Khokhlova Kristina
Predstavitev na temo "Proizvodnja, prenos in uporaba električne energije"
Prenesi:
Predogled:
Če želite uporabljati predogled predstavitev, ustvarite Google račun in se prijavite vanj: https://accounts.google.com
Podnapisi diapozitivov:
Predstavitev Proizvodnja, prenos in uporaba električne energije Kristina Khokhlova, 11. razred, Mestni izobraževalni zavod-srednja šola št. 64
Predstavitveni načrt Proizvodnja električne energije Vrste elektrarn Alternativni viri energije Prenos električne energije Raba električne energije
Poznamo več vrst elektrarn: Vrste elektrarn TE HE JE
Termoelektrarna (TE) je elektrarna, ki proizvaja električno energijo kot rezultat pretvorbe toplotne energije, ki se sprošča pri zgorevanju fosilnih goriv. 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 in kurilno olje. Najbolj ekonomične so velike termoelektrarne s parnimi turbinami.Večina termoelektrarn pri nas kot gorivo uporablja premogov prah. Za proizvodnjo 1 kWh električne energije se porabi več 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. TPP
TE TE delimo na: Kondenzacijske elektrarne (CPS) Namenjene so samo proizvodnji električne energije. Velike CPE regionalnega pomena se imenujejo državne daljinske elektrarne (DRE). Toplotne in elektrarne (SPTE), ki poleg električne energije proizvajajo tudi toplotno energijo v obliki tople vode in pare.
Hidroelektrarna (HE) je kompleks objektov in opreme, skozi katere se energija vodnega toka pretvarja v električno energijo. Hidroelektrarna je sestavljena iz zaporedne verige hidravličnih objektov, ki zagotavljajo potrebno koncentracijo pretoka vode in ustvarjanje tlaka, ter energetske opreme, ki pretvarja energijo vode, ki se premika pod pritiskom, v mehansko rotacijsko energijo, ki se nato pretvori v v električno energijo. Pritisk hidroelektrarne nastane zaradi koncentracije padca reke na območju, ki ga uporablja jez, ali pregrada, ali jez in pregrada skupaj. hidroelektrarna
Moč hidroelektrarn Hidroelektrarne delimo tudi na: Moč hidroelektrarn je odvisna od tlaka, pretoka vode v hidravličnih turbinah in izkoristka hidravličnega agregata. Zaradi številnih razlogov (na primer zaradi sezonskih sprememb nivoja vode v rezervoarjih, nihanj obremenitve elektroenergetskega sistema, popravil hidravličnih enot ali hidravličnih konstrukcij itd.) Tlak in pretok vode nenehno spreminjata. , poleg tega pa se pretok spremeni pri regulaciji moči hidroelektrarne. visokotlačni (nad 60 m) srednjetlačni (od 25 do 60 m) nizkotlačni (od 3 do 25 m) srednji (do 25 MW) močni (nad 25 MW) majhni (do 5 MW)
Posebno mesto med hidroelektrarnami zavzemajo: črpalne elektrarne (ČHE) Sposobnost črpalnih elektrarn za akumulacijo energije temelji na dejstvu, da je ta določen čas prosta v energetskem sistemu. Električna energija uporabljajo črpalne elektrarne, ki v črpalnem načinu črpajo vodo iz rezervoarja v zgornji bazen. V obdobjih konične obremenitve se akumulirana energija vrača v električno omrežje Elektrarne na plimovanje (TE) TE pretvarjajo energijo plimovanja morja v električno energijo. Električna energija plimskih hidroelektrarn se lahko zaradi nekaterih značilnosti, povezanih s periodično naravo oseke in oseke, uporablja v energetskih sistemih le v povezavi z energijo regulacijskih elektrarn, ki nadomestijo izpade električne energije plimske elektrarne v nekaj dneh ali mesecih.
Toplota, ki se sprosti v reaktorju kot posledica verižne reakcije cepitve jeder nekaterih težkih elementov, se nato pretvori v električno energijo na enak način kot v klasičnih termoelektrarnah (TE). Za razliko od termoelektrarn, ki delujejo na fosilna goriva, jedrske elektrarne delujejo na jedrsko gorivo (na osnovi 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 itd.). Poleg tega je treba upoštevati vedno večjo količino porabe premoga in nafte za tehnološke namene v svetovni kemični industriji, ki postaja resna konkurenca termoelektrarnam. NPP
V jedrskih elektrarnah se najpogosteje uporabljajo 4 vrste reaktorjev s toplotnimi nevtroni: grafitno-vodni reaktorji z vodnim hladilnim sredstvom in grafitnim moderatorjem, težkovodni z vodnim hladilnim sredstvom in težko vodo kot moderatorjem, vodno-vodni reaktorji z navadno vodo. kot moderator in hladilno sredstvo, graffito-gas s plinskim hladilnim sredstvom in grafitnim moderatorjem.
Izbira pretežno uporabljenega tipa reaktorja je odvisna predvsem od nabranih izkušenj na nosilcu reaktorja, pa tudi od razpoložljivosti potrebne industrijske opreme, zalog surovin itd. Reaktor in njegovi servisni sistemi vključujejo: sam reaktor z biološka zaščita, toplotni izmenjevalniki, črpalke ali enote za pihanje plina, ki krožijo hladilno sredstvo, cevovodi in priključki za tokokroge, naprave za ponovno polnjenje jedrskega goriva, posebni prezračevalni sistemi, zasilno hlajenje itd. Za zaščito osebja jedrske elektrarne pred izpostavljenostjo sevanju je reaktor obdan z biološko zaščito, katere glavni materiali so beton, voda in serpentinski pesek. Oprema reaktorskega tokokroga mora biti popolnoma zatesnjena. NPP
Alternativni viri energije. Sončna energija Sončna energija je ena materialno najbolj intenzivnih vrst proizvodnje energije. Obsežna uporaba sončne energije pomeni ogromno povečanje potreb po materialih in posledično delovnih virih za pridobivanje surovin, njihovo bogatenje, pridobivanje materialov, izdelavo heliostatov, kolektorjev, druge opreme in njihov transport. Energija vetra Energija premikajočih se zračnih mas je ogromna. Zaloge vetrne energije so več kot stokrat večje od zalog hidroenergije vseh rek na planetu. Vetrovi pihajo nenehno in povsod po zemlji. Podnebne razmere omogočajo razvoj vetrne energije na velikem ozemlju. S prizadevanji znanstvenikov in inženirjev je bilo ustvarjenih najrazličnejših modelov sodobnih vetrnih turbin. Energija zemlje Energija zemlje ni primerna samo za ogrevanje prostorov, kot je to primer na Islandiji, ampak tudi za proizvodnjo električne energije. Elektrarne na vroče podzemne izvire delujejo že dolgo. Prvo takšno elektrarno, še vedno zelo nizko moč, so zgradili leta 1904 v majhnem italijanskem mestecu Larderello. Postopoma je moč elektrarne naraščala, obratovali so vedno novi bloki, uporabljali so se novi viri tople vode in danes je moč elektrarne že dosegla impresivno vrednost 360 tisoč kilovatov.
Sončna energija Energija zraka Energija zemlje
Prenos električne energije Porabniki električne energije so povsod. Proizvaja se na relativno 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 velike razdalje je povezan z opaznimi izgubami. Dejstvo je, da tok, ko teče skozi daljnovode, le-te segreva. V skladu z Joule-Lenzovim zakonom se energija, porabljena za ogrevanje omrežnih žic, določi s formulo: Q= I 2 Rt, kjer je R linijski upor. Pri veliki dolžini voda lahko postane prenos energije na splošno nedobičkonosen. Če želite zmanjšati izgube, lahko povečate površino preseka žic. Ko pa se R zmanjša za 100-krat, se mora tudi masa povečati za 100-krat. Takšna poraba barvnih kovin ne bi smela biti dovoljena. Zato se izgube energije v vodu zmanjšajo na drug način: z zmanjšanjem toka v vodu. Na primer, zmanjšanje toka za 10-krat zmanjša količino toplote, sproščene v prevodnikih, za 100-krat, tj. doseže se enak učinek kot če bi žico naredili stokrat težjo. Zato se v velikih elektrarnah vgrajujejo povečevalni transformatorji. Transformator poveča napetost v liniji za toliko, kolikor zmanjša tok. Izgube moči so majhne. Električne elektrarne v številnih regijah države so povezane z visokonapetostnimi daljnovodi, ki tvorijo skupno električno omrežje, na katerega so priključeni odjemalci. Takšna zveza se imenuje elektroenergetski sistem. Elektroenergetski sistem zagotavlja nemoteno oskrbo odjemalcev z energijo ne glede na njihovo lokacijo.
Uporaba električne energije na različnih področjih znanosti Znanost neposredno vpliva na razvoj energetike in obseg uporabe električne energije. Približno 80 % rasti BDP v razvitih državah dosežejo s tehničnimi inovacijami, katerih večina je povezana z rabo 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 19. stoletju ti izračuni narejeni s pomočjo pisala in papirja, potem so v dobi STR (znanstvene in tehnološke revolucije) vsi teoretični izračuni, selekcija in analiza znanstvenih podatkov ter celo jezikovna analiza literarna dela so izdelani s pomočjo računalnikov (elektronskih računalnikov), ki delujejo na električno energijo, kar je najprimernejše za prenos le-te na daljavo in uporabo. A če so bili sprva računalniki uporabljeni za znanstvene izračune, so zdaj računalniki oživeli iz znanosti. Elektronizacija in avtomatizacija proizvodnje sta najpomembnejši posledici»druge industrijske«ali»mikroelektronske«revolucije v gospodarstvih razvitih držav.Znanost na področju komunikacij in komunikacij se zelo hitro razvija.Satelitske komunikacije se ne uporabljajo več le kot mednarodno komunikacijsko sredstvo, ampak tudi v vsakdanjem življenju - satelitske antene niso redkost v našem mestu. Nova komunikacijska sredstva, na primer optična tehnologija, lahko bistveno zmanjšajo izgube energije v procesu prenosa signalov na velike razdalje. Popolnoma nov način pridobivanja informacije, njihovo shranjevanje, obdelavo in posredovanje, ki skupaj tvorijo kompleksno informacijsko strukturo.
Uporaba električne energije v proizvodnji Sodobna družba Proizvodne dejavnosti si brez elektrifikacije ni mogoče predstavljati. Že konec 80. 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. To povečanje porabe električne energije je povezano predvsem s povečanjem njene porabe v industriji. Večina industrijskih podjetij deluje na električno energijo. Visoka poraba električne energije je značilna za energetsko intenzivne industrije, kot so metalurgija, aluminij in strojegradnja.
Uporaba električne energije v vsakdanjem življenju Elektrika v vsakdanjem življenju je nepogrešljiv pomočnik. Vsak dan imamo opravka z njo in verjetno si življenja brez nje ne moremo več predstavljati. Se spomniš ko prejšnjič ugasnile so vam luči, torej v hišo ni bilo elektrike, spomnite se, kako ste prisegali, da nimate časa narediti ničesar in potrebujete svetlobo, potrebujete TV, kuhalnik vode in kup drugih električnih aparatov . Konec koncev, če bi za vedno izgubili moč, bi se preprosto vrnili v tiste davne čase, ko se je hrana kuhala na ognju in smo živeli v hladnih wigwamih. Cela pesem je lahko posvečena pomenu elektrike v naših življenjih, tako pomembna je v naših življenjih in tako smo je navajeni. Čeprav ne opazimo več, da prihaja v naše domove, ko je izklopljen, postane zelo neprijetno.
Hvala za vašo pozornost
Video lekcija 2: Težave z AC
Predavanje: Izmenični tok. Proizvodnja, prenos in poraba električne energije
Izmenični tokIzmenični tok- to so nihanja, ki se lahko pojavijo v vezju kot posledica njegove priključitve na vir izmenične napetosti.
To je izmenični tok, ki nas vse obdaja - prisoten je v vseh tokokrogih v stanovanjih, prenos po žicah pa poteka ravno pri izmeničnem napetostnem toku. Vendar pa skoraj vse električne naprave delujejo na stalno električno energijo. Zato se na izhodu iz vtičnice tok popravi in prehaja v gospodinjske aparate v obliki stalnega toka.
Izmenični tok je najlažji za sprejem in prenos na vse razdalje.
Pri proučevanju izmeničnega toka bomo uporabili vezje, v katerega bomo povezali upor, tuljavo in kondenzator. V tem vezju se določi napetost v zakonu:
Kot vemo, je sinus lahko negativen in pozitiven. Zato ima lahko vrednost napetosti različne smeri. Ko je tok pozitiven (v nasprotni smeri urinega kazalca), je napetost večja od nič; ko je tok negativen, je manjša od nič.
Upor v vezju
Torej, razmislimo o primeru, ko je na vezje izmeničnega toka priključen samo upor. Upornost upora se imenuje aktivna. Upoštevali bomo tok, ki teče skozi tokokrog v nasprotni smeri urnega kazalca. V tem primeru bosta tako tok kot napetost imela pozitivno vrednost.
Za določitev toka v vezju uporabite naslednjo formulo iz Ohmovega zakona:
V teh formulah jaz 0 in U 0 - največje vrednosti toka in napetosti. Iz tega lahko sklepamo, da je največja vrednost toka enaka razmerju med največjo napetostjo in aktivnim uporom:
Ti dve količini se spreminjata v isti fazi, zato imata grafa količin enak videz, a različni amplitudi.
Kondenzator v vezju
Ne pozabite! Nemogoče je dobiti enosmerni tok v tokokrogu, kjer je kondenzator. Je prostor za prekinitev toka toka in spreminjanje njegove amplitude. V tem primeru izmenični tok popolnoma teče skozi takšno vezje in spreminja polarnost kondenzatorja.
Pri obravnavi takega vezja bomo predpostavili, da vsebuje samo kondenzator. Tok teče v nasprotni smeri urinega kazalca, torej je pozitiven.
Kot že vemo, je napetost na kondenzatorju povezana z njegovo sposobnostjo kopičenja naboja, torej z njegovo velikostjo in kapaciteto.
Ker je tok prvi derivat naboja, lahko ugotovimo, po kateri formuli ga lahko izračunamo tako, da poiščemo derivat zadnje formule:
Kot lahko vidite, je v tem primeru moč toka opisana s kosinusnim zakonom, vrednost napetosti in naboja pa s sinusnim zakonom. To pomeni, da sta funkciji v nasprotni fazi in imata podoben videz na grafu.
Vsi vemo, da se funkciji kosinusa in sinusa istega argumenta med seboj razlikujeta za 90 stopinj, zato lahko dobimo naslednje izraze:
Od tu lahko največjo vrednost toka določimo s formulo:
Vrednost v imenovalcu je upor na kondenzatorju. Ta upor se imenuje kapacitivni. Nahaja se in je označen na naslednji način:
Ko se kapacitivnost poveča, se vrednost amplitude toka zmanjša.
Upoštevajte, da je v tem vezju uporaba Ohmovega zakona primerna le, če je treba določiti največjo vrednost toka, kadar koli določite tok glede na ta zakon ni mogoč zaradi fazne razlike med napetostjo in tokom.
Tuljava v verigi
Razmislite o vezju, ki ima tuljavo. Predstavljajmo si, da nima aktivnega upora. V tem primeru se zdi, da nič ne sme ovirati pretoka toka. Vendar pa ni. Stvar je v tem, da ko tok prehaja skozi tuljavo, začne nastajati vrtinčno polje, ki preprečuje prehod toka zaradi nastajanja samoindukcijskega toka.
Moč toka ima naslednjo vrednost:
Spet lahko vidite, da se tok spreminja po kosinusnem zakonu, tako da za to vezje obstaja fazni premik, kar je razvidno iz grafa:
Zato je največja trenutna vrednost:
V imenovalcu lahko vidimo formulo, ki določa induktivno reaktanco vezja.
Večja kot je induktivna reaktanca, manjša je amplituda toka.
Tuljava, upor in kondenzator v vezju.
Če so v tokokrogu hkrati prisotne vse vrste upora, se lahko trenutna vrednost določi na naslednji način s pretvorbo Ohmov zakon:
Imenovalec se imenuje skupni upor. Sestavljen je iz vsote kvadratov aktivne (R) in reaktanse, sestavljene iz kapacitivnega in induktivnega. Skupni upor se imenuje "impedanca".
Elektrika
Ne morem si predstavljati moderno življenje brez uporabe električnih naprav, ki delujejo s pomočjo energije, ki nastane elektrika. Ves tehnološki napredek temelji na elektriki.
Pridobivanje energije iz električnega toka ima ogromno prednosti:
1. Električni tok je precej enostavno proizvesti, saj je po svetu na milijarde elektrarn, generatorjev in drugih naprav za pridobivanje električne energije.
2. Električna energija se lahko prenaša na velike razdalje v kratkem času in brez večjih izgub.
3. Možno je pretvarjati električno energijo v mehansko, svetlobno, notranjo in druge vrste.
| | |
BOU Čuvaške republike SPO "ASHT" Ministrstvo za izobraževanje Čuvašije
METODOLOŠKA
RAZVOJ
odprta lekcija pri disciplini "fizika"
Tema: Proizvodnja, prenos in poraba električne energije
najvišja kvalifikacijska kategorija
Alatyr, 2012
PREGLEDAN
na seji metodološke komisije
humanistične in naravoslovne vede
disciplinah
Protokol št. __ z dne “___” ______ 2012
Predsednik__________________
Recenzent: Ermakova N.E., učiteljica Čečenske državne izobraževalne ustanove srednjega strokovnega izobraževanja "ASHT", predsednica PCC humanistike in naravoslovja
Danes energija ostaja glavna sestavina človekovega življenja. Omogoča ustvarjanje različne materiale, je eden glavnih dejavnikov pri razvoju novih tehnologij. Preprosto povedano, brez obvladovanja različne vrste energije, človek ne more v celoti obstajati. Težko si je predstavljati obstoj sodobne civilizacije brez električne energije. Če nam v stanovanju ugasne luč tudi za nekaj minut, potem že doživljamo številne nevšečnosti. Kaj se zgodi, če pride do večurnega izpada električne energije? Električni tok je glavni vir električne energije. Zato je tako pomembno predstavljati fizična osnova sprejemanje, oddajanje in uporaba izmeničnega električnega toka.
Pojasnilo
Vsebina glavnega dela
Bibliografija
Aplikacije.
Pojasnilo
Cilji:
- seznaniti študente s fizikalnimi osnovami proizvodnje, prenosa in
uporaba električne energije
Prispevati k oblikovanju informacijskih in komunikacijskih veščin pri učencih
kompetence
Poglobiti znanje o razvoju elektroenergetike in s tem povezanih okoljskih vprašanjih
problemov, negovanje občutka odgovornosti za ohranjanje okolja
Utemeljitev izbrane teme:
Brez električne energije si danes ne moremo predstavljati našega življenja. Električna energija je vdrla v vsa področja človekove dejavnosti: industrijo in kmetijstvo, znanost in vesolje. Naše življenje je nepredstavljivo brez elektrike. Elektrika je bila in ostaja glavna sestavina človekovega življenja. Kakšna bo energetika 21. stoletja? Če želite odgovoriti na to vprašanje, morate poznati osnovne metode proizvodnje električne energije, preučiti težave in možnosti sodobne proizvodnje električne energije ne le v Rusiji, temveč tudi na ozemlju Čuvašije in Alatirja.Ta lekcija omogoča študentom, da razvijejo sposobnost obdelave informacije in uporabo teoretičnega znanja v praksi, razvijanje veščin samostojno delo z različnimi viri informacij. Lekcija razkriva možnosti za razvoj informacijskih in komunikacijskih kompetenc
Učni načrt
v disciplini "fizika"
Datum: 16.4.2012
Skupina: 11 TV
Cilji:
- izobraževalni: - seznaniti študente s fizikalnimi osnovami proizvodnje,
prenos in uporaba električne energije
Prispevati k oblikovanju informacij in
komunikacijska kompetenca
Poglobiti znanje o razvoju elektroenergetike in sorodnih
teh okoljskih problemov, spodbujanje občutka odgovornosti
za ohranjanje okolja
- razvoj:: - razvijati sposobnosti za obdelavo informacij in uporabo
poznavanje teorije v praksi;
Razviti veščine samostojnega dela z različnimi
viri informacij
Razviti kognitivni interes za predmet.
- izobraževalni:
- spodbujati kognitivno aktivnost učencev;
Razviti sposobnost poslušanja in biti slišan;
Spodbujati samostojnost učencev pri pridobivanju novih
znanja
- razvijati komunikacijske sposobnosti pri delu v skupinah
Naloga: oblikovanje ključnih kompetenc pri študiju proizvodnje, prenosa in rabe električne energije
Vrsta dejavnosti- lekcija
Vrsta dejavnosti- kombinirani pouk
Sredstva izobraževanja: učbeniki, priročniki, izročki, multimedijski projektor,
ekran, elektronska predstavitev
Napredek lekcije:
Organizacijski trenutek (preverjanje odsotnih, pripravljenost skupine na lekcijo)
Organizacija ciljnega prostora
Preverjanje znanja učencev, sporočanje teme in načrta ankete, zastavljanje cilja
|
Učiteljeva dejanja |
Študentske akcije |
Metode |
2) Katera naprava se uporablja za spreminjanje izmeničnega toka in napetosti? 3) Kakšen je njegov namen? 4) Kakšna je zgradba transformatorja? 6) Kakšno je razmerje transformacije? Kako je številčno? 7) Kateri transformator se imenuje stopenjski in kateri padajoči? 8) Kako se imenuje moč transformatorja?
|
|
Frontalni pogovor Reševanje problema Testiranje |
Povzemanje rezultatov preverjanja glavnih določb preučenega odseka
Poročanje o temi, zastavljanje cilja, načrt za učenje nove snovi
Tema: “Proizvodnja, prenos in poraba električne energije”
Načrt: 1) Proizvodnja električne energije:
a) Industrijska energetika (hidroelektrarna, termoelektrarna, jedrska elektrarna)
b) Alternativna energija (geotermalna elektrarna, sončna elektrarna, vetrna elektrarna, termoelektrarna)
2) Prenos električne energije
3) Učinkovita raba električne energije
4) Energija Čuvaške republike
Motivacija izobraževalne dejavnostištudenti
|
Učiteljeva dejanja |
Študentske akcije |
Metoda študija |
|
|
Napredno samostojno delo Študij Študentska poročila |
Utrjevanje nove snovi
Posploševanje in sistematizacija gradiva.
Izvedba povzetka lekcije.
Naloga za samostojno delo študentov v obšolskem času.
Učbenik § 39-41, dokončajte izpolnjevanje tabele
Brez električne energije si danes ne moremo predstavljati našega življenja. Električna energija je vdrla v vsa področja človekove dejavnosti: industrijo in kmetijstvo, znanost in vesolje. Naše življenje je nepredstavljivo brez elektrike. torej široka uporaba elektriko pojasnjujejo njene prednosti pred drugimi vrstami energije. Elektrika je bila in ostaja glavna sestavina človekovega življenja, glavna vprašanja pa so: koliko energije potrebuje človeštvo? Kakšna bo energetika 21. stoletja? Da bi odgovorili na ta vprašanja, je treba poznati glavne metode pridobivanja električne energije, preučiti težave in možnosti sodobne proizvodnje električne energije ne le v Rusiji, temveč tudi na ozemlju Čuvašije in Alatirja.
V elektrarnah poteka pretvorba različnih vrst energije v električno. Oglejmo si fizične osnove proizvodnje električne energije v elektrarnah.
Statistični podatki o proizvodnji električne energije v Rusiji, milijard kWh
Glede na vrsto pretvorjene energije lahko elektrarne razdelimo na naslednje glavne vrste:
Industrijske elektrarne: hidroelektrarne, termoelektrarne, jedrske elektrarne
Alternativne elektrarne: termoelektrarna, sončna elektrarna, vetrna elektrarna, geotermalna elektrarna
Hidroelektrarne
Hidroelektrarna je kompleks objektov in opreme, skozi katere se energija vodnega toka pretvarja v električno energijo.V hidroelektrarni se električna energija proizvaja z energijo vode, ki teče iz najvišji nivo na najnižjo stopnjo in hkrati vrti turbino. Jez je najpomembnejši in najdražji element hidroelektrarne. Voda teče iz gorvodnega toka v dolvodni tok po posebnih cevovodih ali po kanalih, narejenih v telesu jezu, in pridobiva večjo hitrost. Tok vode teče na lopatice hidravlične turbine. Rotor hidravlične turbine požene v vrtenje pod delovanjem centrifugalne sile toka vode. Turbinska gred je povezana z gredjo električnega generatorja, pri vrtenju rotorja generatorja pa se mehanska energija rotorja pretvarja v električno energijo.
Najpomembnejša lastnost hidroenergetskih virov v primerjavi z viri goriva in energije je njihova stalna obnovljivost. Odsotnost potrebe po gorivu za hidroelektrarne določa nizke stroške električne energije, proizvedene v hidroelektrarnah. Vodna energija pa ni okolju prijazna. Ko je jez zgrajen, nastane akumulacija. Voda, ki je poplavila velika območja, se nepovratno spremeni okolju. Dvig gladine reke z jezom lahko povzroči zalivanje, slanost in spremembe v obrežni vegetaciji in mikroklimi. Zato je izdelava in uporaba okolju prijaznih hidravličnih objektov tako pomembna.
Termoelektrarne
Termoelektrarna (TE) je elektrarna, ki proizvaja električno energijo kot rezultat pretvorbe toplotne energije, ki se sprošča pri zgorevanju fosilnih goriv. Glavne vrste goriva za termoelektrarne so naravni viri - plin, premog, šota, oljni skrilavec, kurilno olje. Termoelektrarne delimo v dve skupini: kondenzacijske in toplotne ali soproizvodnje toplote in električne energije (SPTE). Kondenzacijske postaje oskrbujejo porabnike samo z električno energijo. Zgrajeni so v bližini nahajališč lokalnega goriva, da ga ne prenašajo na dolge razdalje. Toplarne oskrbujejo porabnike ne samo z električno energijo, temveč tudi s toploto - paro ali toplo vodo, zato se SPTE naprave gradijo v bližini sprejemnikov toplote, v središčih industrijskih območij in velikih mestih, da se zmanjša dolžina ogrevalnih omrežij. Gorivo v termoelektrarne transportira iz svojih proizvodnih lokacij. V turbinski sobi termoelektrarne je nameščen kotel z vodo. Zaradi toplote, ki nastane pri zgorevanju goriva, se voda v parnem kotlu segreje, izhlapi, nastala nasičena para pa se segreje na 550 ° C in pod tlakom 25 MPa vstopi v parno turbino. preko parovoda, katerega namen je pretvarjanje toplotne energije pare v mehansko energijo. Energijo gibanja parne turbine v električno energijo pretvarja generator, katerega gred je neposredno povezana z gredjo turbine. Po parni turbini vstopi vodna para že pri nizkem tlaku in temperaturi okoli 25°C v kondenzator. Tu se para s pomočjo hladilne vode pretvori v vodo, ki jo ponovno s pomočjo črpalke dovajamo v kotel. Cikel se začne znova. Termoelektrarne sicer delujejo na fosilna goriva, a so to na žalost nenadomestljiva naravna bogastva. Poleg tega delovanje termoelektrarn spremlja okoljevarstveni problemi: Pri izgorevanju goriva prihaja do termičnega in kemičnega onesnaženja okolja, ki škodljivo vpliva na živi svet vodnih teles in kakovost pitne vode.
Jedrske elektrarne
Jedrska elektrarna (JE) je elektrarna, v kateri se atomska (jedrska) energija pretvarja v električno energijo. Jedrske elektrarne delujejo po enakem principu kot termoelektrarne, le da za proizvodnjo pare uporabljajo energijo, pridobljeno s cepitvijo težkih atomska jedra(uran, plutonij). V jedru reaktorja potekajo jedrske reakcije, ki jih spremlja sproščanje ogromne količine energije. Voda, ki pride v stik z gorivnimi elementi v sredici reaktorja, jim odvzame toploto in jo v toplotnem izmenjevalniku prenese na vodo, vendar ne predstavlja več nevarnosti radioaktivnega sevanja. Ker se voda v izmenjevalniku toplote spremeni v paro, se imenuje generator pare. Vroča para vstopi v turbino, ki pretvarja toplotno energijo pare v mehansko energijo. Energijo gibanja parne turbine v električno energijo pretvarja generator, katerega gred je neposredno povezana z gredjo turbine. Jedrske elektrarne, ki jih je največ moderen videz elektrarne imajo vrsto pomembnih prednosti pred drugimi vrstami elektrarn: ne potrebujejo povezave z virom surovin in jih je mogoče postaviti kjer koli, v normalnih pogojih delovanja veljajo za okolju prijazne. Toda v primeru nesreč v jedrskih elektrarnah obstaja potencialna nevarnost radiacijske kontaminacije okolja. Poleg tega ostaja velik problem odlaganje radioaktivnih odpadkov in razgradnja starih jedrskih elektrarn.
Alternativna energija je niz obetavnih načinov pridobivanja energije, ki niso tako razširjeni kot tradicionalni, vendar so zanimivi zaradi donosnosti njihove uporabe z nizkim tveganjem za škodo ekologiji območja. Alternativni vir energije je metoda, naprava ali struktura, ki omogoča pridobivanje električne energije (ali druge zahtevane vrste energije) in nadomešča tradicionalne vire energije, ki delujejo na nafto, pridobljen zemeljski plin in premog. Namen iskanja alternativnih virov energije je potreba po pridobivanju iz energije obnovljivih ali praktično neizčrpnih naravnih virov in pojavov.
Plimske elektrarne
Uporaba energije plimovanja se je začela v 11. stoletju, ko so se na obalah Belega in Severnega morja pojavili mlini in žage. Dvakrat na dan se gladina oceana pod vplivom gravitacijskih sil Lune in Sonca dvigne in privabi vodne mase. Daleč od obale nihanja gladine vode ne presegajo 1 m, blizu obale pa lahko dosežejo 13-18 metrov. Za postavitev enostavne plimske elektrarne (TE) potrebujete bazen – zajezen zaliv ali ustje. Jez ima prepuste in nameščene hidravlične turbine, ki vrtijo generator. Šteje se, da je ekonomsko izvedljiva gradnja elektrarn na plimovanje na območjih s plimovanjem nihanja morske gladine vsaj 4 metre. V dvodelujočih plimskih elektrarnah turbine delujejo tako, da premikajo vodo iz morja v bazen in nazaj. Dvodelujoče plimske elektrarne so sposobne neprekinjeno proizvajati električno energijo 4-5 ur s premori 1-2 ur štirikrat na dan. Za povečanje časa delovanja turbin obstajajo bolj zapletene sheme - z dvema, tremi ali več bazeni, vendar so stroški takšnih projektov zelo visoki. Pomanjkljivost elektrarn na plimovanje je, da so zgrajene samo na obalah morij in oceanov, poleg tega ne razvijejo veliko moči, plimovanje pa se pojavi le dvakrat na dan. In tudi ti niso okolju prijazni. Motijo normalno izmenjavo slane in sladke vode in s tem motijo življenjske pogoje morske flore in favne. Vplivajo tudi na podnebje, saj spreminjajo energetski potencial morskih voda, njihovo hitrost in območje gibanja.
Vetrne elektrarne
Vetrna energija je posredna oblika sončne energije, ki je posledica razlik v temperaturi in tlaku v zemeljski atmosferi. Približno 2 % sončne energije, ki doseže Zemljo, se pretvori v energijo vetra. Veter je obnovljiv vir energije. Njegovo energijo je mogoče uporabiti skoraj na vseh območjih Zemlje. Pridobivanje električne energije iz vetrnih elektrarn je izjemno privlačno, a hkrati tehnično zahtevno. Težava je v zelo veliki disipaciji vetrne energije in njeni nestalnosti. Načelo delovanja vetrnih elektrarn je preprosto: veter vrti lopatice naprave in poganja gred električnega generatorja. Generator proizvaja električno energijo in tako se energija vetra pretvori v električni tok. Vetrne elektrarne so zelo poceni za proizvodnjo, vendar je njihova moč majhna in njihovo delovanje je odvisno od vremena. Poleg tega so zelo hrupni, zato je treba velike inštalacije ponoči celo izklopiti. Poleg tega vetrne elektrarne motijo zračni promet in celo radijske valove. Uporaba vetrnih elektrarn povzroča lokalno oslabitev moči zračnih tokov, kar moti prezračevanje industrijskih prostorov in vpliva celo na podnebje. Nazadnje, za uporabo vetrnih elektrarn so potrebne ogromne površine, veliko večje kot za druge vrste električnih generatorjev. Pa vendar bi morale izolirane vetrne elektrarne s toplotnimi stroji kot rezervo in vetrne elektrarne, ki delujejo vzporedno s termo in hidroelektrarnami, zavzeti vidno mesto v energetski oskrbi tistih območij, kjer hitrost vetra presega 5 m/s.
Geotermalne elektrarne
Geotermalna energija je energija Zemljine notranjosti. Vulkanski izbruhi jasno kažejo na ogromno vročino v notranjosti planeta. Znanstveniki ocenjujejo, da je temperatura Zemljinega jedra na tisoče stopinj Celzija. Geotermalna toplota je toplota, ki jo vsebujeta podzemna vroča voda in vodna para ter toplota segretih suhih kamnin. Geotermalne termoelektrarne (GeoTES) pretvarjajo notranjo toploto Zemlje (energijo vročih parno-vodnih virov) v električno energijo. Viri geotermalne energije so lahko podzemni bazeni naravnih hladil - tople vode ali pare. V bistvu so to že pripravljeni "podzemni kotli", iz katerih je mogoče črpati vodo ali paro s pomočjo običajnih vrtin. Tako pridobljena naravna para se po predhodnem čiščenju iz plinov, ki povzročajo uničenje cevi, pošlje v turbine, povezane z električnimi generatorji. Uporaba geotermalne energije ne zahteva velikih stroškov, saj v tem primeru govorimo o o »pripravljenih« virih energije, ki jih je ustvarila narava sama. Slabosti geotermalnih elektrarn vključujejo možnost lokalnega posedanja tal in prebujanje potresne aktivnosti. Plini, ki izhajajo iz zemlje, povzročajo precejšen hrup v okolici in lahko poleg tega vsebujejo strupene snovi. Poleg tega geotermalnih elektrarn ni mogoče graditi povsod, saj so za njihovo gradnjo potrebni geološki pogoji.
Sončne elektrarne
Sončna energija je najbolj ambiciozen, najcenejši, a morda tudi najmanj uporabljen vir energije s strani človeka. Pretvorba energije sončnega sevanja v električno se izvaja s pomočjo sončnih elektrarn. Obstajajo termodinamične sončne elektrarne, v katerih se sončna energija najprej pretvarja v toploto, nato pa v električno; in fotovoltaične naprave, ki sončno energijo neposredno pretvarjajo v električno. Fotovoltaične postaje nemoteno oskrbujejo z električno energijo rečne boje, signalne luči, komunikacijske sisteme v sili, svetilnike in številne druge objekte, ki se nahajajo na težko dostopnih mestih. Z izboljšanjem sončnih kolektorjev se bodo uporabljali v stanovanjskih zgradbah za avtonomno oskrbo z energijo (ogrevanje, oskrba s toplo vodo, razsvetljava in napajanje gospodinjskih električnih aparatov). Sončne elektrarne imajo opazno prednost pred drugimi vrstami postaj: odsotnost škodljivih emisij in prijaznost do okolja, tiho delovanje in ohranjanje celovitosti zemeljske notranjosti.
Prenos električne energije na daljavo
Električna energija se proizvaja v bližini virov goriva ali vodnih virov, njeni porabniki pa so povsod. Zato obstaja potreba po prenosu električne energije na velike razdalje. Oglejmo si shematski diagram prenosa električne energije od generatorja do potrošnika. Običajno generatorji izmeničnega toka v elektrarnah proizvajajo napetost, ki ne presega 20 kV, saj se pri višjih napetostih močno poveča možnost električnega razpada izolacije v navitju in drugih delih generatorja. Za vzdrževanje prenesene moči mora biti napetost v daljnovodih maksimalna, zato se v velikih elektrarnah vgrajujejo povečevalni transformatorji. Vendar pa je napetost v daljnovodu omejena: če je napetost previsoka, pride do razelektritev med žicami, kar povzroči izgubo energije. Za uporabo električne energije v industrijskih podjetjih je potrebno znatno zmanjšanje napetosti, ki se izvaja z uporabo padajočih transformatorjev. Za distribucijo električne energije po lokalnih omrežjih je potrebno nadaljnje znižanje napetosti na vrednost okoli 4 kV, t.j. po tistih žicah, ki jih vidimo na obrobju naših mest. Manj zmogljivi transformatorji znižajo napetost na 220 V (napetost, ki jo uporablja večina posameznih porabnikov).
Učinkovita raba električne energije
Elektrika zavzema pomembno mesto v izdatkih vsake družine. Njegova učinkovita uporaba bo znatno zmanjšala stroške. Vse pogosteje se v naša stanovanja vgrajujejo računalniki, pomivalni stroji in kuhinjski roboti. Zato je plačilo za električno energijo zelo pomembno. Povečana poraba energije vodi v dodatno porabo neobnovljivih naravnih virov: premog, nafta, plin. Pri zgorevanju goriv se v ozračje sprosti ogljikov dioksid, kar povzroča škodljive podnebne spremembe. Varčevanje z električno energijo vam omogoča zmanjšanje porabe naravnih virov in s tem zmanjšanje emisij škodljivih snovi v ozračje.
Štiri stopnje varčevanja z energijo
Ne pozabite ugasniti luči.
Uporaba varčne žarnice in gospodinjskih aparatov razreda A.
Okna in vrata je dobro izolirati.
Namestite regulatorje dovoda toplote (baterije z ventilom).
Energetski sektor Čuvašije je ena najbolj razvitih industrij republike, od dela katere je neposredno odvisna socialna, gospodarska in politična blaginja. Energetika je osnova za delovanje gospodarstva in življenjska podpora republike. Delo energetskega kompleksa Čuvašije je tako močno povezano z vsakdanje življenje vsako podjetje, ustanovo, podjetje, hišo, vsako stanovanje in navsezadnje vsakega prebivalca naše republike.
Na samem začetku 20. stoletja, ko je elektroenergetika šele delala prve praktične korake.
Do leta 1917 Na ozemlju sodobne Čuvašije ni bilo niti ene javne elektrarne. Kmečke hiše je razsvetljevala bakla.
V industriji je bilo samo 16 glavnih nosilcev. V okrožju Alatyr so elektriko proizvajali in uporabljali v žagah in mlinih za moko. Pri destilarni blizu Marposada je bila majhna elektrarna. Trgovci Talantsev so imeli svojo elektrarno v oljarni v Yadrinu. V Čeboksariju je imel trgovec Efremov majhno elektrarno. Oskrbovala je žago in njene dve hiši.
Tako v hišah kot na ulicah mest Čuvašije skoraj ni bilo svetlobe.
Razvoj energetike v Čuvašiji se začne po letu 1917. Od leta 1918 Začne se gradnja javnih elektrarn in poteka veliko dela za ustvarjanje elektroenergetike v mestu Alatyr. Takrat so se odločili, da bodo zgradili prvo elektrarno na nekdanji Popovi tovarni.
V Čeboksariju je vprašanja elektrifikacije obravnaval oddelek za javne službe. S svojimi prizadevanji je 1918 Ponovno je začela obratovati elektrarna na žagi, ki je bila v lasti trgovca Efremova. Električna energija je bila dobavljena po dveh vodih do vladne agencije in za ulično razsvetljavo.
Izobraževanje Čuvaš avtonomna pokrajina(24. junija 1920) ustvaril ugodne pogoje za razvoj energetike. Bilo je leta 1920. Zaradi nujne potrebe je regionalni oddelek za javne službe opremil prvo majhno elektrarno v Čeboksariju z močjo 12 kW.
Elektrarna Mariinsko-Posad je bila opremljena leta 1919. Mestna elektrarna Marposad je začela zagotavljati električno energijo. Elektrarna Tsivilskaya je bila zgrajena leta 1919, vendar se je zaradi pomanjkanja električnih vodov oskrba z električno energijo začela šele leta 1923.
Tako so bili prvi temelji energetskega sektorja Čuvašije postavljeni v letih intervencije in državljanska vojna. Nastale so prve male mestne komunalne elektrarne za javno rabo s skupno močjo okoli 20 kW.
Pred revolucijo leta 1917 na ozemlju Čuvašije ni bilo niti ene javne elektrarne, v hišah so vladale bakle. Delali so celo v majhnih delavnicah z baklo ali petrolejko. Tu so obrtniki uporabljali opremo na mehanski pogon. V bolj uveljavljenih podjetjih, kjer so predelovali kmetijske in gozdarske pridelke, so kuhali papir, stepali maslo in mleli moko,
bilo je 16 motorjev majhne moči.
Pod boljševiki je mesto Alatyr postalo pionir v energetski industriji Čuvašije. V tem mestecu se je zahvaljujoč prizadevanjem lokalnega gospodarskega sveta pojavila prva javna elektrarna.
V Čeboksariju se je vsa elektrifikacija leta 1918 zmanjšala na obnovo elektrarne na žagi, zaplenjeni trgovcu Efremovu, ki je postala znana kot "Imenovani 25. oktobra". Vendar pa je njena elektrika zadoščala le za osvetlitev nekaterih ulic in državnih ustanov (po statističnih podatkih so leta 1920 imeli mestni uradniki približno 100 žarnic z močjo 20 sveč).
Leta 1924 so bile zgrajene še tri male elektrarne in za upravljanje naraščajoče energetske baze je bilo 1. oktobra 1924 ustanovljeno Čuvaško združenje komunalnih elektrarn - ČOKES. Leta 1925 je državni odbor za načrtovanje republike sprejel načrt elektrifikacije, ki je predvideval izgradnjo 8 novih elektrarn v 5 letih - 5 mestnih (v Čeboksariju, Kanašu, Marposadu, Tsivilsku in Yadrinu) in 3 podeželskih (v Ibresyju, Vurnarij in Urmarij). Izvedba tega projekta je omogočila elektrifikacijo 100 vasi - predvsem v okrožjih Cheboksary in Tsivilsky ter ob avtocesti Cheboksary - Kanash, 700 kmečkih gospodinjstev in nekaj obrtnih delavnic.
V letih 1929-1932 se je zmogljivost republiških komunalnih in industrijskih elektrarn povečala skoraj 10-krat; Proizvodnja električne energije iz teh elektrarn se je povečala skoraj 30-krat.
Med Velikim domovinska vojna Sprejeti so bili veliki ukrepi za krepitev in razvoj energetske baze republiške industrije. Do rasti moči je prišlo predvsem zaradi rasti moči regionalnih, komunalnih in podeželskih elektrarn. Energetski delavci Čuvašije so častno zdržali preizkušnja in izpolnili svojo domoljubno dolžnost. Razumeli so, da proizvedeno električno energijo potrebujejo predvsem podjetja, ki izpolnjujejo naročila od spredaj.
V letih povojnega petletnega načrta so v Čuvaški avtonomni sovjetski socialistični republiki zgradili in začeli obratovati 102 podeželski elektrarni, vklj. 69 hidroelektrarn in 33 termoelektrarn. Oskrba kmetijstva z električno energijo se je v primerjavi z letom 1945 povečala za 3-krat.
Leta 1953 se je v Alatyrju z ukazom, ki ga je podpisal Stalin, začela gradnja termoelektrarne Alatyr. Prvi turbogenerator z zmogljivostjo 4 MW je začel obratovati leta 1957, drugi - leta 1959. Po napovedih naj bi termoelektrarna zadostovala do leta 1985 tako za mesto kot za regijo in bi z elektriko oskrbovala tovarno luči Turgenjevski v Mordoviji.
Bibliografija
Učbenik S.V. Gromova "Fizika, 10. razred". Moskva: Razsvetljenje.
Enciklopedični slovar mladega fizika. Spojina. V.A. Chuyanov, Moskva: Pedagogika.
Ellion L., Wilcons W.. Fizika. Moskva: Znanost.
Koltun M. Svet fizike. Moskva.
Viri energije. Dejstva, težave, rešitve. Moskva: Znanost in tehnologija.
Netradicionalni viri energije. Moskva: Znanje.
Yudasin L.S. Energija: težave in upi. Moskva: Razsvetljenje.
Podgorny A.N. Vodikova energija. Moskva: Znanost.
Aplikacija
|
Elektrarna |
Primarni vir energije |
Pretvorbeno vezje energija |
Prednosti |
Napake |
|
|
| |||||
|
| |||||
|
|
|||||
|
| |||||
|
GeoTES |
|
. |
|
Dopolni stavek: Energetski sistem je
|
Električno omrežje - Električni sistem regij v državi, povezan z visokonapetostnimi daljnovodi |
|
Kaj je vir energije v hidroelektrarnah?
| |
|
Kateri viri energije - obnovljivi ali neobnovljivi - se uporabljajo v Republiki Čuvašiji? |
Neobnovljiv |
|
V kronološkem vrstnem redu postavite vire energije, ki so postali dostopni človeštvu, začenši z najzgodnejšimi: A. Električna vleka; B. Jedrska energija; B. Mišična energija domačih živali; D. Parna energija. |
|
|
Poimenuj znane vire energije, katerih uporaba bo zmanjšala okoljske posledice elektrogospodarstva. |
PES GeoTES |
|
Preverite odgovore na zaslonu in ocenite: 5 pravilnih odgovorov – 5 4 pravilni odgovori – 4 3 pravilni odgovori - 3 |
Pridobivanje električne energije Električni tok nastaja v generatorjih-napravah, ki pretvarjajo takšno ali drugačno energijo v električno. Prevladujočo vlogo v našem času imajo elektromehanski indukcijski generatorji izmeničnega toka. Tam se mehanska energija pretvori v električno. Električni tok nastaja v generatorjih-napravah, ki pretvarjajo takšno ali drugačno energijo v električno energijo. Prevladujočo vlogo v našem času imajo elektromehanski indukcijski generatorji izmeničnega toka. Tam se mehanska energija pretvori v električno. Generator je sestavljen iz Generator je sestavljen iz trajnega magneta, ki ustvarja magnetno polje, in navitja, v katerem se inducira izmenična emf. trajni magnet, ki ustvarja magnetno polje, in navitje, v katerem se inducira izmenična emf.
Transformatorji TRANSFORMER je naprava, ki pretvarja izmenični tok ene napetosti v izmenični tok druge napetosti pri stalni frekvenci. V najpreprostejšem primeru je transformator sestavljen iz zaprtega jeklenega jedra, na katerem sta nameščeni dve tuljavi z žičnimi navitji. Tisto od navitij, ki je priključeno na vir izmenične napetosti, se imenuje primarno, tisto, na katero je priključeno "obremenitev", torej naprave, ki porabljajo električno energijo, se imenuje sekundarno. Delovanje transformatorja temelji na pojavu elektromagnetna indukcija.
Proizvodnja električne energije Električna energija se proizvaja v velikih in malih elektrarnah, predvsem z elektromehanskimi indukcijskimi generatorji. Poznamo več vrst elektrarn: termoelektrarne, hidroelektrarne in jedrske elektrarne. NPP GEST Termoelektrarne
Poraba električne energije Glavni porabnik električne energije je industrija, ki proizvede približno 70 % proizvedene električne energije. Velik porabnik je tudi promet. Vse več železniških prog se spreminja v električno vleko. Skoraj vse vasi in vasi prejemajo električno energijo iz državnih elektrarn za industrijske in domače potrebe. Približno tretjina električne energije, ki jo porabi industrija, se porabi za tehnološke namene (električno varjenje, električno segrevanje in taljenje kovin, elektroliza itd.).
Prenos električne energije Prenos energije je povezan z opaznimi izgubami: električni tok segreva žice daljnovodov. Če je dolžina voda zelo dolga, lahko prenos energije postane ekonomsko nerentabilen. Ker je trenutna moč sorazmerna zmnožku toka in napetosti, je za ohranitev prenesene moči potrebno povečati napetost v daljnovodu. Zato se v velikih elektrarnah vgrajujejo povečevalni transformatorji. Povečajo napetost v liniji za enako količino, kot zmanjšajo tok. Za neposredno uporabo električne energije so na koncih linije nameščeni padajoči transformatorji. Step-up transformator Step-up transformator Step-down transformator Step-down transformator Do porabnika Generator 11 kV 110 kV 35 kV 6 kV Daljnovod Daljnovod Daljnovod 35 kV 6 kV 220 V
Učinkovita raba električne energije Povpraševanje po električni energiji nenehno narašča. Obstajata dva načina za zadovoljitev te potrebe. Najbolj naravna in na prvi pogled edina pot je gradnja novih močnih elektrarn. A termoelektrarne porabljajo neobnovljive naravne vire, povzročajo pa tudi veliko škodo ekološkemu ravnovesju na našem planetu. Napredne tehnologije omogočajo drugačno zadovoljevanje potreb po energiji. Prednost je treba dati povečanju energetske učinkovitosti namesto povečanju zmogljivosti elektrarn.
v fiziki
na temo “Proizvodnja, prenos in raba električne energije”
Učenci 11. razreda A
Mestna izobraževalna ustanova št. 85
Catherine.
Abstraktni načrt.
Uvod.
1. Proizvodnja električne energije.
1. vrste elektrarn.
2. alternativni viri energije.
2. Prenos električne energije.
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 v poljedelstvu, konzervans za hrano, tehnološko orodje itd.
Čudoviti mit o Prometeju, ki je ljudem dal ogenj, se je pojavil v Antična grčija veliko pozneje kot marsikje po svetu so osvojili metode dokaj zahtevnega ravnanja z ognjem, njegovega pridobivanja in gašenja, ohranjanja ognja in racionalne rabe goriva.
Dolga leta so ogenj vzdrževali s kurjenjem rastlinskih virov energije (les, grmičevje, trstičje, trava, suhe alge itd.), nato pa so odkrili, da je za vzdrževanje ognja mogoče uporabiti tudi fosilne snovi: premog, nafto, skrilavce. , 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), elektrarna, ki proizvaja električno energijo kot rezultat pretvorbe toplotne energije, ki nastane 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 in kurilno olje.
Termoelektrarne delimo na kondenzacija(IES), ki je zasnovan samo za proizvodnjo električne energije, in termoelektrarne(SPTE), ki poleg električne energije proizvaja tudi toplotno energijo v obliki tople vode in pare. Velike CPE regionalnega pomena se imenujejo državne daljinske elektrarne (DRE).
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 (parnega kotla) 3, ki ima sistem cevi, v katerih 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 skozi parno napeljavo vstopi v parno turbino 4. Parametri pare odvisno od moči enot.
Termokondenzacijske elektrarne imajo nizek izkoristek (30-40%), saj se večina energije izgubi z dimnimi plini in hladilno vodo kondenzatorja. Prednostno je zgraditi IES v neposredni bližini obratov za proizvodnjo goriva. V tem primeru se lahko porabniki električne energije nahajajo na precejšnji razdalji od postaje.
Toplotna in elektrarna se od kondenzacijske postaje razlikuje po tem, da je na njej nameščena posebna grelna turbina z odsesavanjem pare. V termoelektrarni se en del pare v celoti porabi v turbini za proizvodnjo električne energije v generatorju 5 in nato vstopi v kondenzator 6, drugi del pare, ki ima višjo temperaturo in tlak, pa se vzame iz vmesne stopnje pare. turbino in se uporablja za oskrbo s toploto Kondenzat črpa črpalka 7 skozi odzračevalnik 8 in nato dovodna črpalka 9 dovaja v generator pare. Količina porabljene pare je odvisna od potreb podjetja po toplotni energiji.
Faktor učinkovitosti termoelektrarn doseže 60-70%. Takšne postaje so običajno zgrajene v bližini potrošnikov - industrijskih podjetij ali stanovanjskih območij. Najpogosteje delujejo na uvoženo gorivo.
Termalne postaje z plinska turbina(GTPP), para-plin(PHPP) in dizelske naprave.
Plin ali tekoče gorivo zgoreva v zgorevalni komori plinskoturbinske elektrarne; produkti zgorevanja pri temperaturi 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 PGES lahko doseže 42 - 43%.
Najbolj ekonomične so velike termoelektrarne s parnimi turbinami (skrajšano TE). Večina termoelektrarn pri nas kot gorivo uporablja premogov prah. Za proizvodnjo 1 kWh električne energije se porabi več 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 novi različici 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 tok pare. Tlak in temperatura pare postopoma padata.
Iz tečaja fizike je znano, da se učinkovitost toplotnih motorjev poveča z naraščajočo začetno temperaturo delovne tekočine. Zato se para, ki vstopa v turbino, doseže visoke parametre: temperatura - skoraj 550 ° C in tlak - do 25 MPa. Faktor učinkovitosti termoelektrarn doseže 40%. Večina energije se izgubi skupaj z vročo izpušno paro.
Hidroelektrarna (hidroelektrarna), kompleks objektov in opreme, skozi katere se energija vodnega toka pretvarja v električno energijo. Hidroelektrarna je sestavljena iz serijskega tokokroga hidravlične konstrukcije, zagotavljanje potrebne koncentracije pretoka vode in ustvarjanje tlaka ter napajalna oprema, ki pretvarja energijo vode, ki se premika pod pritiskom, v mehansko rotacijsko energijo, ki se nato pretvori v električno energijo.
NaporHES nastane s koncentracijo padca reke na območju, ki ga uporablja jez, oz izpeljava, ali jez in preusmeritev skupaj. Glavna energetska oprema hidroelektrarne se nahaja v zgradbi hidroelektrarne: v strojnici elektrarne - hidravlične enote, pomožna oprema, avtomatske krmilne in nadzorne naprave; na osrednji postaji Nadzorna plošča operater-dispečer oz avto operater hidroelektrarne. Povečanje transformatorska postaja ki se nahajajo tako v zgradbi hidroelektrarne kot v ločenih zgradbah ali na odprtih površinah. Stikalne naprave pogosto na odprtem območju. Objekt hidroelektrarne je lahko razdeljen na sklope z eno ali več enotami in pomožno opremo, ločene od sosednjih delov objekta. Na objektu hidroelektrarne ali znotraj nje se ustvari montažno mesto za montažo in popravilo različne opreme ter za pomožna dela za servisiranje hidroelektrarne.
Instalirana moč (in MW) razlikovati med hidroelektrarnami močan(več kot 250), povprečje(do 25) in majhna(do 5). Moč hidroelektrarne je odvisna od tlaka (razlike med nivoji gorvodnega in dolvodnega toka ), pretok vode, ki se uporablja v hidravličnih turbinah, in učinkovitost hidravlične enote. Zaradi številnih razlogov (na primer zaradi sezonskih sprememb nivoja vode v rezervoarjih, nihanj obremenitve elektroenergetskega sistema, popravil hidravličnih enot ali hidravličnih konstrukcij itd.) Tlak in pretok vode nenehno spreminjata. , poleg tega pa se pretok spremeni pri regulaciji moči hidroelektrarne. Poznamo letni, tedenski in dnevni cikel obratovanja hidroelektrarne.
Glede na največji izkoriščeni tlak delimo hidroelektrarne na visok pritisk(več kot 60 m), srednji tlak(od 25 do 60 m) in nizek pritisk(od 3 do 25 m). V nižinskih rekah pritisk redko preseže 100 m, v gorskih razmerah lahko jez ustvari pritisk do 300 m večina in s pomočjo izpeljave - do 1500 m. Delitev hidroelektrarn glede na uporabljeni tlak je približne, pogojne narave.
Glede na rabo vodnih virov in koncentracijo tlaka hidroelektrarne običajno delimo na kanal, jez, preusmeritev s tlačno in prostotočno preusmeritvijo, mešano, črpalno skladiščenje in plimovanje.
V pretočnih in objezovnih hidroelektrarnah se vodni tlak ustvari z jezom, ki zapre reko in dvigne gladino vode v zgornjem bazenu. Obenem je nekaj poplav v dolini neizogibno. Pretočne in jezove hidroelektrarne so zgrajene tako na nižinskih visokovodnih kot tudi na gorskih rekah, v ozkih stisnjenih dolinah. Za pretočne hidroelektrarne so značilni tlaki do 30-40 m.
Pri višjih tlakih se izkaže, da je prenos hidrostatičnega vodnega tlaka na objekt hidroelektrarne neustrezen. V tem primeru se uporablja tip jez Hidroelektrarna, pri kateri je tlačna fronta po vsej dolžini zaprta z jezom, zgradba hidroelektrarne se nahaja za jezom, ob spodnjem toku.
Druga vrsta postavitve zajezen Hidroelektrarna ustreza gorskim razmeram z relativno nizkimi pretoki rek.
IN izpeljanka Hidroelektrarna Koncentracija padca reke se ustvari z izpeljavo; voda na začetku uporabljenega odseka reke je odvedena iz struge s cevovodom, z naklonom, ki je bistveno manjši od povprečnega naklona reke na tem odseku in z izravnavo zavojev in zavojev struge. Konec preusmeritve se pripelje do lokacije objekta hidroelektrarne. Odpadna voda se vrne v reko ali pa se dovaja v naslednjo obvodno hidroelektrarno. Preusmeritev je koristna, ko je naklon reke visok.
Posebno mesto med hidroelektrarnami zavzemajo črpalne elektrarne(PSPP) in plimske elektrarne(PES). Izgradnja črpalnih elektrarn je posledica naraščajočega povpraševanja po konični moči v velikih energetskih sistemih, ki določajo proizvodne zmogljivosti, potrebne za pokrivanje koničnih obremenitev. Sposobnost črpalnih elektrarn za akumulacijo energije temelji na dejstvu, da brezplačno električno energijo v energetskem sistemu za določeno časovno obdobje porabijo agregati črpalnih elektrarn, ki v črpalnem načinu črpajo vodo iz rezervoarja. v zgornji skladiščni bazen. V obdobjih konične 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 elektriko. Električna energija plimskih hidroelektrarn se lahko zaradi nekaterih značilnosti, povezanih s periodično naravo plimovanja, uporablja v energetskih sistemih le v povezavi z energijo regulacijskih elektrarn, ki nadomestijo izpade električne energije plimskih elektrarn znotraj dni ali mesecev.
Najpomembnejša značilnost hidroenergetskih virov v primerjavi z viri goriva in energije je njihova stalna obnovljivost.Odsotnost potrebe po gorivu za hidroelektrarne določa nizke stroške električne energije, proizvedene v hidroelektrarnah. Zato je gradnja hidroelektrarn kljub znatnim specifičnim kapitalskim vložkom 1 kW Inštalirana moč in dolgi roki gradnje so bili in se dajejo velik pomen, še posebej, ko je to povezano z umeščanjem elektro intenzivnih industrij.
Nuklearna elektrarna (NPP), elektrarna, v kateri se atomska (jedrska) energija pretvarja v električno energijo. Generator energije v jedrski elektrarni je jedrski reaktor. Toplota, ki se sprosti v reaktorju kot posledica verižne reakcije jedrske cepitve nekaterih težkih elementov, se nato tako kot v klasičnih termoelektrarnah (TE) pretvori v električno energijo. Za razliko od termoelektrarn, ki delujejo na fosilna goriva, jedrske elektrarne delujejo naprej jedrsko gorivo(predvsem 233U, 235U, 239Pu) Ugotovljeno je bilo, da svetovni energetski viri jedrskega goriva (uran, plutonij itd.) Bistveno presegajo energetske vire naravnih zalog organskega goriva (nafta, premog, zemeljski plin itd.). ). To odpira široke možnosti za zadovoljevanje hitro rastočih potreb po energiji, poleg tega pa je treba upoštevati vedno večjo porabo premoga in nafte za tehnološke namene v svetovni kemični industriji, ki postaja resen tekmec termoelektrarn. rastline. Kljub odkritju novih nahajališč organskega goriva in izboljšanju metod za njegovo pridobivanje se v svetu nagiba k relativnemu povečanju njegove cene. To ustvarja najtežje pogoje za države z omejenimi zalogami fosilnih goriv. Očitna je potreba po hitrem razvoju jedrske energije, ki že zaseda vidno mesto v energetski bilanci številnih industrijskih držav po svetu.
Shematski diagram jedrske elektrarne z vodno hlajenim jedrskim reaktorjem je prikazan na sl. 2. Toplota, ustvarjena v jedro reaktor hladilna tekočina, absorbira voda iz 1. kroga, ki jo obtočna črpalka prečrpava skozi reaktor.Ogreta voda iz reaktorja vstopa v toplotni izmenjevalec (uparjalnik) 3, kjer prenese toploto, prejeto v reaktorju, na vodo 2. kroga. Voda 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 navadno vodo kot moderatorjem in hladilnim sredstvom;
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 servisni sistemi vključujejo: sam reaktor z biološko zaščito , toplotni izmenjevalniki, črpalke ali enote za pihanje plinov, ki krožijo hladilno sredstvo, cevovodi in armature za kroženje, naprave za ponovno polnjenje jedrskega goriva, posebni prezračevalni sistemi, zasilno hlajenje itd.
Za zaščito osebja jedrske elektrarne pred izpostavljenostjo sevanju je reaktor obdan z biološko zaščito, katere glavni materiali so beton, voda in serpentinasti pesek. Oprema reaktorskega tokokroga mora biti popolnoma zatesnjena. Zagotovljen je sistem za spremljanje mest morebitnega uhajanja hladilne tekočine, sprejeti so ukrepi za zagotovitev, da puščanja in prekinitve tokokroga ne povzročijo radioaktivnih emisij in kontaminacije prostorov jedrske elektrarne in okolice. Radioaktivni zrak in manjše količine hlapov hladilne tekočine, ki nastanejo zaradi puščanja iz tokokroga, se iz nenadzorovanih prostorov jedrske elektrarne odstranijo s posebnim prezračevalnim sistemom, v katerem so predvideni čistilni filtri in zadrževalni plinski rezervoarji, ki preprečujejo možnost onesnaženja zraka. . Izpolnjevanje pravil sevalne varnosti s strani osebja NEK spremlja služba za dozimetrični nadzor.
Prisotnost biološke zaščite, posebnih sistemov prezračevanja in zasilnega hlajenja ter storitev nadzora sevanja omogoča popolno zaščito osebja NEK pred škodljivimi učinki radioaktivnega sevanja.
Jedrske elektrarne, ki so najsodobnejši tip elektrarn, imajo v primerjavi z drugimi vrstami elektrarn vrsto pomembnih prednosti: v normalnih pogojih delovanja sploh ne onesnažujejo okolja, ne potrebujejo povezave z virom surovin. materialov in se zato lahko nahaja skoraj povsod. Zmogljivost novih agregatov je skoraj enaka moči povprečne hidroelektrarne, vendar pa faktor izkoriščenosti instalirane moči jedrske elektrarne (80 %) bistveno presega to vrednost za hidroelektrarno ali termoelektrarno.
Jedrske elektrarne v normalnih pogojih obratovanja praktično nimajo bistvenih pomanjkljivosti, ne moremo pa mimo nevarnosti jedrskih elektrarn ob morebitnih višjih silah: potresi, orkani itd. - tu predstavljajo stari modeli agregatov. potencialna nevarnost radiacijske kontaminacije ozemelj zaradi nenadzorovanega pregrevanja reaktorja.
Alternativni viri energije.
Energija sonca.
V zadnjem času se je zanimanje za problematiko izrabe sončne energije močno povečalo, saj je potencial energije, ki temelji na izrabi neposrednega sončnega sevanja, izjemno 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. Obsežna uporaba sončne energije pomeni ogromno povečanje potreb po materialih in posledično delovnih virih za pridobivanje surovin, njihovo bogatenje, pridobivanje materialov, izdelavo heliostatov, kolektorjev, druge opreme in njihov transport.
Doslej je električna energija, pridobljena s sončnimi žarki, veliko dražja od tiste, pridobljene s tradicionalnimi metodami. Znanstveniki upajo, da bodo poskusi, ki jih bodo izvedli na pilotnih napravah in postajah, pomagali rešiti ne le tehnične, ampak tudi ekonomske težave.
Vetrna energija.
Energija premikajočih se zračnih mas je ogromna. Zaloge vetrne energije so več kot stokrat večje od zalog hidroenergije vseh rek na planetu. Vetrovi pihajo nenehno in povsod po zemlji. Podnebne razmere omogočajo razvoj vetrne energije na velikem ozemlju.
Dandanes vetrni motorji pokrivajo le eno tisočino svetovnih potreb po energiji. Zato pri oblikovanju vetrnega kolesa, srca vsake vetrne elektrarne, sodelujejo strokovnjaki za izdelavo letal, ki znajo izbrati najprimernejši profil lopatic in ga preučiti v vetrovniku. S prizadevanji znanstvenikov in inženirjev je bilo ustvarjenih najrazličnejših modelov sodobnih vetrnih turbin.
Energija Zemlje.
Že od antičnih časov so ljudje vedeli za spontane manifestacije velikanske energije, skrite v zemeljskem površju. Spomin človeštva ohranja legende o katastrofalnih vulkanskih izbruhih, ki so ubili milijone ljudi človeška življenja, ki so do nerazpoznavnosti spremenili videz marsikaterega kraja na Zemlji. Moč izbruha celo relativno majhnega vulkana je ogromna, večkrat večja od moči največjih elektrarn, ki so jih ustvarile človeške roke. Res je, da o neposredni uporabi energije vulkanskih izbruhov ni treba govoriti, ljudje še nimajo možnosti zajeziti tega uporniškega elementa.
Energija Zemlje ni primerna le za ogrevanje prostorov, kot je to primer na Islandiji, temveč tudi za proizvodnjo električne energije.Elektrarne na podzemne tople vrelci delujejo že dolgo. Prvo takšno elektrarno, še vedno zelo nizko moč, so zgradili leta 1904 v majhnem italijanskem mestecu Larderello. Postopoma je moč elektrarne naraščala, obratovali so vedno novi bloki, uporabljali so se novi viri tople vode in danes je moč elektrarne že dosegla impresivno vrednost 360 tisoč kilovatov.
Prenos električne energije.
Transformatorji.
Kupili ste hladilnik ZIL. Prodajalec vas je opozoril, da je hladilnik zasnovan za omrežno napetost 220 V. In v vaši hiši je omrežna napetost 127 V. Brezupna situacija? Sploh ne. Preprosto morate narediti dodaten strošek in kupiti transformator.
Transformator- zelo preprosta naprava, ki vam omogoča povečanje in zmanjšanje napetosti. Pretvorba izmeničnega toka se izvaja s pomočjo transformatorjev. Transformatorje je leta 1878 prvi uporabil ruski mučenik P. N. Yablochkov za napajanje "električnih sveč", ki jih je izumil, nov vir svetlobe v tistem času. Idejo P. N. Yablochkova je razvil uslužbenec moskovske univerze I. F. Usagin, ki je oblikoval izboljšane transformatorje.
Transformator je sestavljen iz zaprtega železnega jedra, na katerem 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 instrumenti in naprave, ki porabljajo električno energijo, se imenuje sekundarno.
Slika 1 Slika 2
Diagram transformatorja z dvema navitjema je prikazan na sliki 2, nekonvencionalna oznaka zanj pa je prikazana na sliki. 3.
Delovanje transformatorja temelji na pojavu elektromagnetne indukcije. Ko skozi primarno navitje teče izmenični tok, se v železnem jedru pojavi izmenični magnetni tok, ki vzbudi inducirano emf v vsakem navitju.Poleg tega je trenutna vrednost inducirane emf eV vsak obrat primarnega ali sekundarnega navitja po Faradayevem zakonu je določen s formulo:
e = -Δ F/Δ t
če F= Ф0соsωt, torej
e = ω Ф0grehω t, oz
e =Egrehω t,
Kje E=ω Ф0 je amplituda EMF v enem obratu.
V primarnem navitju, ki ima p1 obratov, skupna inducirana emf e1 enako p1e.
V sekundarnem navitju je skupni EMF. e2 enako p2e, Kje n2- število obratov tega navitja.
Sledi, da
e1 e2 = n1n2. (1)
Količina napetosti u1 , naneseno na primarno navitje in EMF e1 mora biti enak padcu napetosti v primarnem navitju:
u1 + e1 = jaz1 R1 , Kje R1 - aktivni upor navitja in jaz1 - jakost toka v njem. Ta enačba izhaja neposredno iz splošne enačbe. Običajno je aktivni upor navitja majhen in jaz1 R1 lahko zanemarimo. Zato
u1 ≈ -e1 . (2)
Ko je sekundarno navitje transformatorja odprto, v njem ne teče tok in velja razmerje:
u2 ≈ - e2 . (3)
Ker so trenutne vrednosti emf e1 in e2 sprememba faze, potem lahko njihovo razmerje v formuli (1) nadomestimo z razmerjem efektivnih vrednosti E1 inE2 teh 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)
Magnituda k imenovano transformacijsko razmerje. če k> 1, potem je transformator padajoči, ko k<1 - povečevanje
Ko je tokokrog sekundarnega navitja sklenjen, v njem teče tok. Nato razmerje u2 ≈ - e2 ni več natančno izpolnjena, zato je 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.
Sledi, da
U 1 /U 2 = jaz1 / jaz2 . (6)
To pomeni, da z večkratnim povečanjem napetosti s pomočjo transformatorja enakokrat zmanjšamo tok (in obratno).
Zaradi neizogibnih izgub energije zaradi sproščanja toplote v navitjih in železnem jedru sta enačbi (5) in (6) približno izpolnjeni. Vendar pa v sodobnih močnih transformatorjih skupne izgube ne presegajo 2-3%.
V vsakdanji praksi imamo pogosto opravka s transformatorji. Poleg tistih transformatorjev, ki jih uporabljamo hočeš nočeš zaradi dejstva, da so industrijske naprave zasnovane za eno napetost, mestno omrežje pa drugo, imamo opravka tudi z avtomobilskimi bobinami. Bobbin je stopenjski transformator. Za ustvarjanje iskre, ki vžge delovno mešanico, je potrebna visoka napetost, ki jo pridobimo iz avtomobilskega akumulatorja, potem ko najprej z odklopnikom pretvorimo enosmerni tok akumulatorja v izmenični. Ni težko razumeti, da do izgube energije, ki se porabi za ogrevanje transformatorja, z naraščanjem napetosti se jakost toka zmanjšuje in obratno.
Varilni stroji zahtevajo padajoče transformatorje. Varjenje zahteva zelo visoke tokove, transformator varilnega aparata pa ima le en izhodni obrat.
Verjetno ste opazili, da je jedro transformatorja izdelano iz tankih jeklenih plošč. To se naredi tako, da med pretvorbo napetosti ne izgubite energije. V ploščatem materialu bodo imeli vrtinčni tokovi manjšo vlogo kot v trdnem materialu.
Doma imate opravka z majhnimi transformatorji. Kar se tiče močnih transformatorjev, so ogromne strukture. V teh primerih se jedro z navitji postavi v rezervoar, napolnjen s hladilnim oljem.
Prenos električne energije
Porabniki električne energije so povsod. Proizvaja se na relativno 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 velike razdalje je povezan z opaznimi izgubami. Dejstvo je, da tok, ko teče skozi daljnovode, le-te segreva. V skladu z zakonom Joule-Lenz je energija, porabljena za ogrevanje vodnikov, določena s formulo
kjer je R linijski upor. Pri veliki dolžini voda lahko postane prenos energije na splošno nedobičkonosen. Za zmanjšanje izgub lahko seveda sledite poti zmanjšanja upora R linije s povečanjem preseka žic. Če želite na primer zmanjšati R za 100-krat, morate maso žice povečati za 100-krat. Jasno je, da tako velike porabe dragih neželeznih kovin ni mogoče dovoliti, da ne omenjamo težav pri pritrjevanju 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 10-krat zmanjša količino toplote, sproščene v prevodnikih, za 100-krat, tj. doseže se enak učinek kot če bi žico naredili stokrat težjo.
Ker je trenutna moč sorazmerna zmnožku 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.Na primer, v visokonapetostnem daljnovodu Volzhskaya HPP - Moskva se uporablja napetost 500 kV. Medtem so generatorji izmeničnega toka zgrajeni pri napetostih, ki ne presegajo 16-20 kV, saj bi višje napetosti zahtevale zahtevnejše posebne ukrepe za izolacijo navitij in drugih delov generatorjev.
Zato so v velikih elektrarnah nameščeni povečevalni transformatorji. Transformator poveča napetost v liniji za toliko, kolikor zmanjša tok. Izguba moči je majhna.
Za neposredno uporabo električne energije v elektromotorjih obdelovalnih strojev, razsvetljave in za druge namene je treba zmanjšati napetost na koncih vodov. To se doseže z uporabo padajočih transformatorjev. Poleg tega običajno zmanjšanje napetosti in s tem povečanje toka poteka v več fazah. Na vsaki stopnji je napetost vedno manjša, ozemlje, ki ga pokriva električno omrežje, se širi. Diagram prenosa in distribucije moči je prikazan na sliki.
Električne elektrarne v številnih regijah države so povezane z visokonapetostnimi daljnovodi, ki tvorijo skupno električno omrežje, na katerega so priključeni odjemalci. Takšna zveza se imenuje energetski 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 je znanost vdrla v vse družbene sfere: v ekonomijo, politiko, kulturo, izobraževanje itd. Znanost seveda neposredno vpliva na razvoj energetike in področje uporabe električne energije. Po eni strani znanost prispeva k razširitvi področja uporabe električne energije in s tem poveča njeno porabo, po drugi strani pa je v času, ko neomejena raba neobnovljivih virov energije predstavlja nevarnost za prihodnje generacije, nujna Naloge znanosti so razvoj energetsko varčnih tehnologij in njihova implementacija v življenje.
Oglejmo si ta vprašanja na konkretnih primerih. Približno 80 % rasti BDP (bruto domačega proizvoda) razvite države dosežejo s tehničnimi inovacijami, katerih glavnina je povezana z rabo 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. A če so v 19. stoletju te izračune opravljali s peresom in papirjem, potem v dobi STR (znanstvene in tehnološke revolucije) vse teoretične izračune, selekcijo in analizo znanstvenih podatkov ter celo jezikovno analizo literarnih del izvajajo z računalniki. (elektronski računalniki), ki delujejo na električno energijo, najprimernejšo za njen prenos na daljavo in njeno uporabo. A če so bili računalniki sprva uporabljeni za znanstvene izračune, so zdaj računalniki zaživeli iz znanosti.
Zdaj se uporabljajo na vseh področjih človekove dejavnosti: za snemanje in shranjevanje informacij, ustvarjanje arhivov, pripravo in urejanje besedil, opravljanje 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 kompleksne avtomatizacije je neposredno povezan z mikroelektroniko, katere kvalitativno nova stopnja 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 trenutno v uporabi, je tako imenovane prve generacije in se uporabljajo za varjenje, rezanje, stiskanje, premazovanje itd. Roboti druge generacije, ki jih nadomeščajo, so opremljeni z napravami za prepoznavanje okolja. Robotski »intelektualci« tretje generacije bodo »videli«, »tipali«, »slišali«. Med najbolj prednostnimi področji uporabe robotov znanstveniki in inženirji navajajo jedrsko energijo, raziskovanje vesolja, transport, trgovino, skladiščenje, zdravstveno oskrbo, predelavo odpadkov in razvoj oceanskih virov. Večina robotov deluje na električno energijo, vendar se povečana poraba električne energije pri robotih izravna z zmanjšanjem porabe energije v številnih energetsko intenzivnih proizvodnih procesih zaradi uvajanja racionalnejših metod in novih energetsko varčnih tehnoloških procesov.
A vrnimo se k znanosti.Vsa nova teoretična dognanja se po računalniških izračunih preizkusijo eksperimentalno. In praviloma se na tej stopnji izvajajo raziskave s fizikalnimi meritvami, kemičnimi analizami itd. Inštrumenti znanstvenega raziskovanja so tu raznovrstni - številni merilni instrumenti, pospeševalci, elektronski mikroskopi, magnetnoresonančni skenerji itd. Glavnina teh instrumentov eksperimentalne znanosti deluje na električno energijo.
Znanost na področju komunikacij in komunikacij se zelo hitro razvija. Satelitske komunikacije se ne uporabljajo več samo kot sredstvo mednarodne komunikacije, ampak tudi v vsakdanjem življenju - satelitske antene v našem mestu niso nič nenavadnega. Nova komunikacijska sredstva, kot je optična tehnologija, lahko bistveno zmanjšajo izgube energije v procesu prenosa signalov na velike razdalje.
Znanost ni zaobšla niti področja managementa. Z razvojem znanstvenega in tehnološkega napredka ter širjenjem proizvodnih in neproizvodnih sfer človekovega delovanja postaja management vse pomembnejšo vlogo pri povečevanju njihove učinkovitosti. Iz neke vrste umetnosti, ki je do nedavnega temeljila na izkušnjah in intuiciji, se je management v zadnjem času spremenil v znanost. Veda o upravljanju, splošnih zakonitostih sprejemanja, shranjevanja, prenosa in obdelave informacij se imenuje kibernetika. Ta izraz izhaja iz grških besed »krmar«, »krmar«, najdemo ga v delih starogrških filozofov. Vendar se je njegovo ponovno rojstvo dejansko zgodilo leta 1948, po objavi 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 rodila 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 tvorijo kompleksno informacijsko strukturo. Vključuje avtomatizirane nadzorne sisteme (avtomatizirane nadzorne sisteme), informacijske banke podatkov, avtomatizirane informacijske baze podatkov, računalniške centre, video terminale, kopirne 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 javnimi;
· spreminjanje informacij v enega najpomembnejših dejavnikov gospodarskega, nacionalnega in osebnega razvoja;
· prost pretok informacij v družbi.
Takšen prehod iz industrijske družbe v "informacijsko civilizacijo" je postal mogoč predvsem zaradi razvoja energetike in zagotavljanja primerne vrste energije za prenos in uporabo - električne energije.
Električna energija v proizvodnji.
Sodobne družbe si ni mogoče predstavljati brez elektrifikacije proizvodnih dejavnosti. Že konec 80. 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. To povečanje porabe električne energije je povezano predvsem s povečanjem njene porabe v industriji. Večina industrijskih podjetij deluje na električno energijo. Visoka poraba električne energije je značilna za energetsko intenzivne industrije, kot so metalurgija, aluminij in strojegradnja.
Elektrika v domu.
Elektrika je nepogrešljiv pomočnik v vsakdanjem življenju. Z njo imamo opravka vsak dan in verjetno si življenja brez nje ne moremo predstavljati. Spomnite se, ko so vam nazadnje ugasnili luč, torej ni bilo elektrike v vašo hišo, spomnite se, kako ste prisegali, da nimate časa narediti ničesar in potrebujete svetlobo, potrebujete televizijo, kotličke in še kaj. drugih električnih naprav. Konec koncev, če bi za vedno izgubili oblast, bi se vrnili v tiste davne čase, ko se je hrana kuhala na ognju in smo živeli v hladnih wigwamih.
Cela pesem je lahko posvečena pomenu elektrike v naših življenjih, tako pomembna je v naših življenjih in tako smo je navajeni. Čeprav ne opazimo več, da prihaja v naše domove, ko 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: Znanost.
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 upi. Moskva: Razsvetljenje.
8. Podgorny A.N. Vodikova energija. Moskva: Znanost.
