Povzetek proizvodnje, prenosa in uporabe električne energije. Proizvodnja, prenos in raba električne energije
Vsi tehnološki procesi katere koli proizvodnje so povezani s porabo energije. Za njihovo izvedbo se porabi velika večina energetskih virov.
Najpomembnejšo vlogo v industrijskem podjetju ima električna energija - največ univerzalni pogled energije, ki je glavni vir mehanske energije.
Pretvorba različnih vrst energije v električno poteka na elektrarne .
Elektrarne so podjetja ali naprave, namenjene proizvodnji električne energije. Gorivo za elektrarne so naravni viri - premog, šota, voda, veter, sonce, jedrska energija itd.
Glede na vrsto energije, ki se pretvarja, lahko elektrarne razdelimo na naslednje glavne vrste: termoelektrarne, jedrske, hidroelektrarne, črpalne elektrarne, plinske turbine, pa tudi elektrarne majhne moči. lokalnega pomena– vetrna, sončna, geotermalna energija, morsko plimovanje in oseke, dizel itd.
Glavnino električne energije (do 80 %) proizvedemo v termoelektrarnah (TE). Postopek prejema električna energija pri TE je dosledno pretvarjanje energije zgorelega goriva v termalna energija vodna para, ki poganja turbinsko enoto (parna turbina povezana z generatorjem). Mehansko energijo vrtenja generator pretvarja v električno energijo. Gorivo za elektrarne je premog, šota, naftni skrilavec, zemeljski plin, nafta, kurilno olje, lesni odpadki.
Z varčnim obratovanjem TE, t.j. s hkratno oskrbo potrošnika z optimalnimi količinami električne energije in toplote, njihov izkoristek doseže več kot 70%. V obdobju, ko je poraba toplote popolnoma ustavljena (na primer v neogrevalni sezoni), se učinkovitost postaje zmanjša.
Jedrske elektrarne (JE) se od običajnih parnih turbin razlikujejo po tem, da jedrske elektrarne kot vir energije uporabljajo proces jedrske cepitve urana, plutonija, torija itd.. Zaradi cepitve teh materialov v posebnih napravah - reaktorji se sprošča ogromna količina toplotne energije.
Jedrske elektrarne v primerjavi s termoelektrarnami porabijo malo goriva. Takšne postaje je mogoče zgraditi kjer koli, saj. niso povezani z lokacijo zalog naravnega goriva. Poleg tega okolje ni onesnaženo z dimom, pepelom, prahom in žveplovim dioksidom.
V hidroelektrarnah (HE) se energija vode pretvarja v električno energijo s pomočjo hidravličnih turbin in z njimi povezanih generatorjev.
Obstajajo hidroelektrarne jezovne in preusmeritvene vrste. Zajezitvene hidroelektrarne se uporabljajo na ravnih rekah z nizkim tlakom, preusmeritvene hidroelektrarne (z obvodnimi kanali) se uporabljajo na gorskih rekah z velikimi nakloni in majhnim pretokom vode. Opozoriti je treba, da je delovanje HE odvisno od vodostaja, ki ga določajo naravne danosti.
Prednosti HE so visoka učinkovitost in nizki stroški proizvedene električne energije. Vendar je treba upoštevati visoke stroške kapitalskih izdatkov pri gradnji hidroelektrarn in pomembne pogoje njihove gradnje, kar določa dolgo obdobje vračila.
Značilnost delovanja elektrarn je, da morajo proizvesti toliko energije, kolikor je v tem trenutku potrebujejo za pokrivanje obremenitev porabnikov, lastnih potreb postaj in izgub v omrežjih. Zato mora biti postajalna oprema vedno pripravljena na občasne spremembe obremenitve porabnikov čez dan ali leto.
Večina elektrarn je združenih v energetski sistemi , vsak od njih ima naslednje zahteve:
- Skladnost moči generatorjev in transformatorjev z največjo močjo porabnikov električne energije.
- Zadostna prenosna zmogljivost daljnovodov (DV).
- Zagotavljanje neprekinjenega napajanja visoka kvaliteta energija.
- Ekonomičnost, varnost in enostavnost uporabe.
Da bi izpolnili te zahteve, so elektroenergetski sistemi opremljeni s posebnimi kontrolnimi sobami, opremljenimi z nadzornimi, krmilnimi, komunikacijskimi napravami in posebnimi postavitvami za elektrarne, daljnovode in padajoče transformatorske postaje. Dispečerska postaja prejme potrebne podatke in informacije o stanju tehnološki proces v elektrarnah (poraba vode in goriva, parametri pare, hitrost vrtenja turbine itd.); o delovanju sistema - kateri elementi sistema (vodi, transformatorji, generatorji, bremena, kotli, parovodi) so trenutno onemogočeni, kateri obratujejo, v rezervi ipd.; o električnih parametrih načina (napetosti, tokovi, aktivni in reaktivna moč, frekvenca itd.).
Delovanje elektrarn v sistemu omogoča, da zaradi velikega števila vzporedno delujočih generatorjev povečamo zanesljivost napajanja odjemalcev, polno obremenimo najbolj ekonomične enote elektrarn in zmanjšamo stroške proizvodnjo električne energije. Poleg tega se zmanjša instalirana zmogljivost rezervne opreme v elektroenergetskem sistemu; zagotovljena je višja kakovost dobavljene električne energije odjemalcem; poveča se enotska zmogljivost enot, ki jih lahko vgradimo v sistem.
V Rusiji, tako kot v mnogih drugih državah, se za proizvodnjo in distribucijo električne energije uporablja trifazni izmenični tok s frekvenco 50 Hz (60 Hz v ZDA in številnih drugih državah). Omrežja in napeljave s trifaznim tokom so bolj ekonomične kot napeljave z enofaznim izmeničnim tokom, poleg tega pa omogočajo široko uporabo najbolj zanesljivih, enostavnih in poceni asinhronih elektromotorjev kot električni pogon.
Poleg trifaznega toka nekatere veje industrije uporabljajo enosmerni tok, ki ga dobimo z usmerjanjem izmeničnega toka (elektroliza v kemični industriji in barvni metalurgiji, elektrificirani promet itd.).
Električno energijo, proizvedeno v elektrarnah, je treba prenesti v kraje njene porabe, predvsem v velika industrijska središča države, ki so od močnih elektrarn oddaljena več sto, včasih pa tudi tisoče kilometrov. Ni pa dovolj za prenos električne energije. Razdeliti ga je treba med vrsto različnih potrošnikov - industrijska podjetja, promet, stanovanjske zgradbe itd. Prenos električne energije na velike razdalje se izvaja pri visoki napetosti (do 500 kW ali več), kar zagotavlja minimalne električne izgube v daljnovodih in ima za posledico večje prihranke materiala zaradi zmanjšanja prereza žice. Zato je v procesu prenosa in distribucije električne energije potrebno povečati in zmanjšati napetost. Ta proces se izvaja s pomočjo elektromagnetnih naprav, imenovanih transformatorji. Transformator ni električni stroj, ker njegovo delo ni povezano s pretvorbo električne energije v mehansko in obratno; pretvarja samo napetost električne energije. Povečanje napetosti se izvaja z uporabo povečavnih transformatorjev v elektrarnah, znižanje pa z uporabo padajočih transformatorjev na potrošniških transformatorskih postajah.
Vmesna povezava za prenos električne energije od transformatorskih postaj do sprejemnikov električne energije so Elektrika mreže .
Transformatorska postaja je električna napeljava, namenjena pretvorbi in distribuciji električne energije.
Podpostaje so lahko zaprte ali odprte, odvisno od lokacije glavne opreme. Če je oprema nameščena v stavbi, se podpostaja šteje za zaprto; če je vklopljen na prostem, nato odprite.
Oprema postaje je lahko sestavljena iz posameznih elementov naprav ali iz blokov, dobavljenih sestavljenih za namestitev. Podpostaje blokovne zasnove se imenujejo popolne.
Oprema transformatorskih postaj vključuje naprave, ki izvajajo preklapljanje in zaščito električnih tokokrogov.
Glavni element transformatorskih postaj je močnostni transformator. Strukturno so močnostni transformatorji izdelani tako, da maksimalno odstranijo toploto, ki jo ustvarijo med delovanjem, iz navitij in jedra v okolje. Da bi to naredili, je na primer jedro z navitji potopljeno v rezervoar z oljem, površina rezervoarja je rebrasta, s cevastimi radiatorji.
Celotne transformatorske postaje, nameščene neposredno v industrijskih prostorih z močjo do 1000 kVA, so lahko opremljene s suhimi transformatorji.
Za povečanje faktorja moči električne napeljave so na transformatorskih postajah nameščeni statični kondenzatorji, ki kompenzirajo jalovo moč bremena.
Avtomatski sistem za spremljanje in krmiljenje naprav transformatorske postaje spremlja procese, ki se pojavljajo v obremenitvi, v napajalnih omrežjih. Izvaja funkcije zaščite transformatorja in omrežij, odklopi zaščitene odseke s stikalom v izrednih razmerah, ponovno omogoči, samodejno vklopi rezervo.
Transformatorske postaje industrijskih podjetij so priključene na električno omrežje različne poti glede na zahteve po zanesljivosti neprekinjenega napajanja porabnikov.
Tipične sheme, ki zagotavljajo neprekinjeno napajanje, so radialne, glavne ali obročne.
V radialnih shemah od stikalne plošče transformatorske postaje odhajajo vodi, ki napajajo velike porabnike električne energije: motorji, skupinske razdelilne točke, na katere so pritrjeni manjši sprejemniki. Radialna vezja se uporabljajo v kompresorskih, črpalnih postajah, eksplozijsko nevarnih in požarno nevarnih, prašnih industrijah. Zagotavljajo visoko zanesljivost oskrbe z električno energijo, omogočajo široko uporabo avtomatske krmilne in zaščitne opreme, vendar zahtevajo velike stroške za gradnjo stikalnih plošč, polaganje kablov in žic.
Trunk sheme se uporabljajo, ko je obremenitev enakomerno porazdeljena po območju delavnice, ko ni potrebna gradnja stikalne plošče na postaji, kar zmanjša stroške objekta; se lahko uporabijo montažne zbiralke, kar pospeši montažo. Hkrati premik tehnološke opreme ne zahteva spremembe omrežja.
Pomanjkljivost sheme prtljažnika je nizka zanesljivost napajanja, saj se v primeru poškodbe prtljažnika izklopijo vsi električni sprejemniki, ki so nanj priključeni. Vendar pa namestitev mostičkov med omrežjem in uporaba zaščite bistveno povečata zanesljivost napajanja z minimalnimi stroški redundance.
Od razdelilnih postaj se nizkonapetostni tok industrijske frekvence razdeli v delavnice s kabli, žicami, zbiralkami od stikalne naprave v delavnici do električnih pogonov posameznih strojev.
Prekinitve v oskrbi z električno energijo podjetij, tudi kratkoročne, vodijo do kršitev tehnološkega procesa, poškodb izdelkov, poškodb opreme in nepopravljivih izgub. V nekaterih primerih lahko izpad električne energije povzroči nevarnost eksplozije in požara v podjetjih.
V skladu s pravili za vgradnjo električnih instalacij so vsi sprejemniki električne energije glede na zanesljivost napajanja razdeljeni v tri kategorije:
- Sprejemniki električne energije, za katere je prekinitev napajanja nesprejemljiva, saj lahko povzroči poškodbe opreme, množične okvare izdelkov, motnje kompleksnega tehnološkega procesa, zlasti motnje pri delu. pomembne elemente urbano gospodarstvo in na koncu ogrožajo življenja ljudi.
- Energetski sprejemniki, katerih prekinitev oskrbe z električno energijo vodi do neizpolnjevanja proizvodnega načrta, izpadov delavcev, mehanizmov in industrijskih vozil.
- Drugi sprejemniki električne energije, na primer neserijske in pomožne proizvodne delavnice, skladišča.
Napajanje sprejemnikov električne energije I. kategorije mora biti v vsakem primeru zagotovljeno in se v primeru kršitve samodejno vzpostavi. Zato morajo imeti takšni sprejemniki dva neodvisna vira energije, od katerih jim lahko vsak v celoti zagotovi električno energijo.
Sprejemniki električne energije druge kategorije imajo lahko rezervno napajanje, katerega povezavo izvede dežurno osebje po določenem času po izpadu glavnega vira.
Za sprejemnike tretje kategorije rezervni vir napajanja praviloma ni predviden.
Napajanje podjetij je razdeljeno na zunanje in notranje. Zunanje napajanje je sistem omrežij in transformatorskih postaj od vira napajanja (elektroenergetski sistem ali elektrarna) do transformatorske postaje podjetja. V tem primeru se prenos energije izvaja po kabelskih ali nadzemnih vodih z nazivno napetostjo 6, 10, 20, 35, 110 in 220 kV. Notranja oskrba z električno energijo vključuje sistem distribucije energije v delavnicah podjetja in na njegovem ozemlju.
Na močnostno obremenitev (elektromotorji, električne peči) se napaja napetost 380 ali 660 V, na razsvetljavo pa 220 V. Za zmanjšanje izgub je priporočljivo priključiti motorje z močjo 200 kW ali več. napetost 6 ali 10 kV.
Najpogostejša napetost v industrijskih podjetjih je 380 V. Napetost 660 V je široko uvedena, kar omogoča zmanjšanje izgub energije in porabo barvnih kovin v nizkonapetostnih omrežjih, povečanje obsega delilniških postaj in moč posameznega transformatorja do 2500 kVA. V nekaterih primerih je pri napetosti 660 V ekonomsko upravičena uporaba asinhronskih motorjev z močjo do 630 kW.
Distribucija električne energije se izvaja z uporabo električne napeljave - sklopa žic in kablov s pripadajočimi pritrdilnimi elementi, nosilnimi in zaščitnimi konstrukcijami.
Notranja napeljava je električna napeljava, ki je položena znotraj objekta; zunanji - zunaj njega, vzdolž zunanjih sten stavbe, pod nadstreški, na nosilcih. Odvisno od načina polaganja je notranja napeljava lahko odprta, če je položena na površino sten, stropov itd., In skrita, če je položena v strukturne elemente zgradb.
Ožičenje se lahko položi z izolirano žico ali nearmiranim kablom do 16 kvadratnih mm. Na mestih možnega mehanskega vpliva je električna napeljava zaprta jeklene cevi, tesnilo, če je okolje prostora eksplozivno, agresivno. Na obdelovalnih strojih, tiskarskih strojih se ožičenje izvaja v ceveh, v kovinskih tulcih z žico s PVC izolacijo, ki se ne zruši zaradi izpostavljenosti strojnim oljem. Veliko število žic sistema za upravljanje električnih žic stroja je nameščenih v pladnjih. Avtobusni kanali se uporabljajo za prenos električne energije v delavnicah z velikim številom proizvodnih strojev.
Za prenos in distribucijo električne energije se široko uporabljajo električni kabli v gumijastem, svinčenem ovoju; neoklepno in oklepno. Kabli so lahko položeni v kabelske kanale, pritrjeni na stene, v zemeljske jarke, vgrajeni v stene.
v fiziki
na temo "Proizvodnja, prenos in raba električne energije"
Učenci 11. razreda A
MOU šola številka 85
Catherine.
Abstraktni načrt.
Uvod.
1. Proizvodnja električne energije.
1. vrste elektrarn.
2. alternativni viri energije.
2. Prenos moči.
transformatorji.
3. Poraba električne energije.
Uvod.
Rojstvo energije se je zgodilo pred več milijoni let, ko so se ljudje naučili uporabljati ogenj. Ogenj jim je dajal toploto in svetlobo, bil vir navdiha in optimizma, orožje proti sovražnikom in divjim živalim, zdravilo, pomočnik poljedelstva, konzervans hrane, tehnološko orodje itd.
Čudoviti mit o Prometeju, ki je ljudem dal ogenj, se je pojavil v Antična grčija mnogo kasneje kot marsikje po svetu so se pojavile metode precej sofisticiranega ravnanja z ognjem, njegovega pridobivanja in gašenja, ohranjanja ognja in racionalno uporabo goriva.
Dolga leta so ogenj vzdrževali s kurjenjem rastlinskih energentov (les, grmičevje, trstičje, trava, suhe alge itd.), nato pa so odkrili, da je za vzdrževanje ognja mogoče uporabiti fosilne snovi: premog, nafto. , skrilavec, šota.
Do danes energija ostaja glavna sestavina človeškega življenja. Omogoča ustvarjanje različne materiale, je eden glavnih dejavnikov pri razvoju novih tehnologij. Preprosto povedano, brez obvladovanja različne vrste energije, človek ne more polno obstajati.
Močna generacija.
Vrste elektrarn.
Termoelektrarna (TE), elektrarna, ki proizvaja električno energijo kot rezultat pretvorbe toplotne energije, ki se sprošča pri zgorevanju fosilnih goriv. Prve termoelektrarne so se pojavile konec 19. stoletja in so bile pretežno razpršene. Sredi 70. let 20. stoletja so bile termoelektrarne glavna vrsta elektrarn.
V termoelektrarnah se kemična energija goriva pretvarja najprej v mehansko in nato v električno. Gorivo za takšno elektrarno je lahko premog, šota, plin, oljni skrilavec, kurilno olje.
Termoelektrarne delimo na kondenzacija(IES), ki je zasnovan samo za proizvodnjo električne energije, in termoelektrarne(SPTE), ki poleg električne proizvaja toplotno energijo v obliki topla voda ipara. Velike IES regionalnega pomena se imenujejo državne daljinske elektrarne (GRES).
Praživali shema vezja Na sliki je prikazan IES na premog. Premog se dovaja v bunker za gorivo 1, iz njega pa v drobilnico 2, kjer se spremeni v prah. Premogov prah vstopi v peč generatorja pare (parni kotel) 3, ki ima sistem cevi, v katerem kroži kemično prečiščena voda, imenovana napajalna voda. V kotlu se voda segreje, izhlapi in nastala nasičena para se segreje na temperaturo 400-650 ° C in pod tlakom 3-24 MPa vstopi v parno turbino 4 skozi parni cevovod. parametri so odvisni od moči enot.
Termokondenzacijske elektrarne imajo nizek izkoristek (30-40%), saj se večina energije izgubi z dimnimi plini in hladilno vodo kondenzatorja. Ugodno je graditi IES v neposredni bližini mest črpanja goriva. Hkrati se lahko porabniki električne energije nahajajo na precejšnji razdalji od postaje.
soproizvodnja toplote in elektrarne razlikuje se od kondenzacijske postaje s posebno turbino za odjem toplote, ki je nameščena na njej z odvzemom pare. V SPTE se en del pare v celoti porabi v turbini za proizvodnjo električne energije v generatorju 5 in nato vstopi v kondenzator 6, drugi pa, ki ima visoka temperatura in tlak se odvzame iz vmesne stopnje turbine in se uporablja za oskrbo s toploto.Kondenzat se dovaja v generator pare s črpalko 7 skozi odzračevalnik 8 in nato z dovodno črpalko 9. Količina pridobljene pare je odvisna od potreb podjetij po toplotni energiji.
Učinkovitost SPTE doseže 60-70%. Takšne postaje so običajno zgrajene v bližini potrošnikov - industrijskih podjetij ali stanovanjskih območij. Najpogosteje delajo na uvoženo gorivo.
Termalne postaje z plinska turbina(GTPS), para-plin(PGES) in dizelskih elektrarn.
Plin zgoreva v zgorevalni komori GTPP oz tekoče gorivo; produkti izgorevanja s temperaturo 750-900 ºС vstopijo v plinsko turbino, ki vrti električni generator. Izkoristek takih termoelektrarn je običajno 26-28%, moč je do nekaj sto MW . GTPP se običajno uporabljajo za pokrivanje koničnih električnih obremenitev. Učinkovitost SGPP lahko doseže 42 - 43%.
Najbolj ekonomične so velike termoelektrarne s parnimi turbinami (kratko TE). Večina termoelektrarn pri nas kot gorivo uporablja premogov prah. Za proizvodnjo 1 kWh električne energije je potrebnih nekaj sto gramov premoga. V parnem kotlu se več kot 90 % energije, ki jo sprosti gorivo, prenese na paro. V turbini se kinetična energija parnih curkov prenaša na rotor. Turbinska gred je togo povezana z grednim generatorjem.
Sodobne parne turbine za termoelektrarne so zelo napredni, hitri, visoko varčni stroji z dolgo življenjsko dobo. Njihova moč v različici z bojno glavo doseže 1 milijon 200 tisoč kW in to ni meja. Takšni stroji so vedno večstopenjski, kar pomeni, da imajo običajno več deset diskov z delovnimi rezili in enako število skupin šob pred vsakim diskom, skozi katere teče curek pare. Tlak in temperatura pare postopoma padata.
Iz tečaja fizike je znano, da se učinkovitost toplotnih motorjev poveča s povečanjem začetne temperature delovne tekočine. Zato se para, ki vstopa v turbino, doseže visoke parametre: temperatura je skoraj do 550 ° C, tlak pa do 25 MPa. Učinkovitost TPP doseže 40%. Večina energije se izgubi z vročo odpadno paro.
hidroelektrarna (HE), kompleks objektov in opreme, skozi katere se energija vodnega toka pretvarja v električno energijo. HPP je sestavljen iz serijskega kroga hidravlične konstrukcije, zagotavljanje potrebne koncentracije pretoka vode in ustvarjanje tlaka ter napajalna oprema, ki pretvarja energijo vode, ki se premika pod pritiskom, v mehansko energijo vrtenja, ki se nato pretvori v električno energijo.
HE Napor nastane s koncentracijo padca reke na izkoriščenem območju ob jezu oz izpeljava, ali jez in odvod skupaj. Glavna energetska oprema hidroelektrarne se nahaja v stavbi hidroelektrarne: v strojnici elektrarne - hidravlične enote, pomožna oprema, naprave avtomatsko krmiljenje in nadzor; v centralni nadzorni točki - operatersko-dispečerska konzola oz operater hidroelektrarne. Spodbujanje transformatorska postaja ki se nahajajo tako v zgradbi elektrarne kot v ločenih stavbah ali na odprtih površinah. Stikalne naprave pogosto nahaja na odprto območje. Objekt elektrarne je lahko razdeljen na sklope z eno ali več enotami in pomožno opremo, ločene od sosednjih delov objekta. Pri zgradbi HE ali v njej se ustvari montažno mesto za montažo in popravilo različne opreme ter za pomožna vzdrževalna dela HE.
Nameščena zmogljivost (in MW) razlikovati med hidroelektrarnami močan(St. 250), srednje(do 25) in majhna(do 5). Moč hidroelektrarne je odvisna od tlaka (razlike med gladinami zgornjega in spodnjega bazena ), pretok vode, ki se uporablja v hidravličnih turbinah, in učinkovitost hidravlične enote. Iz več razlogov (na primer zaradi sezonskih sprememb nivoja vode v akumulacijah, spremenljivosti obremenitve elektroenergetskega sistema, popravila hidroelektrarn ali hidravličnih objektov itd.) Stalna višina in pretok vode spreminjanje, poleg tega pa se spreminja pretok pri regulaciji moči TČ. Obstajajo letni, tedenski in dnevni cikli načina delovanja HE.
Glede na maksimalni uporabljeni tlak delimo HE na visok pritisk(več kot 60 m), srednji tlak(od 25 do 60 m) in nizek pritisk(od 3 do 25 m). Na ravninskih rekah tlak le redko preseže 100 m, v gorskih razmerah je skozi jez mogoče ustvariti pritiske do 300 m in več ter s pomočjo izpeljave - do 1500 m. Razdelitev hidroelektrarne glede na uporabljeni tlak je približna, pogojna.
Glede na shemo uporabe vodnih virov in koncentracijo pritiska se HE običajno delijo na kanal, blizu jezu, preusmeritvena črpalka in netlačna preusmeritev, mešano, črpalno skladiščenje in plimovanje.
Pri kanalskih in jezovnih hidroelektrarnah tlak vode ustvarja jez, ki zapre reko in dvigne gladino vode v zgornjem toku. Obenem je nekaj poplav v dolini neizogibno. Pretočne in objezove HE so zgrajene tako na nižinskih visokovodnih rekah kot na gorske reke, v ozkih stisnjenih dolinah. Za pretočne HE so značilni padci do 30-40 m.
Pri višjih tlakih se izkaže, da je prenos hidrostatičnega vodnega tlaka na objekt HE neizvedljiv. V tem primeru vrsta jez Hidroelektrarna, v kateri je tlačna fronta vseskozi pregrajena z jezom, stavba hidroelektrarne se nahaja za jezom, ob spodnjem toku.
Druga vrsta postavitve blizu jezu Hidroelektrarna ustreza gorskim razmeram z relativno nizkimi pretoki rek.
IN izpeljanka Hidroelektrična koncentracija padca reke se ustvari z izpeljavo; Voda na začetku uporabljenega odseka reke je odvedena iz struge z napeljavo, z naklonom, ki je bistveno manjši od povprečnega naklona reke na tem odseku in z izravnavo zavojev in zavojev struge. Zaključek derivacije se pripelje na lokacijo objekta HE. Odpadna voda se vrača v reko ali pa se odvaja v naslednjo obvodno HE. Izpeljava je ugodna, kadar je naklon reke velik.
Posebno mesto med HE zavzemajo črpalne elektrarne(PSPP) in plimske elektrarne(PES). Izgradnja črpalne elektrarne je posledica naraščajočega povpraševanja po konični moči v velikih energetskih sistemih, ki določajo proizvodne zmogljivosti, potrebne za pokrivanje koničnih obremenitev. Sposobnost HE za akumulacijo energije temelji na dejstvu, da brezplačno električno energijo v elektroenergetskem sistemu za določen čas porabijo enote HE, ki v črpalnem načinu črpajo vodo iz akumulacije v zgornji skladiščni bazen. Med konicami obremenitve se akumulirana energija vrne v elektroenergetski sistem (voda iz zgornjega bazena vstopi v tlačni cevovod in vrti hidravlične enote, ki delujejo v trenutnem generatorskem načinu).
PES pretvarjajo energijo morskega plimovanja v električno energijo. Električna energija plimskih hidroelektrarn se lahko zaradi nekaterih značilnosti, povezanih s periodično naravo plimovanja, uporablja v elektroenergetskih sistemih le v povezavi z energijo regulacijskih elektrarn, ki kompenzirajo izpade električne energije plimskih elektrarn čez dan. ali mesecev.
Najpomembnejša značilnost hidroenergetskih virov v primerjavi z viri goriva in energije je njihovo nenehno obnavljanje. Zato je gradnja hidroelektrarn kljub znatnim, specifičnim kapitalskim vložkom na 1 kW inštalirana moč in dolgi roki gradnje so bili in so velikega pomena, zlasti ko je to povezano z lokacijo elektrointenzivnih industrij.
Nuklearna elektrarna (NPP), elektrarna, v kateri se atomska (jedrska) energija pretvarja v električno energijo. Generator električne energije v jedrski elektrarni je jedrski reaktor. Toplota, ki se sprosti v reaktorju zaradi verižna reakcija jedrska cepitev nekaterih težkih elementov, nato pa se tako kot v klasičnih termoelektrarnah (TE) pretvori v električno energijo. Za razliko od termoelektrarn, ki delujejo na fosilna goriva, jedrske elektrarne delujejo na jedrsko gorivo(predvsem 233U, 235U, 239Pu) Ugotovljeno je bilo, da svetovni energetski viri jedrskega goriva (uran, plutonij itd.) znatno presegajo energetske vire naravnih zalog organskega goriva (nafta, premog, zemeljski plin in itd.). To odpira široke možnosti za zadovoljevanje hitro rastočega povpraševanja po gorivu, poleg tega pa je treba upoštevati vedno večjo porabo premoga in nafte za tehnološke namene svetovne kemične industrije, ki postaja resen tekmec termoelektrarnem. elektrarne. Kljub odkritju novih nahajališč organskega goriva in izboljšanju metod za njegovo proizvodnjo v svetu obstaja težnja k relativnemu povečanju njegovih stroškov. S tem se ustvari največ težke razmere za države z omejenimi zalogami fosilnih goriv. Obstaja jasna potreba po hitrem razvoju Nuklearna energija, ki že zaseda vidno mesto v energetski bilanci vrste industrijskih držav sveta.
Shematski diagram jedrske elektrarne z vodno hlajenim jedrskim reaktorjem je prikazan na sl. 2. Toplota, ustvarjena v jedro reaktor hladilna tekočina, prevzame voda 1. kroga, ki jo obtočna črpalka prečrpa skozi reaktor.Ogreta voda iz reaktorja vstopi v izmenjevalnik (uparjalnik) 3, kjer prenese toploto, prejeto v reaktorju, na vodo 2. kroga. Voda iz 2. kroga izhlapi v uparjalniku in nastane para, ki nato vstopi v turbino. 4.
Najpogosteje se v jedrskih elektrarnah uporabljajo 4 vrste reaktorjev s toplotnimi nevtroni:
1) voda-voda z navadna voda kot moderator in hladilno sredstvo;
2) grafit-voda z vodnim hladilnim sredstvom in grafitnim moderatorjem;
3) težka voda z vodnim hladilnim sredstvom in težka voda kot moderator;
4) graffito - plin s plinskim hladilnim sredstvom in grafitnim moderatorjem.
Izbira pretežno uporabljenega tipa reaktorja je odvisna predvsem od nabranih izkušenj v nosilnem reaktorju, pa tudi od razpoložljivosti potrebne industrijske opreme, surovin itd.
Reaktor in njegovi podporni sistemi vključujejo: sam reaktor z biološko zaščito , toplotni izmenjevalniki, črpalke ali naprave za pihanje plinov, ki krožijo hladilno sredstvo, cevovodi in armature za kroženje tokokroga, naprave za ponovno polnjenje jedrskega goriva, sistemi posebnega prezračevanja, zasilnega hlajenja itd.
Za zaščito osebja NEK pred izpostavljenost sevanju reaktor je obdan z biološko zaščito, katere glavni material so beton, voda, serpentinski pesek. Oprema reaktorskega tokokroga mora biti popolnoma zatesnjena. Zagotovljen je sistem za spremljanje mest morebitnega iztekanja hladilne tekočine, sprejeti so ukrepi, da pojav puščanj in prekinitev v tokokrogu ne povzroči radioaktivnih emisij in onesnaženja prostorov NEK in okolice. Radioaktivni zrak in majhna količina hlapov hladilne tekočine se zaradi prisotnosti puščanja iz tokokroga odstranijo iz nenadzorovanih prostorov jedrske elektrarne s posebnim prezračevalnim sistemom, v katerem so za izključitev možnosti onesnaženja ozračja čistilni filtri in zadrževanje. na voljo so držala za plin. Služba dozimetričnega nadzora spremlja izpolnjevanje pravil sevalne varnosti s strani osebja NEK.
Razpoložljivost biološke zaščite, posebnih sistemov prezračevanja in zasilnega hlajenja ter storitev dozimetričnega nadzora omogoča popolno zaščito osebja za vzdrževanje NEK pred škodljivimi učinki radioaktivne izpostavljenosti.
Jedrske elektrarne, ki jih je največ moderen videz elektrarne imajo številne pomembne prednosti pred drugimi vrstami elektrarn: v normalnih pogojih delovanja popolnoma ne onesnažujejo okolju, ne zahtevajo vezave na vir surovin in jih je zato mogoče postaviti skoraj povsod. Zmogljivost novih agregatov je skoraj enaka moči povprečne hidroelektrarne, vendar pa faktor izkoriščenosti instalirane moči v jedrskih elektrarnah (80 %) bistveno presega ta kazalnik v hidroelektrarnah ali termoelektrarnah.
Bistvenih pomanjkljivosti jedrskih elektrarn v normalnih pogojih obratovanja praktično ni, vendar je nemogoče ne opaziti nevarnosti jedrskih elektrarn v primeru morebitnih višjih sil: potresi, orkani itd. - tukaj so stari modeli pogonskih enot. predstavljajo potencialno nevarnost radiacijske kontaminacije ozemelj zaradi nenadzorovanega pregrevanja reaktorja.
Alternativni viri energije.
Energija sonca.
V zadnjem času se zanimanje za problem uporabe sončna energija močno povečala, saj je potencial energije, ki temelji na izkoriščanju neposrednega sončnega sevanja, izredno velik.
Najenostavnejši zbiralnik sončnega sevanja je počrnjena kovinska (običajno aluminijasta) pločevina, znotraj katere so cevi, po katerih kroži tekočina. Ogrevana s sončno energijo, ki jo absorbira kolektor, se tekočina dovaja za neposredno uporabo.
Sončna energija je ena materialno najbolj intenzivnih vrst proizvodnje energije. Široka uporaba sončne energije pomeni velikansko povečanje potreb po materialih in posledično delovnih virih za pridobivanje surovin, njihovo bogatenje, proizvodnjo materialov, izdelavo heliostatov, kolektorjev, druge opreme, in njihov prevoz.
Do sedaj je električna energija, proizvedena s sončnimi žarki, veliko dražja od prejete energije. tradicionalne načine. Znanstveniki upajo, da bodo poskusi, ki jih bodo izvedli v pilotnih obratih in postajah, pomagali rešiti ne le tehnične, ampak tudi ekonomske težave.
Vetrna energija.
Ogromna energija premikajočih se zračnih mas. Zaloge vetrne energije so več kot stokrat večje od zalog hidroenergije vseh rek na planetu. Vetrovi pihajo nenehno in povsod po zemlji. Klimatske razmere omogočajo razvoj vetrne energije na velikem območju.
Danes vetrni motorji pokrivajo le eno tisočino svetovnih potreb po energiji. Zato pri ustvarjanju struktur vetrnega kolesa, srca vsake vetrne elektrarne, sodelujejo proizvajalci letal, ki znajo izbrati najprimernejši profil lopatic, ga raziskati v vetrovnik. S prizadevanji znanstvenikov in inženirjev je bilo ustvarjenih najrazličnejših modelov sodobnih vetrnih turbin.
Zemeljska energija.
Že od antičnih časov so ljudje vedeli za elementarne manifestacije velikanske energije, ki se skriva v podzemeljski obli. Spomin človeštva hrani legende o katastrofalnih vulkanskih izbruhih, ki so terjali na milijone človeških življenj, do neprepoznavnosti spremenili videz mnogih krajev na Zemlji. Moč izbruha celo relativno majhnega vulkana je ogromna, večkrat večja od moči največjega elektrarne ustvarile človeške roke. Res je, da o neposredni uporabi energije vulkanskih izbruhov ni treba govoriti, zaenkrat ljudje nimajo možnosti zajeziti tega nepokornega elementa.
Energija Zemlje ni primerna samo za ogrevanje prostorov, kot je to primer na Islandiji, ampak tudi za proizvodnjo električne energije.Elektrarne na vroče podzemne vire delujejo že dolgo. Prvo takšno elektrarno, še dokaj nizke moči, so zgradili leta 1904 v majhnem italijanskem mestecu Larderello. Postopoma je moč elektrarne rasla, obratovalo je vedno več novih enot, uporabljali so se novi viri tople vode in danes je moč elektrarne že dosegla impresivno vrednost 360 tisoč kilovatov.
Prenos moči.
Transformatorji.
Kupili ste hladilnik ZIL. Prodajalec vas je opozoril, da je hladilnik zasnovan za omrežno napetost 220 V. Ali imate v hiši omrežno napetost 127 V. Sploh ne. Samo doplačati morate in kupiti transformator.
Transformator- zelo preprosta naprava, ki vam omogoča povečanje in zmanjšanje napetosti. Pretvorba AC se izvaja s pomočjo transformatorjev. Prvič je transformatorje uporabil leta 1878 ruski mučenik P. N. Yablochkov za napajanje "električnih sveč", ki jih je izumil, novega vira svetlobe v tistem času. Idejo P. N. Yablochkova je razvil I. F. Usagin, uslužbenec moskovske univerze, ki je oblikoval izboljšane transformatorje.
Transformator je sestavljen iz zaprtega železnega jedra, na katerega sta nameščeni dve (včasih več) tuljavi z žičnimi navitji (slika 1). Eno od navitij, imenovano primarno navitje, je priključeno na vir izmenične napetosti. Drugo navitje, na katerega je priključena "obremenitev", to je naprave in naprave, ki porabljajo električno energijo, se imenuje sekundarna.
Slika 1 Slika 2
Diagram naprave transformatorja z dvema navitjema je prikazan na sliki 2, konvencionalna oznaka, sprejeta za to, pa je na sliki. 3.
Delovanje transformatorja temelji na pojavu elektromagnetne indukcije. Ko izmenični tok teče skozi primarno navitje, se v železnem jedru pojavi izmenični magnetni tok, ki vzbudi indukcijsko EMF v vsakem navitju.Poleg tega je trenutna vrednost indukcijske EMF eV vsak obrat primarnega ali sekundarnega navitja po Faradayevem zakonu je določen s formulo:
e = -Δ F/Δ t
če F= Ф0сosωt, torej
e = ω Ф0grehω t, oz
e =Egrehω t,
Kje E\u003d ω Ф0 - amplituda EMF v enem obratu.
V primarnem navitju, ki ima n1 obratov, skupna indukcijska emf e1 je enako p1e.
V sekundarnem navitju je skupna emf. e2 je enako p2e, Kje p2 je število ovojev tega navitja.
Iz tega sledi, da
e1 e2 = p1p2. (1)
Količina napetosti u1 , ki se nanese na primarno navitje, in EMF e1 mora biti enak padcu napetosti v primarnem navitju:
u1 + e1 = jaz1 R1 , Kje R1 je aktivni upor navitja in jaz1 je tok v njem. Ta enačba izhaja neposredno iz splošne enačbe. Običajno je aktivni upor navitja majhen in izraz jaz1 R1 lahko zanemarimo. Zato
u1 ≈ -e1 . (2)
Ko je sekundarno navitje transformatorja odprto, tok v njem ne teče in velja razmerje:
u2 ≈ - e2 . (3)
Od trenutnih vrednosti EMF e1 in e2 sprememba faze, potem lahko njihovo razmerje v formuli (1) nadomestimo z razmerjem efektivnih vrednosti E1 inE2 te EMF ali, ob upoštevanju enakosti (2) in (3), razmerje efektivnih vrednosti napetosti U 1 in U 2 .
U 1 /U 2 = E1 / E2 = n1 / n2 = k. (4)
Vrednost k imenovano transformacijsko razmerje. če k> 1, potem je transformator padajoči, s k<1 - povečevanje.
Ko je tokokrog sekundarnega navitja sklenjen, v njem teče tok. Potem razmerje u2 ≈ - e2 ni več natančno zadoščeno in s tem povezava med U 1 in U 2 postane bolj zapletena kot v enačbi (4).
Po zakonu o ohranitvi energije mora biti moč v primarnem krogu enaka moči v sekundarnem krogu:
U 1 jaz1 = U 2 jaz2, (5)
Kje jaz1 in jaz2 - efektivne vrednosti sile v primarnih in sekundarnih navitjih.
Iz tega sledi, da
U 1 /U 2 = jaz1 / jaz2 . (6)
To pomeni, da z večkratnim povečanjem napetosti s pomočjo transformatorja zmanjšamo tok za enako število krat (in obratno).
Zaradi neizogibnih izgub energije zaradi nastajanja toplote v navitjih in železnem jedru sta enačbi (5) in (6) približno izpolnjeni. Vendar pa v sodobnih transformatorjih visoke moči skupne izgube ne presegajo 2-3%.
V vsakdanji praksi se morate pogosto soočiti s transformatorji. Poleg tistih transformatorjev, ki jih uporabljamo hočeš nočeš zaradi dejstva, da so industrijske naprave zasnovane za eno napetost, druga pa se uporablja v mestnem omrežju, poleg njih imamo opravka z avtomobilskimi koluti. Bobbin je stopenjski transformator. Za ustvarjanje iskre, ki vžge delovno mešanico, je potrebna visoka napetost, ki jo prejmemo od avtomobilskega akumulatorja, pri čemer smo predhodno z odklopnikom pretvorili enosmerni tok akumulatorja v izmenični.Zlahka je ugotoviti, da do izgube energije, ki se porabi za ogrevanje transformatorja, z naraščajočo napetostjo se tok zmanjšuje in obratno.
Varilni stroji zahtevajo padajoče transformatorje. Varjenje zahteva zelo visoke tokove, transformator varilnega stroja pa ima le en izhodni obrat.
Verjetno ste opazili, da je jedro transformatorja izdelano iz tankih jeklenih plošč. To se naredi, da ne izgubite energije pri pretvorbi napetosti. V listnem materialu bodo imeli vrtinčni tokovi manjšo vlogo kot v neprekinjenem.
Doma se ukvarjate z malimi transformatorji. Kar se tiče močnih transformatorjev, so ogromne strukture. V teh primerih se jedro z navitji postavi v rezervoar, napolnjen s hladilnim oljem.
Prenos moči
Porabniki električne energije so povsod. Proizvaja se na razmeroma malo mestih v bližini virov goriva in vodnih virov. Zato obstaja potreba po prenosu električne energije na razdalje, ki včasih dosežejo več sto kilometrov.
Toda prenos električne energije na dolge razdalje je povezan s precejšnjimi izgubami. Dejstvo je, da jih tok, ki teče skozi daljnovode, segreva. V skladu z zakonom Joule-Lenz je energija, porabljena za ogrevanje žic linije, določena s formulo
kjer je R linijski upor. Z dolgo linijo lahko postane prenos električne energije na splošno ekonomsko nerentabilen. Za zmanjšanje izgub lahko seveda sledite poti zmanjšanja upora R linije s povečanjem preseka žic. Toda za zmanjšanje R, na primer, za faktor 100, je treba tudi maso žice povečati za faktor 100. Jasno je, da tako velike porabe dragih barvnih kovin ni mogoče dovoliti, da ne omenjamo težav pri pritrditvi težkih žic na visoke jambore itd. Zato se izgube energije v liniji zmanjšajo na drug način: z zmanjšanjem toka v vrsti. Na primer, zmanjšanje toka za faktor 10 zmanjša količino toplote, sproščene v prevodnikih, za 100-krat, tj. doseže se enak učinek kot pri stokratnem ponderiranju žice.
Ker je trenutna moč sorazmerna zmnožku jakosti toka in napetosti, je za ohranitev prenesene moči potrebno povečati napetost v daljnovodu. Poleg tega, daljši kot je daljnovod, bolj donosna je uporaba višje napetosti.Tako se na primer v visokonapetostnem daljnovodu Volzhskaya HPP - Moskva uporablja napetost 500 kV. Medtem so generatorji izmeničnega toka izdelani za napetosti, ki ne presegajo 16-20 kV, saj bi višja napetost zahtevala sprejetje bolj zapletenih posebnih ukrepov za izolacijo navitij in drugih delov generatorjev.
Zato so v velikih elektrarnah nameščeni povečevalni transformatorji. Transformator toliko poveča napetost v liniji, kolikor zmanjša tok. Izgube moči so majhne.
Za neposredno uporabo električne energije v motorjih električnega pogona obdelovalnih strojev, omrežju razsvetljave in za druge namene je treba zmanjšati napetost na koncih voda. To se doseže z uporabo padajočih transformatorjev. Poleg tega običajno zmanjšanje napetosti in s tem povečanje tokovne jakosti poteka v več fazah. Na vsaki stopnji se napetost zmanjšuje, ozemlje, ki ga pokriva električno omrežje, se širi. Shema prenosa in distribucije električne energije je prikazana na sliki.
Električne postaje v številnih regijah države so povezane z visokonapetostnimi daljnovodi, ki tvorijo skupno električno omrežje, na katerega so priključeni potrošniki. Takšna zveza se imenuje elektroenergetski sistem. Elektroenergetski sistem zagotavlja nemoteno oskrbo odjemalcev z energijo ne glede na njihovo lokacijo.
Poraba električne energije.
Uporaba električne energije na različnih področjih znanosti.
Dvajseto stoletje je postalo stoletje, ko znanost posega v vsa področja družbe: v ekonomijo, politiko, kulturo, izobraževanje itd. Znanost seveda neposredno vpliva na razvoj energetike in obseg električne energije. Po eni strani znanost prispeva k širjenju obsega električne energije in s tem povečuje njeno porabo, po drugi strani pa v dobi, ko neomejena raba neobnovljivih virov energije predstavlja nevarnost za prihodnje generacije, razvoj energetsko varčnih tehnologij in njihovo uvajanje postanejo aktualne naloge znanosti.
Razmislimo o teh vprašanjih na konkretnih primerih. Približno 80 % rasti BDP (bruto domačega proizvoda) v razvitih državah dosežejo s tehničnimi inovacijami, ki so večinoma povezane z uporabo električne energije. Vse novo v industriji, kmetijstvu in vsakdanjem življenju prihaja k nam zahvaljujoč novostim v različnih vejah znanosti.
Večina znanstvenih dosežkov se začne s teoretičnimi izračuni. Toda če so bili v devetnajstem stoletju ti izračuni opravljeni s peresom in papirjem, potem so v dobi znanstvene in tehnološke revolucije (znanstvena in tehnološka revolucija) opravljeni vsi teoretični izračuni, izbor in analiza znanstvenih podatkov in celo jezikovna analiza literarnih del. uporaba računalnikov (elektronskih računalnikov), ki delujejo na električno energijo, je najprimernejša za njen prenos na daljavo in uporabo. Toda če so bili računalniki prvotno uporabljeni za znanstvene izračune, so zdaj računalniki zaživeli iz znanosti.
Zdaj se uporabljajo na vseh področjih človeške dejavnosti: za snemanje in shranjevanje informacij, ustvarjanje arhivov, pripravo in urejanje besedil, izvajanje risarskih in grafičnih del, avtomatizacijo proizvodnje in kmetijstva. Elektronizacija in avtomatizacija proizvodnje sta najpomembnejši posledici »druge industrijske« oziroma »mikroelektronske« revolucije v gospodarstvih razvitih držav. Razvoj integrirane avtomatizacije je neposredno povezan z mikroelektroniko, katere kakovostno nova faza se je začela po izumu mikroprocesorja leta 1971 - mikroelektronske logične naprave, vgrajene v različne naprave za nadzor njihovega delovanja.
Mikroprocesorji so pospešili rast robotike. Večina robotov, ki so danes v uporabi, spada v tako imenovano prvo generacijo in se uporabljajo pri varjenju, rezanju, stiskanju, premazovanju itd. Roboti druge generacije, ki jih nadomeščajo, so opremljeni z napravami za prepoznavanje okolja. Aroboti – »intelektualci« tretje generacije bodo »videli«, »čutili«, »slišali«. Znanstveniki in inženirji med najbolj prednostnimi področji uporabe robotov imenujejo jedrsko energijo, raziskovanje vesolja, transport, trgovino, skladiščenje, medicinsko oskrbo, predelavo odpadkov, razvoj bogastva oceanskega dna. Večina robotov deluje na električno energijo, vendar povečanje porabe električne energije robotov izravnajo nižji stroški energije v številnih energetsko intenzivnih proizvodnih procesih z uvedbo učinkovitejših metod in novih energetsko varčnih tehnoloških procesov.
A vrnimo se k znanosti.Vsa nova teoretična dognanja se preverjajo eksperimentalno po izračunih na računalniku. In praviloma se na tej stopnji izvajajo raziskave s pomočjo fizikalnih meritev, kemičnih analiz itd. Inštrumenti znanstvenega raziskovanja so tu raznoliki - številni merilni instrumenti, pospeševalci, elektronski mikroskopi, magnetnoresonančni tomografi itd. Glavnina teh eksperimentalnih znanstvenih instrumentov deluje na električno energijo.
Znanost na področju komunikacij in komunikacij se zelo hitro razvija. Satelitska komunikacija se ne uporablja le kot sredstvo mednarodne komunikacije, ampak tudi v vsakdanjem življenju - satelitske antene v našem mestu niso neobičajne. Nova komunikacijska sredstva, kot je optična tehnologija, lahko bistveno zmanjšajo izgube električne energije v procesu prenosa signalov na velike razdalje.
Znanost ni zaobšla niti področja managementa. Z razvojem znanstvenih in tehničnih revolucij, širjenjem proizvodnih in neproizvodnih sfer človekovega delovanja postaja upravljanje vse pomembnejšo vlogo pri izboljšanju njihove učinkovitosti. Iz nekakšne umetnosti, ki je do nedavnega temeljila na izkušnjah in intuiciji, se je danes management spremenil v znanost. Veda o upravljanju, o splošnih zakonitostih sprejemanja, shranjevanja, prenosa in obdelave informacij se imenuje kibernetika. Ta izraz izhaja iz grških besed "krmar", "krmar". Najdemo ga v spisih starogrških filozofov. Njeno novo rojstvo pa se je dejansko zgodilo leta 1948, po izidu knjige Kibernetika ameriškega znanstvenika Norberta Wienerja.
Pred začetkom »kibernetske« revolucije je obstajalo samo papirnato računalništvo, katerega glavno sredstvo zaznavanja so bili človeški možgani in ni uporabljalo elektrike. "Kibernetska" revolucija je povzročila bistveno drugačno - strojno informatiko, ki ustreza gigantsko povečanim pretokom informacij, katerih vir energije je elektrika. Ustvarjena so bila popolnoma nova sredstva za pridobivanje informacij, njihovo kopičenje, obdelavo in prenos, ki skupaj tvori kompleksno informacijsko strukturo. Vključuje avtomatizirane nadzorne sisteme (avtomatizirane nadzorne sisteme), informacijske banke podatkov, avtomatizirane informacijske baze, računalniške centre, video terminale, fotokopirne in fototelegrafske stroje, nacionalne informacijske sisteme, satelitske in hitre optične komunikacijske sisteme - vse to se je neomejeno razširilo. obseg porabe električne energije.
Mnogi znanstveniki verjamejo, da v tem primeru govorimo o novi "informacijski" civilizaciji, ki nadomešča tradicionalno organizacijo družbe industrijskega tipa. Za to specializacijo so značilne naslednje pomembne značilnosti:
· široka uporaba informacijske tehnologije v materialni in nematerialni proizvodnji, na področju znanosti, izobraževanja, zdravstva itd.;
· prisotnost široke mreže različnih bank podatkov, vključno z javno uporabo;
· preoblikovanje informacij v enega najpomembnejših dejavnikov gospodarskega, nacionalnega in osebnega razvoja;
prosti pretok informacij v družbi.
Takšen prehod iz industrijske družbe v "informacijsko civilizacijo" je postal mogoč predvsem zaradi razvoja energetike in zagotavljanja priročne vrste energije pri prenosu in uporabi - električne energije.
Električna energija v proizvodnji.
Sodobne družbe si ni mogoče predstavljati brez elektrifikacije proizvodnih dejavnosti. Že konec osemdesetih let prejšnjega stoletja je bila več kot 1/3 vse porabe energije na svetu izvedena v obliki električne energije. Do začetka naslednjega stoletja se lahko ta delež poveča na 1/2. Takšno povečanje porabe električne energije je povezano predvsem s povečanjem njene porabe v industriji. Glavnina industrijskih podjetij deluje na električno energijo. Visoka poraba električne energije je značilna za energetsko intenzivne panoge, kot so metalurgija, aluminij in strojegradnja.
Gospodinjska elektrika.
Elektrika je nepogrešljiv pomočnik v vsakdanjem življenju. Z njo se srečujemo vsak dan in verjetno si življenja brez nje ne moremo predstavljati. Spomnite se, kdaj ste zadnjič ugasnili luč, torej vaša hiša ni dobila elektrike, spomnite se, kako ste prisegli, da nimate časa za nič in potrebujete svetlobo, potrebujete TV, kuhalnike vode in kup druge elektrike. aparati. Konec koncev, če bomo za vedno brez energije, se bomo preprosto vrnili v tiste davne čase, ko so hrano kuhali na ognju in živeli v hladnih wigwamih.
Pomen elektrike v naših življenjih je lahko cela pesem, tako pomembna je v naših življenjih in tako smo je navajeni. Čeprav ne opazimo več, da prihaja v naše domove, ko pa je izklopljen, postane zelo neprijetno.
Cenite elektriko!
Bibliografija.
1. Učbenik S. V. Gromova "Fizika, 10. razred". Moskva: Razsvetljenje.
2. Enciklopedični slovar mladega fizika. Spojina. V.A. Chuyanov, Moskva: Pedagogika.
3. Ellion L., Wilkons U ... Fizika. Moskva: Nauka.
4. KoltunM. Svet fizike. Moskva.
5. Viri energije. Dejstva, težave, rešitve. Moskva: Znanost in tehnologija.
6. Netradicionalni viri energije. Moskva: Znanje.
7. Yudasin L. S. Energija: težave in upanja. Moskva: Razsvetljenje.
8. Podgorny A.N. Vodikova energija. Moskva: Nauka.
AC napetost se lahko pretvori - poveča ali zmanjša.
Naprave, ki se lahko uporabljajo za pretvorbo napetostise imenujejo transformatorji. Delo transformatorjev temelji na pojav elektromagnetne indukcije.
Transformatorska naprava
Transformator je sestavljen iz feromagnetno jedro z dvema tuljavama.
Primarno navitje se imenuje tuljava, priključena na vir izmenične napetosti U 1 .
Sekundarno navitje se imenuje tuljava, ki jo lahko priključimo na naprave, ki porabljajo električno energijo.
Naprave, ki porabljajo elektriko delujejo kot breme, na njih pa se ustvari izmenična napetost U 2 .
če U 1 > U 2 , To transformator se imenuje step-down, in če U 2 > U 1 - nekaj povišanega.
Načelo delovanja
V primarnem navitju nastane izmenični tok, zato se v njem ustvari izmenični tok magnetni tok. Ta tok se zapre v feromagnetno jedro in prežema vsak zavoj obeh navitij. V vsakem od zavojev obeh navitij se pojavi enak indukcijski emfe jaz 0
Če sta n 1 in n 2 število ovojev v primarnem in sekundarnem navitju, potem
EMF indukcije v primarnem navitju e jaz 1 = n 1 * e jaz 0 EMF indukcije v sekundarnem navitju e jaz 2 = n 1 * e jaz 0
Kjee jaz 0 - EMF indukcije, ki nastane v enem obratu sekundarne in primarne tuljave .
Prenos električne energije
p 
prenos električne energije iz elektrarn na velika mesta ali industrijskih središč na razdaljah več tisoč kilometrov je zapleten znanstveni in tehnični problem. Izgube energije (moči) za grelne žice se lahko izračunajo po formuli
Da bi zmanjšali toplotne izgube žic, je potrebno povečati napetost. Običajno so daljnovodi zgrajeni za napetost 400–500 kV, medtem ko je v linijah uporablja izmenični tok s frekvenco 50 Hz Slika prikazuje shemo daljnovoda od elektrarne do porabnika. Diagram daje idejo o uporabi transformatorjev pri prenosu električne energije
41. Elektromagnetno polje in elektromagnetno valovanje. Hitrost elektromagnetnega valovanja. Lastnosti elektromagnetnega valovanja. Ideje Maxwellove teorije
Obstoj elektromagnetni valovi je leta 1864 teoretično napovedal veliki angleški fizik J. Maxwell. Maxwell je koncept uvedel v fiziko vrtinec električno polje in predlagal novo razlago zakona elektromagnetna indukcija, odkril Faraday leta 1831:
Vsaka sprememba magnetnega polja ustvari v okoliškem prostoru vrtinčno električno polje .
Maxwell je domneval tudi o obstoju obratnega procesa:
Časovno spremenljivo električno polje ustvarja magnetno polje v okoliškem prostoru.
Ko se začne, se mora proces medsebojnega ustvarjanja magnetnega in električnega polja neprekinjeno nadaljevati in zajemati vsa nova področja prostora.
Zaključek:
Obstaja posebna oblika snovi - elektromagnetno polje - ki je sestavljeno iz medsebojnega ustvarjanja vrtinčnih električnih in magnetnih polj.
Označeno je elektromagnetno polje dve vektorski količini – intenzitetaE vrtinčno električno polje in indukcijaIN magnetno polje.
Imenuje se proces širjenja spreminjajočih se vrtinčnih električnih in magnetnih polj v prostoruelektromagnetno valovanje.
Maxwellova hipoteza je bila le teoretična predpostavka, ki ni imela eksperimentalne potrditve, vendar je Maxwellu na njeni podlagi uspelo zapisati konsistenten sistem enačb, ki opisujejo medsebojne transformacije električnega in magnetnega polja, tj. sistem enačb elektromagnetno polje(Maxwellove enačbe)
stran 1
Uvod.
Rojstvo energije se je zgodilo pred več milijoni let, ko so se ljudje naučili uporabljati ogenj. Ogenj jim je dajal toploto in svetlobo, bil vir navdiha in optimizma, orožje proti sovražnikom in divjim živalim, zdravilo, pomočnik v poljedelstvu, konzervans za hrano, tehnološko orodje itd.
Čudoviti mit o Prometeju, ki je ljudem dal ogenj, se je v stari Grčiji pojavil veliko pozneje, kot so marsikje po svetu obvladali metode precej prefinjenega ravnanja z ognjem, njegovega pridobivanja in gašenja, ohranjanja ognja in racionalne uporabe goriva.
Dolga leta so ogenj vzdrževali s kurjenjem rastlinskih energentov (les, grmičevje, trstičje, trava, suhe alge itd.), nato pa so odkrili, da je za vzdrževanje ognja mogoče uporabiti fosilne snovi: premog, nafto. , skrilavec, šota.
Danes energija ostaja glavna sestavina človekovega življenja. Omogoča ustvarjanje različnih materialov in je eden glavnih dejavnikov pri razvoju novih tehnologij. Preprosto povedano, brez obvladovanja različnih vrst energije človek ne more v celoti obstajati.
Močna generacija.
Vrste elektrarn.
Termoelektrarna (TE) je elektrarna, ki proizvaja električno energijo kot rezultat pretvorbe toplotne energije, ki se sprošča pri zgorevanju fosilnih goriv. Prve termoelektrarne so se pojavile konec 19. stoletja in postale zelo razširjene. Sredi 70. let 20. stoletja so bile termoelektrarne glavna vrsta elektrarn.
V termoelektrarnah se kemična energija goriva pretvarja najprej v mehansko in nato v električno. Gorivo za takšno elektrarno je lahko premog, šota, plin, oljni skrilavec, kurilno olje.
Termoelektrarne delimo na kondenzacijske (CPP), namenjene samo proizvodnji električne energije, in soproizvodnje toplote in električne energije (SPTE), ki poleg električne proizvajajo tudi toplotno energijo v obliki tople vode in pare. Velike IES regionalnega pomena se imenujejo državne daljinske elektrarne (GRES).
Najenostavnejši shematski diagram IES na premog je prikazan na sliki. Premog se dovaja v bunker za gorivo 1, iz njega pa v drobilnico 2, kjer se spremeni v prah. Premogov prah vstopi v peč generatorja pare (parni kotel) 3, ki ima sistem cevi, v katerem kroži kemično prečiščena voda, imenovana napajalna voda. V kotlu se voda segreje, izhlapi in nastala nasičena para se segreje na temperaturo 400-650 ° C in pod tlakom 3-24 MPa vstopi v parno turbino 4 skozi parni cevovod. parametri so odvisni od moči enot.
Termokondenzacijske elektrarne imajo nizek izkoristek (30-40%), saj se večina energije izgubi z dimnimi plini in hladilno vodo kondenzatorja. Ugodno je graditi IES v neposredni bližini črpalnih mest. Hkrati se lahko porabniki električne energije nahajajo na precejšnji razdalji od postaje.
Toplotna elektrarna se od kondenzacijske postaje razlikuje po posebni turbini za soproizvodnjo toplote in električne energije, ki je na njej nameščena odvod pare. Pri SPTE se en del pare v celoti porabi v turbini za proizvodnjo električne energije v generatorju 5 in nato vstopi v kondenzator 6, medtem ko se drugi del, ki ima visoko temperaturo in tlak, vzame iz vmesne stopnje pare. turbino in se uporablja za oskrbo s toploto. Črpalka kondenzata 7 skozi odzračevalnik 8 in nato dovodna črpalka 9 se dovaja v generator pare. Količina pridobljene pare je odvisna od potreb podjetij po toplotni energiji.
Učinkovitost SPTE doseže 60-70%. Takšne postaje so običajno zgrajene v bližini potrošnikov - industrijskih podjetij ali stanovanjskih območij. Najpogosteje delajo na uvoženo gorivo.
Termoelektrarne s plinskimi turbinami (GTPP), parno-plinskimi (PGPP) in dizelskimi napravami so postale veliko manj razširjene.
V zgorevalni komori GTPP zgoreva plin ali tekoče gorivo; produkti izgorevanja s temperaturo 750-900 ºС vstopijo v plinsko turbino, ki vrti električni generator. Izkoristek takih termoelektrarn je običajno 26-28%, moč je do nekaj sto MW. GTPP se običajno uporabljajo za pokrivanje konic električne obremenitve. Učinkovitost SGPP lahko doseže 42 - 43%.
Najbolj ekonomične so velike termoelektrarne s parnimi turbinami (kratko TE). Večina termoelektrarn pri nas kot gorivo uporablja premogov prah. Za proizvodnjo 1 kWh električne energije je potrebnih nekaj sto gramov premoga. V parnem kotlu se več kot 90 % energije, ki jo sprosti gorivo, prenese na paro. V turbini se kinetična energija parnih curkov prenaša na rotor. Turbinska gred je togo povezana z gredjo generatorja.
Sodobne parne turbine za termoelektrarne so zelo napredni, hitri, visoko varčni stroji z dolgo življenjsko dobo. Njihova moč v različici z eno gredjo doseže 1 milijon 200 tisoč kW in to ni meja. Takšni stroji so vedno večstopenjski, kar pomeni, da imajo običajno več deset diskov z delovnimi rezili in enako število skupin šob pred vsakim diskom, skozi katere teče curek pare. Tlak in temperatura pare se postopoma zmanjšujeta.
Iz tečaja fizike je znano, da se učinkovitost toplotnih motorjev poveča s povečanjem začetne temperature delovne tekočine. Zato se para, ki vstopa v turbino, doseže visoke parametre: temperatura je skoraj do 550 ° C, tlak pa do 25 MPa. Učinkovitost TPP doseže 40%. Večina energije se izgubi skupaj z vročo izpušno paro.
Hidroelektrarna (HE) je kompleks objektov in opreme, skozi katere se energija vodnega toka pretvarja v električno energijo. Hidroelektrarna je sestavljena iz niza hidravličnih struktur, ki zagotavljajo potrebno koncentracijo vodnega toka in ustvarjanje tlaka, ter napajalne opreme, ki pretvarja energijo vode, ki se premika pod pritiskom, v mehansko rotacijsko energijo, ki se nato pretvori v električna energija.
Električna energija se proizvaja v različnih obsegih elektrarn, predvsem s pomočjo indukcijskih elektromehanskih generatorjev.
Močna generacija
Obstajata dve glavni vrsti elektrarn:
1. Toplotna.
2. Hidravlični.
Ta delitev je posledica vrste motorja, ki obrača rotor generatorja. IN termični elektrarne uporabljajo gorivo kot vir energije: premog, plin, nafta, oljni skrilavec, kurilno olje. Rotor poganjajo parne plinske turbine.
Najbolj ekonomične so termoelektrarne s parnimi turbinami (TE). Njihovo maksimalna učinkovitost doseže 70 %. To je ob upoštevanju dejstva, da se izpušna para uporablja v industrijskih podjetjih.
Vklopljeno hidroelektrarne potencialna energija vode se uporablja za vrtenje rotorja. Rotor poganjajo hidravlične turbine. Moč postaje bo odvisna od tlaka in mase vode, ki prehaja skozi turbino.
Poraba električne energije
Električna energija se uporablja skoraj povsod. Seveda večina proizvedene električne energije prihaja iz industrije. Poleg tega glavni potrošnik bo prevoz.
Številne železniške proge so že dolgo prešle na električno vleko. Razsvetljava stanovanj, mestnih ulic, industrijskih in domačih potreb vasi in vasi - vse to je tudi velik porabnik električne energije.
Velik del prejete električne energije se pretvori v mehansko energijo. Vse mehanizme, ki se uporabljajo v industriji, poganjajo elektromotorji. Porabnikov električne energije je dovolj in so povsod.
In električna energija se proizvaja le na nekaj mestih. Postavlja se vprašanje o prenosu električne energije in to na velike razdalje. Pri prenosu na velike razdalje pride do velike izgube moči. Predvsem so to izgube zaradi segrevanja električnih vodnikov.
Po zakonu Joule-Lenz se energija, porabljena za ogrevanje, izračuna po formuli:
Ker je odpornost skoraj nemogoče zmanjšati na sprejemljivo raven, je potrebno zmanjšati jakost toka. Če želite to narediti, povečajte napetost. Običajno so na postajah pospeševalni generatorji, na koncu daljnovodov pa padajoči transformatorji. In že od njih se energija razprši do potrošnikov.
Potrebe po električni energiji nenehno naraščajo. Obstajata dva načina za zadovoljitev povpraševanja po povečani porabi:
1. Gradnja novih elektrarn
2. Uporaba napredne tehnologije.
Učinkovita raba električne energije
Prvi način je drag. veliko število gradbena in finančna sredstva. Gradnja ene elektrarne traja več let. Poleg tega na primer termoelektrarne porabijo veliko neobnovljivih naravni viri in škodujejo naravnemu okolju.
