Elkraftsindustrin
Elkraftbranschen omfattar produktion , överföring , distribution och försäljning av elkraft till allmänheten och industrin . Varan som säljs är faktiskt energi, inte kraft , t.ex. betalar konsumenterna för kilowattimmar , effekt multiplicerat med tid, vilket är energi. Den kommersiella distributionen av el startade 1882 när el producerades för elektrisk belysning . På 1880- och 1890-talen ledde växande ekonomiska och säkerhetsmässiga oro till reglering av branschen. Vad som en gång var en dyr nyhet begränsad till de mest tätbefolkade områdena, pålitlig och ekonomisk elkraft har blivit en viktig aspekt för normal drift av alla delar av utvecklade ekonomier.
I mitten av 1900-talet sågs elektricitet som ett " naturligt monopol ", endast effektivt om ett begränsat antal organisationer deltog på marknaden; i vissa områden tillhandahåller vertikalt integrerade företag alla steg från produktion till detaljhandel, och endast statlig tillsyn reglerade avkastningsgraden och kostnadsstrukturen.
Sedan 1990-talet har många regioner brutit upp produktion och distribution av elkraft. Medan sådana marknader kan manipuleras på ett otillbörligt sätt med åtföljande negativa effekter på pris och tillförlitlighet för konsumenterna, leder generellt konkurrenskraftig produktion av elektrisk energi till värdefulla förbättringar i effektivitet . [ citat behövs ] Emellertid är överföring och distribution svårare problem eftersom avkastning på investeringar inte är lika lätta att hitta.
Historia
Även om elektricitet hade varit känt för att produceras som ett resultat av de kemiska reaktioner som äger rum i en elektrolytisk cell sedan Alessandro Volta utvecklade den voltaiska högen år 1800, var dess produktion på detta sätt, och är fortfarande, dyr. År 1831 Michael Faraday en maskin som genererade elektricitet från roterande rörelse, men det tog nästan 50 år för tekniken att nå ett kommersiellt gångbart stadium. År 1878, i USA , utvecklade och sålde Thomas Edison en kommersiellt gångbar ersättning för gasbelysning och uppvärmning med lokalt genererad och distribuerad likströmselektricitet .
Robert Hammond demonstrerade i december 1881 det nya elektriska ljuset i Sussex -staden Brighton i Storbritannien under en provperiod. Den efterföljande framgången för denna installation gjorde det möjligt för Hammond att sätta denna satsning på både kommersiell och juridisk grund, eftersom ett antal butiksägare ville använda det nya elektriska ljuset. Således lanserades Hammond Electricity Supply Co.
I början av 1882 öppnade Edison världens första ångdrivna elproduktionsstation vid Holborn Viaduct i London , där han hade ingått ett avtal med City Corporation för en period av tre månader för att tillhandahålla gatubelysning. Med tiden hade han försett ett antal lokala konsumenter med elektriskt ljus. Matningsmetoden var likström (DC). Medan Godalming och 1882 Holborn Viaduct Scheme stängdes efter några år fortsatte Brighton Scheme, och 1887 gjordes utbudet tillgängligt 24 timmar om dygnet.
Det var senare på året i september 1882 som Edison öppnade Pearl Street Power Station i New York City och återigen var det en DC-källa. Det var av denna anledning som generationen låg nära eller i konsumentens lokaler eftersom Edison inte hade några möjligheter till spänningsomvandling. Spänningen som väljs för alla elektriska system är en kompromiss. För en given mängd överförd effekt minskar en ökning av spänningen strömmen och minskar därför den erforderliga trådtjockleken. Tyvärr ökar det också faran från direktkontakt och ökar den erforderliga isoleringstjockleken . Dessutom var vissa lasttyper svåra eller omöjliga att få till att fungera med högre spänningar. Den övergripande effekten var att Edisons system krävde att kraftverken befann sig inom en mil från konsumenterna. Även om detta skulle kunna fungera i stadskärnor, skulle det inte ekonomiskt kunna förse förorter med ström.
I mitten till slutet av 1880-talet introducerades växelströmssystem (AC) i Europa och USA:s växelström hade en fördel i att transformatorer , installerade vid kraftverk , kunde användas för att höja spänningen från generatorerna och transformatorer vid lokala transformatorstationer kan minska spänningen för att mata laster. En ökning av spänningen minskade strömmen i transmissions- och distributionsledningarna och därmed storleken på ledarna och distributionsförlusterna. Detta gjorde det mer ekonomiskt att distribuera kraft över långa avstånd. Generatorer (som vattenkraftsanläggningar ) kan placeras långt från lasterna. AC och DC tävlade ett tag, under en period som kallas strömmarnas krig . DC-systemet kunde göra anspråk på något större säkerhet, men denna skillnad var inte tillräckligt stor för att överväldiga de enorma tekniska och ekonomiska fördelarna med växelström som så småningom vann ut.
AC-kraftsystemet som används idag utvecklades snabbt, med stöd av industrimän som George Westinghouse med Mikhail Dolivo-Dobrovolsky , Galileo Ferraris , Sebastian Ziani de Ferranti , Lucien Gaulard , John Dixon Gibbs, Carl Wilhelm Siemens , William Stanley Jr. , Nikola Tesla och andra bidrog till detta område.
Kraftelektronik är tillämpningen av halvledarelektronik för styrning och omvandling av elektrisk kraft. Kraftelektronik började med utvecklingen av kvicksilverbågslikriktaren 1902, som användes för att omvandla AC till DC. Från 1920-talet och framåt fortsatte forskningen om att tillämpa tyratroner och rutnätskontrollerade kvicksilverbågsventiler för kraftöverföring. Graderingselektroder gjorde dem lämpliga för högspänningslikströmsöverföring ( HVDC). 1933 uppfanns selenlikriktare. Transistorteknologi går tillbaka till 1947, med uppfinningen av punktkontakttransistorn , som följdes av den bipolära junction transistorn (BJT) 1948. På 1950-talet blev halvledardioder med högre effekt tillgängliga och började ersätta vakuumrör . 1956 introducerades den kiselstyrda likriktaren (SCR), vilket ökade utbudet av kraftelektroniktillämpningar.
Ett genombrott inom kraftelektronik kom med uppfinningen av MOSFET (metall-oxid-halvledarfälteffekttransistor) 1959. Generationer av MOSFET gjorde det möjligt för kraftdesigners att uppnå prestanda- och densitetsnivåer som inte är möjliga med bipolära transistorer. 1969 Hitachi den första vertikala power MOSFET , som senare skulle bli känd som VMOS (V-groove MOSFET). Power MOSFET har sedan dess blivit den vanligaste kraftenheten i världen, på grund av dess låga gate-drivkraft, snabba växlingshastighet, lätta avancerade parallellkopplingsförmåga, bred bandbredd , robusthet, enkel körning, enkla förspänning, enkla applicering och lätthet att använda. reparera.
Medan HVDC i allt högre grad används för att överföra stora mängder el över långa avstånd eller för att ansluta intilliggande asynkrona kraftsystem, sker huvuddelen av elproduktion, överföring, distribution och detaljhandel med växelström.
Organisation
Elkraftindustrin delas vanligtvis upp i fyra processer. Det är elproduktion som ett kraftverk , elkraftöverföring , eldistribution och elhandel . I många länder äger elkraftsföretag hela infrastrukturen från kraftverk till transmissions- och distributionsinfrastruktur. Av denna anledning ses elkraft som ett naturligt monopol . Branschen är i allmänhet hårt reglerad , ofta med priskontroller och är ofta statligt ägd och driven . Den moderna trenden har dock varit växande avreglering i åtminstone de två sistnämnda processerna.
Karaktären och tillståndet för marknadsreformen av elmarknaden avgör ofta om elföretagen kan vara involverade i bara några av dessa processer utan att behöva äga hela infrastrukturen, eller om medborgarna väljer vilka komponenter i infrastrukturen som ska spelas förmyndare. I länder där elförsörjningen är avreglerad kan slutanvändare av el välja dyrare grön el .
Generation
2019 världens elproduktion per källa (total produktion var 27 petawattimmar )
Alla former av elproduktion har positiva och negativa aspekter. Teknik kommer förmodligen så småningom att deklarera de mest föredragna formerna, men i en marknadsekonomi kommer alternativen med lägre totala kostnader i allmänhet att väljas framför andra källor. Det är ännu inte klart vilken form som bäst kan möta de nödvändiga energikraven eller vilken process som bäst kan lösa behovet av el. Det finns indikationer på att förnybar energi snabbt håller på att bli den mest lönsamma i ekonomiska termer. En mångsidig blandning av produktionskällor minskar riskerna för elprisstopp.
Elektrisk kraftöverföring
Elektrisk kraftöverföring är bulkrörelsen av elektrisk energi från en produktionsplats, såsom ett kraftverk , till en elektrisk transformatorstation . De sammankopplade linjerna som underlättar denna rörelse är kända som ett transmissionsnät. Detta skiljer sig från den lokala ledningsdragningen mellan högspänningsstationer och kunder, som vanligtvis kallas elkraftdistribution . Det kombinerade transmissions- och distributionsnätet är känt som " kraftnätet " i Nordamerika , eller bara "nätet". I Storbritannien , Indien , Malaysia och Nya Zeeland är nätverket känt som National Grid.
Ett stort synkront nät , även känt som en "sammankoppling" i Nordamerika, kopplar direkt ihop många generatorer som levererar växelström med samma relativa frekvens till många konsumenter. Till exempel finns det fyra stora sammankopplingar i Nordamerika (den västra sammankopplingen , den östra sammankopplingen , Quebec sammankopplingen och elnätet för tillförlitlighetsrådet i Texas (ERCOT). I Europa förbinder ett stort nät större delen av den europeiska kontinenten .
Historiskt har överförings- och distributionsledningar ägts av samma företag, men från och med 1990-talet har många länder liberaliserat regleringen av elmarknaden på sätt som har lett till att elöverföringsverksamheten har skiljts från distributionsverksamheten.
Elkraftdistribution
Elkraftdistribution är det sista steget i leveransen av elektrisk kraft ; den transporterar el från transmissionssystemet till enskilda konsumenter. Distributionstransformatorstationer ansluter till transmissionssystemet och sänker transmissionsspänningen till medelspänning mellan 2 kV och 35 kV med hjälp av transformatorer . Primära distributionsledningar för denna mellanspänningskraft till distributionstransformatorer som finns nära kundens lokaler. Distributionstransformatorer sänker återigen spänningen till den användningsspänning som används av belysning, industriutrustning eller hushållsapparater. Ofta försörjs flera kunder från en transformator genom sekundära distributionsledningar. Kommersiella kunder och privatkunder är anslutna till de sekundära distributionsledningarna genom serviceavbrott . Kunder som kräver en mycket större mängd ström kan kopplas direkt till den primära distributionsnivån eller subtransmissionsnivån .
Elhandel
Eldetaljhandel är den slutliga försäljningen av el från produktion till slutkonsument.
Världens elindustri
Organisationen av elsektorn i ett land eller en region varierar beroende på landets ekonomiska system. På vissa ställen tillhandahålls all elkraftproduktion, överföring och distribution av en statligt kontrollerad organisation. Övriga regioner har privata eller investerarägda energibolag, stads- eller kommunägda bolag, kooperativa bolag ägda av egna kunder eller kombinationer. Generering, överföring och distribution kan erbjudas av ett enda företag, eller så kan olika organisationer tillhandahålla var och en av dessa delar av systemet.
Alla har inte tillgång till elnät. Omkring 840 miljoner människor (främst i Afrika) hade ingen tillgång 2017, en minskning från 1,2 miljarder 2010.
Marknadsreform
Affärsmodellen bakom elverket har förändrats under åren och spelar en avgörande roll för att forma elbranschen till vad den är idag; från produktion, överföring, distribution till den slutliga lokala detaljhandeln. Detta har skett framträdande sedan reformen av elförsörjningsindustrin i England och Wales 1990.
Förenta staterna
Under 1996 - 1999 fattade Federal Energy Regulatory Commission (FERC) en rad beslut som var avsedda att öppna den amerikanska elmarknaden i grossistledet för nya aktörer, med förhoppningen att ökad konkurrens skulle spara konsumenterna 4 till 5 miljarder dollar per år och uppmuntra teknisk innovation. inom industrin. Åtgärder vidtogs för att ge alla marknadsaktörer fri tillgång till befintliga mellanstatliga transmissionsledningar.
- Order nr 888 beordrade vertikalt integrerade elbolag att funktionellt separera sina överförings-, kraftgenererings- och marknadsföringsföretag för att förhindra självhandel.
- Ordernr 889 inrättade ett system för att ge alla deltagare snabb tillgång till information om tillgänglig överföringskapacitet och priser.
- FERC stödde också konceptet att utse oberoende systemoperatörer (ISO) för att hantera elnätet - en funktion som traditionellt var vertikalt integrerade elbolags ansvar. Konceptet med en oberoende systemoperatör utvecklades till det för regionala överföringsorganisationer ( RTO). FERC:s avsikt var att alla amerikanska företag som äger mellanstatliga elektriska transmissionsledningar skulle placera dessa anläggningar under kontroll av en RTO. I sin order nr. 2000 (Regionala överföringsorganisationer) , utfärdad 1999, specificerade FERC de minimiförmågor som en RTO bör ha.
Dessa beslut, som var avsedda att skapa ett helt sammankopplat nät och en integrerad nationell kraftmarknad, resulterade i en omstrukturering av den amerikanska elindustrin. Den processen fick snart två bakslag: Kaliforniens energikris 2000 och Enron-skandalen och kollapsen . Även om omstruktureringen av branschen fortsatte, gjorde dessa händelser klart att konkurrensutsatta marknader kunde manipuleras och därför måste utformas och övervakas på rätt sätt. Dessutom nordöstra blackouten 2003 behovet av ett dubbelt fokus på konkurrenskraftiga priser och starka tillförlitlighetsstandarder.
Andra länder
I vissa länder fungerar grossistmarknader för el, där producenter och återförsäljare handlar el på ett liknande sätt som aktier och valuta . Allt eftersom avregleringen fortsätter, drivs företagen att sälja sina tillgångar eftersom energimarknaden följer i linje med gasmarknaden när de använder termins- och spotmarknaderna och andra finansiella arrangemang. Även globalisering med utländska inköp pågår. Ett sådant köp var när Storbritanniens National Grid , det största privata elföretaget i världen, köpte flera elbolag i New England för 3,2 miljarder dollar. Mellan 1995 och 1997 köptes sju av de 12 regionala elbolagen (REC) i England och Wales av amerikanska energibolag. Inhemskt har lokala el- och gasföretag slagit samman verksamheter eftersom de såg fördelarna med gemensam anslutning, särskilt med de minskade kostnaderna för gemensam mätning. Teknologiska framsteg kommer att äga rum på de konkurrensutsatta elmarknaderna i grossistledet, sådana exempel som redan används inkluderar bränsleceller som används vid rymdflygning ; aeroderivativa gasturbiner som används i jetflygplan ; solteknik och solcellssystem ; vindkraftsparker till havs; och kommunikationsframstegen som skapats av den digitala världen, särskilt med mikrobearbetning som hjälper till vid övervakning och sändning.
Syn
El förväntas se en växande efterfrågan i framtiden. Informationsrevolutionen är starkt beroende av elkraft . Andra tillväxtområden inkluderar framväxande ny el-exklusiv teknologi, utvecklingar inom rymdkonditionering, industriella processer och transporter (till exempel hybridfordon , lokomotiv ).
Se även
- AC-ström
- Distribuerad generation
- Emissions & Generation Resource Integrated Database
- Meter Point Administration Number , ett unikt brittiskt leveransnummer
- National Grid (disambiguation)
- North American Electric Reliability Corporation
- Betygsätt fall
- Reddy Kilowatt , en logotyp för amerikansk elföretag
- Samuel Insull
Vidare läsning
- P. Strange, "Early Electricity Supply in Britain: Chesterfield and Godalming", IEEE Proceedings (1979).
- DG Tucker, "Hydro-Electricity for Public Supply in Britain", Industrial Archaeology Review , (1977).
- B. Bowers, A History of Electric Light & Power , Peregrinus (1982).
- TP Hughes, Networks of Power , Johns Hopkins Press London (1983).
- IRENA , INNOVATIONSLANDSKAP FÖR EN FRAMTID MED FÖRNYELSEBAR: LÖSNINGAR ATT INTEGRERA VARIABLA FÖRNYBAR , (2019).
|
Stora industrier
| |||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||
| Myndighetskontroll : Nationella bibliotek |
|---|
