Електрификација

Електрификација е процес на напојување со електрична енергија или, во друг контекст, изградба на објекти и постројки за производство на електрична струја и воведување на ваква моќност со промена на претходниот извор на енергија. Изградбата на системите за електрификација (производство на електрична енергија и дистрибуција на електрична енергија) започнала во средината на 1880-тите во Велика Британија, САД и другите развиени земји, и генерално се инсталирала до околу 1950 година, иако сè уште е во тек поврзувањето во руралните области во некои земји во развој. Ова вклучувало и премин на производството од парни и хидраулични машини во машини со електричен мотор.
Електрификацијата во одредени сектори на економијата се нарекува масовно производство, куќна електрификација, рурална електрификација или железнички електричен систем. Може да важи и за примена на индустриски процеси како топење, одвојување и рафинирање метални руди со помош на јаглен и кокс или хемиски процеси што вклучуваат некаков вид на електрична моќ како електро лачни печки, електрична индукција, Омско греење и електролиза или електролитичко одвојување.
Електрификацијата е именувана како „''најголемото инженерско достигнување на 20 век''“ од Националната Инженерска Академија на САД.
1 Историја
Најраните комерцијални употреби на електричната енергија биле галванизацијата и телеграфот.
1.1 Развој на магнето, динамо и генератори
Во 1831–32 година, Мајкл Фарадеј го открил начинот на работа на електромагнетните генератори. Принципот, подоцна наречен Фарадеев закон за индукција, постулира дека електромотивна сила се генерира во електричен спроводник кој е подложен на различен магнетен тек, како на пример, жица што се движи низ магнетно поле. Тој исто така го создал и првиот електромагнетен генератор, наречен Фарадеј диск, кој е тип на хомополарен генератор, кој користи бакарен диск што ротира меѓу половите на магнетот во форма на потковица. Произведувал низок прав (DC) напон.
Околу 1832 година, Иполит Пикси го подобрил магнетото користејќи потковица замотана со жица, па со помош на дополнителните намотки на спроводникот создавал поголема струја, при што ја открил наизменичната струја (AC). Андре-Мари Ампер предложил средство за претворање на наизменичната струја од магнетото на Пикси во права со помош на прекинувач во форма на нишалка. Подоцна, сегментирани комутатори биле користени за производство на еднонасочна струја.
Вилијам Фотергил Кук и Чарлс Витстоун го развиле телеграфот во 1838-40 година. Во 1840 година, Витстоун користел магнето што го развил за да го напојува телеграфот. Витстоун и Кук направиле битно подобрување во производството на електрична енергија користејќи електромагнет на батерија, наместо постојан магнет, што го патентирале во 1845 година. „Самовозбудливото“ магнетно динамо ја трошело батеријата за напојување на електромагнетите. Овој вид на динамо го произведувале неколку луѓе во 1866 година.
Првиот практичен генератор, Грамовото динамо е направен од Зеноб Теофил Грам, кој продал многу вакви машини во 1870-тите. Британскиот инженер Р.Е.Б.Кромптон го подобрил генераторот така што овозможил подобро ладење и други механички подобрувања. Намотката за компензација, која давала постабилен напон при оптоварување, ги подобрила оперативните одлики на генераторите.
Подобрувањата во технологијата за производството на електрична енергија значително ја зголемиле ефикасноста и сигурноста во XIX век. Првото магнето претворило само неколку проценти од механичката енергија во електрична енергија. До крајот на овој век, највисоката ефикасност била над 90 проценти.
1.2 Осветлување
1.2.1 Лачно светло (Лак)
Сер Хамфри Дејви ја измислил јаглеродната ламба во 1802 година кога открил дека електричната енергија може да произведе светлина со јаглеродни електроди. Сепак, не се користела во голема мера сè додека не било развиено практично средство за производство на електрична енергија.
Јаглеродните ламби се палеле при контакт помеѓу две електроди од јаглерод, кои пак биле разделени со тесен јаз. Поради согорувањето на јаглеродот, јазот морал постојано да се прилагодува. Развиени биле неколку механизми за регулирање на електричниот лак. Најчесто решение било да се пушти едната јаглеродна електрода озгора, по пад на гравитација, па така да се одржи јазот со пар електромагнети, од кои едниот ја повлекувал горната јаглеродна електрода при палењето и горењето, а вториот имал сопирачки за регулирање на гравитацискиот пад.
Лачните светла во ова време имале многу интензивна светлина - некој опсег од 4000 кандели (тогашниот термин за единица светлина не бил кандели, туку „свеќовна моќ“, која што е всушност 0.981 = 1 кандела) - и ослободувале премногу топлина, па како такви претставувале опасност од пожар, правејќи ги несоодветни за осветлување во домовите.
Во 1850-тите, многу од овие проблеми биле решени со лачната светилка измислена од Вилијам Петри и Вилијам Стајт. Светилката користела магнето-електричен генератор и имала саморегулирачки механизам за контрола на јазот помеѓу двете јаглеродни прачки. Нивните светилки биле искористени за осветлување на Националната галерија во Лондон и во тоа време биле голема новина. Овие лачни светла и други со сличен дизајн, напојувани од големи магнета (магнето), за првпат биле инсталирани во англиските светилници во средината на 1850-тите, но ограничувањата во моќноста ги спречиле овие модели да бидат вистински успех.
Првата успешна лачна ламба била развиена од рускиот инженер Павел Јаблочков, која го користела Грамовото динамо. Нејзината предност била во тоа што не барала употреба на механички регулатор како нејзините претходници. Првпат била изложена на Exhibition Universelle во 1878 и била многу промовирана од Грам. Ламбите биле поставени во должина од половина милја долж Avenue de l'Opéra, плоштадот на Францускиот Театар и околу Place de l'Opéra во 1878 година.
Британскиот инженер Р.Е.Б.Кромптон развил пософистициран дизајн во 1878 година кој давал многу посилна и постабилна светлина од онаа на Јаблочков. Во 1878 година, тој ја формирал „Кромптон и Ко.“ и започнал да ја произведува, продава и поставува светилката Кромптон. Ова претпријатие било едно од првите фирми за електротехника во светот.
1.2.2 Класични елетрични светилки
Различни форми на елетрични светилки имале бројни пронаоѓачи; сепак, најуспешните рани светилки биле оние што користеле јаглеродни влакна запечатени во силен вакуум. Овие светилки биле измислени од Џозеф Свон во 1878 година во Велика Британија и Томас Едисон во 1879 година во САД. Светилката на Едисон била поуспешна од онаа на Свон бидејќи Едисон користел потенко влакно, давајќи и поголема отпорност, па така спроведувала многу помала струја. Едисон започнал со комерцијално производство на светилки од јаглеродни влакна во 1880 година. Светлината на Свон започнала со комерцијално производство во 1881 година.
Куќата на Свон, во Лоу Фел, Гејтсхед, била прва во светот со инсталирани светилки. Библиотеката „Лит и Фил“ во Њукасл, била првата јавна просторија осветлена од електрично светло, а Театарот Савој била првата јавна зграда во светот осветлена целосно со електрична енергија.
1.3 Централи и изолирани системи
Првата централа која обезбедувала јавна моќ веројатно била таа во Годалминг, Сари, Велика Британија во есента 1881 година. Системот бил предложен откако градот не успеал да постигне договор за стапката што ја наплаќала компанијата за гас, па градскиот совет одлучил да користи електрична енергија. Системот напојувал лачни ламби на главните улици и електрични светилки на неколку споредни улици со хидроелектрична енергија. До 1882 година помеѓу 8 и 10 домаќинства биле поврзани со вкупно 57 светла. Системот не постигнал комерцијален успех и градот се вратил на природен гас.
Првата централа за снабдување со централна дистрибуција била отворена во Холборн Вијадукт во Лондон во 1882 година. Опремена со 1,000 електрични светилки кои го замениле постарото осветлување на гас, станицата го осветлувала циркусот Холборн, вклучувајќи ги и канцелариите на Главната Пошта и познатата црква Градски Храм . Напојувањето било еднонасочна струја на 110 волти; поради загубите на електрична енергија од отпорот на бакарните жици, напонот изнесувал 100 V за потрошувачот.
За неколку недели, парламентарниот комитет препорачал усвојување на значајниот „Закон за електрично осветлување“ од 1882 година, кој овозможил дозволи за лиценцирање на лица, компании или локални власти да вршат снабдување со електрична енергија за какви било јавни или приватни цели.
Првата голема централа во Америка била „Перл стрит“ на Едисон во Њујорк, која започнала со работа во септември 1882 година. Станицата имала шест „Едисон динама“ со 200 коњски сили, секоја од нив напојувана со засебна парна машина. Се наоѓала во деловна и трговска област и снабдувала 110 волти еднонасочна струја на 85 потрошувачи со 400 ламби. До 1884 година Перл Стрит снабдувала 508 клиенти со 10,164 ламби.
До средината на 1880-тите, други електрични компании воспоставиле централи и дистрибуирале електрична енергија, вклучувајќи ги Кромптон и Ко и Електростопанството Свон во Велика Британија, електричната компанија Томсон-Хјустон и Вестингхаус во САД и Сименс во Германија . До 1890 година работеле 1000 централи. На пописот од 1902 година се наведени 3.620 централи. До 1925 година половина од напојувањето било обезбедено од централите.
1.3.1 Фактор на оптоварување и изолирани системи
Еден од најголемите проблеми со кои се соочувале раните енергетски компании била променливата часовна побарувачка. Кога осветлувањето било практично единствената употреба на електрична енергија, побарувачката била голема во текот на првите часови пред работниот ден и вечерните часови кога побарувачката го достигала врвот. Како последица на тоа, повеќето пионерски електрични компании не обезбедувале дневна услуга, па дури две третини од нив не обезбедувале дневна услуга во 1897 година.
Односот од просечното до најголемото оптоварување на централите се нарекува фактор на оптоварување. За електричните компании да ја зголемат профитабилноста и пониските стапки, било потребно да го зголемат факторот на оптоварување. Начинот на кој што ова се постигнало било преку моторно оптоварување. Моторите се користат повеќе во текот на денот и обично работат постојано (Континуирано производство) Електричните улични железници биле идеални за балансирање на оптоварувањето. Многу електрични железници создавале своја моќ, притоа продавајќи електрична енергија, и работеле со дистрибутивни системи.
Факторот на оптоварување се зголемил кон крајот на 20 век - на Перл Стрит централата, факторот на оптоварување се зголемил од 19,3% во 1884 година на 29,4% во 1908 година. До 1929 година, факторот на оптоварување низ целиот свет бил поголем од 50%, најмногу како резултат на моторното оптоварување.
Пред да се распространи широката дистрибуција на електрична енергија од централите, многу фабрики, големи хотели, станбени и деловни згради имале свое производство на електрична енергија. Честопати ова било економски привлечно затоа што издувната пареа можела да се користи за градење и индустриска обработка, кое денес е познато како когенерација или комбинирана топлина и моќност (КТМ). Со.падот на цените на електричната енергија, трендот за производство на сопствена енергија станал неекономичен. Уште во почетокот на 20 век, изолираните електроенергетски системи во голема мера ги надминувале централите. Когенерацијата сèуште се практикува во многу индустрии кои користат големи количини на пареа и моќ, како индустриите за целулоза и хартија или хемиските и рафинирачките индустрии. Континуираната употреба на приватни електрични генератори се нарекува микрогенерација .
1.4 Електрични мотори на еднонасочна струја
Првиот комутаторски DC електричен мотор способен да врти машини, бил измислен од британскиот научник Вилијам Старџен во 1832 година. Клучниот напредок пред моторот демонстриран од Мајкл Фарадеј претставувало инкорпорацијата на комутаторот. Ова му овозможило на моторот на Старџен да биде првиот способен да обезбеди континуирано вртечко движење.
Френк Џ. Спраг го подобрил DC моторот во 1884 година со решавање на проблемот со одржување на постојана брзина при различното оптоварување и намалување на искрењето од четкиците. Спраг го продавал својот мотор преку „Едисон Ко.“ Менувањето на брзината на DC моторите е лесно, што ги прави погодни за голем број употреби, како што се електрични улични пруги, машински алати и други индустриски употреби каде што е потребна контрола на брзината.
1.5 Наизменична струја
Иако првите електрани снабдувале права струја, дистрибуцијата на наизменичната струја наскоро станала најпосакувана опција. Главните предности на наизменичната струја се во тоа што може да се трансформира во висок напон и со тоа да се намалат загубите во преносот на електричната енергија и тоа што AC моторите лесно можат да работат со постојана брзина.
Технологијата на наизменичната струја била вкоренета во откритието на Мајкл Фарадеј од 1830-31 година дека променливото магнетно поле може да предизвика електрична струја во дадено коло.
Првиот човек што го осмислил вртечкото магнетно поле бил Валтер Бејли кој дал практична демонстрација на неговиот повеќефазен мотор напојуван од батерии, со помош на комутатор на 28 јуни, 1879 година на „Физичкото друштво на Лондон“. Скоро идентичен на апаратот на Бејли, францускиот електроинженер Марсел Депрез во 1880 година објавил труд во кој го посочил принципот на вртечкото магнетно поле, заедно со двофазниот наизменичен систем на струи кој би го произведувал. Во 1886 година, англискиот инженер Елиху Томсон изградил мотор на наизменична струја користејќи се со принципот на индукција-репулсија и неговиот ватметар.
Токму во 1880-тите, технологијата била комерцијално развиена за производство и пренос на електрична енергија од големи размери. Во 1882 година, британскиот пронаоѓач и електроинженер Себастијан де Феранти, кој работел за компанијата Сименс, соработувал со истакнатиот физичар Лорд Келвин создавајќи пионерска технологија за напојување со наизменична струја, вклучително и привичниот трансформатор.
Трансформатор развиен од Лусиен Галард и Џон Диксон Гибс бил демонстриран во Лондон во 1881 година и го привлекол интересот на Вестингхаус. Тие исто така го истакнале пронајдокот во Торино во 1884 година, каде што бил усвоен како електричен систем за осветлување. Многу од нивните дизајни биле прилагодени на посебните закони што ја регулирале електричната дистрибуција во Велика Британија.
Себастијан Ѕиани де Феранти почнал со овој бизнис во 1882 година кога основал продавница во Лондон дизајнирајќи разни електрични уреди. Феранти уште на почетокот верувал во успехот на наизменичната дистрибуција на електрична енергија и бил еден од ретките експерти за овој систем во Велика Британија. Со помош на Лорд Келвин, Феранти бил пионер на првиот наизменичен генератор и трансформатор во 1882 година. Џон Хопкинсон, британски физичар, го измислил трофазниот систем за дистрибуција на електрична енергија, за што му е даден патент во 1882 година.
Италијанскиот пронаоѓач Галилео Ферари измислил повеќефазен индукциски мотор во 1885 година. Идејата му била дека две вон-фазни, но синхронизирани струи можат да произведат две магнетни полиња кои можат да се спојат за да создадат вртечко поле без никаква потреба од прекинувач или подвижни делови. Други пронаоѓачи биле американските инженери Чарлс С. Бредли и Никола Тесла, и германскиот техничар Фридрих Август Хаселвандер. Тие успеале да го надминат проблемот на стартување на AC моторот користејќи вртечко магнетно поле создадено од повеќефазна струја. Михаил Доливо-Доброволски го вовел првиот трофазен индукциски мотор во 1890 година, кој е многу поспособен дизајн кој станал прототипот што се користи во Европа и САД. До 1895 година „Џенерал Електрик“ и „Вестингхаус“ имале мотори на наизменична струја на пазарот. Со помош на кондензатор или индуктивна намотка, вградени во дел од колото на мотор на монофазна струја, може да се создаде вртечко магнетно поле. Повеќебрзински AC мотори кои имаат одделно поврзани поларности веќе долго време се достапни, а најчести се оние со две брзини. Брзината на овие мотори се менува со вклучување или исклучување на поларитетите, што е направено заедно со специјален стартер за поголеми мотори, или обичен прекинувач за повеќекратни брзини за мотори со фракциони коњски сили.
1.5.1 Назименични електрани
Првата електрична централа е направена од англискиот електроинженер Себастијан де Феранти . Во 1887 година, „лондонската корпорација за електрично снабдување“ го ангажирала Феранти за да ја дизајнира нивната електрана во Детфорд . Тој ги дизајнирал зградата, погонот за производство и дистрибутивниот систем. Изградена е кај Стоуејџ, место западно од устието на Детфорд Крик, некогаш користено од компанијата Источна Индија. Изградена на невидени размери и пионерска во употребата на висок напон (10,000 волти) наизменична струја, генерирала 800 kW (киловати) и го снабдувала центарот на Лондон. По завршувањето во 1891 година, таа била првата навистина модерна централа, снабдувајќи високонапонска наизменична струја, која потоа била „степувана“ пониско со трансформатори за потрошувачите на секоја улица. Овој основен систем останува во употреба и денес низ целиот свет.
Во Америка, Џорџ Вестингхаус се заинтересирал за трансформаторот развиен од Галард и Гибс, па започнал да го развива својот систем за осветлување на наизменична струја, користејќи преносен систем со напон во сооднос 20:1 степуван пониско (пониско степуван трансформатор претвора висок напон во помал напон, додека повисоко степуван трансформатор претвора низок напон во повисок напон. Обичниот изолаторски трансформатор има сооднос од 1 према 1 чијшто излезен напон е ист како влезниот напон). Во 1890 година Вестингхаус и Стенли изградиле систем за пренесување на електрична енергија од неколку милји до рудникот во Колорадо. Подоцна, донесена била одлука за користење на наизменична струја за пренос на електрична енергија од „Нијагара проектот за моќност“ до Бафало, Њујорк. Предлозите поднесени од продавачите во 1890 година вклучувал систем на еднонасочна струја и компресиран воздух. Комбиниран систем на еднонасочно напојување со компресиран воздух останал како опција до крајот на проектот. И покрај демонтрациите од комесарот на Нијагара, Вилијам Томсон (лорд Келвин), донесена е одлука за изградба на систем на наизменична струја, кој бил предложен од Вестингхаус и Џенерал Електрик. Во октомври 1893 година, Вестингхаус го добил договорот да ги обезбеди првите три двофазни генератори со спецификации од 5,000 КС, 250 вртежи во минута и 25 Hz (осцилации во секунда). Хидроцентралата се вклучила во мрежата во 1895 година и била најголемата во тоа време.
До 1890-тите, монофазната и повеќефазната наизменична струја претрпела брзо воведување во употреба. Во САД до 1902 година, 61% од производниот капацитет бил на наизменична струја, а се зголемил на 95% во 1917 година. И покрај супериорноста на наизменичната струја за повеќето употреби, неколку еднонасочни системи продолжиле да работат и во наредните децении иако наизменичните системи станале стандардни.
1.6 Парни турбини
Ефикасноста на придвижувачите на пареа при претворање на топлинската енергија на согореното горивото за механичка работа била критичен фактор за економично работење на централите за производство на пареа. Во првите проекти се користеле реципрочни парни мотори, работејќи со релативно мала брзина. Воведувањето на парната турбина од корен ја сменила економичноста во работењето на централите. Парни турбини можеле да се направат во поголеми количини од клипните мотори, и генерално имале поголема ефикасност. Брзината на парните турбини не се менувала при циклусот на секоја револуција, па станало изводливо нивното поврзување со генераторите на наизменична струја и со тоа се подобрила стабилноста на вртечките претворачи за производство на еднонасочна струја за тракција и индустриска употреба. Парните турбини работеле со поголема брзина од клипните мотори, зошто не биле ограничени од дозволената брзина на еден клип во цилиндар. Ова ги направило покомпатибилни со генераторите на наизменична струја конструирани со два или четири магнетни пола; не бил потребен менувач или ремен за зголемување на брзината помеѓу моторот и генераторот. Било скапо и крајно невозможно да се обезбеди погон на ремен помеѓу нискобрзински мотор и големобрзински генератор потребни за да се задоволи потребата на централата.
Современата парна турбина е измислена во 1884 година од британецот Сер Чарлс Парсонс, чиј прв модел бил поврзан со динамо кое генерирало 7,5 kW (10 коњски сили) електрична енергија. Пронаоѓањето на Парсоновата турбина овозможило евтина и обилна електрична енергија. Турбините Парсонс биле нашироко воведени во англиските централни станици до 1894 година; првата компанија за снабдување со електрична енергија во светот што генерирала електрична енергија користејќи турбо генератори била компанијата за снабдување со електрична енергија на Парсонс, Њукасл и Дистрикт осветлување, основана во 1894 година. Во животниот век на Парсон, производствениот капацитет на единиците е зголемен за околу 10,000 пати.
Првите американски турбини биле двете „Де Левал“ единици на „Едисон Ко“ во Њујорк во 1895 година. Првата американска Парсонс турбина била на компанијата Вестингхаус Еј Брејк Ко близу Питсбург .
Парните турбини имале помали трошоци и работни предности во однос на клипните мотори. Кондензатот од парните машини се контаминирал со масло и не можел да се искористи повторно, додека кондензатот од турбините бил чист и обично се користел повторно. Парните турбини биле само дел од големината и тежината во споредба со тогашните клипни парни машини. Парните турбини можеле да работат со години без скоро никакво абење. Клипните мотори на пареа барале големо и редовно одржување. Парните турбини можат да се произведуваат во капацитети далеку поголеми од кои било парни мотори некогаш направени, важно придонесувајќи кон ефектот за предност во трошоците.
Парните турбини можат да се изградат за да работат на повисок притисок и повисока температура на пареата. Основен принцип на термодинамиката е дека колку е поголема температурата на пареата што влегува во моторот, толку е поголема ефикасноста. Воведувањето на парните турбини мотивирало низа подобрувања во температурите и притисоците. Како резултат на зголеменото претворање, се намалиле цените на електричната енергија.
Густината на моќност на котлите се зголемила со употребата на силен воздух на согорување и со употреба на компримиран воздух за напојување на прашкаст јаглен. Исто така, управувањето на јагленот било механичко и автоматизирано.
1.7 Електрична мрежа
Со реализацијата на преносот на електрична енергија на далечина било можно меѓусебно поврзување на различни централи за да се балансира оптоварувањето и да се подобри факторот на оптоварување. Интерконекцијата станала сè попосакувана бидејќи електрификацијата брзо растела во раните години на 20 век.
Чарлс Мерц, од консултантското партнерство „Мерц и МекЛелан“, ја изградил централата „Нептун Бенк“ во близина на Њукасл во 1901 година, која што до 1912 година се развила во најголемиот интегриран електроенергетски систем во Европа. Во 1905 година тој се обидел да го убеди Парламентот да се обедини разновидноста на напоните и честотите во националната индустрија за снабдување на електрична енергија, но дури во Првата светска војна парламентот започнал сериозно да ја сфаќа оваа идеја, назначувајќи го за шеф на парламентарниот комитет за решавање на проблемот. Во 1916 година, Мерц истакнал дека Велика Британија може да ја искористи својата мала површина во своја полза, со создавање густа дистрибутивна мрежа за ефикасно хранење на своите индустрии. Неговите откритија довеле до „Извештајот на Вилијамсон“ од 1918 година, кој пак го создал предлог-законот за снабдување со електрична енергија од 1919 година. Законот бил првиот чекор кон интегриран систем за електрична енергија во Велика Британија.
Позначајниот „Закон за снабдување на електрична енергија“ од 1926 година, довел до поставување на „Националната мрежа“. Централниот одбор за електрична енергија го стандардизирал националното снабдување со електрична енергија и ја воспоставил првата синхронизирана мрежа за наизменична струја, која работи на 132 киловолти и 50 херци. Овој систем, наречен „Национална мрежа“, започнал да работи во 1938 година.
По кризата со електричната енергија во текот на летото 1918 година, во екот на Првата светска војна, во Соединетите Американски Држави станало национална цел да се консолидира снабдувањето. Во 1934 година, „Законот за јавни комунални претпријатија“ ги признал електричните комунални услуги како јавно добро, заедно со гасните, водоснабдувачките и телефонските компании и со тоа им биле доделени ограничувања и регулаторен надзор на нивното работење.
1.8 Електрификација на домаќинствата
Електрификацијата на домаќинствата во Европа и Северна Америка започнала на почетокот на XX век во поголемите градови и во областите покриени со електрични железници, зголемувајќи се брзо до околу 1930 година кога дури 70% од домаќинствата биле електрифицирани во САД
Руралните области биле електрифицирани најпрво во Европа, додека во САД „руралната управа за електрицитет“, основана во 1935 година, ги електрифицирала руралните области.
1.9 Трошоци за електрична енергија низ историјата
Обезбедувањето и генерирањето на електрична енергија од централите е поефикасно и поевтино од помалите генератори. Оперативната цена во единица енергија е исто така поевтина преку централите. Цената на електричната енергија драматично паднала во првите децении на XX век поради воведувањето на парните турбини и подобрениот фактор на оптоварување по воведувањето на наизменичните мотори. Како што паднале цените на електричната енергија, употребата драматично се зголемила и централите биле градени до огромни размери, создавајќи значителна предност во трошоците. За историските цене, видете во Ayres-Warr (2002) Fig. 7.
2 Електрификацијата во Македонија
2.1 1909-1944 на семрежното место на ЕВН на семрежното место на Матка
Електрификацијата во Македонија почнала во 1909 година кога била дел од Отоманското Царство. Првата електрична централа била изградена во Скопје и била на парен погон.
Електрификацијата на другите градови се одвивала одделно. Втор електрифициран град била Битола во 1924 година, а до 1930 година биле електрифицирани и Тетово, Велес, Куманово, Штип, Крива Паланка, Гевгелија, Виница и Кочани. Од 1931 до 1935 електрифицирани биле Прилеп, Кичево и Демир Капија, а од 1936 до 1940 и Гостивар, Охрид, Струмица и Пробиштип.
Електричната енергија главно се произведувала во мали хидроелектрани, но имало и централи на дизел и јаглен. Најзначајни производствени објекти кои биле изградени пред Втората светска војна биле: ХЕЦ „Пена“ со моќност од 1.760 kW изградена во 1927 година која била првата електрана што произведувала наизменична струја, Дизел-електраната во Скопје изградена во 1933 година со моќност од 1.000 kW и ХЕЦ „Матка“ со моќност од 4.160 kW изградена во 1938 година.
На крајот од 1944 година во Македонија производството на електрична енергија било повеќе од скромно и изнесувало околу 14.200 МWh со инсталирана моќност од 9.600 kW.
2.2 1945-1991
Обновата на електроенергетските капацитети кои биле тешко оштетени или разурнати во војната станала примарна и сеопфатна задача која со помош на државата и граѓаните во повоениот период во Македонија успешно се спроведувала. Електрификацијата на Македонија била речиси целосно реализирана и електричната енергија станала секојдневие во скоро сите градови и села во земјата. Систематски и макотрпно била градена дистрибутивната мрежа, трафостаниците и новите енергетски објекти кои успевале да ги задоволат сè поголемите потреби од електрична енергија на домаќинствата и растечката индустрија. Како најзначајни производствени капацитети на електрична енергија кои се изградени во повоениот период па сè до осамостојувањето на Македонија во 1991 треба да се издвојат:
* ТЕЦ „Маџари“ (1949)
* ХЕЦ „Маврово“ (1957)
* ХЕЦ „Тиквеш“ (1968)
* ХЕЦ „Глобочица“ (1965)
* ХЕЦ „Шпиље“ (1969)
* ТЕЦ „Неготино“ (1978)
* ТЕЦ „Осломеј“ (1980)
* РЕК „Битола“ (1982)
Електроенергетскиот систем на Македонија од 1945 до 1990 година се развивал и бил составен дел од електроенергетскиот систем на поранешна Југославија. По распаѓањето на југословенската федерација и осамостојувањето на Република Македонија како независна држава следел и прекинот од мрежата на поранешна Југославија. Ова значело и осамостојување на македонскиот електроенергетски систем.
2.3 Електрична мрежа
Овој поим се однесува на процесот на изградба на неопходна инфраструктура со која електричната енергија се доставува до домовите и производни капацитети, особено во руралните и изолираните подрачја, како и замена на железницата со парните локомотиви (сега почесто дизел-локомотиви со електрични локомотиви).
Инфраструктурната потреба за електрификација вклучува електрани, долги спроводни кабли и потстаници.
2.4 Електрификација на превозот
Електрификација на превозот претставува употреба на хибридни и електрични возила (како што се тролејбуси и други варијанти на електрични автобуси, трамваи и железница наместо возила на гориво.
2.5 Електрификација на превозот во Македонија
Во Македонија е извршена само делумна електрификација на железницата.
Железничката инфраструктура во Република Македонија располага со 327 км електрифицирана пруга со колосеци, од кои 234 км главна пруга. Пругите на територија на МЖ се електрифицирани со монофазен систем, со напон од 25 kV и 50 Hz.
3 Корисности од електрификацијата
3.1 Корисноста на електричното осветлување
Електричното осветлување било многу пожелно. Светлината била многу посветла од ламбите на масло или гас и немало изорени остатоци (саѓи). Иако на почетокот електричната енергија била многу скапа во споредба со денес, таа била далеку поевтина и попогодна од осветлувањето на нафта или гас. Електричното осветлување била многу побезбедно од нафтата или гасот што некои компании биле во можност да си ја платат електричната енергија, заштедувајќи што не плаќале дополнително осигурување.
3.2 Пред електричната енергија
„Еден од најважните пронајдоци за класата на високо квалификуваните работници (инженери) би бил во форма на мала мотивациона моќ - некаква јачина што би била силна како половина човек или два коња, што може да се пушти или гаси веднаш, во зависност од поединечната потреба, а да не бара трошење време за управување и да биде со скромни трошоци и при купувањето и при дневната употреба.“
Чарлс Бебиџ, 1851 година За да бидат ефикасни, парните мотори требало да имаат неколку стотици коњски сили. Парните мотори и котли, исто така, барале оператори и одржување. Од овие причини, најмалите комерцијални мотори на пареа биле околу 2 коњски сили. Ова било над практилната употреба за многу мали продавници. Исто така, мала парна машина и котел чинеле околу 7,000$, додека, на пример, еден стар и слеп коњ кој развивал половина коњска сила чинел 20$ или помалку. Машините што користење коњи за напојување чинеле 300$ или помалку.
Побарувачката за моќ била помала од онаа на коњот. Машините во продавниците, како што се машините за обработка на дрво, често се напојувале со едно или две коленести вратила. Машините за шиење во домаќинствата се напојувале со нашите стапала; сепак, фабричките машини за шиење се напојувале на пареа од линиско вратило . Кучиња понекогаш се користеле за напојување воденици, кои можеле да се прилагодат да гмечат путер.
Кон крајот на 19 век, специјално дизајнираните ''енергетски згради'' го изнајмувале својот простор на малите продавници. Овие згради снабдувале моќ до ќираџиите преку парни машини со линиски шахти .
Електричните мотори биле неколку пати поефикасни од малите парни мотори, затоа што производството на централите била поефикасна од малите парни мотори и затоа што линиските вратила и ремени имале големи загуби при триење.
Електричните мотори биле поефикасни од човечката или животинската моќ. Делотворното претворање на моќ од добиточната храна за животни е помеѓу 4-5% во споредба со претворањето од 30+% за електричната енергија создадена со јаглен.
3.3 Економското влијание на електрификацијата
Електрификацијата и економскиот раст се тесно поврзани. Во економијата, се покажа дека делотворноста на електричното производство се поврзува со ''технолошкиот напредок''.
Во САД од 1870-80 г. секој работен час беше одработен со 0.55 КС. Во 1950 година секој работен час беше одработен со 5 КС, или зголемување од 2,8% годишно, и зголемување од 1,5% годишно во периодот од 1930-50 година. Периодот на електрификација на фабриките и домаќинствата од 1900 до 1940 година бил период на висока продуктивност и економски раст.
Повеќето студии за електрификација и електрични мрежи се фокусирале на земјите од индустриско јадро во Европа и САД. Во другите земји, жичената електрична енергија често се пренесувала низ колото на колонијалното владеење. Некои историчари и социолози сметаат дека меѓусебната активност на колонијалната политика и развојот на електричните мрежи (во Индија, Рао) покажале дека регионалната политика заснована на лингвистиката - а не техничко-географските размислувања - довеле до создавање на две одделни електрични мрежи. Во колонијалната Зимбабве (Родезија), Чикаверо покажал дека електрификацијата е расно заснована и им служи на заедницата на бели доселеници, притоа исклучувајќи ги Африканците. Во Палестина, Шамир тврдел дека британските електрични концесии на компанија во сопственост на Зионистите ги продлабочуваат економските разлики помеѓу Арапите и Евреите.
4 Извори на моќ за производство на електрична енергија
Најголемиот дел од електричната енергија се создава во термоцентрали или парни постројки, од кои мнозинството се централи на фосилни горива кои согоруваат јаглен, природен гас и мазут, или биогорива, како што се отпадоци од дрво и црн отпад од хемиската преработка на целулоза.
Најделотворниот топлински систем е комбиниран циклус во кој турбина на согорување напојува генератор со употреба на жешките согорени гасови која потоа ги испушта поладните гасови од согорувањето за да произведе пареа со низок притисок за конвенционално производство на пареа.
4.1 Хидроелектрицитет
Хидроелектрицитетот користи водна турбина за производство на енергија. Во 1878 година, првата шема за хидроелектрична енергија во светот била развиена во Крагсајд во Нортамберленд, Англија од Вилијам Џорџ Армстронг. Се користела за напојување на единствена лачна ламба во неговата уметничка галерија. Старата електрана Шуелкопф бр. 1 во близина на водопадите Нијагара од американската страна започнала да произведува електрична енергија во 1881 година. Првата хидроцентрала на Едисон, Вулкан Стрит, започнала со работа на 30 септември, 1882 година, во Аплтон, Висконсин со моќност од околу 12,5 киловати.
4.2 Ветерници
Првата ветерна турбина што произведува електрична енергија била машина за полнење батерии, инсталирана во јули 1887 година од шкотскиот академик Џејмс Блит за да ја осветли својата викендичка во Мерикирк, Шкотска. Неколку месеци подоцна, американскиот пронаоѓач Чарлс Френцис Браш ја изгради првата автоматски управувана турбина на ветер за производство на електрична енергија во Кливленд, Охајо . Напредокот во последните децении значително ги намали трошоците за ветерната енргија, што ја прави една од најконкурентните алтернативни енергии и е конкурентна со поскапиот природен гас. Главниот проблем на ветерната енергија е што е непостојана, па затоа и треба разгранување на мрежата и енергетски складишта за да биде сигурен главен извор на енергија.
4.3 Геотермална енергија
Принцот Пјеро Џинори Конти го тестирал првиот геотермален генератор на електрична енергија на 4 јули 1904 година во Лардерело, Италија. Тој успешно запалил четири светилки. Подоцна, во 1911 година, таму била изградена и првата комерцијална геотермална централа во светот. Италија била единствениот индустриски производител на геотермална електрична енергија во светот до 1958 година. Геотермалната моќ бара многу жешки подземни температури во близина на површината за да се генерира пареа која се користи во постројки на пареа со ниска температура. Геотермалната енергија се користи само во неколку области. Италија ја снабдува целата електрифицирана железничка мрежа со геотермална моќ.
4.4 Сончева енергија
Производството од сончева енергија, дали директно преку фотоволтаични ќелии, или индиректно како што е преку производството на пареа за да се побуди генераторот на парните турбини, е начин за снабдување со електрична енергија.
5 Степен на електрификација
Додека електрификацијата во градовите и домовите постои од крајот на XIX век, околу 840 милиони луѓе (претежно од Африка) немаат пристап до електрична енергија во 2017 година, што е намалување од 1,2 милијарди луѓе во 2010 година.
Скорешниот напредок во електрификацијата се случил помеѓу 1950-тите и 80-тите години на минатиот век. Огромни придобивки се забележани во 1970-тите и 1980-тите - од 49 проценти во 1970 година на 76 проценти во 1990 година од светското население. Неодамнешните придобивки се поскромни - од почетокот на 2010-тите 81-83 проценти од светското население има пристап до електрична енергија.
6 Енергетска еластичност
Електричната енергија е „леплива“ форма на енергија, на начин што има тенденција да остане на континентот или на островот каде што се произведува. Исто така е повеќенаменска; ако еден извор е недоволен, електрична енергија може да се произведе од други извори, вклучително и од обновливи извори. Како резултат, на долгорочен план е релативно еластично средство за пренос на енергија. На краткорочен план, бидејќи електричната енергија мора да се снабдува во истиот момент кога се троши, е донекаде нестабилна, во споредба со горивата што можат да се испорачаат и складираат на лице место. Сепак, ова може да се ублажи со Мрежно енергетско складирање и Дистрибуирано производство.
7 Поврзано
* Електрично возило
* План GOELRO
* Список на електродистрибутери - приклучоци, напони и честоти
* Железнички електричен систем
* Обновливи извори на енергија
* Развој на обновлива енергија
* Рурална електрификација