Щоб відповісти на ці питання, потрібно ближче поглянути на всюдисущі лінії електропередавання, опори і генератори, які ми називаємо мережею. Функціонально енергосистему можна розділити на чотири підкатегорії: виробництво, передавання, розподіл і використання електроенергії. Перший крок - це виробництво. Історично електроенергія вироблялася на великих вуглеводневих (вугільних, нафтових і газових) електростанціях або атомних електростанціях, хоча в останні роки її виробництво було розширено за рахунок вітряних і сонячних електростанцій. На етапі передачі електроенергія передається, найчастіше на величезні відстані, від генераторів до споживачів. Залежно від того, як налаштований енергоринок, дистрибуція і роздрібна торгівля можуть йти поруч одна з одною. Але по своїй суті, розподіл пов'язаний з переміщенням електроенергії з передавальних мереж в мережі споживачів, в той час як роздрібна торгівля займається виставленням рахунків та взаємодіє з самими споживачами. Тому в рамках цієї статті мова піде, в основному, про передачу і поширення електроенергії.

Електропередавання

З різних причин електростанції, як правило, знаходяться за межами міст. Таким чином, електроенергія, що виробляється цими станціями, зазвичай повинна долати величезні відстані для задоволення попиту. Найбільш поширений спосіб доставки цієї енергії - через трифазні і однофазні лінії електропередач змінного струму (AC). Оскільки традиційні генератори не є найбільш ефективними для перетворення палива природних копалин в електрику (ефективність вугільних електростанцій становить близько 33%), необхідно ретельно дотримуватися заходів по мінімізації втрат енергії при транспортуванні. Тому особливо ретельне увага приділяється цьому питанню. Одним із способів зниження втрат енергії є передавання електроенергії на високій напрузі - від 115 кВ або вище. Це мінімум 100 000 вольт! Для порівняння, більшість будинків в Північній Америці підключені на 120 вольт. Обґрунтування цього полягає формула P = VI, де P - потужність, V - напруга, а I - струм. Збільшення напруги призводить до пропорційного зменшення струму, і навпаки. Це важливо, тому що відповідно до закону Джоуля втрати енергії прямо пропорційні квадрату струму. Приклад того, як більш висока напруга мінімізує втрати енергії, виглядає наступним чином: якщо напруга збільшується на 2, струм зменшується вдвічі. Це означає, що втрати енергії знижуються до мінімуму в 4 рази! Електричні підстанції виконують такі функції по перетворення напруги. Трансформатори, розташовані на платформах поруч з електрогенераторами, допомагають збільшити напругу при транспортуванні електроенергії. Підстанції, розташовані ближче до споживчих мереж, допомагають знизити напругу до необхідного рівня. Однак не всі підстанції мають трансформатори. Це пояснюється тим, що деякі постачальники передають свою енергію постійним струмом високої напруги або HVDC (high-voltage direct current - постійний струм високої напруги). Трансформатори змінного струму не впливають на електрику постійного струму. Замість них необхідні спеціальні автоматичні вимикачі для забезпечення аналогічної функціональності. Хоча це призводить до додаткової складності, зате компенсується тим фактом, що HVDC більш ефективні на далеких відстанях і для підводного передачі електроенергії - лінія HVDC на тисячі миль, що несе тисячі мегават, може втратити від 6 до 8 відсотків своєї потужності у порівнянні з 12 до 25 відсотками для аналогічної лінії змінного струму. Незалежно від конкретних використовуваних електричних пристроїв загальна архітектура ліній передачі змінного струму і технології HVDC залишаються відносно однаковими. На останньому етапі ланцюжка поставок високовольтна електроенергія знижується до необхідного рівня і передається в лінії низької напруги, по яких вона доставляється кінцевому споживачеві.

Розподіл

Оскільки електроенергія, що отримана з вугілля, ядерної енергії, нафти, природного газу, вітру і сонячної енергії, проходить через одні й ті ж лінії енергомереж, в кінцевому рахунку, немає жодної різниці в тому, де вона виробляється. На щастя, заходи з відстеження чистої енергії реалізують іншими способами. У США Агентство з охорони навколишнього середовища створило сертифікати відновлюваної енергії (REC),для ЄС це «Гарантії походження». Для Великобританії еквівалентом є «Гарантії походження відновлюваної енергії». Всі вони надають споживачам електроенергії інформацію про джерело їх енергії. Ці сертифікати генеруються на зазначену одиницю електроенергії і можуть бути продані через різні ринки. Це дозволяє домовласникам і підприємствам підтримувати чисту енергію. Наприклад, в 2017 році Google зміг щорічно купувати таку ж кількість мегават-годин (МВт) відновлюваної енергії, що і кількість МВт електроенергії, яку вони споживали по всьому світу. Тим часом, прямий доступ до поновлюваних джерел може бути досягнуто завдяки наближеності до генератора чистої енергії (наприклад, встановлення сонячних панелей у вашому домі). Оскільки заводи з виробництва природного газу, як і раніше, є основним джерелом енергії для деяких країн, електричні мережі ще не повністю чисті. Але чиста енергія, особливо енергія вітру, стає дешевше, ніж будь-коли, і навіть конкурує з електростанціями, що працюють на природному газі, в той час як проблеми, які раніше заважали виробникам відновлювальної енергії, тепер вирішуються за допомогою технологічних досягнень. Крім того, на постачальників і корпорацій і приватних осіб чиниться тиск, щоб останні розглянули ці альтернативні варіанти і прискорили інфраструктурні і культурні зміни, що необхідні для модернізованої, релевантної і екологічно відповідальної мережі.

P.S. Це перша з серії публікацій в блозі на дану тему. Далі увазі читачів будуть представлені нові захоплюючі розробки в сфері відновлюваної енергії, а також ключові концепції, які стосуються енергетичного сектору.