Producția abstractă, transmiterea și utilizarea energiei electrice. Producția, transportul și utilizarea energiei electrice
Toate procesele tehnologice ale oricărei producții sunt asociate cu consumul de energie. Marea majoritate a resurselor energetice sunt cheltuite pentru implementarea lor.
Cel mai important rol într-o întreprindere industrială îl joacă energia electrică - cel mai mult vedere universală energie, care este principala sursă de energie mecanică.
Conversia diferitelor tipuri de energie în energie electrică are loc pe centrale electrice .
Centralele electrice sunt întreprinderi sau instalații destinate producerii de energie electrică. Combustibilul pentru centralele electrice este resursele naturale - cărbune, turbă, apă, vânt, soare, energie nucleară etc.
În funcție de tipul de energie care se transformă, centralele electrice pot fi împărțite în următoarele tipuri principale: centrale termice, nucleare, hidroelectrice, centrale cu pompare, turbine cu gaz, precum și centrale de putere redusă. importanță locală– eolian, solar, geotermal, mareele maritime si maree joase, motorina etc.
Cea mai mare parte a energiei electrice (până la 80%) este generată de centrale termice (TPP). Procesul de primire energie electrica la TPP este de a converti în mod constant energia combustibilului ars în energie termală vapori de apă care antrenează unitatea turbină (o turbină cu abur conectată la un generator). Energia mecanică de rotație este transformată de generator în energie electrică. Combustibilul pentru centralele electrice este cărbune, turbă, șisturi bituminoase, gaze naturale, petrol, păcură, deșeuri de lemn.
Odată cu funcționarea economică a TPP, i.e. cu furnizarea simultană de către consumator a cantităților optime de energie electrică și căldură, randamentul acestora ajunge la peste 70%. În perioada în care consumul de căldură este complet oprit (de exemplu, în sezonul fără încălzire), eficiența stației scade.
Centralele nucleare (CNP) diferă de centralele convenționale cu turbine cu abur prin aceea că centralele nucleare utilizează ca sursă de energie procesul de fisiune nucleară a uraniului, plutoniului, toriului etc.. Ca urmare a divizării acestor materiale în dispozitive speciale - reactoare, se eliberează o cantitate imensă de energie termică.
În comparație cu centralele termice, centralele nucleare consumă o cantitate mică de combustibil. Astfel de stații pot fi construite oriunde, pentru că. nu au legătură cu amplasarea rezervelor de combustibil natural. În plus, mediul înconjurător nu este poluat de fum, cenușă, praf și dioxid de sulf.
La centralele hidroelectrice (HPP), energia apei este transformată în energie electrică folosind turbine hidraulice și generatoare conectate la acestea.
Există centrale hidroelectrice de tip baraj și de deviere. Hidrocentralele de baraj sunt utilizate pe râuri plate cu presiuni scăzute, hidrocentralele de deviere (cu canale de ocolire) sunt folosite pe râurile de munte cu pante mari și cu un debit mic de apă. De menționat că funcționarea CHE depinde de nivelul apei determinat de condițiile naturale.
Avantajele HPP sunt eficiența lor ridicată și costul scăzut al energiei electrice generate. Cu toate acestea, trebuie luat în considerare costul ridicat al cheltuielilor de capital în construcția hidrocentralelor și termenii semnificativi ai construcției acestora, care determină perioada lungă de amortizare.
O caracteristică a funcționării centralelor electrice este că acestea trebuie să genereze atâta energie cât este necesară în acest moment pentru a acoperi sarcina consumatorilor, propriile nevoi de stații și pierderile în rețele. Prin urmare, echipamentul stației trebuie să fie întotdeauna pregătit pentru modificări periodice ale sarcinii consumatorilor în timpul zilei sau anului.
Majoritatea centralelor electrice sunt combinate în sisteme energetice , fiecare dintre ele are următoarele cerințe:
- Conformarea puterii generatoarelor și transformatoarelor cu puterea maximă a consumatorilor de energie electrică.
- Capacitate de transmisie suficientă a liniilor electrice (TL).
- Asigurarea alimentării neîntrerupte calitate superioară energie.
- Economie, siguranță și ușurință în utilizare.
Pentru a îndeplini aceste cerințe, sistemele de energie electrică sunt echipate cu săli de comandă speciale dotate cu facilități de monitorizare, control, comunicații și amenajări speciale pentru centrale electrice, linii de transport și substații descendente. Stația de expediere primește datele și informațiile necesare despre stare proces tehnologic la centralele electrice (consum de apă și combustibil, parametri de abur, viteza de rotație a turbinei etc.); despre funcționarea sistemului - ce elemente ale sistemului (linii, transformatoare, generatoare, sarcini, cazane, conducte de abur) sunt în prezent dezactivate, care sunt în funcțiune, în rezervă etc.; despre parametrii electrici ai modului (tensiuni, curenți, activ și putere reactiva, frecvență etc.).
Funcționarea centralelor electrice în sistem face posibilă, datorită unui număr mare de generatoare care funcționează în paralel, creșterea fiabilității alimentării cu energie electrică a consumatorilor, încărcarea completă a celor mai economice unități de centrale electrice și reducerea costului generare de energie electrică. În plus, capacitatea instalată a echipamentelor de rezervă în sistemul de alimentare este redusă; se asigură o calitate superioară a energiei electrice furnizate consumatorilor; capacitatea unitară a unităţilor care pot fi instalate în sistem creşte.
În Rusia, ca și în multe alte țări, curentul alternativ trifazat cu o frecvență de 50 Hz este utilizat pentru producerea și distribuția de energie electrică (60 Hz în SUA și o serie de alte țări). Rețelele și instalațiile de curent trifazat sunt mai economice decât instalațiile de curent alternativ monofazat și, de asemenea, fac posibilă utilizarea pe scară largă a celor mai fiabile, simple și ieftine motoare electrice asincrone ca motor electric.
Alături de curentul trifazat, unele ramuri ale industriei folosesc curentul continuu, care se obține prin redresarea curentului alternativ (electroliza în industria chimică și metalurgia neferoasă, transportul electrificat etc.).
Energia electrică generată la centralele electrice trebuie transferată în locurile de consum, în primul rând către marile centre industriale ale țării, care se află la multe sute și uneori la mii de kilometri distanță de centralele puternice. Dar nu este suficient să transferați energie electrică. Trebuie distribuit între o varietate de consumatori diferiți - întreprinderile industriale, transport, clădiri rezidențiale etc. Transmiterea energiei electrice pe distanțe lungi se realizează la tensiune înaltă (până la 500 kW sau mai mult), ceea ce asigură pierderi electrice minime în liniile electrice și are ca rezultat economii mai mari de materiale datorită reducerii secțiunilor transversale a firelor. Prin urmare, în procesul de transmitere și distribuție a energiei electrice, este necesară creșterea și scăderea tensiunii. Acest proces se realizează cu ajutorul unor dispozitive electromagnetice numite transformatoare. Transformatorul nu este o mașină electrică, pentru că munca sa nu are legătură cu conversia energiei electrice în energie mecanică și invers; convertește doar tensiunea energiei electrice. Creșterea tensiunii se realizează cu ajutorul transformatoarelor superioare la centralele electrice, iar scăderea se realizează cu ajutorul transformatoarelor descendente la stațiile de consum.
O legătură intermediară pentru transportul energiei electrice de la stațiile de transformare la receptoarele de energie electrică sunt Electricitatea rețelei .
O stație de transformare este o instalație electrică concepută pentru a converti și distribui energie electrică.
Substațiile pot fi închise sau deschise, în funcție de amplasarea echipamentelor sale principale. Dacă echipamentul este amplasat într-o clădire, atunci substația este considerată închisă; dacă este pornit în aer liber, apoi deschide.
Echipamentele substației pot fi asamblate din elemente separate ale dispozitivelor sau din blocuri furnizate asamblate pentru instalare. Substațiile de proiectare bloc sunt numite complete.
Echipamentele substațiilor includ dispozitive care efectuează comutarea și protecția circuitelor electrice.
Elementul principal al substațiilor este un transformator de putere. Din punct de vedere structural, transformatoarele de putere sunt realizate astfel încât să elimine la maximum căldura generată de acestea în timpul funcționării de la înfășurări și miez către mediu. Pentru a face acest lucru, de exemplu, un miez cu înfășurări este scufundat într-un rezervor cu ulei, suprafața rezervorului este realizată cu nervuri, cu radiatoare tubulare.
Stațiile de transformare complete instalate direct în spații industriale cu o capacitate de până la 1000 kVA pot fi echipate cu transformatoare uscate.
Pentru a crește factorul de putere al unei instalații electrice, condensatoare statice sunt instalate la substații pentru a compensa puterea reactivă a sarcinii.
Sistemul automat de monitorizare și control al dispozitivelor substației monitorizează procesele care au loc în sarcină, în rețelele de alimentare. Îndeplinește funcțiile de protecție a transformatorului și a rețelelor, deconectează secțiile protejate prin intermediul unui comutator în condiții de urgență, reactivează, pornește automat rezerva.
Stațiile de transformare ale întreprinderilor industriale sunt conectate la rețea căi diferiteîn funcție de cerințele pentru fiabilitatea alimentării neîntrerupte a consumatorilor.
Schemele tipice care asigură alimentarea neîntreruptă sunt radiale, principale sau inelare.
În schemele radiale, liniile care alimentează mari consumatori de electricitate pleacă de la tabloul de distribuție al postului de transformare: motoare, puncte de distribuție de grup, la care sunt atașate receptoare mai mici. Circuitele radiale sunt utilizate în compresoare, stații de pompare, magazine de explozie și incendii, industrii cu praf. Ele oferă o fiabilitate ridicată a alimentării cu energie, permit utilizarea pe scară largă a echipamentelor automate de control și protecție, dar necesită cheltuieli mari pentru construcția tablourilor de distribuție, așezarea cablurilor și a firelor.
Schemele trunchiului sunt utilizate atunci când sarcina este distribuită uniform în zona atelierului, când nu este necesară construirea unui tablou de distribuție la substație, ceea ce reduce costul instalației; pot fi folosite bare prefabricate, ceea ce grăbește instalarea. În același timp, deplasarea echipamentelor tehnologice nu necesită modificarea rețelei.
Dezavantajul schemei portbagajului este fiabilitatea scăzută a sursei de alimentare, deoarece dacă portbagajul este deteriorat, toate receptoarele electrice conectate la acesta sunt oprite. Cu toate acestea, instalarea de jumperi între rețea și utilizarea protecției crește semnificativ fiabilitatea alimentării cu un cost minim pentru redundanță.
Din substații, curentul de joasă tensiune de frecvență industrială este distribuit către ateliere folosind cabluri, fire, bare colectoare de la tabloul de distribuție al atelierului până la antrenările electrice ale mașinilor individuale.
Întreruperea alimentării cu energie a întreprinderilor, chiar și pe termen scurt, duc la încălcări ale procesului tehnologic, deteriorarea produselor, deteriorarea echipamentelor și pierderi ireparabile. În unele cazuri, o întrerupere de curent poate crea un pericol de explozie și incendiu în întreprinderi.
Conform regulilor de instalare a instalațiilor electrice, toți receptorii de energie electrică sunt împărțiți în trei categorii în funcție de fiabilitatea alimentării cu energie:
- Receptoare de putere pentru care o întrerupere a alimentării cu energie este inacceptabilă, deoarece poate duce la deteriorarea echipamentului, defecte în masă ale produselor, întreruperea unui proces tehnologic complex, întreruperea muncii în special elemente importante economia urbană și în cele din urmă amenință viața oamenilor.
- Receptoare de energie, a căror întrerupere a alimentării cu energie electrică duce la neîndeplinirea planului de producție, timpi de nefuncționare a lucrătorilor, mecanismelor și vehiculelor industriale.
- Alte receptoare de energie electrică, de exemplu, ateliere de producție non-seriale și auxiliare, depozite.
Alimentarea cu energie electrică a receptoarelor de energie electrică din categoria I trebuie să fie asigurată în orice caz și, în caz de încălcare, este restabilită automat. Prin urmare, astfel de receptoare trebuie să aibă două surse de alimentare independente, fiecare dintre acestea putând să le furnizeze pe deplin electricitate.
Receptoarele de energie electrică din a doua categorie pot avea o sursă de alimentare de rezervă, a cărei conectare se face de către personalul de serviciu după o anumită perioadă de timp după defectarea sursei principale.
Pentru receptoarele din a treia categorie, o sursă de alimentare de rezervă, de regulă, nu este furnizată.
Sursa de alimentare a întreprinderilor este împărțită în externă și internă. Alimentarea externă este un sistem de rețele și substații de la sursa de energie (sistemul electric sau centrala electrică) până la stația de transformare a întreprinderii. În acest caz, transmiterea energiei se realizează prin cablu sau linii aeriene cu o tensiune nominală de 6, 10, 20, 35, 110 și 220 kV. Alimentarea internă include sistemul de distribuție a energiei în cadrul atelierelor întreprinderii și pe teritoriul acesteia.
La sarcina de putere (motoare electrice, cuptoare electrice) este furnizată o tensiune de 380 sau 660 V. La sarcina de iluminat este de 220 V. Pentru a reduce pierderile, se recomandă conectarea motoarelor cu o putere de 200 kW sau mai mare la o tensiune de 6 sau 10 kV.
Cea mai comună tensiune la întreprinderile industriale este de 380 V. Tensiunea de 660 V este introdusă pe scară largă, ceea ce face posibilă reducerea pierderilor de energie și consumul de metale neferoase în rețelele de joasă tensiune, creșterea gamei de substații de atelier și puterea fiecărui transformator până la 2500 kVA. În unele cazuri, la o tensiune de 660 V, este justificată din punct de vedere economic utilizarea motoarelor asincrone cu o putere de până la 630 kW.
Distribuția energiei electrice se realizează folosind cablaje electrice - un set de fire și cabluri cu elemente de fixare aferente, structuri de susținere și de protecție.
Cablajul intern este cablul electric care este așezat în interiorul clădirii; exterior - în exterior, de-a lungul pereților exteriori ai clădirii, sub copertine, pe suporturi. În funcție de metoda de așezare, cablarea interioară poate fi deschisă dacă este așezată pe suprafața pereților, tavanelor etc. și ascunsă dacă este așezată în elementele structurale ale clădirilor.
Cablajul poate fi așezat cu sârmă izolată sau cablu neblimat de până la 16 mm pătrați. În locurile cu posibil impact mecanic, cablurile electrice sunt închise țevi din oțel, etanșați dacă mediul camerei este exploziv, agresiv. La mașinile-unelte, mașinile de imprimat, cablarea se realizează în țevi, în manșoane metalice cu un fir cu izolație PVC, care nu se prăbușește din cauza expunerii la uleiurile de mașină. Un număr mare de fire ale sistemului de management al firelor electrice al mașinii sunt plasate în tăvi. Conductele autobuzelor sunt folosite pentru a transmite energie electrică în atelierele cu un număr mare de mașini de producție.
Pentru transmiterea și distribuția energiei electrice, cablurile de alimentare într-un cauciuc, manta de plumb sunt utilizate pe scară largă; neblindate si blindate. Cablurile pot fi așezate în canale de cabluri, fixate pe pereți, în șanțuri de pământ, încorporate în pereți.
în fizică
pe tema „Producerea, transportul și utilizarea energiei electrice”
Elevii clasei a XI-a A
MOU școala numărul 85
Catherine.
Plan abstract.
Introducere.
1. Producția de energie electrică.
1. tipuri de centrale electrice.
2. surse alternative de energie.
2. Transmisia puterii.
transformatoare.
3. Utilizarea energiei electrice.
Introducere.
Nașterea energiei a avut loc în urmă cu câteva milioane de ani, când oamenii au învățat să folosească focul. Focul le dădea căldură și lumină, era o sursă de inspirație și optimism, o armă împotriva dușmanilor și a animalelor sălbatice, un remediu, un asistent în agricultură, un conservant alimentar, un instrument tehnologic etc.
Frumosul mit al lui Prometeu, care a dat oamenilor foc, a apărut în Grecia antică mult mai târziu decât, în multe părți ale lumii, metodele destul de sofisticate de manipulare a focului, producerea și stingerea acestuia, conservarea focului și utilizare rațională combustibil.
Timp de mulți ani, focul a fost întreținut prin arderea surselor de energie vegetală (lemn, arbuști, stuf, iarbă, alge uscate etc.), apoi s-a descoperit că pentru întreținerea focului se pot folosi substanțe fosile: cărbune, petrol. , șisturi, turbă.
Până în prezent, energia rămâne componenta principală a vieții umane. Face posibilă crearea diverse materiale, este unul dintre principalii factori în dezvoltarea noilor tehnologii. Pur și simplu, fără stăpânire diferite feluri energie, o persoană nu este capabilă să existe pe deplin.
Generarea de energie electrică.
Tipuri de centrale electrice.
Centrala termica (TPP), o centrală electrică care generează energie electrică ca urmare a conversiei energiei termice eliberate în timpul arderii combustibililor fosili. Primele centrale termice au apărut la sfârșitul secolului al XIX-lea și au fost predominant distribuite. La mijlocul anilor '70 ai secolului XX, centralele termice erau principalul tip de centrale electrice.
La centralele termice, energia chimică a combustibilului este transformată mai întâi în energie mecanică și apoi în energie electrică. Combustibilul pentru o astfel de centrală poate fi cărbune, turbă, gaz, șist petrolier, păcură.
Centralele termice se împart în condensare(IES) concepute pentru a genera numai energie electrică și centrale termice combinate(CHP), producând pe lângă energie termică electrică sub formă de apa fierbinte ipara. IES-urile mari de importanță districtuală sunt numite centrale electrice districtuale de stat (GRES).
Protozoare schema circuitului Un IES pe cărbune este prezentat în figură. Cărbunele este alimentat în buncărul de combustibil 1, iar din acesta - în instalația de zdrobire 2, unde se transformă în praf. Praful de cărbune pătrunde în cuptorul generatorului de abur (cazanul de abur) 3, care are un sistem de conducte în care circulă apă purificată chimic, numită apă de alimentare. În cazan, apa se încălzește, se evaporă, iar aburul saturat rezultat este adus la o temperatură de 400-650 ° C și, sub o presiune de 3-24 MPa, intră în turbina cu abur 4 prin conducta de abur. parametrii depind de puterea unităților.
Centralele termocondensante au un randament scazut (30-40%), deoarece cea mai mare parte a energiei se pierde cu gazele de ardere si apa de racire a condensatorului. Este avantajos să construiți un IES în imediata apropiere a locurilor de extracție a combustibilului. În același timp, consumatorii de energie electrică pot fi localizați la o distanță considerabilă de stație.
centrala combinata termica si electrica diferă de stația de condensare cu o turbină specială de extracție a căldurii instalată pe ea cu extracție a aburului. La CHPP, o parte a aburului este utilizată complet în turbină pentru a genera energie electrică în generatorul 5 și apoi intră în condensator 6, iar cealaltă, având temperatura ridicata iar presiunea este preluată de la treapta intermediară a turbinei și utilizată pentru alimentarea cu căldură.Condensul este furnizat generatorului de abur prin pompa 7 prin dezaeratorul 8 și apoi prin pompa de alimentare 9. Cantitatea de abur extrasa depinde de nevoile intreprinderilor de energie termica.
Eficiența CHP ajunge la 60-70%. Astfel de stații sunt de obicei construite în apropierea consumatorilor - întreprinderi industriale sau zone rezidențiale. Cel mai adesea lucrează pe combustibil importat.
Statii termice cu turbina de gaz(GTPS), abur-gaz(PGES) și instalații diesel.
Gazul este arse în camera de ardere a GTPP sau combustibil lichid; produsele de ardere cu o temperatură de 750-900 ºС intră în turbina cu gaz care rotește generatorul electric. Eficiența unor astfel de centrale termice este de obicei de 26-28%, puterea este de până la câteva sute de MW . GTPP-urile sunt de obicei folosite pentru a acoperi sarcinile electrice de vârf. Eficiența SGPP poate ajunge la 42 - 43%.
Cele mai economice sunt centralele mari cu turbine termice cu abur (TPP-urile pe scurt). Majoritatea termocentralelor din țara noastră folosesc drept combustibil praful de cărbune. Este nevoie de câteva sute de grame de cărbune pentru a genera 1 kWh de energie electrică. Într-un cazan cu abur, peste 90% din energia eliberată de combustibil este transferată în abur. În turbină, energia cinetică a jeturilor de abur este transferată rotorului. Arborele turbinei este conectat rigid la generatorul arborelui.
Turbinele moderne cu abur pentru centrale termice sunt mașini foarte avansate, de mare viteză, foarte economice, cu o durată de viață lungă. Puterea lor în versiunea focosului ajunge la 1 milion 200 mii kW, iar aceasta nu este limita. Astfel de mașini sunt întotdeauna în mai multe etape, adică au de obicei câteva zeci de discuri cu lame de lucru și același număr, în fața fiecărui disc, de grupuri de duze prin care curge un jet de abur. Presiunea și temperatura aburului scad treptat.
Din cursul fizicii se știe că eficiența motoarelor termice crește odată cu creșterea temperaturii inițiale a fluidului de lucru. Prin urmare, aburul care intră în turbină este adus la parametri înalți: temperatura este de aproape 550 ° C și presiunea este de până la 25 MPa. Eficiența TPP ajunge la 40%. Cea mai mare parte a energiei se pierde cu aburul fierbinte.
centrala hidroelectrica (HPP), un complex de structuri și echipamente, prin care energia curgerii apei este transformată în energie electrică. HPP constă dintr-un circuit în serie structuri hidraulice, asigurarea concentrației necesare a fluxului de apă și crearea presiunii, și echipamente de putere care transformă energia apei care se mișcă sub presiune în energie mecanică de rotație, care, la rândul său, este transformată în energie electrică.
CHE Napor este creată prin concentrarea căderii râului în zona folosită de baraj, sau derivare, sau baraj și derivație împreună. Echipamentul principal de putere al centralei hidroelectrice este situat în clădirea hidrocentralei: în sala mașinilor centralei electrice - unitati hidraulice, echipament auxiliar, dispozitive control automat si control; în postul central de comandă - consola operator-dispecer sau operator hidrocentrala. Amplificare statie de transformare situat atât în interiorul clădirii centralei electrice cât și în clădiri separate sau în spații deschise. Comutatoare adesea situat pe spatiu deschis. Clădirea centralei electrice poate fi împărțită în secțiuni cu una sau mai multe unități și echipamente auxiliare, separate de părțile adiacente ale clădirii. La clădirea CHE sau în interiorul acesteia se creează un loc de montaj pentru asamblarea și repararea diferitelor echipamente și pentru operațiuni auxiliare de întreținere a CHE.
Capacitate instalată (in MW) distinge între centralele hidroelectrice puternic(Sf. 250), mediu(până la 25) și mic(până la 5). Puterea hidrocentralei depinde de presiune (diferența dintre nivelurile piscinei superioare și inferioare ), debitul de apă utilizat în turbinele hidraulice și eficiența unității hidraulice. Din mai multe motive (datorită, de exemplu, modificări sezoniere ale nivelului apei în rezervoare, variabilitate a sarcinii sistemului de alimentare, repararea unităților hidroelectrice sau a structurilor hidraulice etc.), înălțimea și debitul apei sunt constant. schimbare și, în plus, debitul se modifică la reglarea puterii HPP. Există cicluri anuale, săptămânale și zilnice ale modului de funcționare HPP.
În funcție de presiunea maximă utilizată, HPP-urile sunt împărțite în presiune ridicata(mai mult de 60 m), presiune medie(de la 25 la 60 m)Și presiune scăzută(de la 3 la 25 m). Pe râurile plate, presiunea depășește rar 100 m, in conditii de munte, prin baraj, se pot crea presiuni de pana la 300 mși mai mult, și cu ajutorul derivației - până la 1500 m. Subdiviziunea hidrocentralei in functie de presiunea folosita este aproximativa, conditionata.
Conform schemei de utilizare a resurselor de apă și a concentrației presiunii, HPP-urile sunt de obicei împărțite în canal, aproape de baraj, pompa de deviere și de deviere fără presiune, mixt, depozitare pompatăȘi maree.
În hidrocentralele de canal și baraj, presiunea apei este creată de un baraj care blochează râul și ridică nivelul apei în amonte. În același timp, unele inundații ale văii râului sunt inevitabile. CHE de curgere și aproape de baraj sunt construite atât pe râuri joase cu apă înaltă, cât și pe râuri de munte, în văi înguste comprimate. CP-urile la cursul râului se caracterizează prin capete de până la 30-40 m.
La presiuni mai mari, se dovedește a fi nepractic să se transfere presiunea hidrostatică a apei în clădirea HPP. În acest caz, tipul baraj Hidrocentrala, in care frontul de presiune este blocat de un baraj in intregime, cladirea hidrocentralei este situata in spatele barajului, adiacent cu aval.
Alt fel de layout lângă baraj Centrala hidroelectrică corespunde condițiilor montane cu debite relativ scăzute ale râului.
ÎN derivativ Concentrația hidroelectrică a căderii râului este creată prin derivație; apa de la începutul tronsonului uzat al râului este deviată de la canalul râului printr-o conductă, cu o pantă semnificativ mai mică decât panta medie a râului în acest tronson și cu redresarea curbelor și curbelor canalului. Sfârșitul derivării este adus la locația clădirii CHE. Apa uzată este fie returnată în râu, fie alimentată la următoarea CHE de deviere. Derivarea este benefică atunci când panta râului este mare.
Un loc special printre CHE îl ocupă centrale cu acumulare prin pompare(PSPP) și centralele mareomotrice(PES). Construcția unei centrale cu acumulare prin pompare se datorează cererii tot mai mari de putere de vârf în sistemele mari de energie, care determină capacitatea de generare necesară pentru acoperirea sarcinilor de vârf. Capacitatea PSP de a acumula energie se bazează pe faptul că energia electrică gratuită din sistemul de alimentare într-o anumită perioadă de timp este utilizată de unitățile PSP, care, funcționând în modul pompă, pompează apa din rezervor în bazin de depozitare superior. În timpul vârfurilor de sarcină, energia acumulată este returnată la sistemul de alimentare (apa din bazinul superior intră în conducta de presiune și rotește unitățile hidraulice care funcționează în modul generator curent).
PES transformă energia mareelor în energie electrică. Puterea electrică a hidrocentralelor mareoelectrice, datorită unor caracteristici asociate cu caracterul periodic al mareelor, poate fi utilizată în sistemele electrice numai în combinație cu energia centralelor de reglare, care compensează întreruperile de curent ale centralelor mareeotice în timpul zilei. sau luni.
Cea mai importantă caracteristică a resurselor hidroenergetice în comparație cu resursele de combustibil și energie este reînnoirea continuă a acestora. Prin urmare, construcția de hidrocentrale, în ciuda investițiilor de capital semnificative, specifice la 1 kW capacitatea instalată și perioadele lungi de construcție au fost și sunt de mare importanță, mai ales atunci când este asociată cu amplasarea industriilor intensive din punct de vedere electric.
Centrală nucleară (NPP), o centrală electrică în care energia atomică (nucleară) este convertită în energie electrică. Generatorul de energie dintr-o centrală nucleară este un reactor nuclear. Căldura degajată în reactor ca urmare a reacție în lanț fisiunea nucleară a unor elemente grele, apoi, la fel ca în centralele termice convenționale (TPP), este transformată în energie electrică. Spre deosebire de centralele termice care funcționează pe combustibili fosili, centralele nucleare funcționează combustibil nuclear(în principal 233U, 235U, 239Pu) S-a stabilit că resursele energetice mondiale ale combustibilului nuclear (uraniu, plutoniu etc.) depășesc semnificativ resursele energetice ale rezervelor naturale de combustibil organic (petrol, cărbune, gaz natural si etc.). Acest lucru deschide perspective largi de satisfacere a cererii în creștere rapidă de combustibil.În plus, este necesar să se țină cont de consumul tot mai mare de cărbune și petrol în scopuri tehnologice al industriei chimice globale, care devine un concurent serios pentru termoficare. centrale electrice. În ciuda descoperirii de noi zăcăminte de combustibil organic și a îmbunătățirii metodelor de producere a acestuia, există o tendință în lume la o creștere relativă a costului acestuia. Aceasta creează cel mai mult conditii dificile pentru țările cu rezerve limitate de combustibili fosili. Există o nevoie clară de dezvoltare rapidă energie nucleară, care ocupă deja un loc proeminent în balanța energetică a unui număr de țări industriale ale lumii.
O diagramă schematică a unei centrale nucleare cu un reactor nuclear răcit cu apă este prezentată în fig. 2. Căldura generată în miez reactor lichid de răcire, este preluată de apa din primul circuit, care este pompată prin reactor de o pompă de circulație.Apa încălzită din reactor intră în schimbătorul de căldură (generator de abur) 3, unde transferă căldura primită în reactor în apa circuitului al 2-lea. Apa din al 2-lea circuit se evaporă în generatorul de abur și se formează abur, care apoi intră în turbină 4.
Cel mai adesea, la centralele nucleare sunt utilizate 4 tipuri de reactoare cu neutroni termici:
1) apă-apă cu apă plată ca moderator și lichid de răcire;
2) grafit-apă cu lichid de răcire cu apă și moderator din grafit;
3) apă grea cu un lichid de răcire cu apă și apă grea ca moderator;
4) graffito - gaz cu un lichid de răcire pe gaz și un moderator de grafit.
Alegerea tipului de reactor utilizat predominant este determinată în principal de experiența acumulată în reactorul purtător, precum și de disponibilitatea echipamentelor industriale necesare, a materiilor prime etc.
Reactorul și sistemele sale suport includ: reactorul propriu-zis cu protecție biologică , schimbătoare de căldură, pompe sau instalații de suflare a gazului care circulă lichidul de răcire, conducte și fitinguri de circulație a circuitului, dispozitive de reîncărcare a combustibilului nuclear, sisteme de ventilație specială, răcire de urgență etc.
Pentru a proteja personalul NPP de expunerea la radiații reactorul este înconjurat de protecție biologică, materialul principal pentru care sunt betonul, apa, nisipul serpentin. Echipamentul circuitului reactorului trebuie să fie complet etanșat. Este prevăzut un sistem de monitorizare a locurilor de posibilă scurgere a lichidului de răcire, se iau măsuri pentru ca apariția scurgerilor și ruperilor în circuit să nu conducă la emisii radioactive și poluarea incintei CNE și a zonei înconjurătoare. Aerul radioactiv și o cantitate mică de vapori de lichid de răcire, din cauza prezenței scurgerilor din circuit, sunt îndepărtate din incinta nesupravegheată a CNE printr-un sistem special de ventilație, în care, pentru a exclude posibilitatea de poluare atmosferică, filtre de purificare și reținere. sunt furnizate suporturi de gaz. Serviciul de control dozimetric monitorizează respectarea regulilor de radioprotecție de către personalul CNE.
Disponibilitatea de ecranare biologică, sisteme speciale de ventilație și răcire de urgență și serviciul de control dozimetric fac posibilă protejarea completă a personalului de întreținere a CNE de efectele nocive ale expunerii radioactive.
Centralele nucleare, care sunt cele mai multe aspect modern centralele electrice au o serie de avantaje semnificative față de alte tipuri de centrale electrice: în condiții normale de funcționare, ele nu poluează absolut mediu inconjurator, nu necesită legarea de sursa materiilor prime și, în consecință, pot fi plasate aproape oriunde. Noile unități de putere au o capacitate aproape egală cu capacitatea unei hidrocentrale medii, totuși, factorul de utilizare a capacității instalate la centralele nucleare (80%) depășește semnificativ acest indicator la hidrocentrale sau termocentrale.
Practic nu există deficiențe semnificative ale centralelor nucleare în condiții normale de funcționare.Totuși, este imposibil să nu sesizeze pericolul centralelor nucleare în cazul unor eventuale circumstanțe de forță majoră: cutremure, uragane etc. - aici modele vechi de unități de putere prezintă un potențial pericol de contaminare cu radiații a teritoriilor din cauza supraîncălzirii necontrolate a reactorului.
Surse alternative de energie.
Energia soarelui.
Recent, interes pentru problema utilizării energie solara a crescut brusc, deoarece potențialul energetic, bazat pe utilizarea radiației solare directe, este extrem de mare.
Cel mai simplu colector de radiație solară este o foaie de metal înnegrită (de obicei de aluminiu), în interiorul căreia există țevi în care circulă un lichid. Încălzit cu energia solară absorbită de colector, lichidul este furnizat pentru utilizare directă.
Energia solară este unul dintre tipurile de producție de energie cu cea mai mare intensitate de materiale. Utilizarea pe scară largă a energiei solare presupune o creștere gigantică a necesarului de materiale și, în consecință, de resurse de muncă pentru extracția materiilor prime, îmbogățirea acestora, producerea de materiale, fabricarea heliostatelor, colectoarelor, altor echipamente, si transportul acestora.
Până acum, energia electrică generată de razele soarelui este mult mai scumpă decât energia primită. moduri traditionale. Oamenii de știință speră că experimentele pe care le vor desfășura la instalațiile și stațiile pilot vor ajuta la rezolvarea problemelor nu numai tehnice, ci și economice.
Energie eoliana.
Energie uriașă a maselor de aer în mișcare. Rezervele de energie eoliană sunt de peste o sută de ori mai mari decât rezervele de hidroenergie ale tuturor râurilor planetei. Vânturile bat în mod constant și peste tot pe pământ. Condiții climatice permit dezvoltarea energiei eoliene într-o zonă vastă.
Astăzi, motoarele eoliene acoperă doar o miime din necesarul de energie al lumii. Prin urmare, pentru a crea structurile roții eoliene, inima oricărei centrale eoliene, sunt implicați constructorii de avioane, care sunt capabili să aleagă cel mai potrivit profil al lamei, să-l exploreze în tunel de vant. Prin eforturile oamenilor de știință și inginerilor, au fost create o mare varietate de modele de turbine eoliene moderne.
Energia Pământului.
Din cele mai vechi timpuri, oamenii au știut despre manifestările elementare ale energiei gigantice care pândesc în globul subteran. Memoria omenirii păstrează legende despre erupțiile vulcanice catastrofale care au adus milioane de vieți omenești, au schimbat de nerecunoscut aspectul multor locuri de pe Pământ. Puterea erupției chiar și a unui vulcan relativ mic este colosală, este de multe ori mai mare decât puterea celui mai mare centrale electrice creat de mâna omului. Adevărat, nu este nevoie să vorbim despre utilizarea directă a energiei erupțiilor vulcanice, deocamdată oamenii nu au ocazia să înfrâneze acest element recalcitrant.
Energia Pământului este potrivită nu numai pentru încălzirea spațiului, așa cum este cazul Islandei, ci și pentru generarea de energie electrică.Centralele care utilizează surse subterane fierbinți funcționează de mult timp. Prima astfel de centrală, încă destul de mică, a fost construită în 1904 în micul oraș italian Larderello. Treptat, capacitatea centralei a crescut, au intrat în funcțiune tot mai multe unități noi, au fost folosite noi surse de apă caldă, iar astăzi puterea stației a atins deja o valoare impresionantă de 360 de mii de kilowați.
Transmisia puterii.
Transformatoare.
Ați achiziționat un frigider ZIL. Vânzătorul v-a avertizat că frigiderul este proiectat pentru o tensiune de rețea de 220 V. Aveți o tensiune de rețea de 127 V în casă. Deloc. Trebuie doar să faceți un cost suplimentar și să cumpărați un transformator.
Transformator- un dispozitiv foarte simplu care iti permite atat cresterea cat si scaderea tensiunii. Conversia AC se realizează cu ajutorul transformatoarelor. Pentru prima dată, transformatoarele au fost folosite în 1878 de martirul rus P.N. Yablochkov pentru a alimenta „lumânările electrice” pe care le-a inventat, o nouă sursă de lumină la acea vreme. Ideea lui P. N. Yablochkov a fost dezvoltată de I. F. Usagin, un angajat al Universității din Moscova, care a proiectat transformatoare îmbunătățite.
Transformatorul constă dintr-un miez de fier închis, pe care sunt puse două (uneori mai multe) bobine cu înfășurări de sârmă (Fig. 1). Una dintre înfășurări, numită înfășurare primară, este conectată la o sursă de tensiune AC. A doua înfășurare, la care este conectată „sarcina”, adică dispozitivele și dispozitivele care consumă energie electrică, se numește secundar.
Fig.1 Fig.2
Diagrama dispozitivului unui transformator cu două înfășurări este prezentată în Figura 2, iar denumirea convențională adoptată pentru acesta este în Figura. 3.
Acțiunea transformatorului se bazează pe fenomenul de inducție electromagnetică. Când un curent alternativ trece prin înfășurarea primară, în miezul de fier apare un flux magnetic alternativ, care excită EMF de inducție în fiecare înfășurare.Mai mult, valoarea instantanee a EMF de inducție eV orice rotire a înfășurării primare sau secundare conform legii lui Faraday este determinată de formula:
e = -Δ F/Δ t
Dacă F= Ф0сosωt, atunci
e = ω Ф0păcatω t, sau
e =Epăcatω t,
Unde E\u003d ω Ф0 - amplitudinea EMF într-o singură tură.
În înfăşurarea primară având n1 spire, FEM de inducție totală e1 este egal cu p1e.
În înfășurarea secundară, există o FEM totală. e2 este egal cu p2e, Unde p2 este numărul de spire ale acestei înfășurări.
De aici rezultă că
e1 e2 = p1p2. (1)
Cantitatea de tensiune u1 , aplicat înfășurării primare și EMF e1 ar trebui să fie egală cu căderea de tensiune în înfășurarea primară:
u1 + e1 = i1 R1 , Unde R1 este rezistența activă a înfășurării și i1 este curentul din el. Această ecuație decurge direct din ecuația generală. De obicei, rezistența activă a înfășurării este mică și termenul i1 R1 poate fi neglijat. De aceea
u1 ≈ -e1 . (2)
Când înfășurarea secundară a transformatorului este deschisă, curentul nu curge în el și are loc relația:
u2 ≈ - e2 . (3)
Deoarece valorile instantanee ale EMF e1 Și e2 schimbare de fază, atunci raportul lor din formula (1) poate fi înlocuit cu raportul valorilor efective E1 ȘiE2 aceste EMF sau, ținând cont de egalitățile (2) și (3), raportul valorilor efective ale tensiunilor U 1 si tu 2 .
U 1 /U 2 = E1 / E2 = n1 / n2 = k. (4)
Valoare k numit raport de transformare. Dacă k>1, atunci transformatorul este step-down, cu k<1 - crescând.
Când circuitul înfășurării secundare este închis, curent curge în el. Apoi relația u2 ≈ - e2 nu mai este satisfăcută exact și, în consecință, legătura dintre U 1 si tu 2 devine mai complex decât în ecuația (4).
Conform legii conservării energiei, puterea din circuitul primar trebuie să fie egală cu puterea din circuitul secundar:
U 1 eu1 = U 2 eu2, (5)
Unde eu1 Și eu2 - valorile efective ale forței în înfășurările primare și secundare.
De aici rezultă că
U 1 /U 2 = eu1 / eu2 . (6)
Aceasta înseamnă că prin creșterea tensiunii de mai multe ori cu ajutorul unui transformator, reducem curentul de același număr de ori (și invers).
Datorită pierderilor de energie inevitabile datorate generării de căldură în înfășurări și miez de fier, ecuațiile (5) și (6) sunt aproximativ îndeplinite. Cu toate acestea, la transformatoarele moderne de mare putere, pierderile totale nu depășesc 2-3%.
În practica de zi cu zi, de multe ori trebuie să ai de-a face cu transformatoare. Pe lângă acele transformatoare pe care le folosim vrând-nevrând din cauza faptului că dispozitivele industriale sunt proiectate pentru o tensiune, iar alta este folosită în rețeaua orașului, în afară de ele, avem de-a face și cu rolele auto. Bobina este un transformator step-up. Pentru a crea o scânteie care aprinde amestecul de lucru, este necesară o tensiune înaltă, pe care o obținem de la bateria mașinii, după ce în prealabil a transformat curentul continuu al bateriei în curent alternativ folosind un întrerupător.Este ușor de înțeles că, până la pierderea energie utilizată pentru încălzirea transformatorului, curentul scade odată cu creșterea tensiunii și invers.
Mașinile de sudură necesită transformatoare coborâtoare. Sudarea necesită curenți foarte mari, iar transformatorul aparatului de sudură are o singură tură de ieșire.
Probabil ați observat că miezul transformatorului este făcut din foi subțiri de oțel. Acest lucru se face pentru a nu pierde energie la conversia tensiunii. Într-un material de tablă, curenții turbionari vor juca un rol mai mic decât într-unul continuu.
Acasă te ocupi cu transformatoare mici. În ceea ce privește transformatoarele puternice, acestea sunt structuri uriașe. În aceste cazuri, miezul cu înfășurări este plasat într-un rezervor umplut cu ulei de răcire.
Transmisia puterii
Consumatorii de energie electrică sunt peste tot. Este produs în relativ puține locuri în apropierea surselor de combustibil și a resurselor de apă. Prin urmare, este nevoie de a transmite energie electrică pe distanțe, ajungând uneori la sute de kilometri.
Dar transmiterea energiei electrice pe distanțe lungi este asociată cu pierderi semnificative. Cert este că, curgând prin liniile electrice, curentul le încălzește. În conformitate cu legea Joule-Lenz, energia cheltuită pentru încălzirea firelor liniei este determinată de formula
unde R este rezistența liniei. Cu o linie lungă, transmisia de energie poate deveni, în general, neprofitabilă din punct de vedere economic. Pentru a reduce pierderile, puteți, desigur, să urmați calea de reducere a rezistenței R a liniei prin creșterea ariei secțiunii transversale a firelor. Dar pentru a reduce R, de exemplu, cu un factor de 100, masa firului trebuie de asemenea crescută cu un factor de 100. Este clar că o cheltuială atât de mare cu metale neferoase scumpe nu poate fi permisă, ca să nu mai vorbim de dificultățile de fixare a firelor grele pe catarge înalte etc. Prin urmare, pierderile de energie în linie sunt reduse în alt mod: prin reducerea curentului. in linie. De exemplu, o scădere a curentului cu un factor de 10 reduce cantitatea de căldură eliberată în conductori de 100 de ori, adică se obține același efect ca de la o pondere de o sută de ori a firului.
Deoarece puterea curentă este proporțională cu produsul dintre puterea curentului și tensiunea, pentru a menține puterea transmisă, este necesară creșterea tensiunii în linia de transmisie. În plus, cu cât linia de transport este mai lungă, cu atât este mai profitabilă utilizarea unei tensiuni mai mari.De exemplu, în linia de transport de înaltă tensiune Volzhskaya HPP - Moscova, se folosește o tensiune de 500 kV. Între timp, generatoarele de curent alternativ sunt construite pentru tensiuni care nu depășesc 16-20 kV, deoarece o tensiune mai mare ar necesita adoptarea unor măsuri speciale mai complexe pentru izolarea înfășurărilor și a altor părți ale generatoarelor.
Prin urmare, transformatoarele superioare sunt instalate la centralele mari. Transformatorul crește tensiunea în linie la fel de mult pe cât reduce curentul. Pierderile de putere sunt mici.
Pentru utilizarea directă a energiei electrice în motoarele de antrenare electrică a mașinilor-unelte, rețeaua de iluminat și în alte scopuri, tensiunea la capetele liniei trebuie redusă. Acest lucru se realizează folosind transformatoare descendente. Mai mult, de obicei, o scădere a tensiunii și, în consecință, o creștere a puterii curentului are loc în mai multe etape. La fiecare etapă, tensiunea se micșorează, teritoriul acoperit de rețeaua electrică se întinde. Schema de transport și distribuție a energiei electrice este prezentată în figură.
Stațiile electrice dintr-o serie de regiuni ale țării sunt conectate prin linii de transport de înaltă tensiune, formând o rețea electrică comună la care sunt conectați consumatorii. O astfel de asociere se numește sistem de putere. Sistemul de alimentare asigură alimentarea neîntreruptă cu energie a consumatorilor, indiferent de locația acestora.
Utilizarea energiei electrice.
Utilizarea energiei electrice în diverse domenii ale științei.
Secolul XX a devenit un secol în care știința invadează toate sferele societății: economie, politică, cultură, educație etc. Desigur, știința afectează în mod direct dezvoltarea energiei și domeniul de aplicare a electricității. Pe de o parte, știința contribuie la extinderea domeniului de aplicare a energiei electrice și, prin urmare, crește consumul acesteia, dar, pe de altă parte, într-o epocă în care utilizarea nelimitată a resurselor energetice neregenerabile reprezintă un pericol pentru generațiile viitoare, dezvoltarea a tehnologiilor de economisire a energiei și implementarea lor devin sarcini de actualitate ale științei.
Să luăm în considerare aceste întrebări pe exemple specifice. Aproximativ 80% din creșterea PIB-ului (produsul intern brut) în țările dezvoltate este realizată prin inovare tehnică, cea mai mare parte din care este legată de utilizarea energiei electrice. Tot ce este nou în industrie, agricultură și viața de zi cu zi vine la noi datorită noilor dezvoltări din diferite ramuri ale științei.
Majoritatea dezvoltărilor științifice încep cu calcule teoretice. Dar dacă în secolul al XIX-lea aceste calcule se făceau cu pix și hârtie, atunci în epoca revoluției științifice și tehnologice (revoluția științifică și tehnologică), se fac toate calculele teoretice, selecția și analiza datelor științifice și chiar analiza lingvistică a operelor literare. folosind calculatoare (calculatoare electronice) care funcționează pe energie electrică, cea mai convenabilă pentru transmiterea acesteia la distanță și utilizare. Dar dacă computerele au fost folosite inițial pentru calcule științifice, acum computerele au prins viață din știință.
Acum sunt folosite în toate sferele activității umane: pentru înregistrarea și stocarea informațiilor, crearea de arhive, pregătirea și editarea textelor, realizarea lucrărilor de desen și grafică, automatizarea producției și agriculturii. Electronizarea și automatizarea producției sunt cele mai importante consecințe ale celei de-a doua revoluții industriale sau „microelectronice” în economiile țărilor dezvoltate. Dezvoltarea automatizării integrate este direct legată de microelectronică, a cărei etapă calitativ nouă a început după inventarea microprocesorului în 1971 - un dispozitiv logic microelectronic încorporat în diferite dispozitive pentru a controla funcționarea acestora.
Microprocesoarele au accelerat dezvoltarea roboticii. Majoritatea roboților utilizați astăzi aparțin așa-numitei prime generații și sunt folosiți la sudare, tăiere, presare, acoperire etc. Roboții din a doua generație care îi înlocuiesc sunt echipați cu dispozitive de recunoaștere a mediului. Aroboții – „intelectualii” din a treia generație vor „vedea”, „simți”, „aude”. Oamenii de știință și inginerii printre cele mai prioritare domenii de aplicare ale roboților numesc energia nucleară, explorarea spațiului, transportul, comerțul, depozitarea, îngrijirea medicală, procesarea deșeurilor, dezvoltarea bogăției fundului oceanului. Majoritatea roboților funcționează cu energie electrică, dar creșterea consumului de energie electrică a robotului este compensată de costurile mai mici ale energiei în multe procese de producție consumatoare de energie prin introducerea unor metode mai eficiente și a unor noi procese tehnologice de economisire a energiei.
Dar să revenim la știință.Toate noile dezvoltări teoretice sunt verificate experimental după calcule pe calculator. Și, de regulă, în această etapă, cercetarea este efectuată cu ajutorul măsurătorilor fizice, analizelor chimice etc. Aici, instrumentele cercetării științifice sunt diverse - numeroase instrumente de măsură, acceleratoare, microscoape electronice, tomografe cu rezonanță magnetică etc. Partea principală a acestor instrumente experimentale de știință funcționează cu energie electrică.
Știința în domeniul comunicațiilor și comunicațiilor se dezvoltă foarte rapid. Comunicarea prin satelit este folosită nu numai ca mijloc de comunicare internațională, ci și în viața de zi cu zi - antene satelit nu sunt neobișnuite în orașul nostru. Noile mijloace de comunicare, cum ar fi tehnologia cu fibră, pot reduce semnificativ pierderile de energie electrică în procesul de transmitere a semnalelor pe distanțe lungi.
Știința nu a ocolit sfera managementului. Odată cu dezvoltarea revoluțiilor științifice și tehnice, extinderea sferelor de producție și non-producție ale activității umane, managementul începe să joace un rol din ce în ce mai important în îmbunătățirea eficienței acestora. De la un fel de artă, până de curând bazată pe experiență și intuiție, astăzi managementul s-a transformat într-o știință. Știința managementului, a legilor generale de primire, stocare, transmitere și prelucrare a informațiilor se numește cibernetică. Acest termen provine din cuvintele grecești „cârmaci”, „cârmaci”.Se găsește în scrierile filosofilor greci antici. Cu toate acestea, noua sa naștere a avut loc de fapt în 1948, după publicarea cărții Cybernetics de către omul de știință american Norbert Wiener.
Înainte de începerea revoluției „cibernetice”, exista doar informatica pe hârtie, principalul mijloc de percepție al căruia era creierul uman și care nu folosea electricitatea. Revoluția „cibernetică” a dat naștere la o fundamental diferită - informatica mașinilor, corespunzătoare fluxurilor de informații gigantic crescute, sursa de energie pentru care este electricitatea. Au fost create mijloace complet noi de obținere a informațiilor, acumularea, prelucrarea și transmiterea acesteia, care împreună formează o structură informațională complexă. Include sisteme de control automate (sisteme de control automate), bănci de date de informații, baze de informații automatizate, centre de calcul, terminale video, copiatoare și aparate fototelegrafice, sisteme naționale de informare, sisteme de comunicații prin satelit și de mare viteză prin fibră optică - toate acestea s-au extins nelimitat. domeniul de utilizare a energiei electrice.
Mulți oameni de știință consideră că în acest caz vorbim de o nouă civilizație „informațională”, care înlocuiește organizarea tradițională a societății de tip industrial. Această specializare se caracterizează prin următoarele caracteristici importante:
· utilizarea pe scară largă a tehnologiei informației în producția materială și nematerială, în domeniul științei, educației, sănătății etc.;
· prezența unei rețele largi de diferite bănci de date, inclusiv de uz public;
· transformarea informaţiei într-unul dintre cei mai importanţi factori de dezvoltare economică, naţională şi personală;
libera circulatie a informatiilor in societate.
O astfel de tranziție de la o societate industrială la o „civilizație informațională” a devenit posibilă în mare măsură datorită dezvoltării energiei și furnizării unui tip convenabil de energie în transport și utilizare - energia electrică.
Electricitate în producție.
Societatea modernă nu poate fi imaginată fără electrificarea activităților de producție. Deja la sfârșitul anilor 1980, mai mult de 1/3 din totalul consumului de energie din lume era realizat sub formă de energie electrică. Până la începutul secolului următor, această proporție poate crește la 1/2. O astfel de creștere a consumului de energie electrică este asociată în primul rând cu o creștere a consumului său în industrie. Cea mai mare parte a întreprinderilor industriale funcționează cu energie electrică. Consumul ridicat de energie electrică este tipic pentru industriile consumatoare de energie precum industria metalurgică, aluminiu și construcții de mașini.
Electricitate casnica.
Electricitatea este un asistent indispensabil în viața de zi cu zi. În fiecare zi ne confruntăm cu ea și, probabil, nu ne putem imagina viața fără ea. Amintește-ți ultima dată când ai stins lumina, adică casa ta nu a primit curent electric, amintește-ți cum ai jurat că nu ai timp de nimic și ai nevoie de lumină, ai nevoie de televizor, ceainice și o grămadă de alte electrice aparate. La urma urmei, dacă suntem dezactivați pentru totdeauna, atunci pur și simplu ne vom întoarce la acele vremuri străvechi când mâncarea era gătită pe foc și trăia în wigwams reci.
Importanța electricității în viața noastră poate fi o poezie întreagă, este atât de importantă în viața noastră și suntem atât de obișnuiți cu ea. Deși nu mai observăm că vine la casele noastre, dar atunci când este stins, devine foarte incomod.
Apreciază electricitatea!
Bibliografie.
1. Manual de S.V.Gromov „Fizica, clasa a 10-a”. Moscova: Iluminismul.
2. Dicționar enciclopedic al unui tânăr fizician. Compus. V.A. Chuyanov, Moscova: Pedagogie.
3. Ellion L., Wilkons U ... Fizica. Moscova: Nauka.
4. KoltunM. Lumea fizicii. Moscova.
5. Surse de energie. Fapte, probleme, soluții. Moscova: Știință și tehnologie.
6. Surse netradiționale de energie. Moscova: Cunoaștere.
7. Yudasin L.S. Energy: probleme și speranțe. Moscova: Iluminismul.
8. Podgorny A.N. Energia hidrogenului. Moscova: Nauka.
Tensiunea AC poate fi convertită - crește sau descrește.
Dispozitive care pot fi folosite pentru a converti tensiunease numesc transformatoare. Munca transformatoarelor se bazează pe fenomen de inducție electromagnetică.
Dispozitiv transformator
Transformatorul este format din miez feromagnetic cu două bobine.
Înfășurarea primară se numește bobina conectată la o sursă de tensiune alternativă U 1 .
Înfășurarea secundară se numește o bobină care poate fi conectată la dispozitive care consumă energie electrică.
Aparate care consumă energie electrică acţionează ca o sarcină, iar asupra lor se creează o tensiune alternativă U 2 .
Dacă U 1 > U 2 , Acea transformatorul se numește step-down, iar dacă U 2 > U 1 - ceva care ridică.
Principiul de funcționare
Un curent alternativ este creat în înfășurarea primară, prin urmare, în ea este creat un curent alternativ flux magnetic. Acest flux se închide într-un miez feromagnetic și pătrunde fiecare tură a ambelor înfășurări. În fiecare dintre spirele ambelor înfășurări, apare aceeași fem de inducțiee i 0
Dacă n 1 și n 2 sunt numărul de spire în înfășurările primare și, respectiv, secundare, atunci
EMF de inducție în înfășurarea primară e i 1 = n 1 * e i 0 EMF de inducție în înfășurarea secundară e i 2 = n 1 * e i 0
Undee i 0 - EMF de inducție care apare într-o tură a bobinelor secundare și primare .
Transmisia energiei electrice
P 
transmiterea energiei electrice de la centralele electrice la orase mari sau centre industriale la distanțe de mii de kilometri este o problemă științifică și tehnică complexă. Pierderile de energie (putere) pentru firele de încălzire pot fi calculate prin formula
Pentru a reduce pierderile de încălzire ale firelor, este necesară creșterea tensiunii. De obicei, liniile electrice sunt construite pentru o tensiune de 400-500 kV, în timp ce în linii folosește curent alternativ cu o frecvență de 50 Hz. Figura prezintă o diagramă a liniei de transport de energie electrică de la centrală la consumator. Diagrama oferă o idee despre utilizarea transformatoarelor în transportul electricității
41. Câmp electromagnetic și unde electromagnetice. Viteza undelor electromagnetice. Proprietățile undelor electromagnetice. Idei despre teoria lui Maxwell
Existenţă undele electromagnetice a fost prezis teoretic de marele fizician englez J. Maxwell în 1864. Maxwell a introdus conceptul în fizică vârtej câmp electric și a propus o nouă interpretare a legii inductie electromagnetica, descoperit de Faraday în 1831:
Orice modificare a câmpului magnetic generează un câmp electric vortex în spațiul înconjurător .
Maxwell a emis ipoteza existenței procesului invers:
Câmpul electric care variază în timp generează un câmp magnetic în spațiul înconjurător.
Odată început, procesul de generare reciprocă a câmpurilor magnetice și electrice trebuie apoi să continue neîntrerupt și să capteze toate zonele noi ale spațiului.
Concluzie:
Există o formă specială de materie - câmp electromagnetic - care constă în generarea reciprocă a câmpurilor electrice și magnetice vortex.
Câmpul electromagnetic este caracterizat două mărimi vectoriale – intensitateaE câmp electric vortex și inducțieÎN camp magnetic.
Procesul de propagare a câmpurilor electrice și magnetice vortex în schimbare în spațiu se numeșteunde electromagnetice.
Ipoteza lui Maxwell a fost doar o presupunere teoretică care nu a avut confirmare experimentală, totuși, pe baza ei, Maxwell a reușit să scrie un sistem consistent de ecuații care descrie transformările reciproce ale câmpurilor electrice și magnetice, adică sistemul de ecuații. câmp electromagnetic(ecuațiile lui Maxwell)
Pagina 1
Introducere.
Nașterea energiei a avut loc în urmă cu câteva milioane de ani, când oamenii au învățat să folosească focul. Focul le dădea căldură și lumină, era o sursă de inspirație și optimism, o armă împotriva dușmanilor și a animalelor sălbatice, un remediu, un asistent în agricultură, un conservant alimentar, un instrument tehnologic etc.
Minunatul mit al lui Prometeu, care a dat foc oamenilor, a apărut în Grecia antică mult mai târziu decât în multe părți ale lumii, metodele destul de sofisticate de manipulare a focului, producerea și stingerea acestuia, conservarea focului și utilizarea rațională a combustibilului au fost stăpânite.
Timp de mulți ani, focul a fost întreținut prin arderea surselor de energie vegetală (lemn, arbuști, stuf, iarbă, alge uscate etc.), apoi s-a descoperit că pentru întreținerea focului se pot folosi substanțe fosile: cărbune, petrol. , șisturi, turbă.
Astăzi, energia rămâne componenta principală a vieții umane. Face posibilă crearea diferitelor materiale și este unul dintre principalii factori în dezvoltarea noilor tehnologii. Pur și simplu, fără a stăpâni diferite tipuri de energie, o persoană nu este capabilă să existe pe deplin.
Generarea de energie electrică.
Tipuri de centrale electrice.
Centrală termică (TPP), o centrală electrică care generează energie electrică ca urmare a conversiei energiei termice eliberate în timpul arderii combustibililor fosili. Primele centrale termice au apărut la sfârșitul secolului al XIX-lea și s-au răspândit. La mijlocul anilor '70 ai secolului XX, centralele termice erau principalul tip de centrale electrice.
La centralele termice, energia chimică a combustibilului este transformată mai întâi în energie mecanică și apoi în energie electrică. Combustibilul pentru o astfel de centrală poate fi cărbune, turbă, gaz, șist petrolier, păcură.
Centralele termice se împart în condensare (CPP), destinate să genereze numai energie electrică, și centrale termice combinate (CHP), producând, pe lângă energie termică electrică, sub formă de apă caldă și abur. IES-urile mari de importanță districtuală sunt numite centrale electrice districtuale de stat (GRES).
Cea mai simplă diagramă schematică a unui IES pe cărbune este prezentată în figură. Cărbunele este alimentat în buncărul de combustibil 1, iar din acesta - în instalația de zdrobire 2, unde se transformă în praf. Praful de cărbune pătrunde în cuptorul generatorului de abur (cazanul de abur) 3, care are un sistem de conducte în care circulă apă purificată chimic, numită apă de alimentare. În cazan, apa se încălzește, se evaporă, iar aburul saturat rezultat este adus la o temperatură de 400-650 ° C și, sub o presiune de 3-24 MPa, intră în turbina cu abur 4 prin conducta de abur. parametrii depind de puterea unităților.
Centralele termocondensante au un randament scazut (30-40%), deoarece cea mai mare parte a energiei se pierde cu gazele de ardere si apa de racire a condensatorului. Este avantajos să se construiască IES în imediata apropiere a locurilor de extracție a combustibilului. În același timp, consumatorii de energie electrică pot fi localizați la o distanță considerabilă de stație.
O centrală de căldură și energie combinată diferă de o stație de condensare printr-o turbină specială combinată de căldură și putere cu extracție a aburului instalată pe ea. La CHP, o parte a aburului este utilizată complet în turbină pentru a genera energie electrică în generatorul 5 și apoi intră în condensatorul 6, în timp ce cealaltă parte, care are o temperatură și presiune ridicată, este preluată din treapta intermediară a turbină și folosită pentru alimentarea cu căldură. Pompa de condens 7 prin dezaeratorul 8 și apoi pompa de alimentare 9 este alimentată în generatorul de abur. Cantitatea de abur extrasa depinde de nevoile intreprinderilor de energie termica.
Eficiența CHP ajunge la 60-70%. Astfel de stații sunt de obicei construite în apropierea consumatorilor - întreprinderi industriale sau zone rezidențiale. Cel mai adesea lucrează pe combustibil importat.
Stațiile termice cu turbină cu gaz (GTPP), abur-gaz (PGPP) și centrale diesel au devenit mult mai puțin răspândite.
Combustibilul gazos sau lichid este ars în camera de ardere GTPP; produsele de ardere cu o temperatură de 750-900 ºС intră în turbina cu gaz care rotește generatorul electric. Eficiența unor astfel de centrale termice este de obicei de 26-28%, puterea este de până la câteva sute de MW. GTPP-urile sunt de obicei folosite pentru a acoperi vârfurile de sarcină electrică. Eficiența SGPP poate ajunge la 42 - 43%.
Cele mai economice sunt centralele mari cu turbine termice cu abur (TPP-urile pe scurt). Majoritatea termocentralelor din țara noastră folosesc drept combustibil praful de cărbune. Este nevoie de câteva sute de grame de cărbune pentru a genera 1 kWh de energie electrică. Într-un cazan cu abur, peste 90% din energia eliberată de combustibil este transferată în abur. În turbină, energia cinetică a jeturilor de abur este transferată rotorului. Arborele turbinei este conectat rigid la arborele generatorului.
Turbinele moderne cu abur pentru centrale termice sunt mașini foarte avansate, de mare viteză, foarte economice, cu o durată de viață lungă. Puterea lor într-o versiune cu un singur arbore ajunge la 1 milion 200 mii kW, iar aceasta nu este limita. Astfel de mașini sunt întotdeauna în mai multe etape, adică au de obicei câteva zeci de discuri cu lame de lucru și același număr, în fața fiecărui disc, de grupuri de duze prin care curge un jet de abur. Presiunea și temperatura aburului se reduc treptat.
Din cursul fizicii se știe că eficiența motoarelor termice crește odată cu creșterea temperaturii inițiale a fluidului de lucru. Prin urmare, aburul care intră în turbină este adus la parametri înalți: temperatura este de aproape 550 ° C și presiunea este de până la 25 MPa. Eficiența TPP ajunge la 40%. Cea mai mare parte a energiei se pierde odată cu aburul fierbinte de evacuare.
Centrala hidroelectrică (HPP), un complex de structuri și echipamente prin care energia fluxului de apă este transformată în energie electrică. Centrala hidroelectrică este formată dintr-o serie de structuri hidraulice care asigură concentrarea necesară a debitului de apă și crearea presiunii, și echipamente de putere care transformă energia apei care se mișcă sub presiune în energie mecanică de rotație, care, la rândul său, este transformată în energie electrica.
Energia electrică este produsă la diferite scări ale centralelor electrice, în principal cu ajutorul generatoarelor electromecanice cu inducție.
Generarea de energie electrică
Există două tipuri principale de centrale electrice:
1. Termic.
2. Hidraulice.
Această divizare este cauzată de tipul de motor care rotește rotorul generatorului. ÎN termic centralele electrice folosesc combustibil ca sursă de energie: cărbune, gaz, petrol, șisturi bituminoase, păcură. Rotorul este antrenat de turbine cu gaz cu abur.
Cele mai economice sunt centralele termice cu turbine cu abur (TPP). Al lor eficienta maxima ajunge la 70%. Acest lucru se ține cont de faptul că aburul de evacuare este utilizat în întreprinderile industriale.
Pe centrale hidroelectrice energia potențială a apei este folosită pentru a roti rotorul. Rotorul este antrenat de turbine hidraulice. Puterea stației va depinde de presiunea și masa apei care trece prin turbină.
Utilizarea energiei electrice
Energia electrică este folosită aproape peste tot. Desigur, cea mai mare parte a energiei electrice produse provine din industrie. In afara de asta, consumator major va fi transport.
Multe linii de cale ferată au trecut de mult timp la tracțiunea electrică. Iluminarea locuințelor, străzilor orașului, nevoilor industriale și casnice ale satelor și satelor - toate acestea sunt, de asemenea, un mare consumator de energie electrică.
O mare parte din electricitatea primită este transformată în energie mecanică. Toate mecanismele utilizate în industrie sunt acționate de motoare electrice. Sunt destui consumatori de energie electrică și sunt peste tot.
Iar electricitatea este produsă doar în câteva locuri. Se pune întrebarea despre transportul de energie electrică și pe distanțe lungi. La transmiterea pe distanțe lungi, există o mare pierdere de putere. În principal, acestea sunt pierderi datorate încălzirii firelor electrice.
Conform legii Joule-Lenz, energia cheltuită pentru încălzire se calculează prin formula:
Deoarece este aproape imposibil să se reducă rezistența la un nivel acceptabil, este necesar să se reducă puterea curentului. Pentru a face acest lucru, creșteți tensiunea. De obicei, există generatoare step-up la stații și transformatoare descendente la capătul liniilor de transport. Și deja de la ei energia se împrăștie către consumatori.
Nevoia de energie electrică este în continuă creștere. Există două moduri de a satisface cererea de consum crescut:
1. Construirea de noi centrale electrice
2. Utilizarea tehnologiei avansate.
Utilizarea eficientă a energiei electrice
Prima cale este costisitoare. un numar mare construcții și resurse financiare. Este nevoie de câțiva ani pentru a construi o centrală electrică. În plus, de exemplu, centralele termice consumă multă energie neregenerabilă resurse naturaleși dăunează mediului natural.
