Источники электроэнергии – » :

Дополнительная информация. За 4 года эксплуатации одной группы ТВЭЛов вырабатывается такое количество электроэнергии, для получения которого ТЭС потребуется сжечь 730 цистерн природного газа, 600 вагонов угля или 900 нефтеналивных железнодорожных танкеров.

Помимо этого, тепловые электростанции сильно ухудшают экологическую обстановку в районах месторасположения. Продукты горения топлива сильно загрязняют атмосферу. Лишь только станции, работающие на газотурбинных установках, отвечают требованиям экологической чистоты.

Гидроэнергетика

Примерами эффективного применения гидроэнергетики являются Асуанская, Саяно-Шушенская ГЭС и др. Самые экологичные электростанции, использующие кинетическую энергию движения воды, не производят никаких вредных выбросов в окружающую природу. Однако массовое возведение гидросооружений ограничено совокупностью обстоятельств. Это наличие определённой величины природного водного потока, особенностью рельефа местности и многое другое.

ГЭС

Альтернативная энергетика

Научно-техническая революция не замирает ни на минуту. Каждый день приносит новшества в получение электрического тока. Пытливые умы постоянно заняты поисками новых технологий выработки электроэнергии, которые выступают в роли альтернативы традиционным способам получения электричества.

Следует упомянуть ветровые генераторы, приливные морские станции и солнечные батареи. Наряду с этим, появились устройства, вырабатывающие электроток, используя тепло разложения бытовых отходов, продуктов жизнедеятельности крупного рогатого скота. Есть такие устройства, которые используют температурную разницу различных слоёв грунта, щелочную и кислотную среду почвы на разных уровнях. Альтернативные источники электроэнергии объединяет одно – это несопоставимость выработанного количества энергии с объёмами электричества, которые получают традиционными способами (АЭС, ТЭС и ГЭС).

Передача и распределение электрической энергии

Независимо от устройства электростанций, их энергия поставляется в единую энергосистему страны. Передаваемая электроэнергия поступает на распределительные подстанции, оттуда уже доходит до самих потребителей. Передача электричества от производителей осуществляется воздушным путём через линии электропередач. На короткие дистанции ток проходит в кабеле, который прокладывают под землёй.

Потребление электрической энергии

С появлением новых промышленных объектов, вводом в эксплуатацию жилых комплексов и зданий гражданского назначения потребление электроэнергии с каждым днём возрастает. Практически ежегодно на территории России входят в строй новые электростанции, или существующие предприятия пополняются новыми энергоблоками.

Виды деятельности в электроэнергетике

Электрические компании занимаются бесперебойной доставкой электричества каждому потребителю. В энергетической сфере уровень занятости превышает этот показатель некоторых ведущих отраслей народного хозяйства государства.

Оперативно-диспетчерское управление

ОДУ играет важнейшую роль в перераспределении энергопотоков в обстановке изменяющегося уровня потребления. Диспетчерские службы направлены на то, чтобы передавать электрический ток от производителя потребителю в безаварийном режиме. В случае каких-либо аварий или сбоев в линиях электропередач ОДУ выполняют обязанности оперативного штаба по быстрому устранению этих недостатков.

Энергосбыт

В тарифах на оплату за потребление электричества включены расходы на прибыль энергокомпаний. За правильностью и своевременностью оплаты за потреблённые услуги следит служба – Энергосбыт. От неё зависит финансовое обеспечение всей энергосистемы страны. К неплательщикам применяются штрафные санкции, вплоть до отключения электроснабжения потребителя.

Энергосистема – кровеносная система единого организма государства. Производство электроэнергии является стратегической сферой безопасности существования и развития экономики страны.

Видео

amperof.ru

Источники электрической энергии: описание, виды и особенности

Источники электрической энергии в каждой местности различаются по способу её получения. Так, в степях целесообразнее использовать силу ветра или преобразовывать тепло после сжигания топлива, газа. В горах, где есть реки, строятся плотины и вода приводит в движение гигантские турбины. Электродвижущую силу получают практически повсеместно за счет других природных энергий.

Откуда берется питание потребителей

Источники электрической энергии получают напряжение после преобразования силы ветра, кинетического движения, потока воды, результата ядерной реакции, тепла от горения газа, топлива или угля. Широко распространены теплоэлектростанции, гидроэлектростанции. Постепенно сокращается количество атомных станций как не совсем безопасных для проживающих поблизости людей.

Может использоваться химическая реакция, эти явления мы наблюдаем в аккумуляторах автомобилей и бытовых приборов. Батарейки к телефонам работают по тому же принципу. Ветровики применяются в местах с постоянным ветром, где источники электрической энергии содержат в конструкции обычный генератор высокой мощности.

Для питания целого города порой одной станции недостаточно, и источники электрической энергии комбинируются. Так, на крышах домов в теплых странах устанавливаются солнечные батареи, которые питают отдельные помещения. Постепенно экологически чистые источники заменят станции, загрязняющие атмосферу.

В автомобилях

Аккумуляторная батарея на транспорте — не единственный источник электрической энергии. Цепи автомобиля спроектированы с таким расчетом, что при движении начинается процесс преобразования кинетической энергии в электрическую. Это происходит благодаря генератору, в котором вращение катушек внутри магнитного поля порождает появление электродвижущей силы (ЭДС).

В сети начинает протекать ток, заряжающий аккумуляторную батарею, длительность работы которой зависит от её ёмкости. Зарядка начинается сразу после старта двигателя. То есть энергия вырабатывается за счет сжигания топлива. Последние разработки автомобилестроения позволили использовать ЭДС источника электрической энергии для движения транспорта.

В электромобилях мощные химические батареи вырабатывают ток в замкнутой цепи и служат источником питания. Здесь наблюдается обратный процесс: ЭДС вырабатывается в катушках приводной системы, что заставляет колеса крутиться. Токи во вторичной цепи огромные, пропорциональные скорости разгона и весу автомобиля.

Принцип работы катушки с магнитом

Протекающий ток через катушку вызывает появление переменного магнитного потока. Он, в свою очередь, оказывает на магниты выталкивающую силу, которая заставляет рамку с двумя разнополярными магнитами крутиться. Таким образом, источники электрической энергии служат узлом для движения авто.

Обратный процесс, когда рамка с магнитом вращается внутри обмоток, за счет кинетической энергии позволяет преобразовывать переменный магнитный поток в ЭДС катушек. Далее в цепи установлены стабилизаторы напряжения, обеспечивающие требуемые показатели питающей сети. По этому принципу вырабатывается электричество в гидроэлектростанциях, теплоэлектростанциях.

ЭДС в цепи появляется и в обычной замкнутой цепи. Она существует до тех пор, пока к проводнику приложена разность потенциалов. Электродвижущая сила нужна для описания характеристики источника энергии. Физическое определение термина звучит так: ЭДС в замкнутой цепи пропорциональна работе сторонних сил, осуществляющих перемещение одиночного положительного заряда через всё тело проводника.

Формула E = I*R — сопротивление учитывается полное, складывающееся из внутреннего сопротивления источника питания и результатов сложения сопротивления питаемого участка цепи.

Ограничения на установку подстанций

Любой проводник, по которому течет ток, вырабатывает электрическое поле. Источник энергии является излучателем электромагнитных волн. Вокруг мощных установок, на подстанциях или вблизи генераторных устройств оказывается влияние на здоровье человека. Поэтому были приняты меры по ограничению строящихся объектов вблизи жилых зданий.

На законодательном уровне установлены фиксированные расстояния до электрических объектов, за пределами которых живой организм находится в безопасности. Запрещены постройки мощных подстанций вблизи домов и на пути следования людей. Мощные установки должны иметь ограждения и закрытые входы.

Высоковольтные линии монтируются высоко над постройками и выносятся за пределы поселений. Для исключения влияния электромагнитных волн в жилой зоне источники энергии закрываются заземленными металлическими экранами. В простейшем случае используется сетка из проволоки.

Единицы измерения

Каждая величина источника энергии и цепи описывается количественными значениями. Это облегчает задачу проектирования и расчет нагрузки под конкретное питание. Единицы измерения связаны между собой физическими законами.

Для величин источников питания установлены следующие единицы:

• Сопротивление: R — Ом.
• ЭДС: E — вольт.
• Реактивное и полное сопротивление: X и Z — Ом.
• Ток: I — ампер.
• Напряжение: U — вольт.
• Мощность: P — Ватт.

Построение последовательных и параллельных схем питания

Расчет цепи усложняется, если используется соединение источников электрической энергии нескольких типов. Учитывается внутренние сопротивление каждой ветви и направление тока через проводники. Для измерения ЭДС каждого источника в отдельности потребуется разомкнуть цепь и непосредственно на выводах питающей батареи замерить потенциал прибором — вольтметром.

При замкнутой цепи прибор покажет падение напряжения, которое имеет меньшую величину. Для получения необходимого питания часто требуется несколько источников. В зависимости от задачи может использоваться несколько видов соединений:

• Последовательное. ЭДС цепи каждого источника складывается. Так, при использовании двух батареек номиналом 2 вольта получают в результате подключения 4 В.
• Параллельное. Такой вид применяется для увеличения емкости источника, соответственно, наблюдается более продолжительное время работы от аккумуляторов. ЭДС цепи при таком подключении не изменяется при равных номиналах батарей. Важно соблюсти полярность соединения.
• Комбинированные подключения редко используются, но на практике встречаются. Расчет результирующей ЭДС производится для каждого отдельного замкнутого участка. Учитывается полярность и направление тока ветвей.

Омы питающей сети

Внутреннее сопротивление источника электрической энергии учитывается для определения результирующей ЭДС. В общем виде электродвижущая сила рассчитывается по формуле E = I*R + I*r. Здесь R — сопротивление потребителей, а r — внутреннее сопротивление. Падение же напряжения высчитывают по следующей зависимости: U = E — Ir.

Ток, протекающий в цепи, рассчитывают согласно закону Ома полной цепи: I = E/(R + r). Внутреннее сопротивление способно оказывать влияние на силу тока. Чтобы такого не происходило, источник подбирают под нагрузку по следующему правилу: внутреннее сопротивление источника должно быть намного меньше полного общего сопротивления потребителей. Тогда учитывать его величину совсем необязательно из-за малой погрешности.

Как измерить Омы питающей сети?

Так как источники и приемники электрической энергии должны быть согласованы, то сразу возникает вопрос: как измерить внутреннее сопротивление источника? Ведь омметром не подключишься на контакты с имеющимися на них потенциалами. Для решения вопроса используется косвенный метод снятия показателей — потребуются значения дополнительных величин: ток и напряжение. Расчет производится по формуле r = U/I, где U — падение напряжения на внутреннем сопротивлении, а I — ток в цепи под нагрузкой.

Падение напряжения измеряется непосредственно на зажимах источника питания. В цепь подключается резистор известного номинала R. До проведения замеров следует зафиксировать вольтметром ЭДС источника при разомкнутой цепи — E. Далее подключают нагрузку и фиксируют показания — U нагр. и тока I.

Искомое падение напряжения на внутреннем сопротивлении U = E − U нагр. В итоге рассчитываем искомую величину r = (E − U нагр.)/I.

fb.ru

Основные источники электроэнергии в России. Виды и характеристики | ENARGYS.RU

В России действуют около 600 электростанций общей мощностью 218145,8 МВт.

По типу используемой энергии их можно разделить на три группы:

1. Тепловые – 68,4%;
2. Гидравлические – 20,3%;
3. Атомные – около 11.1%;
4. Альтернативные виды электроэнергии.

Чтобы выявить преимущества того или иного вида энергии рассматриваются четыре основных параметра:

1. Эффективность использования;
2. Применение природных ресурсов;
3. Влияние на окружающую среду;
4. Потенциальная опасность.

Теплоэлектростанции

ТЭС работают на преобразовании тепловой энергии топлива таких как, нефть, уголь, природный газ,в механическую, а затем в электрическую энергию.

К недостаткам теплоэлектростанций относится использование невозобновляемых ресурсов. Недостатком будет и влияние на окружающую среду так, как в химический состав топлива входит углерод, пагубно действующий на атмосферу, создавая так называемый «парниковый эффект». Также отрицательным будет и выброс в гидросферу теплоты с водой. Теплоэлектростанции являются взрывопожарными и химически опасными объектами.

Гидроэлектростанции

Преобразования энергии происходит за счет использования потока воды. ГЭС обладают значительным КПД до высокого 95%.

Основным преимуществом этого вида энергии является, экологически чистая кинетическая энергия воды.

Недостатком такого вида энергии является изменение водных биоценозов, и подтопление населенных пунктов вблизи ГЭС. Удерживаемые плотиной массы воды таят в себе огромную разрушительную силу.

Атомные электростанции

АЭС работают на использовании атомной (ядерной) энергии. КПД АЭС примерно равен ТЭС – 35%. В качестве топлива применяется ядерное горючее – уран, плутоний. При сжигании 1 кг урана можно извлечь столько же теплоты сколько из 3000 т каменного угля.

К недостаткам относится проблема захоронения атомных отходов, а также выброс в окружающую средурадионуклидов, оказывающих на человека и все живые существа мутагенное действие, и вызывающих лучевую болезнь. Потенциальная опасность радиационного загрязнения при авариях, представляет угрозу для жизни в течение многих лет.

Исходя из всего вышесказанного можно сделать следующие выводы, а именно:

1. Негативное влияние большинства электростанций на окружающую среду.
2. Неэффективное использование невозобновляемых природных ресурсов.
3. Потенциальная опасность для окружающего мира.

Исходя из всего этого, можно заключить, что необходима модернизация существующих электростанций или введение и поиск новых альтернативных видов источников энергии. Это требует значительных денежных затрат.

enargys.ru

Эффективные альтернативные источники энергии, их особенности и перспективы

Вопрос добычи электроэнергии с годами не теряет своей актуальности. Ученым казалось, что с появлением атомных электростанций человечество получит безграничное количество энергии и больше никогда не будет задаваться этим вопросом. Но все оказалось несколько иначе — запасы необходимого для АЭС урана U²³⁵ не бесконечны, и уже сейчас во многих странах, даже в США, чувствуется его недостаток. Есть методы получения другого необходимого топлива, например, плутония P²³⁹, искусственными методами, но этого далеко не достаточно. Доходит до того, что приходится использовать созданные ранее ядерные боеприпасы для извлечения из них вложенного ядерного заряда с целью использования на станциях.

Чтобы решить энергетический вопрос окончательно, многие разработчики обратили внимание на альтернативные источники электроэнергии.

К ним традиционно относят следующие:

• солнечные батареи;
• ветрогенераторы;
• тепло земли;
• биогазовый генератор;
• сила приливов и отливов, некоторые другие.

Рассмотрим использование этих альтернативных источников электричества более подробно.

Лучи Солнца

Посредством солнечных лучей на Землю переносится приблизительно 1000 кВт мощности ежегодно, что равно той энергии, которая выделяется при сгорании 100 л дизельного топлива. Это довольно большое количество, и его освоение занимает умы очень многих современных исследователей. Лучшим вариантом на сегодня для использования солнечного излучения являются солнечные батареи, часто объединенные по несколько десятков в большие блоки, так называемые панели. Принцип работы таких изделий простой — фотоны из лучей солнца, проходя через батареи, создают на полупроводниковом материале разность потенциалов, что и вызывает движение тока в электрической цепи.

Типичная батарея такого плана, имеющая площадь поверхности в 60–80 см², при хорошей солнечной погоде может давать ток около 1 А, чего достаточно для зарядки мобильного телефона, прослушивания радио и других несложных задач. Если соорудить большую панель из 40–50 таких элементов, то можно получить, соответственно, источник энергии на 40–50 А тока и 20–25 В напряжения. Такой мощности будет достаточно уже и для более серьезных задач: освещения помещения, зарядки автомобильного аккумулятора. Чтобы покрыть нужды частного дома в электричестве, всю поверхность его крыши покрывают такими солнечными панелями.

Солнечная альтернативная электроэнергетика — неплохой вариант добычи электричества, но способ имеет несколько недостатков, главными среди которых можно назвать высокую стоимость организации своей электростанции, а также полную зависимость от погодных условий: в случае пасмурной погоды вырабатываемой мощности будет очень мало.

Ветрогенераторы

Ветряки широко применяются во многих развитых странах мира: Голландии, Дании, Японии, США и других. Особенно эффективно их использование в гористой местности или на морских побережьях, где постоянно бушуют сильные ветры. Мощности современной электростанции из ветряных генераторов достаточно, чтобы покрывать нужды крупных сельскохозяйственных объектов, удаленных от цивилизации, или инфраструктуры небольших городов.

Конструкция ветряка выглядит следующим образом: в нем присутствуют лопасти определенной формы, которые жестко связаны с ротором установленного внутри электрогенератора. При движении лопастей ротор вращается, и генератор вырабатывает электричество. Чем крупнее лопасти, чем большее они создают вращение, чем больший и чем чаще возникает ветер в данной местности, тем больше электрогенератор будет вырабатывать электрической энергии. Подсчитано, что минимальная скорость ветра, при которой может работать ветрогенератор, равна около 2 м/с. Если постоянная скорость ветра будет больше 8–10 м/с, то вырабатываемого электричества будет достаточно, чтобы запитывать электросеть частного дома.

Недостатком этого способа считается то, что входящий в систему аккумулятор довольно быстро выходит из строя (из-за слишком частых циклов зарядки-разрядки), а его стоимость составляет ощутимую часть всей ветряной установки. От ветра могут повреждаться детали конструкции, что потребует регулярного ремонта.

Все чаще можно видеть, как люди оборудуют ветряки для дома. Невзирая на некоторые сложности, они способны работать голами и приносить владельцу немало выгод.

Геотермальные источники

Углубление в недра Земли показало: под пластами поверхности — высокая температура. Это можно видеть по таким явлениям, как, например, гейзеры — фонтаны горячей воды, бьющие из-под земли. Тепло земли также относится к альтернативным источникам энергии — его очень удобно использовать с помощью теплового насоса. Правда, стоит отметить, что работа насоса также требует подвода некоторого количества тока, но, как показывает практика, соотношение затраченной на работу насоса мощности по отношению к полученной от тепла недр земли составляет приблизительно 1:4–1:6, что вполне перекрывает расходы и делает этот метод очень выгодным.

Принцип реализации данного способа также довольно прост — к зоне повышенной температуры в земле проделывается скважина, куда потом устанавливается тепловой насос. Он служит для того, чтобы охлаждать горячую подземную воду, а в результате этого выделяется дополнительная энергия, которая по специальным коммуникациям направляется на потребителя.

Выгоды от использования такого метода добывания электричества очевидны, но есть и существенный минус — для дома площадью в 150 м² придется потратить на необходимые работы и оборудование около 20–30 тысяч долларов.

Биогазовые установки

Немалую популярность в последние годы набрало использование биомассы. Суть его состоит в том, что из различной биомассы (барда, птичьего помета, навоза и других подобных веществ) при брожении выделяется особый газ под названием целлюлозный этанол. Здесь альтернативное электричество можно получить, просто сжигая получаемый таким образом газ.

Чтобы реализовать такую задумку, учеными были разработаны специальные биогазовые установки, которые сейчас продаются по довольно доступным ценам. Наиболее выгодно их использовать различным фермерским хозяйствам, где биологические отходы являются неотъемлемой частью производственного цикла. Единожды потратившись на биогазовую конструкцию, фермер может получить отличный источник близкого к природному газа, который в итоге легко преобразовать как в тепло, так и в электричество.

Приливы и отливы

Еще один интересный альтернативный источник энергии, который широко применяется в морских странах. Благодаря естественным приливам и отливам, вода постоянно движется. Если установить на некоторой глубине водяные турбины, то они, используя это движение масс воды, будут вырабатывать довольно немалую мощность. Примечательно, что даже учитывая низкую скорость воды от приливов и отливов, водяные турбины могут показывать высокую эффективность работы. Это можно увидеть на примере крупнейшей в мире приливной электростанции, находящейся во Франции и способной давать целых 240 мВт мощности.

В качестве заключения стоит сказать, что это не все возможные способы получения тока. Они совершенствуются и разрабатываются постоянно, но наибольшего практического результата удалось добиться именно указанными методами. Они уже сейчас способны составить достойную альтернативу традиционным вариантам получения электричества, а в некоторых случаях полностью их заместить.

‘; blockSettingArray[0][«setting_type»] = 6; blockSettingArray[0][«elementPlace»] = 2; blockSettingArray[1] = []; blockSettingArray[1][«minSymbols»] = 0; blockSettingArray[1][«minHeaders»] = 0; blockSettingArray[1][«text»] = ‘

‘; blockSettingArray[1][«setting_type»] = 6; blockSettingArray[1][«elementPlace»] = 0; blockSettingArray[3] = []; blockSettingArray[3][«minSymbols»] = 1000; blockSettingArray[3][«minHeaders»] = 0; blockSettingArray[3][«text»] = ‘

ekoenergia.ru

Реф — Источники электрической энергии, реферат — — МГТУ

Содержание

• Введение…………………………………………………………………………………………………….
• Производство электроэнергии…………………………………………………………………….
  • Типы электростанций………………………………………………………………………………
• Альтернативные источники энергии………………………………………………………….
  • Энергия солнца………………………………………………………………………………………
  • Ветровая энергия……………………………………………………………………………………
  • Энергия земли………………………………………………………………………………………..
• Передача электроэнергии………………………………………………………………………….
  • Трансформаторы……………………………………………………………………………………
  • Передача электроэнергии……………………………………………………………………….
• Список используемой литературы……………………………………………………………..

Введение…………………………………………………………………………………………………….

Рождение энергетики произошло несколько миллионов лет тому назад, когда люди научились использовать огонь. Огонь давал им тепло и свет, был источником вдохновения и оптимизма, оружием против врагов и диких зверей, лечебным средством, помощником в земледелии, консервантом продуктов, технологическим средством и т.д. Прекрасный миф о Прометее, даровавшем людям огонь, появился в Древней Греции значительно позже того, как во многих частях света были освоены методы довольно изощренного обращения с огнем, его получением и тушением, сохранением огня и рациональным использованием топлива. На протяжении многих лет огонь поддерживался путем сжигания растительных энергоносителей (древесины, кустарников, камыша, травы, сухих водорослей и т.п.), а затем была обнаружена возможность использовать для поддержания огня ископаемые вещества: каменный уголь, нефть, сланцы, торф. На сегодняшний день энергия остается главной составляющей жизни человека. Она дает возможность создавать различные материалы, является одним из главных факторов при разработке новых технологий. Попросту говоря, без освоения различных видов энергии человек не способен полноценно существовать.

Рисунок 1 — Схема КЭС

Тепловые конденсационные электростанции имеют невысокий КПД (30-40%), так как большая часть энергии теряется с отходящими топочными газами и охлаждающей водой конденсатора. Сооружать КЭС выгодно в непосредственной близости от мест добычи топлива. При этом потребители электроэнергии могут находиться на значительном расстоянии от станции. Теплоэлектроцентраль отличается от конденсационной станции, установленной на ней специальной теплофикационной турбиной с отбором пара. На ТЭЦ одна часть пара полностью используется в турбине для выработки электроэнергии в генераторе 5 и затем поступает в конденсатор 6, а другая, имеющая большую температуру и давление, отбирается от промежуточной ступени турбины и используется для теплоснабжения. Конденсат насосом 7 через деаэратор 8 и далее питательным насосом 9 подается в парогенератор. Количество отбираемого пара зависит от потребности предприятий в тепловой энергии. Коэффициент полезного действия ТЭЦ достигает 60-70%. Такие станции строят обычно вблизи потребителей — промышленных предприятий или жилых массивов. Чаще всего они работают на привозном топливе. Значительно меньшее распространение получили тепловые станции с газотурбинными (ГТЭС), парогазовыми (ПГЭС) и дизельными установками. В камере сгорания ГТЭС сжигают газ или жидкое топливо; продукты сгорания с температурой 750—900 ºС поступают в газовую турбину,

вращающую электрогенератор. КПД таких ТЭС обычно составляет 26-28%, мощность — до нескольких сотен МВт. ГТЭС обычно применяются для покрытия пиков электрической нагрузки. КПД ПГЭС может достигать 42- 43%. Наиболее экономичными являются крупные тепловые паротурбинные электростанции (сокращенно ТЭС). Большинство ТЭС нашей страны используют в качестве топлива угольную пыль. Для выработки 1 кВтч электроэнергии затрачивается несколько сот граммов угля. В паровом котле свыше 90% выделяемой топливом энергии передается пару. В турбине кине- тическая энергия струй пара передается ротору. Вал турбины жестко соединен с валом генератора. Современные паровые турбины для ТЭС — весьма совершенные, быстроходные, высокоэкономичные машины с большим ресурсом работы. Их мощность в одновальном исполнении достигает 1 млн. 200 тыс. кВт, и это не является пределом. Такие машины всегда бывают многоступенчатыми, т. е. имеют обычно несколько десятков дисков с рабочими лопатками и такое же количество, перед каждым диском, групп сопел, через которые протекает, струя пара. Давление и температура пара постепенно снижаются. Из курса физики известно, что КПД тепловых двигателей увеличивается с ростом начальной температуры рабочего тела. Поэтому поступающий в турбину пар доводят до высоких параметров: температуру — почти до 550 °С и давление — до 25 МПа. Коэффициент полезного действия ТЭС достигает 40%. Большая часть энергии теряется вместе с горячим отработанным паром.

Гидроэлектрическая станция (ГЭС), комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в

По максимально используемому напору ГЭС делятся на высоконапорные (более 60 м), средненапорные (от 25 до 60 м) и низконапорные (от 3 до 25 м). На равнинных реках напоры редко превышают 100 м, в горных условиях посредством плотины можно создавать напоры до 300 м и более, а с помощью деривации — до 1500 м. Подразделение ГЭС по используемому напору имеет приблизительный, условный характер. По схеме использования водных ресурсов и концентрации напоров ГЭС обычно подразделяют на русловые, приплотинные, деривационные с напорной и безнапорной деривацией, смешанные, гидроаккумулирующие и приливные. В русловых и приплотинных ГЭС напор воды создаётся плотиной, пе- регораживающей реку и поднимающей уровень воды в верхнем бьефе. При этом неизбежно некоторое затопление долины реки. Русловые и приплотинныс ГЭС строят и на равнинных многоводных реках, и на горных реках, в узких сжатых долинах. Для русловых ГЭС характерны напоры до 30-40 м. При более высоких напорах оказывается нецелесообразным передавать на здание ГЭС гидростатичное давление воды. В этом случае применяется тип плотиной ГЭС, у которой напорный фронт на всём протяжении перекрывается плотиной, а здание ГЭС располагается за плотиной, примыкает к нижнему бьефу. Другой вид компоновки приплотинная ГЭС соответствует горным условиям при сравнительно малых расходах реки. В деривационных ГЭС концентрация падения реки создаётся по- средством деривации; вода в начале используемого участка реки отводится из речного русла водоводом, с уклоном, значительно меньшим, чем средний уклон реки на этом участке и со спрямлением изгибов и поворотов русла. Конец деривации подводят к месту расположения здания ГЭС. Отработанная вода либо возвращается в реку, либо подводится к следующей де- ривационной ГЭС. Деривация выгодна тогда, когда уклон реки велик.

Особое место среди ГЭС занимают гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) и приливные электростанции (ПЭС). Сооружение ГАЭС обусловлено ростом потребности в пиковой мощности в крупных энергетических системах, что и определяет генераторную мощность, тре- бующуюся для покрытия пиковых нагрузок. Способность ГАЭС аккумулировать энергию основана на том, что свободная в энергосистеме в некоторый период времени электрическая энергия используется агрегатами ГАЭС, которые, работая в режиме насоса, нагнетают воду из водохранилища в верхний аккумулирующий бассейн. В период пиков нагрузки аккумулированная энергия возвращается в энергосистему (вода из верхнего бассейна поступает в напорный трубопровод и вращает гидроагрегаты, работающие в режиме генератора тока). ПЭС преобразуют энергию морских приливов в электрическую. Электроэнергия приливных ГЭС в силу некоторых особенностей, связанных с периодичным характером приливов и отливов, может быть использована в энергосистемах лишь совместно с энергией регулирующих электростанций, которые восполняют провалы мощности приливных электростанций в течение суток или месяцев. Важнейшая особенность гидроэнергетических ресурсов по сравнению с топливно-энергетическими ресурсами — их непрерывная возобновляемость. Отсутствие потребности в топливе для ГЭС определяет низкую себестоимость вырабатываемой на ГЭС электроэнергии. Поэтому сооруже- нию ГЭС, несмотря на значительные, удельные капиталовложения на 1 кВт установленной мощности и продолжительные сроки строительства, придавалось и придаётся большое значение, особенно когда это связано с размещением электроёмких производств. Атомная электростанция (АЭС), электростанция, в которой атомная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую. Генератором энергии на АЭС является атомный реактор. Тепло, которое выделяется в реакторе в результате цепной реакции деления ядер некоторых тяжёлых элементов,

реактора поступает в теплообменник (парогенератор) 3, где передаёт тепло, полученное в реакторе воде 2-го контура. Вода 2-го контура испаряется в парогенераторе, и образуется пар, который затем поступает в турбину 4. Наиболее часто на АЭС применяют 4 типа реакторов на тепловых нейтронах:

1) водо-водяные с обычной водой в качестве замедлителя и теплоносителя; 2) графитоводные с водяным теплоносителем и графитовым замедлителем; 3) тяжеловодные с водяным теплоносителем и тяжёлой водой в качестве замедлителя; 4) граффито — газовые с газовым теплоносителем и графитовым замедлителем. Выбор преимущественно применяемого типа реактора определяется главным образом накопленным опытом в реактороносителе, а также наличием необходимого промышленного оборудования, сырьевых запасов и т. д. К реактору и обслуживающим его системам относятся: собственно, реактор с биологической защитой, теплообменники, насосы или газодувные установки, осуществляющие циркуляцию теплоносителя, трубопроводы и арматура циркуляции контура, устройства для перезагрузки ядерного горючего, системы специальной вентиляции, аварийного расхолаживания и др. Для предохранения персонала АЭС от радиационного облучения реактор окружают биологической защитой, основным материалом для которой служат бетон, вода, серпантиновый песок. Оборудование реакторного контура должно быть полностью герметичным. Предусматривается система контроля мест возможной утечки теплоносителя, принимают меры, чтобы появление не плотностей и разрывов контура не приводило к радиоактивным выбросам и загрязнению помещений АЭС и окружающей местности. Радиоактивный воздух и небольшое количество паров теплоносителя, обусловленное наличием протечек из контура, удаляют из необслуживаемых помещений АЭС специальной системой вентиляции, в

которой для исключения возможности загрязнения атмосферы предусмот- рены очистные фильтры и газгольдеры выдержки. За выполнением правил радиационной безопасности персоналом АЭС следит служба дозиметрического контроля. Наличие биологической защиты, систем специальной вентиляции и аварийного расхолаживания и службы дозиметрического контроля позволяет полностью обезопасить обслуживающий персонал АЭС от вредных воздействий радиоактивного облучения. АЭС, являющиеся наиболее современным видом электростанций, имеют ряд существенных преимуществ перед другими видами электростанций: при нормальных условиях функционирования они абсолютно не загрязняют окружающую среду, не требуют привязки к источнику сырья и соответственно могут быть размещены практически везде. Новые энергоблоки имеют мощность практически равную мощности средней ГЭС, однако коэффициент использования установленной мощности на АЭС (80%) значительно превышает этот показатель у ГЭС или ТЭС. Значительных недостатков АЭС при нормальных условиях функционирования практически не имеют. Однако нельзя не заметить опасность АЭС при возможных форс-мажорных обстоятельствах: землетрясениях, ураганах, и т. п. — здесь старые модели энергоблоков представляют потенциальную опасность радиационного заражения территорий из-за неконтролируемого перегрева реактора.

Но в наши дни двигатели, использующие ветер, покрывают всего одну тысячную мировых потребностей в энергии. Потому к созданию конструкций ветроколеса-сердца любой ветроэнергетической установки привлекаются специалисты-самолетостроители, умеющие выбрать наиболее целесообразный профиль лопасти, исследовать его в аэродинамической трубе. Усилиями ученых и инженеров созданы самые разнообразные конструкции современных ветровых установок.

Энергия Земли. Издавна люди знают о стихийных проявлениях гигантской энергии, таящейся в недрах земного шара. Память человечества хранит предания о катастрофических извержениях вулканов, унесших миллионы человеческих жизней, неузнаваемо изменивших облик многих мест на Земле. Мощность извержения даже сравнительно небольшого вулкана колоссальна, она многократно превышает мощность самых крупных энергетических установок, созданных руками человека. Правда, о непосредственном использовании энергии вулканических извержений говорить не приходится, нет пока у людей возможностей обуздать эту непокорную стихию. Энергия Земли пригодна не только для отопления помещений, как это происходит в Исландии, но и для получения электроэнергии. Уже давно работают электростанции, использующие горячие подземные источники. Первая такая электростанция, совсем еще маломощная, была построена в 1904 году в небольшом итальянском городке Лардерелло. Постепенно мощность электростанции росла, в строй вступали все новые агрегаты, использовались новые источники горячей воды, и в наши дни мощность станции достигла уже внушительной величины — 360 тысяч киловатт.

Передача электроэнергии………………………………………………………………………….

Трансформаторы.

Вы приобрели холодильник ЗИЛ. Продавец вас предупредил, что холодильник рассчитан на напряжение в сети 220 В. А у вас в доме сетевое напряжение 127 В. Безвыходное положение? Ничуть. Просто придется сделать дополнительную затрату и приобрести трансформатор. Трансформатор — очень простое устройство, которое позволяет, как повышать, так и понижать напряжение. Преобразование переменного тока осуществляется с помощью трансформаторов. Впервые трансформаторы были использованы в 1878 г. русским ученым П. Н. Яблочковым для питания изобретенных им «электрических свечей» — нового в то время источника света. Идея П. Н. Яблочкова была развита сотрудником Московского университета И. Ф. Усагиным, сконструировавшим усовершенствованные трансформаторы. Трансформатор состоит из замкнутого железного сердечника, на который надеты две (иногда и более) катушки с проволочными обмотками (рис. 3). Одна из обмоток, называемая первичной, подключается к источнику переменного напряжения. Вторая обмотка, к которой присоединяют «нагрузку», т. е. приборы и устройства, потребляющие электроэнергию, называется вторичной.

Рисунок 3 — Трансформатор Рисунок 4 — трансформатор с двумя обмотками

Сумма напряжения u 1 , приложенного к первичной обмотке, и ЭДС e 1 должна равняться падению напряжения в первичной обмотке:

u 1 + e 1 = i 1 R 1 , где R 1 — активное сопротивление обмотки, а i 1 — сила тока в ней. Данное уравнение непосредственно вытекает из общего уравнения. Обычно активное сопротивление обмотки мало и членом i 1 R 1 можно пренебречь. Поэтому u 1 ≈ — e 1. (2) При разомкнутой вторичной обмотке трансформатора ток в ней не течет, и имеет место соотношение: u 2 ≈ — e 2. (3) Так как мгновенные значения ЭДС e 1 и e 2 изменяются синфазно, то их отношение в формуле (1) можно заменить отношением действующих значений E 1 и E 2 этих ЭДС или, учитывая равенства (2) и (3), отношением действующих значений напряжений U 1 и U 2.

U 1 /U 2 = E 1 /E 2 = n 1 / n 2 = k. (4) Величина k называется коэффициентом трансформации. Если k>1, то трансформатор является понижающим, при k<1 — повышающим. При замыкании цепи вторичной обмотки в ней течет ток. Тогда соотношение u 2 ≈ — e 2 уже не выполняется точно, и соответственно связь между U 1 и U 2 становится более сложной, чем в уравнении (4). Согласно закону сохранения энергии, мощность в первичной цепи должна равняться мощности во вторичной цепи:

U 1 I 1 = U 2 I2, (5)

где I 1 и I 2 — действующие значения силы в первичной и вторичной обмотках. Отсюда следует, что U 1 /U 2 = I 1 /I 2. (6)

Это означает, что, повышая с помощью трансформатора напряжение в несколько раз, мы во столько же раз уменьшаем силу тока (и наоборот). Вследствие неизбежных потерь энергии на выделение тепла в обмотках и железном сердечнике уравнения (5) и (6) выполняются приближенно. Однако в современных мощных трансформаторах суммарные потери не превышают 2-3%. В житейской практике часто приходится иметь дело с трансформаторами. Кроме тех трансформаторов, которыми мы пользуемся волей-неволей из-за того, что промышленные приборы рассчитаны на одно напряжение, а в городской сети используется другое, — кроме них приходится иметь дело с бобинами автомобиля. Бобина — это повышающий трансформатор. Для создания искры, поджигающей рабочую смесь, требуется высокое напряжение, которое мы и получаем от аккумулятора автомобиля, предварительно превратив постоянный ток аккумулятора в переменный с помощью прерывателя. Нетрудно сообразить, что с точностью до потерь энергии, идущей на нагревание трансформатора, при повышении напряжения уменьшается сила тока, и наоборот. Для сварочных аппаратов требуются понижающие трансформаторы. Для сварки нужны очень сильные токи, и трансформатор сварочного аппарата имеет всего лишь один выходной виток. Вы, наверное, обращали внимание, что сердечник трансформатора изготовляют из тонких листиков стали. Это сделано для того, чтобы не терять энергии при преобразовании напряжения. В листовом материале вихревые токи будут играть меньшую роль, чем в сплошном. Дома вы имеете дело с маленькими трансформаторами. Что же касается мощных трансформаторов, то они представляют собой огромные сооружения. В этих случаях сердечник с обмотками помещен в бак, заполненный охлаждающим маслом.

напряжение в 500 кв. Между тем генераторы переменного тока строят на напряжения, не превышающие 16—20 кв., так как более высокое напряжение потребовало бы принятия более сложных специальных мер для изоля

www.studocu.com