Что такое цепочка поставок электроэнергии и как она работает?

Цепочка поставок электроэнергии включает четыре уровня:

1. Производство
2. Передача
3. Распределение
4. Потребление
   

Передача

После производства электрическая энергия должна быть передана от мест производства к центрам потребления. Этот процесс осуществляется с помощью сети линий электропередач высокого напряжения, которые соединяют источники генерации с подстанциями, а затем с локальными распределительными сетями.

Для уменьшения потерь, электричество преобразуется в высокое напряжение, что снижает количество необходимого тока и, соответственно, уменьшает потери, вызванные сопротивлением кабелей. Напряжения, используемые в сетях, могут варьироваться от 110 кВ до 765 кВ. В некоторых случаях, для передачи на большие расстояния может использоваться передача постоянного тока, что позволяет снизить потери по сравнению с переменным током.

В Италии функции передачи и диспетчеризации электроэнергии возложены на компанию Terna, которая работает в условиях естественной монополии на регулируемом рынке.

Распределение

Третья стадия цепочки поставок электроэнергии — это распределение, которое доставляет электроэнергию от узлов передачи к домам, офисам и промышленным объектам через локальные сети.

Распределение происходит при среднем напряжении (сниженные значения 10 кВ, 15 кВ, 20 кВ) и низком напряжении (значения 230 В и 400 В). Передача электроэнергии на этом этапе, по главным образом техническим и экономическим причинам, осуществляется в виде трёхфазного переменного тока, но для других специальных целей (таких как электротяга) возможна передача постоянного тока.

В зависимости от величины передаваемого напряжения, можно выделить линии:

• ААТ (сверхвысокого напряжения): для напряжений более 150 кВ;
• AT (высокого напряжения): для напряжений между 30 и 150 кВ;
• MT (среднего напряжения): для напряжений между 1 и 30 кВ;
• BT (низкого напряжения): для напряжений ниже 1 кВ.

Однако напряжение не обязательно остаётся постоянным в процессе передачи и распределения. В зависимости от потребностей системы, напряжение может повышаться или понижаться, чтобы достичь пользователей. Оборудование, которое позволяет изменять напряжение, называется трансформаторами, а места, где меняется уровень напряжения, называются электрическими подстанциями. Последние представляют собой комплекс оборудования, расположенного на одной или нескольких открытых площадках, и различаются на:

• Трансформаторные станции, которые включают линии сверхвысокого, высокого и среднего напряжения. Они делятся на станции, присоединённые к станциям генерации (которые повышают напряжение до 380 кВ), и станции сверхвысокого/высокого напряжения (которые преобразуют сверхвысокие уровни напряжения в высокие).
• Трансформаторные подстанции, которые включают линии высокого, среднего и низкого напряжения. Они подразделяются на первичные (линии среднего напряжения которых питают средних промышленных потребителей и вторичные подстанции) и вторичные (с которых начинается распределение низкого напряжения).

После преобразования электроэнергия поступает в распределительную сеть и затем достигает своего назначения — потребителя. Однако распределительные сети могут различаться в зависимости от требований к непрерывности работы, и, в частности, можно выделить:

• Радиальные сети;
• Кольцевые сети;
• Сетчатые сети;
• Смешанные сети.

В радиальном распределении нагрузки питаются только с одной стороны, и линии начинаются от центра, состоящего из шин распределительного устройства. Радиальная сеть стоит меньше других из-за меньшего количества и нагрузки на коммутационное и защитное оборудование. Также она обладает преимуществом лучшей оценки токов короткого замыкания и лучшего обнаружения неисправностей. Недостатками являются её жёсткость, что приводит к отключению нагрузки и отсутствию непрерывности работы в случае отказа оборудования.

Кольцевая сеть предполагает питание нагрузок с двух сторон, так что сеть имеет замкнутую форму. Основным преимуществом является меньшая вариация напряжения при изменении нагрузок и большая безопасность подачи для пользователя, тогда как недостатками являются высокая стоимость и большая сложность расчёта токов на различных участках кольца для последующей настройки защит.

Когда электроэнергия поступает с более чем двух сторон, мы имеем дело с сетчатой сетью. Преимуществом этой сети является, безусловно, лучшее качество обслуживания, результатом чего является более эффективное использование линий и трансформаторов. С другой стороны, основным недостатком является увеличение интенсивности тока короткого замыкания, поэтому защиты должны быть категорически надёжными в эксплуатации.

Наконец, смешанная сеть состоит из сочетания радиальных и кольцевых структур.

Потребление

Заключительный этап в цепочке — это использование электроэнергии конечными потребителями. Потребление электроэнергии может происходить для различных целей: от бытового использования (освещение, отопление, использование бытовой техники и электронных устройств) до коммерческого и промышленного потребления (производство, услуги и бизнес).

На этапе потребления важным новшеством последних 25 лет стала революция в области интеллектуального учёта, которая значительно улучшила управление спросом и предложением, позволив потребителям в реальном времени мониторить и оптимизировать своё потребление энергии. В Италии первые интеллектуальные счётчики второго поколения позволили обеспечить более эффективный сбор данных и взаимодействие с программным обеспечением поставщиков.