллионов миль линий электропередач. Однако на практике в США существует три отдельных энергосистемы или автономных взаимосвязей производства и передачи электроэнергии. Это восточные, западные и техасские соединения.
Подробнее от наших экспертов
Цзунъюань Зои Лю
Зеленые ямы возобновляемых источников энергии против сельскохозяйственных угодий. Ядерная энергия может помочь
Хайди Кребо-РедикерСоюзники и противники наблюдают за приближением кризиса потолка долга
Элис С. Хилл
Что означают промежуточные выборы 2022 года для климатической политики США
Из-за высоких затрат на строительство всей этой инфраструктуры передача и распределение электроэнергии считается «естественной монополией», что означает, что только компания, достаточно крупная, чтобы контролировать весь рынок, как правило, может позволить себе необходимые инвестиции.
В результате большинству энергетических компаний предоставляется монопольный контроль над местным рынком с полномочиями предоставлять недорогую и надежную энергию в качестве общественного блага. Чтобы обеспечить соблюдение этого мандата, коммунальные предприятия либо находятся в государственной собственности, либо, что чаще, жестко регулируются регулирующими комиссиями штатов, которые устанавливают цены, которые коммунальные предприятия могут взимать с потребителей.
Как экологизация электросетей влияет на климатические цели США?
Декарбонизация сети или производство энергии из возобновляемых источников вместо ископаемого топлива занимает центральное место в климатических целях президента Байдена, особенно в его обещаниях сократить вдвое выбросы в США по сравнению с уровнем 2005 года к 2030 году и добиться к 2035 году безуглеродного энергетического сектора. четверть выбросов парниковых газов в США приходится на сжигание ископаемого топлива для производства электроэнергии.
Энергетический сектор в основном использует уголь и природный газ для производства электроэнергии. Сжигание этого ископаемого топлива приводит к выбросу парниковых газов, которые удерживают тепло и согревают планету.
Подробнее:
Энергетическая и климатическая политика
Инфраструктура
Соединенные Штаты
Информационная безопасность
Для сокращения выбросов за счет электрификации, включая переход на электромобили, потребуется чистая и надежная энергосистема. Уже сейчас производство возобновляемой энергии быстро растет. По данным EIA, в 2021 году солнечная, ветровая и другие возобновляемые источники энергии произвели 20 процентов электроэнергии в США, и ожидается, что к 2050 году эта доля удвоится. Но, по мнению экспертов, для полного отказа от ископаемого топлива потребуется ряд мер политики. : это включает субсидирование исследований и разработок (НИОКР) для производства и хранения экологически чистой энергии; и установление цены на выбросы, например налога на выбросы углерода.
Как возобновляемые источники энергии влияют на сеть?
Увеличение использования возобновляемых источников энергии создает проблемы для сетевых операторов. Например, изменчивость ветра и солнечного света затрудняет прогнозирование спроса и предложения электроэнергии. Увеличение числа домохозяйств, устанавливающих собственные источники энергии, также вызывает проблемы.
В отличие от первоначальной односторонней экономической модели сети, децентрализованные формы производства энергии, известные как «распределенная генерация», находятся на подъеме. Производство солнечной энергии, в том числе с помощью домашних установок, за последнее десятилетие выросло в геометрической прогрессии, достигнув 126,1 гигаватт (ГВт) общей мощности в 2022 году — достаточно энергии для питания более двадцати трех миллионов домов. Ожидается, что тенденция сохранится. Например, компания Tesla, производящая электромобили и экологически чистая энергия, продает аккумуляторные системы и солнечные панели в качестве альтернативы традиционной сети.
Коммунальные предприятия обеспокоены тем, что распределенная генерация угрожает их жизнеспособности, особенно из-за политики «чистого измерения». Согласно чистому измерению, впервые принятому Миннесотой в 1983 году, регулирующие органы требуют, чтобы коммунальные предприятия выкупали любую избыточную энергию у потребителей солнечной энергии по полной розничной цене за электроэнергию. Коммунальные предприятия утверждают, что, получая полную розничную цену за электроэнергию, эти пользователи фактически избегают платить за обслуживание сети, даже несмотря на то, что подавляющее большинство домов и предприятий, использующих распределенную генерацию, по-прежнему полагаются на сеть, используя ее в периоды, когда солнце не светит. или ветер не дует. По словам коммунальных служб, эти клиенты все равно должны внести свой вклад.
Коммунальные службы предупреждают, что по мере распространения использования солнечной энергии и потери клиентов им придется повышать цены, что, в свою очередь, подтолкнет больше людей к отключению от сети — процесс, известный в отрасли как «спираль смерти коммунальных служб».
Пока неясно, насколько изменились затраты; анализ, проведенный Институтом Роки-Маунтин, беспристрастной исследовательской организацией в области энергетики, подсчитал, что коммунальные предприятия на северо-востоке США могут потерять до 15 миллиардов долларов к 2030 году, поскольку потребители перейдут на солнечную энергию.
Растущая нагрузка на электросеть приходится на то время, когда, как отмечает эксперт по энергетике Брайан Уоршей, экономика США больше, чем когда-либо прежде, зависит от надежного и доступного электричества. Рост цен нанесет ущерб потребителям и предприятиям, а коммунальные предприятия, которые не в состоянии сделать необходимые инвестиции на миллиарды долларов, могут столкнуться с новыми отключениями электроэнергии, которые, по оценкам, обходятся в десятки миллиардов долларов ежегодно.
Чтобы компенсировать потерю доходов, некоторые коммунальные предприятия ввели новые сборы или ограничения для пользователей солнечной энергии. Еще один вариант — коммунальные предприятия сами займутся возобновляемой энергетикой.
Крупнейшая в США коммунальная компания Duke Energy из Северной Каролины начала интегрировать ветряную и солнечную энергию в свою сеть в 2007 году. Большая часть увеличения мощности солнечной энергии была обусловлена коммунальными службами, а не домовладельцами.
Как регулируется сеть?
Исторически сложилось так, что большинство коммунальных служб контролировали все, от электростанции до бытовой электросети. В 1978 году Конгресс принял закон о частичном дерегулировании сектора, что позволило выйти на рынок некоммерческим производителям электроэнергии. Закон об энергетической политике 1992 г. разрешил дальнейшее дерегулирование, особенно отделение производства электроэнергии (оптовые рынки) от передачи и распределения (розничные рынки). Явной целью этих усилий было продвижение конкуренции и снижение цен на энергоносители. Однако энергетический кризис в Калифорнии 2000–2001 гг. [PDF] поднял вопросы о такой реструктуризации после того, как государственные реформы привели к повышению цен, нехватке энергии и почти банкротству крупных коммунальных предприятий.
Сегодня надзор за сетью является обязанностью лоскутного одеяла федеральных властей и властей штатов. Закон об энергетической политике 2005 г. определил Федеральную комиссию по регулированию энергетики (FERC) Министерства энергетики в качестве основного органа, отвечающего за производство и передачу электроэнергии в Соединенных Штатах. Однако юрисдикция по розничному распределению электроэнергии на местном уровне, которая фактически доставляет эту энергию конечным пользователям, остается в руках правительств штатов и муниципалитетов.
Из-за растущей озабоченности по поводу изменения климата Агентство по охране окружающей среды предприняло попытку регулировать выбросы парниковых газов из сети. 1970 Закон о чистом воздухе дал агентству право ограничивать загрязнение воздуха. Под эгидой этого закона администрация Барака Обамы попыталась внедрить широкие стандарты выбросов электростанций в своем Плане экологически чистой энергии 2015 года, что является частью более масштабных усилий по переводу энергетического сектора с угля и газа на возобновляемые источники энергии.
Но план столкнулся с судебными претензиями и так и не вступил в силу. В июне 2022 года Верховный суд постановил, что Конгресс не предоставил Агентству по охране окружающей среды полномочия вводить общеотраслевые правила в отношении выбросов электростанций, хотя Агентство по охране окружающей среды может продолжать регулировать выбросы от отдельных предприятий.
Что такое интеллектуальная сеть?
«Умная сеть» относится к набору технологий, которые обеспечивают большую оперативность при подключении производителей и потребителей электроэнергии. По данным Министерства энергетики США, которое сделало создание интеллектуальной сети целью национальной политики, она включает в себя «цифровые технологии, обеспечивающие двустороннюю связь между коммунальным предприятием и его клиентами», а также обнаружение линий электропередачи.
Система интеллектуальной сети может повысить надежность и уменьшить количество перебоев в подаче электроэнергии. Специальные счетчики в домах и на предприятиях, а также датчики вдоль линий электропередач могут постоянно отслеживать спрос и предложение, а устройства размером с почтовый ящик, известные как синхрофазоры, измеряют поток электроэнергии в сети в режиме реального времени, позволяя операторам предвидеть и избегать сбоев.
Умные устройства могут «общаться» с сетью и переносить потребление электроэнергии на непиковые периоды, что снижает нагрузку на сеть, в конечном итоге снижает цены и помогает избежать отключений электроэнергии. Децентрализованные «микросети» могут быть объединены с новой аккумуляторной технологией, чтобы обеспечить подачу электроэнергии в сообщества, даже когда суровые погодные условия или другие отключения влияют на более широкую энергосистему.
Для просмотра этого видео включите JavaScript и рассмотрите возможность обновления веб-браузера до поддерживает HTML5 видео
Что такое интеллектуальная сеть?
Что такое интеллектуальная сеть?
С 2010 года Министерство энергетики инвестировало миллиарды долларов в инфраструктуру интеллектуальных сетей, и к 2017 году почти половина потребителей электроэнергии в США установили интеллектуальные счетчики. По данным EIA, к 2020 году было установлено более ста миллионов интеллектуальных счетчиков, и ожидается, что это число будет расти.
Каковы уязвимые места сети?
Экстремальные погодные явления, часто усугубляемые изменением климата, вызывают все большую обеспокоенность. Ураганы, метели, наводнения, аномальная жара, лесные пожары и даже вспышки на солнце могут вывести из строя стареющие линии электропередач. (Средний возраст электростанций составляет более тридцати лет, а силовым трансформаторам в среднем более сорока лет.) Кроме того, большая часть сетевой инфраструктуры строится над землей, что дешевле в строительстве, но более уязвимо. Увеличение изменчивости из-за изменения климата не только увеличит спрос на энергию, но и снизит эффективность ее производства и передачи.
«Все эти системы были построены только на допущении определенного диапазона крайностей».Элис С. Хилл, старший научный сотрудник CFR
Показательным примером стали перебои с подачей электроэнергии в Техасе в начале 2021 года. Температура в штате упала до тридцатилетнего минимума, отключив несколько источников выработки электроэнергии, а потребность в отоплении резко возросла.
Результатом стали повсеместные отключения электроэнергии, в результате которых миллионы людей остались без электричества во время разрушительной зимней бури; десятки людей погибли. В настоящее время штат пересматривает свой подход к регулированию энергопотребления, который позволяет коммунальным предприятиям избегать подготовки своего оборудования к зиме. Тем временем в Калифорнии повышение температуры способствовало веерным отключениям электроэнергии летом 2020 года, первым таким отключениям в штате почти за два десятилетия.
Проблема в том, что энергосистема была спроектирована для мира, которого больше не существует, говорит старший научный сотрудник CFR Элис С. Хилл, которая была старшим директором по политике устойчивости в Совете национальной безопасности при администрации Обамы. «Все эти системы были построены только на допущении определенного диапазона крайностей», — говорит она. «Это был безопасный способ строительства, потому что наш климат был стабильным». Поскольку изменение климата делает экстремальные погодные явления все более частыми и серьезными, «основываясь на прошлых моделях, вы очень уязвимы», добавляет она.
По словам Хилла, чтобы предотвратить бедствия в будущем, коммунальным службам необходимо укрепить сетевую инфраструктуру. Это может включать в себя закапывание линий электропередач или обеспечение огнестойкости надземных столбов. Цена бездействия высока, говорит она, отмечая, что отключение электричества в Техасе обошлось штату в 90 миллиардов долларов. У возобновляемых источников энергии есть свои уязвимые места: производство солнечной энергии в Австралии резко упало во время разрушительных лесных пожаров в 2019 и 2020 годах, когда солнце закрыли дым и сажа.
Кроме того, растущая зависимость сети от цифровых систем увеличивает вероятность кибератак. Недавние отчеты Счетной палаты правительства США предупреждают, что системы генерации, передачи и распределения электроэнергии становятся все более уязвимыми для кибервторжений. С 1970-х годов сетевые операторы полагались на центры электронного промышленного управления (IC), которые, как правило, не защищены от вредоносных программ, таких как вирус Stuxnet, который был нацелен на иранские ядерные объекты в 2010 году.
В 2019 году, энергосистема США впервые подверглась кибератаке, хотя она не привела к перебоям в подаче электроэнергии. В мае 2021 года атака программы-вымогателя вынудила временно закрыть один из крупнейших нефтепроводов в США.
Что делает Байден?
Президент Байден предложил крупные инвестиции в модернизацию энергосистемы США. Двухпартийный закон об инфраструктуре, который он подписал в ноябре 2021 года, включает 65 миллиардов долларов на модернизацию сети, включая новые линии электропередачи, интеллектуальные сети и технологии экологически чистой энергии, а также кибербезопасность. В 2022 году Министерство энергетики выступило с инициативой сотрудничать со штатами и предоставить им часть финансирования по закону.
Однако планы Байдена могут быть осложнены проблемами прокладки новых линий электропередачи, которые направлены на добавление в сеть мощностей возобновляемой энергии, а также на повышение надежности, позволяя операторам сетей более эффективно направлять электроэнергию туда, где она необходима.
