Доклад: Използване на електроенергия. Производство и използване на електрическа енергия

Производството на електроенергия играе огромна роля в света в наши дни. Това е ядрото на държавната икономика на всяка страна. Огромни суми пари се инвестират годишно в производството и използването на електроенергия и свързаните с това научни изследвания. В ежедневието ние постоянно се сблъскваме с неговото действие, така че съвременният човек трябва да има представа за основните процеси на неговото производство и потребление.

Как получавате електричество?

Електричеството се произвежда от други видове електричество с помощта на специални устройства. Например от кинетични. За тази цел се използва генератор - устройство, което преобразува механичната работа в електрическа енергия.

Други съществуващи методи за получаването му са например преобразуване на радиация от светлинния диапазон с фотоклетки или слънчева батерия. Или производството на електричество чрез химическа реакция. Или използване на потенциала на радиоактивно разпадане или охлаждаща течност.

Произвежда се в електроцентрали, които могат да бъдат хидравлични, ядрени, топлинни, слънчеви, вятърни, геотермални и др. По принцип всички те работят по една и съща схема - благодарение на енергията на първичния носител определено устройство генерира механична (енергия на въртене), която след това се прехвърля към специален генератор, където се генерира електрически ток.

Основни видове електроцентрали

Производството и разпределението на електроенергия в повечето страни се осъществява чрез изграждането и експлоатацията на ТЕЦ – ТЕЦ. Тяхната експлоатация изисква голям запас от органично гориво, условията за извличането му стават все по-сложни от година на година, а цената нараства. Коефициентът на горивна ефективност в топлоелектрическите централи не е твърде висок (в рамките на 40%), а количеството замърсяващи околната среда отпадъци е голямо.

Всички тези фактори намаляват перспективите на този метод на производство.

Най-икономичното производство на електроенергия е от водноелектрически централи (ВЕЦ). Ефективността им достига 93%, цената на 1 kW/h е пет пъти по-евтина от другите методи. Естественият енергиен източник на такива станции е практически неизчерпаем, броят на работниците е минимален и те са лесни за управление. Страната ни е признат лидер в развитието на тази индустрия.

За съжаление, темпът на развитие е ограничен от сериозните разходи и дългите срокове за изграждане на водноелектрически централи, свързани с тяхната отдалеченост от големите градове и магистрали, сезонния режим на реките и трудните условия на работа.

Освен това гигантските резервоари влошават екологичната ситуация - те наводняват ценни земи около резервоарите.

Използване на ядрена енергия

В наши дни производството, преносът и използването на електроенергия се осъществява от атомни електроцентрали – АЕЦ. Те са проектирани на почти същия принцип като термичните.

Основното им предимство е малкото необходимо гориво. Един килограм обогатен уран е еквивалентен по производителност на 2,5 хиляди тона въглища. Ето защо атомните електроцентрали теоретично могат да бъдат построени във всяка област, независимо от наличието на близки горивни ресурси.

В момента запасите от уран на планетата са много по-големи от тези на минерално гориво, а въздействието на атомните електроцентрали върху околната среда е минимално, при условие че има безпроблемна работа.

Огромен и сериозен недостатък на атомните електроцентрали е вероятността от ужасна авария с непредвидими последици, поради което са необходими много сериозни мерки за безопасност за тяхната непрекъсната работа. Освен това производството на електроенергия в атомните електроцентрали е трудно регулирано - ще отнеме няколко седмици както за пускането им, така и за пълното им спиране. А технологии за рециклиране на опасни отпадъци практически няма.

Какво е електрически генератор

Производството и преносът на електроенергия е възможно благодарение на електрически генератор. Това е устройство за преобразуване на всякакъв вид енергия (топлинна, механична, химическа) в електрическа. Принципът на неговото действие се основава на процеса на електромагнитна индукция. ЕМП се индуцира в проводник, който се движи в магнитно поле и пресича неговите магнитни силови линии. По този начин проводникът може да служи като източник на електричество.

Основата на всеки генератор е система от електромагнити, които образуват магнитно поле и проводници, които го пресичат. Повечето генератори на променлив ток се основават на прилагането на въртящо се магнитно поле. Неподвижната му част се нарича статор, а движещата се част се нарича ротор.

Концепция на трансформатора

Трансформаторът е електромагнитно статично устройство, предназначено да преобразува една токова система в друга (вторична), използвайки електромагнитна индукция.

Първите трансформатори през 1876 г. са предложени от П. Н. Яблочков. През 1885 г. унгарски учени разработват индустриални еднофазни устройства. През 1889-1891г. Изобретен е трифазният трансформатор.

Най-простият еднофазен трансформатор се състои от стоманена сърцевина и двойка намотки. Те се използват за разпределение и пренос на електроенергия, тъй като генераторите на електроцентрали я произвеждат при напрежение от 6 до 24 kW. Изгодно е да го предавате при големи стойности (от 110 до 750 kW). За тази цел в електроцентралите се монтират повишаващи трансформатори.

Как се използва електричеството?

Лъвският му дял отива за доставка на електроенергия на промишлени предприятия. Производството изразходва до 70% от цялата произведена електроенергия в страната. Тази цифра варира значително за отделните региони в зависимост от климатичните условия и нивото на индустриално развитие.

Друга разходна позиция е доставката на електрически превозни средства. Градските, междуселищните и индустриалните електрически транспортни подстанции, използващи постоянен ток, работят от електропреносните мрежи на EPS. За AC транспорт се използват понижаващи подстанции, които също консумират енергия от електроцентрали.

Друг сектор на потребление на електроенергия са комуналните услуги. Потребителите тук са сгради в жилищни квартали на всякакви населени места. Това са къщи и апартаменти, административни сгради, магазини, институции на образованието, науката, културата, здравеопазването, общественото хранене и др.

Как се осъществява преносът на електричество?

Производството, преносът и използването на електроенергия са трите стълба на индустрията. Освен това прехвърлянето на получената мощност към потребителите е най-трудната задача.

„Пътува“ главно през електропроводи - въздушни електропроводи. Въпреки че кабелните линии започват да се използват все по-често.

Електричеството се генерира от мощни агрегати на гигантски електроцентрали, а неговите потребители са сравнително малки приемници, разпръснати на огромна територия.

Съществува тенденция към концентриране на мощността поради факта, че с нарастването им намаляват относителните разходи за изграждане на електроцентрали, а следователно и цената на получения киловатчас.

Единен енергиен комплекс

Редица фактори влияят върху решението за разполагане на голяма електроцентрала. Това е вида и количеството на наличните ресурси, достъпността на транспорта, климатичните условия, включването в единна енергийна система и др. Най-често електроцентралите се изграждат далеч от големи центрове на потребление на енергия. Ефективността на предаването му на значителни разстояния влияе върху успешната работа на един енергиен комплекс на огромна територия.

Производството и преносът на електроенергия трябва да става с минимално количество загуби, основната причина за което е нагряването на проводниците, т.е. увеличаването на вътрешната енергия на проводника. За да се поддържа мощността, предавана на дълги разстояния, е необходимо пропорционално да се увеличи напрежението и да се намали токът в проводниците.

Какво е електропровод

Математическите изчисления показват, че количеството на топлинните загуби в проводниците е обратно пропорционално на квадрата на напрежението. Ето защо електричеството се пренася на големи разстояния с помощта на електропроводи - електропроводи за високо напрежение. Между техните проводници напрежението достига десетки, а понякога и стотици хиляди волта.

Електроцентралите, разположени близо една до друга, се обединяват в единна енергийна система с помощта на електропроводи. Производството на електроенергия в Русия и нейният пренос се извършват чрез централизирана енергийна мрежа, която включва огромен брой електроцентрали. Единната система за управление гарантира постоянно снабдяване на потребителите с електроенергия.

Малко история

Как се формира единна електрическа мрежа у нас? Нека се опитаме да погледнем в миналото.

До 1917 г. производството на електроенергия в Русия се извършва с недостатъчни темпове. Страната изостава от развитите си съседи, което се отразява негативно на икономиката и отбранителната способност.

След Октомврийската революция проектът за електрификация на Русия е разработен от Държавната комисия за електрификация на Русия (съкратено GOELRO), ръководена от Г. М. Кржижановски. Повече от 200 учени и инженери си сътрудничат с нея. Контролът се извършва лично от В. И. Ленин.

През 1920 г. е изготвен „Планът за електрификация на РСФСР“, предназначен за 10-15 години. Той включваше възстановяване на предишната енергийна система и изграждане на 30 нови електроцентрали, оборудвани с модерни турбини и котли. Основната идея на плана е да се използват гигантски местни хидроенергийни ресурси. Предвижда се електрификация и коренно преустройство на цялото народно стопанство. Акцентът беше върху растежа и развитието на тежката индустрия в страната.

Известният план GOERLO

От 1947 г. СССР става първият в Европа и вторият в света производител на електроенергия. Благодарение на плана GOELRO цялата вътрешна икономика се формира в най-кратки срокове. Производството и потреблението на електроенергия в страната достигна качествено ново ниво.

Изпълнението на плана стана възможно благодарение на комбинацията от няколко важни фактора: високото ниво на научния персонал на страната, материалния потенциал на Русия, запазен от предреволюционните времена, централизацията на политическата и икономическата власт, способността на руския народ да вярват в „върховете“ и да въплъщават прокламираните идеи.

Планът доказва ефективността на съветската система на централизирана власт и управление.

Планирайте резултатите

През 1935 г. приетата програма е изпълнена и преизпълнена. Построени са 40 централи вместо планираните 30, като е въведена близо три пъти повече мощност от предвидената по план. Изградени са 13 електроцентрали с мощност по 100 хил. kW всяка. Общият капацитет на руските водноелектрически централи беше около 700 000 kW.

През тези години са издигнати най-големите обекти със стратегическо значение, като световно известната водноелектрическа централа Днепър. По отношение на общите показатели Единната съветска енергийна система надмина подобни системи в най-развитите страни от Новия и Стария свят. Производството на електроенергия в европейските страни през онези години значително изоставаше от показателите на СССР.

Развитие на селските райони

Ако преди революцията в селата на Русия практически нямаше електричество (малките електроцентрали, инсталирани от големи земевладелци, не се броят), тогава с изпълнението на плана GOELRO, благодарение на използването на електричество, селското стопанство получи нов тласък за развитие . Електрическите двигатели се появяват в мелници, дъскорезници и машини за почистване на зърно, което допринася за модернизацията на индустрията.

В допълнение, електричеството твърдо навлезе в живота на жителите на града и селяните, буквално разкъсвайки „тъмната Русия“ от тъмнината.

по физика

на тема „Производство, пренос и използване на електрическа енергия”

Учениците от 11 клас А

Общинско учебно заведение №85

Катрин.

Абстрактен план.

Въведение.

1. Производство на електроенергия.

1. видове електроцентрали.

2. алтернативни източници на енергия.

2. Пренос на електроенергия.

трансформатори.

3. Използване на електроенергия.

Въведение.

Раждането на енергията се случи преди няколко милиона години, когато хората се научиха да използват огъня. Огънят им давал топлина и светлина, бил източник на вдъхновение и оптимизъм, оръжие срещу врагове и диви животни, лек, помощник в земеделието, хранителен консервант, технологичен инструмент и др.

Чудесният мит за Прометей, който е дал огън на хората, се появява в Древна Гърция много по-късно, след като много части на света са усвоили много сложни методи за боравене с огъня, неговото производство и гасене, запазване на огъня и рационално използване на горивото.

В продължение на много години огънят се поддържаше чрез изгаряне на растителни енергийни източници (дърва, храсти, тръстика, трева, сухи водорасли и др.), а след това беше открито, че е възможно да се използват изкопаеми вещества за поддържане на огъня: въглища, нефт, шисти , торф.

Днес енергията остава основният компонент на човешкия живот. Тя дава възможност за създаване на различни материали и е един от основните фактори в развитието на новите технологии. Просто казано, без овладяване на различни видове енергия, човек не е в състояние да съществува пълноценно.

Производство на електроенергия.

Видове електроцентрали.

ТЕЦ (ТЕЦ), електроцентрала, която генерира електрическа енергия в резултат на преобразуване на топлинна енергия, освободена от изгарянето на изкопаеми горива. Първите топлоелектрически централи се появяват в края на 19 век и получават широко разпространение. В средата на 70-те години на 20 век ТЕЦ-овете са основният тип електроцентрали.

В топлоелектрическите централи химическата енергия на горивото се преобразува първо в механична, а след това в електрическа. Горивото за такава електроцентрала може да бъде въглища, торф, газ, нефтени шисти и мазут.

Топлоелектрическите централи се делят на кондензация(IES), предназначени да генерират само електрическа енергия, и комбинирани топлоелектрически централи(CHP), произвеждаща освен електрическа енергия и топлинна енергия под формата на гореща вода и пара. Големите ЦЕЦ с регионално значение се наричат Държавни районни електрически централи (ДЕС).

Най-простата схематична диаграма на CES, работеща с въглища, е показана на фигурата. Въглищата се подават в горивния бункер 1, а от него в трошачната инсталация 2, където се превръщат в прах. Въглищният прах влиза в пещта на парогенератор (парен котел) 3, който има система от тръби, в които циркулира химически пречистена вода, наречена захранваща вода. В котела водата се нагрява, изпарява се и получената наситена пара се довежда до температура от 400-650 ° C и под налягане от 3-24 MPa навлиза в парна турбина 4 през паропровод. зависят от мощността на агрегатите.

Термокондензационните електроцентрали имат ниска ефективност (30-40%), тъй като по-голямата част от енергията се губи с димните газове и охлаждащата вода на кондензатора. Изгодно е изграждането на ИЕС в непосредствена близост до обектите за производство на гориво. В този случай потребителите на електроенергия могат да бъдат разположени на значително разстояние от станцията.

Комбинирана топлоелектрическа централасе различава от кондензационната станция по това, че върху нея е монтирана специална нагревателна турбина с извличане на пара. В топлоелектрическата централа една част от парата се използва изцяло в турбината за генериране на електричество в генератора 5 и след това влиза в кондензатора 6, а другата, с по-висока температура и налягане, се взема от междинния етап на турбина и се използва за подаване на топлина.Кондензатът се изпомпва от помпа 7 през деаератор 8 и след това от захранващата помпа 9 се подава към парогенератора. Количеството поета пара зависи от нуждите от топлинна енергия на предприятията.

Коефициентът на полезно действие на топлоелектрическите централи достига 60-70%. Такива станции обикновено се изграждат в близост до потребители - промишлени предприятия или жилищни райони. Най-често работят с вносно гориво.

Термоцентрали с газова турбина(GTPP), пара-газ(PHPP) и дизелови инсталации.

Газ или течно гориво се изгарят в горивната камера на газотурбинна електроцентрала; продуктите от горенето при температура 750-900 ºС влизат в газова турбина, която върти електрически генератор. Ефективността на такива топлоелектрически централи обикновено е 26-28%, мощността е до няколкостотин MW . GTPP обикновено се използват за покриване на пикови електрически натоварвания. Ефективността на PGES може да достигне 42 - 43%.

Най-икономични са големите термични паротурбинни електроцентрали (съкратено ТЕЦ). Повечето ТЕЦ у нас използват като гориво въглищен прах. За генерирането на 1 kWh електроенергия се изразходват няколкостотин грама въглища. В парния котел над 90% от енергията, отделена от горивото, се прехвърля на пара. В турбината кинетичната енергия на парните струи се предава на ротора. Валът на турбината е твърдо свързан с вала на генератора.

Съвременните парни турбини за топлоелектрически централи са много модерни, високоскоростни, високоикономични машини с дълъг експлоатационен живот. Тяхната мощност в новата версия достига 1 милион 200 хиляди kW и това не е границата. Такива машини винаги са многостепенни, т.е. те обикновено имат няколко десетки диска с работещи остриета и същия брой пред всеки диск групи дюзи, през които тече поток от пара. Налягането и температурата на парата постепенно намаляват.

От курса по физика е известно, че ефективността на топлинните двигатели се увеличава с увеличаване на началната температура на работния флуид. Поради това парата, влизаща в турбината, се довежда до високи параметри: температура - почти 550 ° C и налягане - до 25 MPa. Коефициентът на полезно действие на топлоелектрическите централи достига 40%. По-голямата част от енергията се губи заедно с горещата отработена пара.

ВЕЦ (хидроелектрическа централа), комплекс от конструкции и оборудване, чрез които енергията на водния поток се преобразува в електрическа енергия. Водноелектрическата централа се състои от последователна верига хидротехнически съоръжения,осигуряване на необходимата концентрация на водния поток и създаване на налягане и захранващо оборудване, което преобразува енергията на водата, движеща се под налягане, в механична ротационна енергия, която от своя страна се преобразува в електрическа енергия.

NaporHES се създава от концентрацията на падането на реката в района, използван от язовира, или извеждане,или язовир и отклонение заедно. Основното енергийно оборудване на водноелектрическата централа е разположено в сградата на водноелектрическата централа: в машинното помещение на електроцентралата - хидравлични агрегати,спомагателно оборудване, устройства за автоматично управление и наблюдение; в централния контролен пост - оператор-диспечерски пулт или автооператор на водноелектрическа централа.Повишаване на трафопостразположени както в сградата на водноелектрическата централа, така и в отделни сгради или открити площи. Разпределителни апаратичесто се намират на открито. Сградата на водноелектрическа централа може да бъде разделена на секции с един или повече агрегати и спомагателно оборудване, отделени от съседните части на сградата. Монтажна площадка за монтаж и ремонт на различно оборудване и за спомагателни операции за обслужване на водноелектрическата централа се създава в сградата на водноелектрическата централа или в рамките на нея.

Инсталирана мощност (в MW)прави разлика между водноелектрическите централи мощен(над 250), средно аритметично(до 25) и малък(до 5). Мощността на водноелектрическата централа зависи от налягането (разликата между нивата на горното и долното течение ), воден поток, използван в хидравличните турбини и ефективността на хидравличния агрегат. Поради редица причини (например поради сезонни промени в нивото на водата в резервоарите, колебания в натоварването на електроенергийната система, ремонт на хидравлични агрегати или хидротехнически съоръжения и др.), налягането и потокът на водата непрекъснато се променят , и освен това дебитът се променя при регулиране на мощността на водноелектрическа централа. Има годишен, седмичен и дневен цикъл на работа на водноелектрическата централа.

Въз основа на максимално използваното налягане водноелектрическите централи се разделят на високо налягане(повече от 60 м), средно налягане(от 25 до 60 м)И ниско налягане(от 3 до 25 м).В равнинните реки налягането рядко надвишава 100 м,в планински условия язовирът може да създаде налягане до 300 мнай-много, а с помощта на деривация - до 1500 м.Разделянето на водноелектрическите централи според използваното налягане има приблизителен, условен характер.

Въз основа на използването на водните ресурси и концентрацията на налягане водноелектрическите централи обикновено се разделят на канал, язовир, отклонение с налягане и отклонение на свободен поток, смесено, помпено съхранениеИ приливна.

В речните и крайязовирните водноелектрически централи водното налягане се създава от язовир, който прегражда реката и повишава нивото на водата в горния басейн. В същото време някои наводнения на долината на реката са неизбежни. Водноелектрическите централи в руслото и язовирното пространство се изграждат както на равнинни пълноводни реки, така и на планински реки, в тесни сгъстени долини. Речните водноелектрически централи се характеризират с налягания до 30-40 м.

При по-високи налягания се оказва нецелесъобразно да се пренася хидростатично водно налягане към сградата на водноелектрическата централа. В този случай се използва типът язовирВодноелектрическа централа, в която напорният фронт е блокиран по цялата му дължина от язовир, сградата на водноелектрическата централа се намира зад язовира, в непосредствена близост до долното течение.

Друг тип оформление преграденВодноелектрическата централа отговаря на планински условия с относително ниски речни течения.

IN деривационенВодноелектрическа централа концентрацията на речното падане се създава чрез деривация; водите в началото на използвания участък на реката се отвеждат от речното корито чрез водопровод, с наклон значително по-малък от средния наклон на реката в този участък и с изправяне на чупките и завоите на канала. Краят на отклонението се извежда до мястото на сградата на водноелектрическата централа. Отпадъчните води или се връщат обратно в реката, или се подават към следващата водноелектрическа централа. Отклоняването е полезно, когато наклонът на реката е висок.

Специално място сред водноелектрическите централи заемат помпено-акумулиращи електроцентрали(PSPP) и приливни електроцентрали(ПЕС). Изграждането на помпено-акумулиращи централи се дължи на нарастващото търсене на върхова мощност в големите енергийни системи, което определя необходимия генериращ капацитет за покриване на пиковите натоварвания. Способността на помпено-акумулиращите централи да акумулират енергия се основава на факта, че безплатната електрическа енергия в енергийната система за определен период от време се използва от помпено-акумулиращите централи, които, работейки в помпен режим, изпомпват вода от резервоара в горния пул за съхранение. По време на периодите на пиково натоварване натрупаната енергия се връща в енергийната система (водата от горния басейн навлиза в напорния тръбопровод и върти хидравлични агрегати, работещи в режим на генератор на ток).

PES преобразуват енергията на морските приливи и отливи в електричество. Електричеството на приливните водноелектрически централи, поради някои характеристики, свързани с периодичния характер на приливите, може да се използва в енергийни системи само заедно с енергията на регулиращите електроцентрали, които компенсират прекъсванията на захранването на приливните електроцентрали в рамките на дни или месеци.

Най-важната характеристика на хидроенергийните ресурси в сравнение с горивните и енергийните ресурси е тяхната непрекъсната възобновяемост.Липсата на необходимост от гориво за водноелектрическите централи определя ниската цена на електроенергията, генерирана от водноелектрическите централи. Следователно изграждането на водноелектрически централи, въпреки значителните специфични капиталовложения от 1 kWинсталираният капацитет и дългите периоди на строителство са били и се отдават на голямо значение, особено когато това е свързано с разполагането на интензивни индустрии с електричество.

Атомна електроцентрала (АЕЦ), електроцентрала, в която атомната (ядрена) енергия се преобразува в електрическа. Генераторът на енергия в атомната електроцентрала е ядрен реактор. Топлината, която се отделя в реактора в резултат на верижна реакция на ядрено делене на някои тежки елементи, след това се превръща в електричество, точно както в конвенционалните топлоелектрически централи (ТЕЦ). За разлика от топлоелектрическите централи, които работят с изкопаеми горива, атомните електроцентрали работят ядрено гориво(основно 233U, 235U, 239Pu) Установено е, че световните енергийни ресурси на ядрено гориво (уран, плутоний и др.) Значително надвишават енергийните ресурси на природните запаси от органично гориво (нефт, въглища, природен газ и др.). ). Това отваря широки перспективи за задоволяване на бързо нарастващите нужди от гориво.Освен това е необходимо да се вземе предвид непрекъснато нарастващият обем на потреблението на въглища и петрол за технологични цели в световната химическа индустрия, която се превръща в сериозен конкурент на топлинната енергия растения. Въпреки откриването на нови находища на органично гориво и усъвършенстването на методите за извличането му, в света се наблюдава тенденция към относително увеличение на цената му. Това създава най-трудните условия за страните с ограничени запаси от изкопаеми горива. Очевидна е необходимостта от бързо развитие на ядрената енергетика, която вече заема видно място в енергийния баланс на редица индустриални страни по света.

Принципната схема на атомна електроцентрала с ядрен реактор с водно охлаждане е показана на фиг. 2. Топлина, генерирана в сърцевинареактор антифриз,се абсорбира от вода от 1-ви кръг, която се изпомпва през реактора с циркулационна помпа.Нагрятата вода от реактора постъпва в топлообменника (парогенератора) 3, където пренася получената в реактора топлина към водата от 2-ри кръг. Водата от 2-ри кръг се изпарява в парогенератора и се образува пара, която след това влиза в турбината 4.

Най-често в атомните електроцентрали се използват 4 типа реактори с топлинни неутрони:

1) вода-вода с обикновена вода като модератор и охлаждаща течност;

2) графитно-воден с воден охладител и графитен модератор;

3) тежка вода с воден охладител и тежка вода като модератор;

4) графито - газ с газов охладител и графитен модератор.

Изборът на преобладаващо използвания тип реактор се определя основно от натрупания опит в реактора носител, както и наличието на необходимото индустриално оборудване, суровини и др.

Реакторът и неговите обслужващи системи включват: самият реактор с биологична защита , топлообменници, помпи или газонагнетателни агрегати, които циркулират охлаждащата течност, тръбопроводи и арматура за циркулационната верига, устройства за презареждане на ядрено гориво, специални вентилационни системи, аварийно охлаждане и др.

За да защити персонала на атомната електроцентрала от излагане на радиация, реакторът е заобиколен от биологична защита, основните материали за която са бетон, вода и змийски пясък. Оборудването на веригата на реактора трябва да бъде напълно запечатано. Предвидена е система за наблюдение на местата за евентуално изтичане на топлоносител, взети са мерки течове и прекъсвания на веригата да не водят до радиоактивни емисии и замърсяване на помещенията на атомната централа и околностите. Радиоактивният въздух и малкото количество пари на охлаждащата течност, причинени от течове от веригата, се отстраняват от необслужвани помещения на атомната електроцентрала чрез специална вентилационна система, в която са предвидени почистващи филтри и резервоари за задържане на газ, за да се елиминира възможността от замърсяване на въздуха . Спазването на правилата за радиационна безопасност от персонала на АЕЦ се контролира от службата за дозиметричен контрол.

Наличието на биологична защита, специални системи за вентилация и аварийно охлаждане, както и служба за радиационен контрол позволява напълно да се защити оперативният персонал на АЕЦ от вредното въздействие на радиоактивните лъчения.

Атомните електроцентрали, които са най-модерният тип електроцентрали, имат редица съществени предимства пред другите типове електроцентрали: при нормални условия на работа те изобщо не замърсяват околната среда, не изискват връзка с източник на суровини. материали и съответно могат да бъдат разположени почти навсякъде. Новите енергийни блокове имат мощност, почти равна на мощността на средна водноелектрическа централа, но коефициентът на използване на инсталираната мощност в атомна електроцентрала (80%) значително надвишава тази цифра за водноелектрическа централа или топлоелектрическа централа.

Атомните електроцентрали практически нямат значителни недостатъци при нормални условия на работа, но не може да не се отбележи опасността от атомни електроцентрали при възможни форсмажорни обстоятелства: земетресения, урагани и др. потенциална опасност от радиационно замърсяване на територии поради неконтролирано прегряване на реактора.

Алтернативни източници на енергия.

Енергия на слънцето.

Напоследък интересът към проблема с използването на слънчевата енергия рязко се увеличи, тъй като потенциалът на енергията, базирана на използването на пряка слънчева радиация, е изключително висок.

Най-простият колектор на слънчева радиация е почернял метален (обикновено алуминиев) лист, вътре в който има тръби, в които циркулира течност. Загрята от слънчева енергия, погълната от колектора, течността се подава за директна употреба.

Слънчевата енергия е един от най-материалоемките видове производство на енергия. Мащабното използване на слънчевата енергия води до огромно увеличение на нуждата от материали и следователно на трудовите ресурси за добив на суровини, тяхното обогатяване, получаване на материали, производство на хелиостати, колектори, друго оборудване и тяхното транспортиране.

Досега електрическата енергия, генерирана от слънчевите лъчи, е много по-скъпа от тази, получена по традиционните методи. Учените се надяват, че експериментите, които ще проведат в пилотни инсталации и станции, ще помогнат за решаването не само на технически, но и на икономически проблеми.

Вятърна енергия.

Енергията на движещите се въздушни маси е огромна. Запасите от вятърна енергия са повече от сто пъти по-големи от хидроенергийните запаси на всички реки на планетата. Ветровете духат постоянно и навсякъде по земята. Климатичните условия позволяват развитието на вятърна енергия на обширна територия.

В днешно време вятърните двигатели покриват само една хилядна от световните енергийни нужди. Ето защо специалисти по самолетостроене, които знаят как да изберат най-подходящия профил на лопатките и да го изследват в аеродинамичен тунел, участват в създаването на дизайна на вятърното колело, сърцето на всяка вятърна електроцентрала. Благодарение на усилията на учени и инженери е създадено голямо разнообразие от дизайни на съвременни вятърни турбини.

Енергията на Земята.

От древни времена хората са знаели за спонтанните прояви на гигантска енергия, скрита в земната повърхност. Паметта на човечеството пази легенди за катастрофални вулканични изригвания, отнели милиони човешки животи и променили облика на много места на Земята до неузнаваемост. Мощността на изригването дори на сравнително малък вулкан е колосална, много пъти по-голяма от мощността на най-големите електроцентрали, създадени от човешки ръце. Вярно е, че няма нужда да говорим за прякото използване на енергията от вулканични изригвания, хората все още нямат способността да обуздаят този непокорен елемент.

Енергията на Земята е подходяща не само за отопление на помещения, както е в Исландия, но и за производство на електричество.Електроцентралите, използващи горещи подземни извори, работят отдавна. Първата такава електроцентрала, все още много ниска мощност, е построена през 1904 г. в малкото италианско градче Лардерело. Постепенно мощността на електроцентралата нараства, пускат се все повече и повече нови блокове, използват се нови източници на топла вода и днес мощността на централата вече достига внушителната стойност от 360 хиляди киловата.

Пренос на електроенергия.

Трансформърс.

Купихте хладилник ZIL. Продавачът ви предупреди, че хладилникът е проектиран за мрежово напрежение от 220 V. А във вашата къща мрежовото напрежение е 127 V. Безнадеждна ситуация? Въобще не. Просто трябва да направите допълнителни разходи и да закупите трансформатор.

Трансформатор- много просто устройство, което ви позволява както да увеличавате, така и да намалявате напрежението. Преобразуването на променлив ток се извършва с помощта на трансформатори. Трансформаторите са използвани за първи път през 1878 г. от руския мъченик П. Н. Яблочков за захранване на изобретените от него „електрически свещи“, нов източник на светлина по това време. Идеята на П. Н. Яблочков е разработена от служителя на Московския университет И. Ф. Усагин, който проектира подобрени трансформатори.

Трансформаторът се състои от затворена желязна сърцевина, върху която са поставени две (понякога повече) намотки с телени намотки (фиг. 1). Една от намотките, наречена първична намотка, е свързана към източник на променливо напрежение. Втората намотка, към която е свързан "товарът", т.е. инструменти и устройства, които консумират електричество, се нарича вторична.

Фиг.1 Фиг.2

Диаграмата на трансформатор с две намотки е показана на фигура 2, а неконвенционалното обозначение, прието за него, е показано на фигура. 3.

Действието на трансформатора се основава на явлението електромагнитна индукция. Когато променлив ток преминава през първичната намотка, в желязното ядро се появява променлив магнитен поток, който възбужда индуцираната емф във всяка намотка.Освен това, моментната стойност на индуцираната емф дVвсяко завъртане на първичната или вторичната намотка съгласно закона на Фарадей се определя от формулата:

e = -Δ Ж/Δ T

Ако Е= Ф0соsωt, тогава

e = ω Ф0гряхω T, или

e =дгряхω T,

Където д=ω Ф0 е амплитудата на ЕМП в един оборот.

В първичната намотка, която има p1обороти, обща индуцирана емф д1 равна на p1e.

Във вторичната намотка има общо ЕМП. д2равна на p2e,Където n2- броят на завоите на тази намотка.

Следва, че

д1 e2 = n1n2. (1)

Размер на напрежението u1 , приложен към първичната намотка и EMF д1 трябва да бъде равен на спада на напрежението в първичната намотка:

u1 + д1 = аз1 Р1 , Където Р1 - активно съпротивление на намотката, и аз1 - сила на тока в него. Това уравнение следва пряко от общото уравнение. Обикновено активното съпротивление на намотката е малко и аз1 Р1 може да се пренебрегне. Ето защо

u1 ≈ -д1 . (2)

Когато вторичната намотка на трансформатора е отворена, в нея не протича ток и е в сила следната зависимост:

u2 ≈ - д2 . (3)

Тъй като моментните стойности на емф д1 И д2 промяна на фазата, тогава съотношението им във формула (1) може да бъде заменено с отношението на ефективните стойности д1 Ид2 на тези ЕМП или, като се вземат предвид равенства (2) и (3), съотношението на ефективните стойности на напрежение U 1 и ти 2 .

U 1 /U 2 = д1 / д2 = н1 / н2 = к. (4)

величина кнаречен коефициент на трансформация. Ако к>1, тогава трансформаторът е понижаващ, когато к<1 - повишаване на

Когато веригата на вторичната намотка е затворена, в нея протича ток. Тогава съотношението u2 ≈ - д2 вече не се изпълнява точно и съответно връзката между У 1 и ти 2 става по-сложно, отколкото в уравнение (4).

Според закона за запазване на енергията мощността в първичната верига трябва да бъде равна на мощността във вторичната верига:

U 1 аз1 = U 2 аз2, (5)

Където аз1 И аз2 - ефективни стойности на силата в първичната и вторичната намотка.

Следва, че

U 1 /U 2 = аз1 / аз2 . (6)

Това означава, че увеличавайки няколко пъти напрежението с помощта на трансформатор, ние намаляваме тока същия брой пъти (и обратно).

Поради неизбежните загуби на енергия поради отделянето на топлина в намотките и желязното ядро, уравненията (5) и (6) са удовлетворени приблизително. Въпреки това, в съвременните мощни трансформатори общите загуби не надвишават 2-3%.

В ежедневната практика често се сблъскваме с трансформатори. В допълнение към тези трансформатори, които използваме волю-неволю поради факта, че промишлените устройства са проектирани за едно напрежение, а градската мрежа използва друго, трябва да се справим и с бобини за автомобили. Бобината е повишаващ трансформатор. За да се създаде искра, която запалва работната смес, е необходимо високо напрежение, което получаваме от акумулатора на автомобила, след като първо преобразуваме постоянния ток на акумулатора в променлив ток с помощта на прекъсвач.Не е трудно да се разбере, че до загубата от енергията, използвана за загряване на трансформатора, с увеличаване на напрежението силата на тока намалява и обратно.

Заваръчните машини изискват понижаващи трансформатори. Заваряването изисква много големи токове, а трансформаторът на заваръчната машина има само един изходен оборот.

Вероятно сте забелязали, че ядрото на трансформатора е направено от тънки листове стомана. Това се прави, за да не се губи енергия по време на преобразуване на напрежението. В листовия материал вихровите токове ще играят по-малка роля, отколкото в твърдия материал.

У дома си имате работа с малки трансформатори. Що се отнася до мощните трансформатори, те са огромни структури. В тези случаи сърцевината с намотките се поставя в резервоар, пълен с охлаждащо масло.

Пренос на електроенергия

Консуматорите на електроенергия са навсякъде. Произвежда се на сравнително малко места в близост до източници на гориво и водни ресурси. Следователно има нужда от пренос на електричество на разстояния, понякога достигащи стотици километри.

Но предаването на електроенергия на дълги разстояния е свързано със значителни загуби. Факт е, че докато тече ток през електропроводите, той ги нагрява. В съответствие със закона на Джаул-Ленц енергията, изразходвана за нагряване на линейните проводници, се определя от формулата

където R е съпротивлението на линията. При голяма дължина на линията преносът на енергия може да стане като цяло нерентабилен. За да намалите загубите, можете, разбира се, да следвате пътя за намаляване на съпротивлението R на линията чрез увеличаване на площта на напречното сечение на проводниците. Но за да намалите R, например, 100 пъти, трябва да увеличите масата на жицата 100 пъти. Ясно е, че не може да се допусне такова голямо потребление на скъпи цветни метали, да не говорим за трудностите при закрепване на тежки проводници на високи мачти и т.н. Следователно загубите на енергия в линията се намаляват по друг начин: чрез намаляване на тока в линията. Например, намаляването на тока с 10 пъти намалява количеството топлина, отделена в проводниците, със 100 пъти, т.е. постига се същият ефект, както при направата на жицата сто пъти по-тежка.

Тъй като текущата мощност е пропорционална на произведението на тока и напрежението, за поддържане на предаваната мощност е необходимо да се увеличи напрежението в преносната линия. Освен това, колкото по-дълъг е електропроводът, толкова по-изгодно е да се използва по-високо напрежение.Например, във високоволтовия електропровод Волжская ВЕЦ - Москва се използва напрежение от 500 kV. Междувременно генераторите за променлив ток се изграждат при напрежения, които не надвишават 16-20 kV, тъй като по-високите напрежения биха изисквали по-сложни специални мерки за изолиране на намотките и другите части на генераторите.

Ето защо в големите електроцентрали се инсталират повишаващи трансформатори. Трансформаторът увеличава напрежението в линията със същото количество, с което намалява тока. Загубата на мощност е малка.

За директно използване на електроенергия в електродвигатели на металорежещи машини, осветителни мрежи и за други цели напрежението в краищата на линията трябва да се намали. Това се постига с помощта на понижаващи трансформатори. Освен това обикновено намаляването на напрежението и съответно увеличаването на тока се извършва на няколко етапа. На всеки етап напрежението става все по-малко, територията, покрита от електрическата мрежа, става по-широка. Схемата за предаване и разпределение на мощността е показана на фигурата.

Електрическите централи в редица райони на страната са свързани с високоволтови електропроводи, образуващи обща електрическа мрежа, към която са присъединени потребителите. Такава асоциация се нарича енергийна система. Енергийната система осигурява непрекъснато снабдяване с енергия на потребителите, независимо от местоположението им.

Използване на електроенергия.

Използване на електроенергия в различни области на науката.

Двадесети век стана векът, в който науката нахлува във всички сфери на обществото: икономика, политика, култура, образование и др. Естествено, науката пряко влияе върху развитието на енергетиката и обхвата на приложение на електричеството. От една страна, науката допринася за разширяване на обхвата на приложение на електрическата енергия и по този начин увеличава нейното потребление, но от друга страна, в епоха, когато неограниченото използване на невъзобновяеми енергийни ресурси представлява опасност за бъдещите поколения, спешно задачи на науката са разработването на енергоспестяващи технологии и тяхното внедряване в живота.

Нека да разгледаме тези въпроси, като използваме конкретни примери. Около 80% от растежа на БВП (брутен вътрешен продукт) на развитите страни се постига чрез технически иновации, основната част от които е свързана с използването на електроенергия. Всичко ново в индустрията, селското стопанство и ежедневието идва при нас благодарение на новите разработки в различни клонове на науката.

Повечето научни разработки започват с теоретични изчисления. Но ако през 19-ти век тези изчисления са правени с помощта на писалка и хартия, то в епохата на STR (научно-техническата революция) всички теоретични изчисления, подбор и анализ на научни данни и дори лингвистичен анализ на литературни произведения се извършват с помощта на компютри (електронни компютри), които работят с електрическа енергия, най-удобни за предаването й на разстояние и използването й. Но ако първоначално компютрите са били използвани за научни изчисления, сега компютрите са оживели от науката.

Сега те се използват във всички области на човешката дейност: за записване и съхраняване на информация, създаване на архиви, подготовка и редактиране на текстове, извършване на чертожна и графична работа, автоматизиране на производството и селското стопанство. Електронизацията и автоматизацията на производството са най-важните последици от "втората индустриална" или "микроелектронна" революция в икономиките на развитите страни. Развитието на комплексната автоматизация е пряко свързано с микроелектрониката, чийто качествено нов етап започва след изобретяването през 1971 г. на микропроцесора - микроелектронно логическо устройство, вградено в различни устройства за управление на тяхната работа.

Микропроцесорите ускориха развитието на роботиката. Повечето от използваните в момента роботи са от така нареченото първо поколение и се използват за заваряване, рязане, пресоване, нанасяне на покрития и др. Роботите от второ поколение, които ги заменят, са оборудвани с устройства за разпознаване на околната среда. Роботизираните „интелектуалци“ от трето поколение ще „виждат“, „усещат“, „чуват“. Сред най-приоритетните области на приложение на роботите учените и инженерите посочват ядрената енергетика, изследването на космоса, транспорта, търговията, складирането, медицинските грижи, преработката на отпадъци и развитието на океанските ресурси. По-голямата част от роботите работят с електрическа енергия, но увеличаването на потреблението на електроенергия от роботи се компенсира от намаляване на потреблението на енергия в много енергоемки производствени процеси поради въвеждането на по-рационални методи и нови енергоспестяващи технологични процеси.

Но да се върнем към науката.Всички нови теоретични разработки след компютърни изчисления се проверяват експериментално. И като правило на този етап се извършват изследвания чрез физически измервания, химически анализи и др. Тук инструментите за научни изследвания са разнообразни - множество измервателни уреди, ускорители, електронни микроскопи, скенери с ядрено-магнитен резонанс и др. По-голямата част от тези уреди на експерименталната наука работят с електрическа енергия.

Науката в областта на комуникациите и комуникациите се развива много бързо. Сателитните комуникации вече не се използват само като средство за международна комуникация, но и в ежедневието - сателитните чинии не са рядкост в нашия град. Новите средства за комуникация, като оптичната технология, могат значително да намалят загубите на енергия в процеса на предаване на сигнали на големи разстояния.

Науката не е заобиколила и сферата на управлението. С развитието на научно-техническия прогрес и разширяването на производствените и непроизводствените сфери на човешката дейност управлението започва да играе все по-важна роля за повишаване на тяхната ефективност. От своеобразно изкуство, което доскоро се основаваше на опита и интуицията, напоследък мениджмънтът се превърна в наука. Науката за управлението, общите закони за получаване, съхраняване, предаване и обработка на информация се нарича кибернетика. Този термин произлиза от гръцките думи „рулеви“, „рулеви“ Среща се в трудовете на древногръцките философи. Реалното му прераждане обаче се случва през 1948 г., след публикуването на книгата „Кибернетика” на американския учен Норбърт Винер.

Преди началото на „кибернетичната“ революция имаше само хартиена компютърна наука, чието основно средство за възприемане беше човешкият мозък и която не използваше електричество. „Кибернетичната" революция роди коренно различна - машинна информатика, съответстваща на гигантски увеличените потоци от информация, източник на енергия за които е електричеството. Създадени са напълно нови средства за получаване на информация, нейното натрупване, обработка и предаване, които заедно образуват сложна информационна структура. Тя включва автоматизирани системи за управление (автоматизирани системи за управление), информационни банки с данни, автоматизирани информационни бази данни, компютърни центрове, видеотерминали, копирни и фототелеграфни машини, национални информационни системи, сателитни и високоскоростни оптични комуникационни системи - всичко това се разшири неограничено обхвата на използване на електроенергия.

Много учени смятат, че в този случай става дума за нова „информационна“ цивилизация, заменяща традиционната организация на обществото от индустриален тип. Тази специализация се характеризира със следните важни характеристики:

· широко използване на информационните технологии в материалното и нематериалното производство, в областта на науката, образованието, здравеопазването и др.;

· наличието на широка мрежа от различни банки данни, включително публични;

· превръщане на информацията в един от най-важните фактори на икономическото, националното и личностното развитие;

· свободно движение на информация в обществото.

Такъв преход от индустриално общество към „информационна цивилизация“ стана възможен до голяма степен благодарение на развитието на енергетиката и осигуряването на удобен вид енергия за пренос и използване - електрическа енергия.

Електричество в производството.

Съвременното общество не може да се представи без електрификация на производствените дейности. Още в края на 80-те години повече от 1/3 от цялото потребление на енергия в света се извършва под формата на електрическа енергия. До началото на следващия век този дял може да нарасне до 1/2. Това увеличение на потреблението на електроенергия е свързано преди всичко с увеличаване на потреблението й в промишлеността. По-голямата част от промишлените предприятия работят с електрическа енергия. Високото потребление на електроенергия е характерно за енергоемките отрасли като металургията, алуминия и машиностроенето.

Електричество в дома.

Електричеството е неразделен помощник в ежедневието. Имаме работа с нея всеки ден и вероятно не можем да си представим живота си без нея. Спомнете си последния път, когато светлините ви бяха изключени, тоест нямаше ток в къщата ви, спомнете си как се кълняхте, че нямате време да направите нищо и имате нужда от светлина, имате нужда от телевизор, чайници и куп на други електрически уреди. В края на краищата, ако загубим властта завинаги, ще се върнем към онези древни времена, когато храната се приготвяше на огньове и живеехме в студени вигвами.

Цяло стихотворение може да бъде посветено на значението на електричеството в живота ни, то е толкова важно в живота ни и толкова сме свикнали с него. Въпреки че вече не забелязваме, че влиза в домовете ни, когато е изключен, става много неудобно.

Оценявайте електричеството!

Библиография.

1. Учебник от С. В. Громов "Физика, 10 клас." Москва: Просвещение.

2. Енциклопедичен речник на млад физик. Съединение. В.А. Чуянов, Москва: Педагогика.

3. Елиън Л., Уилконс У... Физика. Москва: Наука.

4. КолтунМ. Светът на физиката. Москва.

5. Източници на енергия. Факти, проблеми, решения. Москва: Наука и технологии.

6. Нетрадиционни енергийни източници. Москва: Знание.

7. Юдасин Л. С. Енергетика: проблеми и надежди. Москва: Просвещение.

8. Подгорни А.Н. Водородна енергия. Москва: Наука.

Всички технологични процеси на всяко производство са свързани с потребление на енергия. По-голямата част от енергийните ресурси се изразходват за тяхното изпълнение.

Най-важната роля в промишленото предприятие играе електрическата енергия - най-универсалният вид енергия, който е основният източник на механична енергия.

Преобразуването на различни видове енергия в електрическа става при електроцентрали .

Електрическите централи са предприятия или инсталации, предназначени за производство на електроенергия. Горивото за електроцентралите са природни ресурси - въглища, торф, вода, вятър, слънце, ядрена енергия и др.

В зависимост от вида на преобразуваната енергия електроцентралите могат да се разделят на следните основни типове: топлоелектрически, атомни, водноелектрически, помпено-акумулиращи, газови турбини, както и локални централи с ниска мощност - вятърни, слънчеви, геотермални, приливни, дизелови и др.

По-голямата част от електроенергията (до 80%) се произвежда в топлоелектрически централи (ТЕЦ). Процесът на получаване на електрическа енергия в топлоелектрическа централа се състои от последователно преобразуване на енергията на изгореното гориво в топлинната енергия на водната пара, която задвижва въртенето на турбинния агрегат (парна турбина, свързана с генератор). Механичната енергия на въртене се преобразува от генератора в електрическа енергия. Горивото за електроцентралите е въглища, торф, нефтени шисти, природен газ, нефт, мазут и дървесни отпадъци.

При икономична работа на топлоелектрическите централи, т.е. когато потребителят едновременно доставя оптимални количества електроенергия и топлина, тяхната ефективност достига над 70%. В периода, когато потреблението на топлина спира напълно (например през неотоплителния сезон), ефективността на станцията намалява.

Атомните електроцентрали (АЕЦ) се различават от конвенционалната парна турбина по това, че атомната електроцентрала използва като източник на енергия процеса на делене на ядра на уран, плутоний, торий и др.. В резултат на разделянето на тези материали в специални устройства - реактори, се отделя огромно количество топлинна енергия.

В сравнение с топлоелектрическите централи, атомните електроцентрали консумират малко гориво. Такива станции могат да бъдат построени навсякъде, т.к те не са свързани с местоположението на запасите от природни горива. Освен това околната среда не се замърсява от дим, пепел, прах и серен диоксид.

Във водноелектрическите централи (ВЕЦ) водната енергия се преобразува в електрическа с помощта на хидравлични турбини и свързани към тях генератори.

Водноелектрическите централи биват язовирни и отклоняващи. Язовирните водноелектрически централи се използват в равнинни реки с ниско налягане, отклонителните водноелектрически централи (с обходни канали) се използват в планински реки с големи наклони и нисък воден поток. Трябва да се отбележи, че работата на водноелектрическите централи зависи от нивото на водата, определено от природните условия.

Предимствата на водноелектрическите централи са тяхната висока ефективност и ниска цена на произведената електроенергия. Трябва обаче да се има предвид високата цена на капиталовите разходи при изграждането на водноелектрически централи и значителното време, необходимо за тяхното изграждане, което определя дългия им период на изплащане.

Особеност при работата на централите е, че те трябва да генерират толкова енергия, колкото е необходима в момента, за да покрият натоварването на потребителите, собствените нужди на централите и загубите в мрежите. Следователно оборудването на станцията трябва винаги да е готово за периодични промени в потребителското натоварване през деня или годината.

Повечето електроцентрали са интегрирани в енергийни системи , всяка от които има следните изисквания:

Съответствие на мощността на генераторите и трансформаторите с максималната мощност на потребителите на електроенергия.
Достатъчен капацитет на електропроводите (PTL).
Осигуряване на непрекъснато захранване с високо енергийно качество.
Рентабилен, безопасен и лесен за използване.

За да отговорят на тези изисквания, енергийните системи са оборудвани със специални центрове за управление, оборудвани със средства за наблюдение, управление, комуникация и специални оформления на електроцентрали, преносни линии и понижаващи подстанции. Центърът за управление получава необходимите данни и информация за състоянието на технологичния процес в електроцентралите (разход на вода и гориво, параметри на парата, скорост на въртене на турбината и др.); за работата на системата - кои елементи на системата (линии, трансформатори, генератори, товари, котли, паропроводи) в момента са изключени, кои са в експлоатация, в резерв и др.; относно електрическите параметри на режима (напрежения, токове, активни и реактивни мощности, честота и др.).

Работата на електроцентралите в системата позволява, благодарение на голям брой паралелно работещи генератори, да се повиши надеждността на захранването на потребителите, да се натоварят напълно най-икономичните блокове на електроцентралите и да се намалят разходите за електроенергия поколение. Освен това се намалява инсталираната мощност на резервното оборудване в електроенергийната система; осигурява по-високо качество на електрическата енергия, доставяна на потребителите; увеличава се единичната мощност на модулите, които могат да бъдат инсталирани в системата.

В Русия, както и в много други страни, за производството и разпределението на електроенергия се използва трифазен променлив ток с честота 50 Hz (в САЩ и редица други страни - 60 Hz). Трифазните токови мрежи и инсталации са по-икономични в сравнение с еднофазните инсталации за променлив ток и също така позволяват широкото използване на най-надеждните, прости и евтини асинхронни електродвигатели като електрическо задвижване.

Наред с трифазния ток в някои индустрии се използва постоянен ток, който се получава чрез изправяне на променлив ток (електролиза в химическата промишленост и цветната металургия, електрифициран транспорт и др.).

Електрическата енергия, генерирана в електроцентралите, трябва да бъде прехвърлена към местата на потребление, предимно в големите индустриални центрове на страната, които са на много стотици, а понякога и хиляди километри от мощни електроцентрали. Но предаването на електричество не е достатъчно. Тя трябва да бъде разпределена между много различни потребители - промишлени предприятия, транспорт, жилищни сгради и др. Преносът на електроенергия на дълги разстояния се извършва при високо напрежение (до 500 kW или повече), което осигурява минимални електрически загуби в електропроводите и води до големи икономии на материали поради намаляване на напречните сечения на проводниците. Следователно, в процеса на предаване и разпределение на електрическа енергия е необходимо да се увеличава и намалява напрежението. Този процес се осъществява чрез електромагнитни устройства, наречени трансформатори. Трансформаторът не е електрическа машина, т.к работата му не е свързана с преобразуването на електрическата енергия в механична и обратно; той само преобразува напрежението в електрическа енергия. Напрежението се повишава с помощта на повишаващи трансформатори в електроцентралите, а напрежението се намалява с помощта на понижаващи трансформатори в потребителските подстанции.

Междинната връзка за предаване на електроенергия от трансформаторни подстанции към приемници на електроенергия са Електричество на мрежата .

Трансформаторна подстанция е електрическа инсталация, предназначена за преобразуване и разпределение на електроенергия.

Подстанциите могат да бъдат затворени или отворени в зависимост от местоположението на основното оборудване. Ако оборудването се намира в сграда, тогава подстанцията се счита за затворена; ако е на открито, тогава отворете.

Оборудването на подстанцията може да бъде сглобено от отделни елементи на устройството или от блокове, доставени сглобени за монтаж. Блоковите подстанции се наричат пълни.

Оборудването на подстанцията включва устройства, които превключват и защитават електрически вериги.

Основният елемент на подстанциите е силовият трансформатор. Структурно силовите трансформатори са проектирани по такъв начин, че да отстранят възможно най-много топлина от намотките и сърцевината в околната среда. За да направите това, например, сърцевината с намотки се потапя в резервоар с масло, повърхността на резервоара е направена оребрена, с тръбни радиатори.

Комплектни трансформаторни подстанции, инсталирани директно в производствени помещения с мощност до 1000 kVA, могат да бъдат оборудвани със сухи трансформатори.

За да се увеличи коефициентът на мощност на електрическите инсталации, в подстанциите се монтират статични кондензатори, за да се компенсира реактивната мощност на товара.

Автоматична система за наблюдение и управление на подстанционните устройства следи процесите, протичащи в товара и в електрозахранващите мрежи. Той изпълнява функциите за защита на трансформатора и мрежите, изключва защитените зони с помощта на прекъсвач при аварийни условия и извършва рестартиране и автоматично включване на резерва.

Трансформаторните подстанции на промишлените предприятия са свързани към електрозахранващата мрежа по различни начини, в зависимост от изискванията за надеждност на непрекъснатото захранване на потребителите.

Типичните схеми, осигуряващи непрекъснато електрозахранване, са радиални, основни или пръстеновидни.

В радиалните схеми линиите, които захранват големи електрически приемници, се отклоняват от разпределителното табло на трансформаторната подстанция: двигатели, групови разпределителни точки, към които са свързани по-малки приемници. Радиалните вериги се използват в компресорни и помпени станции, цехове на взриво- и пожароопасни, прашни индустрии. Те осигуряват висока надеждност на електрозахранването, позволяват широкото използване на средства за автоматично управление и защита, но изискват големи разходи за изграждане на разпределителни табла, полагане на кабели и проводници.

Магистралните вериги се използват, когато товарът е равномерно разпределен върху площта на цеха, когато не е необходимо да се изгражда разпределително табло в подстанцията, което намалява цената на съоръжението; могат да се използват готови шини, което ускорява монтажа. В същото време преместването на технологично оборудване не изисква преработка на мрежата.

Недостатъкът на главната верига е ниската надеждност на захранването, тъй като ако главната линия е повредена, всички електрически приемници, свързани към нея, се изключват. Въпреки това, инсталирането на джъмпери между електрическата мрежа и използването на защита значително повишава надеждността на захранването с минимални разходи за резервиране.

От подстанциите токът с ниско напрежение с индустриална честота се разпределя в цеховете с помощта на кабели, проводници, шини от разпределителната уредба на работилницата до електрическите задвижващи устройства на отделните машини.

Прекъсванията в електрозахранването на предприятията, дори краткотрайни, водят до смущения в технологичния процес, разваляне на продуктите, повреда на оборудването и непоправими загуби. В някои случаи прекъсването на захранването може да създаде опасност от експлозия и пожар в предприятията.

Съгласно правилата за електрическа инсталация всички приемници на електрическа енергия са разделени на три категории според надеждността на захранването:

Енергийни приемници, за които прекъсването на електрозахранването е неприемливо, тъй като може да доведе до повреда на оборудването, масови продуктови дефекти, нарушаване на сложен технологичен процес, нарушаване на работата на особено важни елементи на общинската икономика и в крайна сметка застрашава живота на хората .
Енергоприемници, чието прекъсване на електрозахранването води до неизпълнение на производствения план, престой на работници, машини и промишлен транспорт.
Други приемници на електрическа енергия, например несерийни и спомагателни производствени цехове, складове.

Електрозахранването на приемниците на електрическа енергия от първа категория трябва да бъде осигурено във всеки случай и при прекъсване да бъде автоматично възстановено. Следователно такива приемници трябва да имат два независими източника на захранване, всеки от които може напълно да ги захранва с електричество.

Електроприемниците от втора категория могат да имат резервен източник на захранване, който се свързва от дежурен персонал след определен период от време след повреда на основния източник.

За приемници от трета категория по правило не се осигурява резервен източник на захранване.

Електрозахранването на предприятията се разделя на външно и вътрешно. Външно захранване е система от мрежи и подстанции от източника на енергия (енергийна система или електроцентрала) до трансформаторната подстанция на предприятието. Преносът на енергия в този случай се осъществява чрез кабелни или въздушни линии с номинално напрежение 6, 10, 20, 35, 110 и 220 kV. Вътрешното електроснабдяване включва енергоразпределителната система в цеховете на предприятието и на територията му.

Към силовия товар (електродвигатели, електрически пещи) се подава напрежение от 380 или 660 V, а към осветителния товар - 220 V. За да се намалят загубите, е препоръчително да се свържат двигатели с мощност от 200 kW или повече към напрежение 6 или 10 kV.

Най-често срещаното напрежение в промишлените предприятия е 380 V. Широко се въвежда напрежение 660 V, което позволява да се намалят загубите на енергия и консумацията на цветни метали в мрежи с ниско напрежение, да се увеличи обхватът на цеховите подстанции и мощността на всеки трансформатор до 2500 kVA. В някои случаи при напрежение 660 V е икономически оправдано използването на асинхронни двигатели с мощност до 630 kW.

Разпределението на електроенергия се извършва с помощта на електрическа инсталация - набор от проводници и кабели със свързани с тях закрепвания, носещи и защитни конструкции.

Вътрешното окабеляване е електрическо окабеляване, монтирано вътре в сграда; външни - отвън, покрай външните стени на сградата, под навеси, върху опори. В зависимост от метода на монтаж вътрешното окабеляване може да бъде отворено, ако е положено върху повърхността на стени, тавани и др., И скрито, ако е положено в конструктивните елементи на сградите.

Окабеляването може да бъде положено с изолиран проводник или неброниран кабел със сечение до 16 кв. мм. В местата на възможно механично въздействие електрическите кабели са затворени в стоманени тръби и запечатани, ако средата на помещението е експлозивна или агресивна. На машинни инструменти и печатни машини окабеляването се извършва в тръби, в метални ръкави, с тел с поливинилхлоридна изолация, която не се разрушава от излагане на машинни масла. Голям брой проводници от системата за управление на електрическите кабели на машината са положени в тави. Шинопроводите се използват за пренос на електричество в цехове с голям брой производствени машини.

За пренос и разпределение на електроенергия широко се използват силови кабели в гумени и оловни обвивки; небронирани и бронирани. Кабелите могат да бъдат положени в кабелни канали, монтирани на стени, в земни канали или вградени в стени.

по физика

на тема „Производство, пренос и използване на електрическа енергия”

Ученици от 11 А клас

Общинско учебно заведение №85

Катрин.

Абстрактен план.

Въведение.

1. Производство на електроенергия.

1. видове електроцентрали.

2. алтернативни източници на енергия.

2. Пренос на електроенергия.

трансформатори.

3. Използване на електроенергия.

Въведение.

Производство на електроенергия.

Видове електроцентрали.

ТЕЦ (ТЕЦ), електроцентрала, която генерира електрическа енергия в резултат на преобразуване на топлинна енергия, отделена при изгарянето на изкопаеми горива. Първите топлоелектрически централи се появяват в края на 19 век и получават широко разпространение. В средата на 70-те години на 20 век ТЕЦ-овете са основният тип електроцентрали.

Най-простата принципна схема на IES, работеща с въглища, е показана на фигурата. Въглищата се подават в горивния бункер 1, а от него в раздробяващия блок 2, където се превръщат в прах. Въглищният прах влиза в пещта на парогенератор (парен котел) 3, който има система от тръби, в които циркулира химически пречистена вода, наречена захранваща вода. В котела водата се нагрява, изпарява се и получената наситена пара се довежда до температура 400-650 ° C и под налягане 3-24 MPa навлиза през паропровода в парна турбина 4. Параметрите на парата зависят върху мощността на агрегатите.

Термокондензационните електроцентрали имат ниска ефективност (30-40%), тъй като по-голямата част от енергията се губи с димните газове и охлаждащата вода на кондензатора. Изгодно е изграждането на КПЦ в непосредствена близост до местата за производство на гориво. В този случай потребителите на електроенергия могат да бъдат разположени на значително разстояние от станцията.

Комбинирана топлоелектрическа централасе различава от кондензационната станция по това, че върху нея е монтирана специална нагревателна турбина с извличане на пара. В топлоелектрическата централа една част от парата се използва изцяло в турбината за генериране на електричество в генератора 5 и след това влиза в кондензатора 6, а другата, с по-висока температура и налягане, се взема от междинния етап на турбина и се използва за топлоснабдяване. Кондензатът се подава от помпа 7 през деаератора 8 и след това от захранващата помпа 9 към парогенератора. Количеството взета пара зависи от нуждите от топлинна енергия на предприятията.

Ефективността на топлоелектрическите централи достига 60-70%. Такива станции обикновено се изграждат в близост до потребители - промишлени предприятия или жилищни райони. Най-често те работят с вносно гориво.

Термоцентрали с газова турбина(GTPP), пара-газ(PHPP) и дизелови инсталации.

Газ или течно гориво се изгарят в горивната камера на газотурбинна електроцентрала; продуктите от горенето с температура 750-900 ºС влизат в газова турбина, която върти електрически генератор. Ефективността на такива топлоелектрически централи обикновено е 26-28%, мощността - до няколкостотин MW . GTPP обикновено се използват за покриване на пикове на електрическия товар. Ефективността на PGES може да достигне 42 - 43%.

Съвременните парни турбини за топлоелектрически централи са много модерни, високоскоростни, високоикономични машини с дълъг експлоатационен живот. Тяхната мощност в едновалова версия достига 1 милион 200 хиляди kW и това не е границата. Такива машини винаги са многостепенни, т.е. те обикновено имат няколко десетки диска с работещи остриета и същия брой пред всеки диск групи дюзи, през които тече поток от пара. Налягането и температурата на парата постепенно намаляват.

От курса по физика е известно, че ефективността на топлинните двигатели се увеличава с увеличаване на началната температура на работния флуид. Поради това парата, влизаща в турбината, се довежда до високи параметри: температура - почти 550 ° C и налягане - до 25 MPa. Ефективността на топлоелектрическите централи достига 40%. По-голямата част от енергията се губи заедно с горещата отработена пара.

Налягането на водноелектрическа централа се създава от концентрацията на спада на реката в района, използван от язовира, или извеждане,или язовир и отклонение заедно. Основното енергийно оборудване на водноелектрическата централа е разположено в сградата на водноелектрическата централа: в машинната зала на електроцентралата - хидравлични агрегати,спомагателно оборудване, устройства за автоматично управление и наблюдение; в централния контролен пост - оператор-диспечерски пулт или автооператор на водноелектрическа централа.Повишаване на трафопостРазполага се както в сградата на водноелектрическата централа, така и в отделни сгради или на открити площи. Разпределителни апаратичесто се намират на открито. Сградата на водноелектрическа централа може да бъде разделена на секции с един или повече агрегати и спомагателно оборудване, отделени от съседните части на сградата. В сградата на водноелектрическата централа или вътре в нея се създава монтажна площадка за монтаж и ремонт на различно оборудване и за спомагателни операции за поддръжка на водноелектрическата централа.

Според инсталираната мощност (в MW)прави разлика между водноелектрическите централи мощен(над 250), средно аритметично(до 25) и малък(до 5). Мощността на водноелектрическата централа зависи от налягането (разликата между нивата на горното и долното течение ), воден поток, използван в хидравличните турбини и ефективността на хидравличния агрегат. Поради редица причини (например поради сезонни промени в нивото на водата в резервоарите, колебания в натоварването на електроенергийната система, ремонт на хидравлични агрегати или хидротехнически съоръжения и др.), налягането и потокът на водата непрекъснато се променят , и освен това дебитът се променя при регулиране на мощността на водноелектрическа централа. Има годишен, седмичен и дневен цикъл на работа на водноелектрическата централа.

Въз основа на максимално използваното налягане водноелектрическите централи се разделят на високо налягане(повече от 60 м), средно налягане(от 25 до 60 м)И ниско налягане(от 3 до 25 м).В равнинните реки налягането рядко надвишава 100 м,в планински условия един язовир може да създаде налягане до 300 ми повече, а с помощта на деривация - до 1500 м.Разделянето на водноелектрическите централи според използваното налягане има приблизителен, условен характер.

Според модела на използване на водните ресурси и концентрацията на налягане водноелектрическите централи обикновено се разделят на канал , язовир , отклонение с напорно и безнапорно отклонение, смесено, помпено съхранениеИ приливна .

При водноелектрическите централи с речно течение и язовири водното налягане се създава от язовир, който прегражда реката и повишава нивото на водата в горния басейн. В същото време някои наводнения на долината на реката са неизбежни. Водноелектрическите централи в руслата и язовирната страна се изграждат както на равнинни пълноводни реки, така и на планински реки, в тесни сгъстени долини. Речните водноелектрически централи се характеризират с налягания до 30-40 м.

При по-високи налягания се оказва нецелесъобразно да се пренася хидростатично водно налягане към сградата на водноелектрическата централа. В този случай се използва типът язовирВодноелектрическа централа, в която напорният фронт е блокиран по цялата си дължина от язовир, а сградата на водноелектрическата централа е разположена зад язовира, е в непосредствена близост до долната вода.

Видео урок 2: Проблеми с климатика

Лекция: Променлив ток. Производство, пренос и потребление на електрическа енергия

Променлив ток

Променлив ток- това са трептения, които могат да възникнат във верига в резултат на свързването й към източник на променливо напрежение.

Това е променлив ток, който ни заобикаля - присъства във всички вериги в апартаментите, а предаването през проводниците става точно на ток с променливо напрежение. Почти всички електрически уреди обаче работят на постоянно електричество. Ето защо на изхода на изхода токът се коригира и преминава в домакинските уреди под формата на постоянен ток.

Променливият ток е най-лесният за приемане и предаване на всяко разстояние.

Когато изучаваме променлив ток, ще използваме верига, в която ще свържем резистор, намотка и кондензатор. В тази верига се определя напрежението в правото:

Както знаем, синусът може да бъде отрицателен и положителен. Ето защо стойността на напрежението може да има различни посоки. Когато токът е положителен (обратно на часовниковата стрелка), напрежението е по-голямо от нула; когато токът е отрицателен, той е по-малък от нула.

Резистор във верига

Така че, нека разгледаме случая, когато само резистор е свързан към верига с променлив ток. Съпротивлението на резистора се нарича активно. Ще разгледаме тока, който протича обратно на часовниковата стрелка през веригата. В този случай и токът, и напрежението ще имат положителна стойност.

За да определите тока във верига, използвайте следната формула от закона на Ом:

В тези формули аз 0 И U 0 - максимални стойности на ток и напрежение. От това можем да заключим, че максималната стойност на тока е равна на съотношението на максималното напрежение към активното съпротивление:

Тези две величини се променят в една и съща фаза, така че графиките на величините имат еднакъв вид, но различни амплитуди.

Кондензатор във верига

Помня! Невъзможно е да се получи постоянен ток във веригата, където има кондензатор. Това е място за прекъсване на потока на тока и промяна на неговата амплитуда. В този случай променливият ток протича перфектно през такава верига, променяйки полярността на кондензатора.

Когато разглеждаме такава верига, ще приемем, че тя съдържа само кондензатор. Токът тече обратно на часовниковата стрелка, тоест е положителен.

Както вече знаем, напрежението на кондензатора е свързано със способността му да натрупва заряд, тоест неговия размер и капацитет.

Тъй като токът е първата производна на заряда, може да се определи по каква формула може да се изчисли, като се намери производната на последната формула:

Както можете да видите, в този случай силата на тока се описва от закона на косинуса, докато стойността на напрежението и заряда могат да бъдат описани от закона на синуса. Това означава, че функциите са в противоположна фаза и имат подобен вид на графиката.

Всички знаем, че функциите косинус и синус на един и същи аргумент се различават на 90 градуса една от друга, така че можем да получим следните изрази:

От тук максималната стойност на тока може да се определи по формулата:

Стойността в знаменателя е съпротивлението на кондензатора. Това съпротивление се нарича капацитивно. Той е разположен и обозначен както следва:

С увеличаването на капацитета амплитудната стойност на тока намалява.

Моля, имайте предвид, че в тази схема използването на закона на Ом е подходящо само в случай, когато е необходимо да се определи максималната стойност на тока; невъзможно е да се определи токът по всяко време, като се използва този закон поради разликата в фази на напрежението и силата на тока.

Намотка във верига

Помислете за верига, която има намотка. Нека си представим, че няма активно съпротивление. В този случай изглежда, че нищо не трябва да пречи на протичането на ток. Обаче не е така. Работата е там, че когато токът преминава през намотката, започва да възниква вихрово поле, което предотвратява преминаването на ток в резултат на образуването на ток на самоиндукция.

Силата на тока приема следната стойност:

Отново можете да видите, че токът се променя според косинусния закон, така че за тази верига има фазово изместване, което може да се види на графиката:

Следователно максималната стойност на тока:

В знаменателя можем да видим формулата, която определя индуктивното съпротивление на веригата.

Колкото по-голямо е индуктивното съпротивление, толкова по-малка е амплитудата на тока.

Намотка, съпротивление и кондензатор във верига.

Ако всички видове съпротивление присъстват едновременно във веригата, тогава текущата стойност може да се определи, както следва чрез трансформиране Закон на Ом:

Знаменателят се нарича общо съпротивление. Състои се от сумата от квадратите на активното (R) и реактивното съпротивление, състоящо се от капацитивно и индуктивно. Общото съпротивление се нарича "импеданс".

Електричество

Невъзможно е да си представим съвременния живот без използването на електрически уреди, които работят с енергията, генерирана от електрически ток. Целият технологичен прогрес се основава на електричеството.

Получаването на енергия от електрически ток има огромен брой предимства:

1. Електрическият ток се произвежда доста лесно, тъй като по света има милиарди електроцентрали, генератори и други устройства за производство на електричество.

2. Електричеството може да се пренася на големи разстояния за кратко време и без значителни загуби.

3. Възможно е преобразуване на електрическа енергия в механична, светлинна, вътрешна и други видове.