Виробництво та використання електричної енергії. Реферат: Виробництво, передача та використання електроенергії

Сторінка 1

Вступ.

Народження енергетики сталося кілька мільйонів років тому, коли люди навчилися використати вогонь. Вогонь давав їм тепло та світло, був джерелом натхнення та оптимізму, зброєю проти ворогів та диких звірів, лікувальним засобом, помічником у землеробстві, консервантом продуктів, технологічним засобом тощо.

Прекрасний міф про Прометея, який подарував людям вогонь, з'явився в Стародавню Греціюзначно пізніше того, як у багатьох частинах світу були освоєні методи досить витонченого поводження з вогнем, його одержанням та гасінням, збереженням вогню та раціональним використанням палива.

Протягом багатьох років вогонь підтримувався шляхом спалювання рослинних енергоносіїв (деревини, чагарників, очерету, трави, сухих водоростей тощо), а потім було виявлено можливість використовувати для підтримки вогню викопні речовини: кам'яне вугілля, нафту, сланці, торф.

На сьогоднішній день енергія залишається головною складовою життя людини. Вона дає можливість створювати різні матеріалиє одним з головних факторів при розробці нових технологій. Простіше кажучи, без освоєння різних видівенергії людина не здатна повноцінно існувати.

Виробництво електроенергії.

Типи електростанцій.

Теплова електростанція (ТЕС), електростанція, що виробляє електричну енергію внаслідок перетворення теплової енергії, що виділяється при спалюванні органічного палива. Перші ТЕС з'явилися наприкінці 19 століття та набули переважного поширення. У середині 70-х років 20 століття ТЕС – основний вид електричної станції.

На теплових електростанціях хімічна енергія палива перетворюється спочатку на механічну, а потім на електричну. Паливом для такої електростанції можуть бути вугілля, торф, газ, горючі сланці, мазут.

Теплові електричні станції поділяють на конденсаційні (КЕС), призначені для вироблення тільки електричної енергії, та теплоелектроцентралі (ТЕЦ), що виробляють крім електричної енергії теплову енергіюу вигляді гарячої водита пара. Великі КЕС районного значення одержали назву державних районних електростанцій (ДРЕС).

Найпростіша принципова схемаКЕС, що працює на вугіллі, представлена ​​малюнку. Вугілля подається в паливний бункер 1, та якщо з нього - в дробильну установку 2, де перетворюється на пил. Вугільний пил надходить у топку парогенератора (парового котла) 3, має систему трубок, в яких циркулює хімічно очищена вода, звана поживною. У котлі вода нагрівається, випаровується, а насичена пара, що утворилася, доводиться до температури 400-650 °С і під тиском 3-24 МПа надходить по паропроводу в парову турбіну 4. Параметри пари залежать від потужності агрегатів.

Теплові конденсаційні електростанції мають невисокий ккд (30- 40%), так як більша частина енергії втрачається з топковими газами, що відходять, і охолоджувальною водою конденсатора. Споруджувати КЕС вигідно в безпосередній близькості від місць видобутку палива. При цьому споживачі електроенергії можуть бути на значній відстані від станції.

Теплоелектроцентраль відрізняється від конденсаційної станції встановленої у ньому спеціальної теплофікаційної турбіною з відбором пари. На ТЕЦ одна частина пари повністю використовується в турбіні для вироблення електроенергії в генераторі 5 і потім надходить у конденсатор 6, а інша, що має велику температуру і тиск, відбирається від проміжного ступеня турбіни і використовується для теплопостачання. Конденсат насосом через 7 деаератор 8 і далі поживним насосом 9 подається в парогенератор. Кількість пари залежить від потреби підприємств в тепловій енергії.

Коефіцієнт корисної діїТЕЦ сягає 60-70%. Такі станції будують зазвичай поблизу споживачів – промислових підприємств чи житлових масивів. Найчастіше вони працюють на паливі, що привіз.

Значно меншого поширення набули теплові станції з газотурбінними (ГТЕС), парогазовими (ПГЕС) та дизельними установками.

У камері згоряння ГТЕС спалюють газ або рідке паливо; продукти згоряння з температурою 750-900 ºС надходять у газову турбіну, що обертає електрогенератор. ККД таких ТЕС зазвичай становить 26-28%, потужність - до кількох сотень МВт. ГТЕС зазвичай застосовують для покриття піків електричного навантаження. Ккд ПГЕС може сягати 42 - 43%.

Найбільш економічними є великі теплові паротурбінні електростанції (скорочено ТЕС). Більшість ТЕС нашої країни використовують як паливо вугільний пил. Для вироблення 1 кВт-год електроенергії витрачається кілька сотень грамів вугілля. У паровому котлі понад 90% енергії, що виділяється паливом, передається пару. У турбіні кінетична енергія струменів пари передається ротору. Вал турбіни жорстко з'єднаний із валом генератора.

Сучасні парові турбіни для ТЕС - досконалі, швидкохідні, високоекономічні машини з великим ресурсом роботи. Їхня потужність в одновальному виконанні досягає 1 млн. 200 тис. кВт, і це не є межею. Такі машини завжди бувають багатоступінчастими, тобто мають зазвичай кілька десятків дисків з робочими лопатками і таку ж кількість перед кожним диском груп сопел, через які протікає струмінь пари. Тиск та температура пари поступово знижуються.

З курсу фізики відомо, що ККД тепловихдвигунів збільшується зі зростанням початкової температури робочого тіла. Тому пар, що надходить в турбіну, доводять до високих параметрів: температуру - майже до 550 °С і тиск - до 25 МПа. Коефіцієнт корисної дії ТЕС сягає 40%. Більша частинаенергії втрачається разом із гарячою відпрацьованою парою.

Гідроелектрична станція (ГЕС), комплекс споруд та обладнання, за допомогою яких енергія потоку води перетворюється на електричну енергію. ГЕС складається з послідовного ланцюга гідротехнічних споруд, що забезпечують необхідну концентрацію потоку води і створення напору, і енергетичного обладнання, що перетворює енергію води, що рухається під напором води в механічну енергіюобертання, яке, своєю чергою, перетворюється на електричну енергію.

Реферат

по фізиці

на тему «Виробництво, передача та використання електроенергії»

учениці 11 класу А

МОУ школи №85

Катерини.

Вчитель:

2003 р.

План реферату

Вступ.

1. Виробництво електроенергії.

1. типи електростанцій.

2. альтернативні джерела енергії

2. Передача електроенергії

• трансформатори.

3.

Вступ.

Народження енергетики сталося кілька мільйонів років тому, коли люди навчилися використати вогонь. Вогонь давав їм тепло та світло, був джерелом натхнення та оптимізму, зброєю проти ворогів та диких звірів, лікувальним засобом, помічником у землеробстві, консервантом продуктів, технологічним засобом тощо.

Прекрасний міф про Прометея, що давав людям вогонь, з'явився у Стародавній Греції значно пізніше, як у багатьох частинах світу було освоєно методи досить витонченого поводження з вогнем, його отриманням і гасінням, збереженням вогню та раціональним використанням палива.

Протягом багатьох років вогонь підтримувався шляхом спалювання рослинних енергоносіїв (деревини, чагарників, очерету, трави, сухих водоростей тощо), а потім виявили можливість використовувати для підтримки вогню викопні речовини: кам'яне вугілля, нафту, сланці, торф.

На сьогоднішній день енергія залишається головною складовою життя людини. Вона дає можливість створювати різні матеріали, одна із головних чинників розробки нових технологій. Простіше кажучи, без освоєння різних видів енергії людина не здатна повноцінно існувати.

Виробництво електроенергії.

Типи електростанцій.

Теплова електростанція (ТЕС), електростанція, що виробляє електричну енергію внаслідок перетворення теплової енергії, що виділяється при спалюванні органічного палива. Перші ТЕС з'явилися наприкінці 19 століття та набули переважного поширення. У середині 70-х років 20 століття ТЕС – основний вид електричної станції.

На теплових електростанціях хімічна енергія палива перетворюється спочатку на механічну, а потім на електричну. Паливом для такої електростанції можуть бути вугілля, торф, газ, горючі сланці, мазут.

Теплові електричні станції поділяють на конденсаційні(КЕС), призначені для вироблення тільки електричної енергії, та теплоелектроцентралі(ТЕЦ), що виробляють крім електричної теплову енергію у вигляді гарячої води та пари. Великі КЕС районного значення одержали назву державних районних електростанцій (ДРЕС).

Найпростіша принципова схема КЕС, що працює на вугіллі, представлена ​​малюнку. Вугілля подається в паливний бункер 1, та якщо з нього - в дробильну установку 2, де перетворюється на пил. Вугільний пил надходить у топку парогенератора (парового котла) 3, має систему трубок, в яких циркулює хімічно очищена вода, звана поживною. У котлі вода нагрівається, випаровується, а насичена пара, що утворилася, доводиться до температури 400-650 °С і під тиском 3-24 МПа надходить по паропроводу в парову турбіну 4. Параметри пари залежать від потужності агрегатів.

Теплові конденсаційні електростанції мають невисокий ккд (30- 40%), так як більша частина енергії втрачається з топковими газами, що відходять, і охолоджувальною водою конденсатора. Споруджувати КЕС вигідно в безпосередній близькості від місць видобутку палива. При цьому споживачі електроенергії можуть бути на значній відстані від станції.

Теплоелектроцентральвідрізняється від конденсаційної станції встановленої у ньому спеціальної теплофікаційної турбіною з відбором пари. На ТЕЦ одна частина пари повністю використовується в турбіні для вироблення електроенергії в генераторі 5 і потім надходить у конденсатор 6, а інша, що має велику температуру і тиск, відбирається від проміжного ступеня турбіни і використовується для теплопостачання. Конденсат насосом через 7 деаератор 8 і далі поживним насосом 9 подається в парогенератор. Кількість пари залежить від потреби підприємств в тепловій енергії.

Коефіцієнт корисної дії ТЕЦ сягає 60-70%. Такі станції будують зазвичай поблизу споживачів – промислових підприємств чи житлових масивів. Найчастіше вони працюють на паливі, що привіз.

Значно меншого поширення набули теплові станції з газотурбінними(ГТЕС), парогазовими(ПГЕС) та дизельними установками.

У камері згоряння ГТЕС спалюють газ або рідке паливо; продукти згоряння з температурою 750-900 ºС надходять у газову турбіну, що обертає електрогенератор. ККД таких ТЕС зазвичай становить 26-28%, потужність - до кількох сотень МВт . ГТЕС зазвичай застосовують для покриття піків електричного навантаження. Ккд ПГЕС може сягати 42 - 43%.

Найбільш економічними є великі теплові паротурбінні електростанції (скорочено ТЕС). Більшість ТЕС нашої країни використовують як паливо вугільний пил. Для вироблення 1 кВт-год електроенергії витрачається кілька сотень грамів вугілля. У паровому котлі понад 90% енергії, що виділяється паливом, передається пару. У турбіні кінетична енергія струменів пари передається ротору. Вал турбіни жорстко з'єднаний із валом генератора.

Сучасні парові турбіни для ТЕС - досконалі, швидкохідні, високоекономічні машини з великим ресурсом роботи. Їхня потужність в одновальному виконанні досягає 1 млн. 200 тис. кВт, і це не є межею. Такі машини завжди бувають багатоступінчастими, тобто мають зазвичай кілька десятків дисків з робочими лопатками і таку ж кількість перед кожним диском груп сопел, через які протікає струмінь пари. Тиск та температура пари поступово знижуються.

З курсу фізики відомо, що ККД теплових двигунів збільшується зі зростанням початкової температури робочого тіла. Тому пар, що надходить в турбіну, доводять до високих параметрів: температуру - майже до 550 °С і тиск - до 25 МПа. Коефіцієнт корисної дії ТЕС сягає 40%. Більша частина енергії втрачається разом із гарячою відпрацьованою парою.

Гідроелектрична станція (ГЕС), комплекс споруд та обладнання, за допомогою яких енергія потоку води перетворюється на електричну енергію. ГЕС складається з послідовного ланцюга гідротехнічних споруд,що забезпечують необхідну концентрацію потоку води і створення напору, і енергетичного обладнання, що перетворює енергію води, що рухається під натиском води в механічну енергію обертання, яка, у свою чергу, перетворюється в електричну енергію.

Натиск ГЕС створюється концентрацією падіння річки на ділянці, що використовується греблею, або деривацією,або греблею і деривацією разом. Основне енергетичне обладнання ГЕС розміщується у будівлі ГЕС: у машинному залі електростанції - гідроагрегати,допоміжне обладнання, пристрої автоматичного керуваннята контролю; у центральному посту управління - пульт оператора-диспетчера або автооператор гідроелектростанції.Підвищуюча трансформаторна підстанціярозміщується як усередині будівлі ГЕС, так і в окремих будинках або на відкритих майданчиках. Розподільні пристроїчасто розташовуються на відкритому майданчику. Будівля ГЕС може бути розділена на секції з одним або декількома агрегатами та допоміжним обладнанням, відокремленими від суміжних частин будівлі. При будівлі ГЕС або всередині нього створюється монтажний майданчик для збирання та ремонту різного обладнання та для допоміжних операцій з обслуговування ГЕС.

за встановленої потужності(у МВт)розрізняють ГЕС потужні(св. 250), середні(до 25) та малі(до 5). Потужність ГЕС залежить від напору (різниці рівнів верхнього та нижнього б'єфу) ), витрати води, що використовується в гідротурбінах, та ккд гідроагрегату. З ряду причин (внаслідок, наприклад, сезонних змін рівня води у водоймах, непостійності навантаження енергосистеми, ремонту гідроагрегатів або гідротехнічних споруді т. п.) натиск і витрата води безперервно змінюються, а, крім того, змінюється витрата при регулюванні потужності ГЕС. Розрізняють річний, тижневий та добовий цикли режиму роботи ГЕС.

За максимально використовуваним тиском ГЕС діляться на високонапірні(більше 60 м), середньонапірні(від 25 до 60 м)і низьконапірні(від 3 до 25 м).На рівнинних річках натиски рідко перевищують 100 м,у гірських умовах за допомогою греблі можна створювати напори до 300 мі більше, а за допомогою деривації – до 1500 м.Підрозділ ГЕС по натиску, що використовується, має приблизний, умовний характер.

За схемою використання водних ресурсів та концентрації напорів ГЕС зазвичай поділяють на руслові, прищільні, дериваційні з напірною та безнапірною деривацією, змішані, гідроакумулюючіі приливні.

У руслових і приплотинних ГЕС тиск води створюється греблею, що перегороджує річку і піднімає рівень води у верхньому б'єфі. При цьому неминуче деяке затоплення долини річки. Руслові і приплотинні ГЕС будують і на рівнинних багатоводних річках і на гірських річках, у вузьких стиснутих долинах. Для руслових ГЕС характерні натиски до 30-40 м.

При більш високих натисканнях виявляється недоцільним передавати на будівлю ГЕС гідростатичний тиск води. У цьому випадку застосовується тип греблеюГЕС, у якої напірний фронт на всьому протязі перекривається греблею, а будівля ГЕС розташовується за греблею, примикає до нижнього б'єфу.

Інший вид компонування прищільнаГЕС відповідає гірським умовам за порівняно малих витрат річки.

У дериваційнихГЕС концентрація падіння річки створюється у вигляді деривації; вода на початку використовуваної ділянки річки відводиться з річкового русла водоводом, з ухилом значно меншим, ніж середній ухил річки на цій ділянці і з випрямленням вигинів і поворотів русла. Кінець деривації підводять до місця розташування будівлі ГЕС. Відпрацьована вода або повертається в річку, або підводиться до наступної дериваційної ГЕС. Деривація вигідна тоді, коли ухил річки великий.

Особливе місце серед ГЕС займають гідроакумулюючі електростанції(ГАЕС) та приливні електростанції(ПЕМ). Спорудження ГАЕС зумовлене зростанням потреби у піковій потужності у великих енергетичних системахщо визначає генераторну потужність, потрібну для покриття пікових навантажень. Здатність ГАЕС акумулювати енергію заснована на тому, що вільна в енергосистемі в певний період електрична енергія використовується агрегатами ГАЕС, які, працюючи в режимі насоса, нагнітають воду з водосховища у верхній басейн, що акумулює. У період піків навантаження акумульована енергія повертається в енергосистему (вода з верхнього басейну надходить у напірний трубопровіді обертає гідроагрегати, що працюють у режимі генератора струму).

ПЕМ перетворять енергію морських припливівв електричну. Електроенергія приливних ГЕС через деякі особливості, пов'язані з періодичним характером припливів і відливів, може бути використана в енергосистемах лише спільно з енергією електростанцій, що регулюють, які заповнюють провали потужності приливних електростанцій протягом доби або місяців.

Найважливіша особливість гідроенергетичних ресурсів порівняно з паливно-енергетичними ресурсами – їхня безперервна відновлюваність. Відсутність потреби в паливі для ГЕС визначає низьку собівартість електроенергії, що виробляється на ГЕС. Тому спорудженню ГЕС, незважаючи на значні, питомі капіталовкладення на 1 кВтвстановленої потужності та тривалі терміни будівництва, надавалося і надається великого значення, особливо коли це пов'язано з розміщенням електроємних виробництв.

Атомна електростанція (АЕС), електростанція, в якій атомна (ядерна) енергія перетворюється на електричну. Генератор енергії на АЕС є атомний реактор. Тепло, що виділяється в реакторі в результаті ланцюгової реакції поділу ядер деяких важких елементів, Потім так само, як і на звичайних теплових електростанціях (ТЕС), перетворюється на електроенергію. На відміну від ТЕС, що працюють на органічному паливі, АЕС працює на ядерному паливі(В основі 233 U, 235 U, 239 Pu). Встановлено, що світові енергетичні ресурси ядерного пального (уран, плутоній та ін.) суттєво перевищують енергоресурси природних запасів органічного палива (нафта, вугілля, природний газ та ін.). Це відкриває широкі перспективи задоволення швидко зростаючих потреб у паливі. Крім того, необхідно враховувати обсяг споживання вугілля і нафти, що все збільшується, для технологічних цілей світової хімічної промисловості, яка стає серйозним конкурентом теплових електростанцій Незважаючи на відкриття нових родовищ органічного палива та вдосконалення способів його видобутку, у світі спостерігається тенденція до відносного збільшення його вартості. Це створює найважчі умови для країн, які мають обмежені запаси палива органічного походження. Очевидною є необхідність найшвидшого розвитку атомної енергетики, яка вже займає помітне місце в енергетичному балансі низки промислових країн світу.

Принципова схема АЕС з ядерним реактором, Що має водяне охолодження, наведено на рис. 2. Тепло, що виділяється в активної зониреактора теплоносієм,вбирається водою одного контуру, яка прокачується через реактор циркуляційним насосом. Нагріта вода з реактора надходить у теплообмінник (парогенератор) 3, де передає тепло, отримане у реакторі воді 2-го контуру. Вода 2-го контуру випаровується в парогенераторі, і утворюється пара, яка потім надходить у турбіну 4.

Найчастіше на АЕС застосовують 4 типи реакторів на теплових нейтронах:

1) водо-водяні із звичайною водою як сповільнювач і теплоносій;

2) графітоводні з водяним теплоносієм та графітовим сповільнювачем;

3) важководні з водяним теплоносієм і важкою водою як сповільнювач;

4) граффіто - газові з газовим теплоносієм та графітовим сповільнювачем.

Вибір переважно застосовуваного типу реактора визначається головним чином накопиченим досвідом реактороносії, а також наявністю необхідного промислового обладнання, сировинних запасів і т. д.

До реактора та обслуговуючих його систем відносяться: власне реактор з біологічною захистом , теплообмінники, насоси або газодувні установки, що здійснюють циркуляцію теплоносія, трубопроводи та арматура циркуляції контуру, пристрої для перезавантаження ядерного пального, системи спеціальної вентиляції, аварійного розхолодження та ін.

Для запобігання персоналу АЕС від радіаційного опромінення реактор оточують біологічним захистом, Основним матеріалом для якої є бетон, вода, серпантиновий пісок. Устаткування реакторного контуру має бути повністю герметичним. Передбачається система контролю місць можливого витоку теплоносія, вживають заходів, щоб поява не щільностей та розривів контуру не призводила до радіоактивних викидів та забруднення приміщень АЕС та навколишньої місцевості. Радіоактивне повітря і невелика кількість пар теплоносія, обумовлене наявністю протікання з контуру, видаляють з необслуговуваних приміщень АЕС спеціальною системою вентиляції, в якій для виключення можливості забруднення атмосфери передбачені очисні фільтри та газгольдери витримки. За виконанням правил радіаційної безпеки персоналом АЕС слідкує служба дозиметричного контролю.

АЕС, які є найбільш сучасним виглядомелектростанцій, мають ряд істотних переваг перед іншими видами електростанцій: при нормальних умовахфункціонування вони абсолютно не забруднюють навколишнє середовище, не вимагають прив'язки до джерела сировини і можуть бути розміщені практично скрізь. Нові енергоблоки мають потужність практично рівну потужності середньої ГЕС, проте коефіцієнт використання встановленої потужності на АЕС (80%) значно перевищує цей показник у ГЕС чи ТЕС.

Значних недоліків АЕС за нормальних умов функціонування практично немає. Однак не можна не помітити небезпеку АЕС за можливих форс-мажорних обставин: землетрусів, ураганів тощо - тут старі моделі енергоблоків становлять потенційну небезпеку радіаційного зараження територій через неконтрольоване перегрівання реактора.

Альтернативні джерела енергії.

Енергія сонця.

Останнім часом інтерес до проблеми використання сонячної енергіїрізко зріс, адже потенційні можливості енергетики, заснованої на використання безпосереднього сонячного випромінювання, надзвичайно великі.

Найпростіший колектор сонячного випромінювання є зачорнений металевий (як правило, алюмінієвий) лист, усередині якого розташовуються труби з рідиною, що циркулює в ній. Нагріта за рахунок сонячної енергії, поглиненої колектором, рідина надходить безпосередньо для використання.

Сонячна енергетика відноситься до найбільш матеріаломістких видів виробництва енергії. Великомасштабне використання сонячної енергії тягне за собою гігантське збільшення потреби в матеріалах, а, отже, і в трудових ресурсахдля видобутку сировини, її збагачення, отримання матеріалів, виготовлення геліостатів, колекторів, іншої апаратури, їх перевезення.

Поки що електрична енергія, народжена сонячним промінням, обходиться набагато дорожче, ніж отримувана традиційними способами. Вчені сподіваються, що експерименти, які вони проведуть на досвідчених установках та станціях, допоможуть вирішити не лише технічні, а й економічні проблеми.

Вітрова енергія.

Величезна енергія повітряних мас, що рухаються. Запаси енергії вітру більш ніж сто разів перевищують запаси гідроенергії всіх річок планети. Постійно і всюди землі дмуть вітри. Кліматичні умовидозволяють розвивати вітроенергетику на величезній території.

Але в наші дні двигуни, які використовують вітер, покривають лише одну тисячну світових потреб в енергії. Тому до створення конструкцій вітроколеса-серця будь-якої вітроенергетичної установки залучаються фахівці-самолетобудівники, які вміють вибрати найбільш доцільний профіль лопаті, досліджувати його в аеродинамічній трубі. Зусиллями вчених та інженерів створено найрізноманітніші конструкції сучасних вітрових установок.

Енергія Землі.

Здавна люди знають про стихійні прояви гігантської енергії, що таїться в надрах земної кулі. Пам'ять людства зберігає перекази про катастрофічні виверження вулканів, які забрали мільйони людських життів, невпізнанно змінили вигляд багатьох місць Землі. Потужність виверження навіть порівняно невеликого вулкана колосальна, вона в багато разів перевищує потужність найбільших енергетичних установок, створених руками людини. Щоправда, про безпосереднє використання енергії вулканічних виверженьговорити не доводиться, немає поки що у людей можливостей приборкати цю непокірну стихію.

Енергія Землі придатна не тільки для опалення приміщень, як це відбувається в Ісландії, а й для отримання електроенергії. Вже давно працюють електростанції, які використовують гарячі підземні джерела. Перша така електростанція, ще малопотужна, була побудована в 1904 році в невеликому італійському містечку Лардерелло. Поступово потужність електростанції зростала, до ладу вступали нові агрегати, використовувалися нові джерела гарячої води, й у наші дні потужність станції досягла вже великої величини-360 тисяч кіловат.

Передача електроенергії

Трансформатори.

Ви придбали холодильник ЗІЛ. Продавець вас попередив, що холодильник розрахований на напругу в мережі 220 В. А у вас у будинку мережна напруга 127 В. Безвихідь? Анітрохи. Просто доведеться зробити додаткову витрату та придбати трансформатор.

Трансформатор- дуже простий пристрій, який дозволяє як підвищувати, так і знижувати напругу. Перетворення змінного струмуздійснюється за допомогою трансформаторів. Вперше трансформатори були використані в 1878 р. російським вченим П. Н. Яблочковим для живлення винайдених ним «електричних свічок» – нового на той час джерела світла. Ідея П. Н. Яблочкова була розвинена співробітником Московського університету І. Ф. Усагіним, який сконструював удосконалені трансформатори.

Трансформатор складається із замкнутого залізного сердечника, на який надіті дві (іноді і більше) котушки з дротяними обмотками (рис. 1). Одна з обмоток, що називається первинною, підключається до джерела змінної напруги. Друга обмотка, до якої приєднують «навантаження», тобто прилади та пристрої, що споживають електроенергію, називається вторинною.

Дія трансформатора ґрунтується на явищі електромагнітної індукції. При проходженні змінного струму первинної обмотці в залізному сердечнику з'являється змінний магнітний потік, який збуджує ЕРС індукції в кожній обмотці. Причому миттєве значення ЕРС індукції евбудь-якому витку первинної чи вторинної обмотки згідно із законом Фарадея визначається формулою:

е = -Δ Ф/Δ t

Якщо Ф= Ф 0 соsωt, то

е = ω Ф 0sinω t, або

е =E 0 sinω t ,

де E 0 = ω Ф 0 - амплітуда ЕРС в одному витку.

У первинній обмотці, що має п 1витків, повна ЕРС індукції e 1 дорівнює п 1 е.

У вторинній обмотці повна ЕРС. е 2дорівнює п 2 е,де п 2- Число витків цієї обмотки.

Звідси слідує що

e 1 е 2 = п 1 п 2. (1)

Сума напруги u 1 , прикладеного до первинної обмотки, та ЕРС e 1 повинна дорівнювати падінню напруги в первинній обмотці:

u 1 + e 1 = i 1 R 1 , де R 1 - активний опір обмотки, а i 1 - Сила струму в ній. Це рівняннябезпосередньо випливає із загального рівняння. Зазвичай активний опір обмотки мало і членом i 1 R 1 можна знехтувати. Тому

u 1 ≈ - e 1. (2)

При розімкнутій вторинній обмотці трансформатора струм у ній не тече, і має місце співвідношення:

u 2 ≈ - e 2 . (3)

Оскільки миттєві значення ЕРС e 1 і e 2 змінюються синфазно, їх відношення у формулі (1) можна замінити відношенням діючих значень E 1 іE 2 цих ЕРС або, враховуючи рівність (2) і (3), відношенням діючих значень напруг U 1 та U 2 .

U 1 /U 2 = E 1 / E 2 = n 1 / n 2 = k. (4)

Величина kназивається коефіцієнтом трансформації. Якщо k>1, то трансформатор є знижуючим, при k<1 - підвищує.

При замиканні ланцюга вторинної обмотки у ньому тече струм. Тоді співвідношення u 2 ≈ - e 2 вже не виконується точно, і відповідно зв'язок між U 1 та U 2 стає складнішою, ніж у рівнянні (4).

Відповідно до закону збереження енергії, потужність у первинному ланцюгу повинна дорівнювати потужності у вторинному ланцюгу:

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

де I 1 і I 2 - діючі значення сили у первинній та вторинній обмотках.

Звідси слідує що

U 1 /U 2 = I 1 / I 2 . (6)

Це означає, що підвищуючи за допомогою трансформатора напругу в кілька разів, ми в стільки ж разів зменшуємо силу струму (і навпаки).

Внаслідок неминучих втрат енергії на виділення тепла в обмотках та залізному сердечнику рівняння (5) та (6) виконуються приблизно. Однак у сучасних потужних трансформаторах сумарні втрати не перевищують 2-3%.

У життєвій практиці часто доводиться мати справу із трансформаторами. Крім тих трансформаторів, якими ми користуємося мимоволі через те, що промислові прилади розраховані на одну напругу, а в міській мережі використовується інше, - крім них доводиться мати справу з бобінами автомобіля. Бобіна - це трансформатор, що підвищує. Для створення іскри, що підпалює робочу суміш, потрібна висока напруга, яку ми і отримуємо від акумулятора автомобіля, попередньо перетворивши постійний струм акумулятора на змінний за допомогою переривника. Неважко збагнути, що з точністю до втрат енергії, що йде на нагрівання трансформатора, при підвищенні напруги зменшується сила струму і навпаки.

Для зварювальних апаратів потрібні знижувальні трансформатори. Для зварювання потрібні дуже сильні струми, і трансформатор зварювального апарату має лише один вихідний виток.

Ви, напевно, звертали увагу, що сердечник трансформатора виготовляють із тонких листків сталі. Це зроблено для того, щоб не втрачати енергії під час перетворення напруги. У листовому матеріалі вихрові струми відіграватимуть меншу роль, ніж у суцільному.

Вдома ви маєте справу з маленькими трансформаторами. Що ж до потужних трансформаторів, всі вони є величезні споруди. У цих випадках осердя з обмотками поміщений у бак, заповнений охолоджуючим маслом.

Передача електроенергії

Споживачі електроенергії є всюди. Виробляється вона в порівняно небагатьох місцях, близьких до джерел паливних і гідроресурсів. Тому виникає необхідність передачі електроенергії на відстані, що досягають іноді сотень кілометрів.

Але передача електроенергії великі відстані пов'язані з помітними втратами. Справа в тому, що, протікаючи лініями електропередачі, струм нагріває їх. Відповідно до закону Джоуля - Ленца, енергія, що витрачається на нагрівання проводів лінії, визначається формулою

де R – опір лінії. За великої довжини лінії передача енергії може стати взагалі економічно невигідною. Для зменшення втрат можна, звичайно, йти шляхом зменшення опору R лінії за допомогою збільшення площі поперечного перерізу проводів. Але для зменшення R, наприклад, у 100 разів необхідно збільшити масу дроту також у 100 разів. Зрозуміло, що не можна допустити такого великого витрачання дорогого кольорового металу, не кажучи вже про труднощі закріплення важких проводів на високих щоглах тощо. Тому втрати енергії в лінії знижують іншим шляхом зменшенням струму в лінії. Наприклад, зменшення струму в 10 разів зменшує кількість тепла, що виділилося в провідниках, в 100 разів, тобто досягається той же ефект, що і від стократного обтяження проводу.

Так як потужність струму пропорційна добутку сили струму на напругу, то для збереження потужності, що передається, потрібно підвищити напругу в лінії передачі. Причому, чим довша лінія передачі, тим вигідніше використовувати вищу напругу. Так, наприклад, у високовольтній лінії передачі Волзька ГЕС – Москва використовують напругу в 500 кв. Тим часом генератори змінного струму будують на напруги, що не перевищують 16-20 кв., тому що більш висока напруга вимагала б вживання складніших спеціальних заходів для ізоляції обмоток та інших частин генераторів.

Тому на великих електростанціях ставлять трансформатори, що підвищують. Трансформатор збільшує напругу в лінії в стільки ж разів, скільки зменшує силу струму. Втрати потужності у своїй невеликі.

Для безпосереднього використання електроенергії в двигунах електроприводу верстатів, в освітлювальній мережі та інших цілей напруга на кінцях лінії потрібно знизити. Це досягається за допомогою знижувальних трансформаторів. Причому зазвичай зниження напруги і збільшення сили струму відбувається у кілька етапів. На кожному етапі напруга стає дедалі меншою, а територія, що охоплюється електричною мережею, - все ширша. Схема передачі та розподілу електроенергії наведена на малюнку.

Електричні станції ряду областей країни з'єднані високовольтними лініями передач, утворюючи загальну мережу, до якої приєднані споживачі. Таке поєднання називається енергосистемою. Енергосистема забезпечує безперебійність подачі енергії споживачам незалежно від їхнього розташування.

Використання електроенергії.

Використання електроенергетики у різних галузях науки.

ХХ століття стало століттям, коли наука вторгається у всі сфери життя суспільства: економіку, політику, культуру, освіту тощо. Природно, що наука безпосередньо впливає на розвиток енергетики та сферу застосування електроенергії. З одного боку, наука сприяє розширенню сфери застосування електричної енергії і тим самим збільшує її споживання, але з іншого боку в епоху, коли необмежене використання невідновлюваних енергетичних ресурсів несе небезпеку для майбутніх поколінь, актуальними завданнями науки стають завдання розробки енергозберігаючих технологій та впровадження їх у життя.

Розглянемо ці питання на конкретних прикладах. Близько 80% приросту ВВП (внутрішнього валового продукту) розвинених країн досягається з допомогою технічних інновацій, переважна більшість яких пов'язані з використанням електроенергії. Все нове в промисловість, сільське господарство та побут приходить до нас завдяки новим розробкам у різних галузях науки.

Нині вони використовуються у всіх сферах діяльності людини: для запису та зберігання інформації, створення архівів, підготовки та редагування текстів, виконання креслярських та графічних робіт, автоматизації виробництва та сільського господарства. Електронізація та автоматизація виробництва - найважливіші наслідки "другої промислової" або "мікроелектронної" революції в економіці розвинутих країн. З мікроелектронікою безпосередньо пов'язаний і розвиток комплексної автоматизації, якісно новий етап якої почався після винаходу в 1971 мікропроцесора - мікроелектронного логічного пристрою, що вбудовується в різні пристрої для управління їх роботою.

Мікропроцесори прискорили зростання робототехніки. Більшість застосовуваних нині роботів відноситься до так званого першого покоління, і застосовуються при зварюванні, різанні, пресуванні, нанесенні покриттів і т.д. Роботи другого покоління, що їм приходять на зміну, обладнані пристроями для розпізнавання навколишнього середовища. А роботи-"інтелектуали" третього покоління будуть "бачити", "відчувати", "чути". Вчені та інженери серед найпріоритетніших сфер застосування роботів називають атомну енергетику, освоєння космічного простору, транспорту, торгівлю, складське господарство, медичне обслуговування, переробку відходів, освоєння багатств океанічного дна. Основна частина роботів працюють на електричній енергії, але збільшення споживання електроенергії роботами компенсується зниженням енерговитрат у багатьох енергоємних виробничих процесах за рахунок впровадження більш раціональних методів та нових енергозберігаючих технологічних процесів.

Але повернемось до науки. Усі нові теоретичні розробки після розрахунків на ЕОМ перевіряються експериментально. І, зазвичай, цьому етапі дослідження проводяться з допомогою фізичних вимірів, хімічних аналізів тощо. Тут інструменти наукових досліджень різноманітні - численні вимірювальні прилади, прискорювачі, електронні мікроскопи, магніторезонансні томографи тощо. Основна частина цих інструментів експериментальної науки працюють на електричній енергії.

Дуже бурхливо розвивається наука у сфері засобів зв'язку та комунікацій. Супутниковий зв'язок використовується не лише як засіб міжнародного зв'язку, а й у побуті - супутникові антени не рідкість й у місті. Нові засоби зв'язку, наприклад, волоконна техніка, дозволяють значно знизити втрати електроенергії в процесі передачі сигналів на великі відстані.

Не оминула наука та сферу управління. У міру розвитку НТР, розширення виробничої та невиробничої сфер діяльності людини, все більш важливу роль у підвищенні їх ефективності починає відігравати управління. Зі свого роду мистецтва, яке ще недавно ґрунтувалося на досвіді та інтуїції, управління в наші дні перетворилося на науку. Наука про управління, про загальні закони отримання, зберігання, передачі та переробки інформації називається кібернетикою. Цей термін походить від грецьких слів "кермовий", "кормчий". Він зустрічається у працях давньогрецьких філософів. Однак нове народження його відбулося фактично у 1948 році, після виходу книги американського вченого Норберта Вінера "Кібернетика".

До початку "кібернетичної" революції існувала лише паперова Інформатика, основним засобом сприйняття якої залишався людський мозок і яка не використовувала електроенергію. "Кібернетична" революція породила принципово іншу - машинну інформатику, що відповідає величезно збільшеним потокам інформації, джерелом енергії для якої служить електроенергія. Створено абсолютно нові засоби отримання інформації, її накопичення, обробки та передачі, що у сукупності утворюють складну інформаційну структуру. Вона включає АСУ (автоматизовані системи управління), інформаційні банки даних, автоматизовані інформаційні бази, обчислювальні центри, відеотермінали, копіювальні та фототелеграфні апарати, загальнодержавні інформаційні системи, системи супутникового та швидкісного волокнисто-оптичного зв'язку - все це необмежено розширено.

Багато вчених вважають, що в цьому випадку йдеться про нову "інформаційну" цивілізацію, яка приходить на зміну традиційній організації суспільства індустріального типу. Така спеціалізація характеризується такими важливими ознаками:

· широким поширенням інформаційної технології в матеріальному та нематеріальному виробництві, у галузі науки, освіти, охорони здоров'я тощо;

· Наявністю широкої мережі різних банків даних, у тому числі громадського користування;

· Перетворення інформації в один з найважливіших факторів економічного, національного та особистого розвитку;

· Вільною циркуляцією інформації у суспільстві.

Такий перехід від індустріального суспільства до "інформаційної цивілізації" став можливим багато в чому завдяки розвитку енергетики та забезпеченню зручним у передачі та застосуванні видом енергії - електричною енергією.

Електроенергія у виробництві.

Сучасне суспільство неможливо уявити без електрифікації виробничої діяльності. Вже наприкінці 80-х років понад 1/3 споживання енергії у світі здійснювалося у вигляді електричної енергії. На початку наступного століття ця частка може збільшитися до 1/2. Таке зростання споживання електроенергії насамперед пов'язане зі зростанням її споживання у промисловості. Основна частина промислових підприємств працює на електричній енергії. Високе споживання електроенергії характерне для таких енергоємних галузей, як металургія, алюмінієва та машинобудівна промисловість.

Електроенергія у побуті.

Електроенергія в побуті є невід'ємним помічником. Щодня ми маємо з нею справу, і, напевно, вже не уявляємо своє життя без неї. Згадайте, коли останній раз вам відключали світло, тобто у ваш будинок не надходила електроенергія, згадайте, як ви лаялися, що нічого не встигаєте і вам потрібне світло, вам потрібний телевізор, чайник і купа інших електроприладів. Адже якщо нас знеструмити назавжди, ми просто повернемося в ті давні часи, коли їжу готували на багатті і жили в холодних вігвамах.

Значення електроенергії в нашому житті можна присвятити цілу поему, настільки вона важлива в нашому житті і настільки ми звикли до неї. Хоча ми вже й не помічаємо, що вона надходить до нас у будинки, але коли її відключають, стає дуже комфортно.

Цінуйте електроенергію!

Список використаної літератури.

1. Підручник С.В.Громова "Фізика, 10 клас". Москва: Просвітництво.

2. Енциклопедичний словник молодого фізика. склад. В.А. Чуянов, Москва: Педагогіка.

3. Елліон Л., Вілконс У.. Фізика. Москва: Наука.

4. Колтун М. Світ фізики. Москва.

5. Джерела енергії. Факти, проблеми, розв'язання. Москва: Наука та техніка.

6. Нетрадиційні джерела енергії. Москва: Знання.

7. Юдасін Л.С.. Енергетика: проблеми та надії. Москва: Просвітництво.

8. Підгірний О.М. Воднева енергетика. Москва: Наука.

Генерування електричної енергії Електричний струм виробляється в генераторах-пристроях, що перетворюють енергію того чи іншого виду електричну енергію. Переважну роль нашого часу грають електромеханічні індукційні генератори змінного струму. Там механічна енергія перетворюється на електричну. Електричний струм виробляється в генераторах-пристроях, що перетворюють енергію того чи іншого виду на електричну енергію. Переважну роль нашого часу грають електромеханічні індукційні генератори змінного струму. Там механічна енергія перетворюється на електричну. Генератор складається з постійного магніту, що створює магнітне поле, та обмотки, в якій індукується змінна ЕРС. постійного магніту, що створює магнітне поле, та обмотки, в якій індукується змінна ЕРС.

Трансформатори ТРАНСФОРМАТОР - апарат, що перетворює змінний струм однієї напруги на змінний струм іншої напруги при незмінній частоті. У найпростішому випадку трансформатор складається із замкнутого сталевого осердя, на який надіті дві котушки з дротяними обмотками. Та з обмоток, яка підключається до джерела змінної напруги, називається первинною, а та, до якої приєднують «навантаження», тобто прилади, що споживають електроенергію, називається вторинною. Дія трансформатора ґрунтується на явищі електромагнітної індукції.

Виробництво електричної енергії Виробляється електроенергія на великих та малих електричних станціях переважно за допомогою електромеханічних індукційних генераторів. Існує кілька типів електростанцій: теплові, гідроелектричні та атомні електростанції. АЕС ГЕСТеплові електростанції

Використання електроенергії Головним споживачем електроенергії є промисловість, частку якої припадає близько 70% виробленої електроенергії. Великим споживачем є також транспорт. Дедалі більше залізничних ліній переводитися на електричну тягу. Майже всі села та села отримують електроенергію від державних електростанцій для виробничих та побутових потреб. Близько третини електроенергії, що споживається промисловістю, використовуються для технологічних цілей (електрозварювання, електричне нагрівання та плавлення металів, електроліз тощо).

Передача електроенергії Передача енергії пов'язана з помітними втратами: електричний струм нагріває дроти ліній електропередач. За дуже великої довжини лінії передача енергії може стати економічно невигідною. Так як потужність струму пропорційна добутку сили струму на напругу, то для збереження потужності, що передається, потрібно підвищити напругу в лінії передачі. Тому на великих електростанціях ставлять трансформатори, що підвищують. Вони збільшують напругу в лінії в стільки ж разів, скільки зменшують силу струму. Для безпосереднього використання електроенергії на кінцях лінії ставлять трансформатори, що знижують. Підвищуючий трансформатор Знижувальний трансформатор Знижувальний трансформатор Знижувальний трансформатор До споживача Генератор 11 кВ 110 кВ 35 кВ 6 кВ Лінія передачі Лінія передачі Лінія передачі 35 кВ 6 кВ 220 В

Ефективне використання електроенергії Потреба електроенергії постійно збільшується. Задовольнити цю потребу можна двома способами. Найприродніший і єдиний на перший погляд спосіб - будівництво нових потужних електростанцій. Але ТЕС споживають природні ресурси, що не відновлюються, а також завдають великої шкоди екологічній рівновазі на нашій планеті. Передові технології дозволяють задовольнити потреби в електроенергії в інший спосіб. Пріоритет має бути надано збільшенню ефективності використання електроенергії, а не зростанню потужності електростанцій.

по фізиці

на тему «Виробництво, передача та використання електроенергії»

учениці 11 класу А

МОУ школи №85

Катерини.

План реферату

Вступ.

1. Виробництво електроенергії.

1. Типи електростанцій.

2. альтернативні джерела енергії.

2. Передача електроенергії.

трансформатори.

3. Використання електроенергії.

Вступ.

Народження енергетики сталося кілька мільйонів років тому, коли люди навчилися використати вогонь. Вогонь давав їм тепло та світло, був джерелом натхнення та оптимізму, зброєю проти ворогів та диких звірів, лікувальним засобом, помічником у землеробстві, консервантом продуктів, технологічним засобом тощо.

Прекрасний міф про Прометея, що давав людям вогонь, з'явився у Стародавній Греції значно пізніше, як у багатьох частинах світу було освоєно методи досить витонченого поводження з вогнем, його отриманням і гасінням, збереженням вогню та раціональним використанням палива.

Протягом багатьох років вогонь підтримувався шляхом спалювання рослинних енергоносіїв (деревини, чагарників, очерету, трави, сухих водоростей тощо), а потім виявили можливість використовувати для підтримки вогню викопні речовини: кам'яне вугілля, нафту, сланці, торф.

На сьогоднішній день енергія залишається головною складовою життя людини. Вона дає можливість створювати різні матеріали, одна із головних чинників розробки нових технологій. Простіше кажучи, без освоєння різних видів енергії людина не здатна повноцінно існувати.

Виробництво електроенергії.

Типи електростанцій.

Теплова електростанція (ТЕС), електростанція, що виробляє електричну енергію внаслідок перетворення теплової енергії, що виділяється при спалюванні органічного палива. Перші ТЕС з'явилися наприкінці 19 століття та набули переважного поширення. У середині 70-х років 20 століття ТЕС – основний вид електричної станції.

На теплових електростанціях хімічна енергія палива перетворюється спочатку на механічну, а потім на електричну. Паливом для такої електростанції можуть бути вугілля, торф, газ, горючі сланці, мазут.

Теплові електричні станції поділяють на конденсаційні(КЕС), призначені для вироблення тільки електричної енергії, та теплоелектроцентралі(ТЕЦ), що виробляють крім електричної теплову енергію у вигляді гарячої води та пари. Великі КЕС районного значення одержали назву державних районних електростанцій (ДРЕС).

Найпростіша принципова схема КЕС, що працює на вугіллі, представлена ​​малюнку. Вугілля подається в паливний бункер 1, та якщо з нього - в дробильну установку 2, де перетворюється на пил. Вугільний пил надходить у топку парогенератора (парового котла) 3, має систему трубок, в яких циркулює хімічно очищена вода, звана поживною. У котлі вода нагрівається, випаровується, а насичена пара, що утворилася, доводиться до температури 400-650 °С і під тиском 3-24 МПа надходить по паропроводу в парову турбіну 4. Параметри пари залежать від потужності агрегатів.

Теплові конденсаційні електростанції мають невисокий ккд (30- 40%), так як більша частина енергії втрачається з топковими газами, що відходять, і охолоджувальною водою конденсатора. Споруджувати КЕС вигідно в безпосередній близькості від місць видобутку палива. При цьому споживачі електроенергії можуть бути на значній відстані від станції.

Теплоелектроцентральвідрізняється від конденсаційної станції встановленої у ньому спеціальної теплофікаційної турбіною з відбором пари. На ТЕЦ одна частина пари повністю використовується в турбіні для вироблення електроенергії в генераторі 5 і потім надходить у конденсатор 6, а інша, що має велику температуру і тиск, відбирається від проміжного ступеня турбіни і використовується для теплопостачання. Конденсат насосом через 7 деаератор 8 і далі поживним насосом 9 подається в парогенератор. Кількість пари залежить від потреби підприємств в тепловій енергії.

Коефіцієнт корисної дії ТЕЦ сягає 60-70%. Такі станції будують зазвичай поблизу споживачів – промислових підприємств чи житлових масивів. Найчастіше вони працюють на паливі, що привіз.

Значно меншого поширення набули теплові станції з газотурбінними(ГТЕС), парогазовими(ПГЕС) та дизельними установками.

У камері згоряння ГТЕС спалюють газ або рідке паливо; продукти згоряння з температурою 750-900 ºС надходять у газову турбіну, що обертає електрогенератор. ККД таких ТЕС зазвичай становить 26-28%, потужність - до кількох сотень МВт . ГТЕС зазвичай застосовують для покриття піків електричного навантаження. Ккд ПГЕС може сягати 42 - 43%.

Найбільш економічними є великі теплові паротурбінні електростанції (скорочено ТЕС). Більшість ТЕС нашої країни використовують як паливо вугільний пил. Для вироблення 1 кВт-год електроенергії витрачається кілька сотень грамів вугілля. У паровому котлі понад 90% енергії, що виділяється паливом, передається пару. У турбіні кінетична енергія струменів пари передається ротору. Вал турбіни жорстко з'єднаний із валом генератора.

Сучасні парові турбіни для ТЕС - досконалі, швидкохідні, високоекономічні машини з великим ресурсом роботи. Їхня потужність в одновальному виконанні досягає 1 млн. 200 тис. кВт, і це не є межею. Такі машини завжди бувають багатоступінчастими, тобто мають зазвичай кілька десятків дисків з робочими лопатками і таку ж кількість перед кожним диском груп сопел, через які протікає струмінь пари. Тиск та температура пари поступово знижуються.

З курсу фізики відомо, що ККД теплових двигунів збільшується зі зростанням початкової температури робочого тіла. Тому пар, що надходить в турбіну, доводять до високих параметрів: температуру - майже до 550 °С і тиск - до 25 МПа. Коефіцієнт корисної дії ТЕС сягає 40%. Більша частина енергії втрачається разом із гарячою відпрацьованою парою.

Гідроелектрична станція (ГЕС), комплекс споруд та обладнання, за допомогою яких енергія потоку води перетворюється на електричну енергію. ГЕС складається з послідовного ланцюга гідротехнічних споруд,що забезпечують необхідну концентрацію потоку води і створення напору, і енергетичного обладнання, що перетворює енергію води, що рухається під натиском води в механічну енергію обертання, яка, у свою чергу, перетворюється в електричну енергію.

Натиск ГЕС створюється концентрацією падіння річки на ділянці, що використовується греблею, або деривацією,або греблею і деривацією разом. Основне енергетичне обладнання ГЕС розміщується у будівлі ГЕС: у машинному залі електростанції - гідроагрегати,допоміжне обладнання, пристрої автоматичного керування та контролю; у центральному посту управління - пульт оператора-диспетчера або автооператор гідроелектростанції.Підвищуюча трансформаторна підстанціярозміщується як усередині будівлі ГЕС, так і в окремих будинках або на відкритих майданчиках. Розподільні пристроїнайчастіше розташовуються на відкритому майданчику. Будівля ГЕС може бути розділена на секції з одним або декількома агрегатами та допоміжним обладнанням, відокремленими від суміжних частин будівлі. При будівлі ГЕС або всередині нього створюється монтажний майданчик для збирання та ремонту різного обладнання та для допоміжних операцій з обслуговування ГЕС.

За встановленою потужністю (у МВт)розрізняють ГЕС потужні(св. 250), середні(до 25) та малі(до 5). Потужність ГЕС залежить від напору (різниці рівнів верхнього та нижнього б'єфу) ), витрати води, що використовується в гідротурбінах, та ккд гідроагрегату. З ряду причин (внаслідок, наприклад, сезонних змін рівня води у водоймищах, мінливості навантаження енергосистеми, ремонту гідроагрегатів або гідротехнічних споруд тощо) натиск і витрата води безперервно змінюються, а, крім того, змінюється витрата при регулюванні потужності ГЕС. Розрізняють річний, тижневий та добовий цикли режиму роботи ГЕС.

За максимально використовуваним тиском ГЕС діляться на високонапірні(більше 60 м), середньонапірні(від 25 до 60 м)і низьконапірні(від 3 до 25 м).На рівнинних річках натиски рідко перевищують 100 м,у гірських умовах за допомогою греблі можна створювати напори до 300 мі більше, а за допомогою деривації – до 1500 м.Підрозділ ГЕС по натиску, що використовується, має приблизний, умовний характер.

За схемою використання водних ресурсів та концентрації напорів ГЕС зазвичай поділяють на руслові , прищільні , дериваційні з напірною та безнапірною деривацією, змішані, гідроакумулюючіі приливні .

У руслових і приплотинних ГЕС тиск води створюється греблею, що перегороджує річку і піднімає рівень води у верхньому б'єфі. При цьому неминуче деяке затоплення долини річки. Руслові і приплотинні ГЕС будують і на рівнинних багатоводних річках і на гірських річках, у вузьких стиснутих долинах. Для руслових ГЕС характерні натиски до 30-40 м.

При більш високих натисканнях виявляється недоцільним передавати на будівлю ГЕС гідростатичний тиск води. У цьому випадку застосовується тип греблеюГЕС, у якої напірний фронт на всьому протязі перекривається греблею, а будівля ГЕС розташовується за греблею, примикає до нижнього б'єфу.

Інший вид компонування прищільнаГЕС відповідає гірським умовам за порівняно малих витрат річки.

>> Виробництво та використання електричної енергії

§ 39 ВИРОБНИЦТВО та ВИКОРИСТАННЯ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ

В даний час рівень виробництва і споживання енергії - один з найважливіших показників розвитку виробничих сил підприємства. Провідну роль при цьому відіграє електроенергія - універсальна і зручна для використання форма енергії. Якщо споживання енергії у світі збільшується вдвічі приблизно за 25 років, то збільшення споживання електроенергії вдвічі відбувається в середньому за 10 років. Це означає, що дедалі більше процесів, пов'язаних із витрачанням енергоресурсів, переводиться на електроенергію.

Виробництво електроенергії.Виробляється електроенергія на великих та малих електричних станціях переважно за допомогою електромеханічних індукційних генераторів. Існує два основних типи електростанцій: теплові та гідроелектричні. Розрізняються ці електростанції двигунами, що обертають ротори генераторів.

На теплових електростанціях джерелом енергії є паливо: вугілля, газ, нафту, мазут, горючі сланці. Ротори електричних генераторів наводяться в обертання паровими та газовими турбінами або двигунами внутрішнього згоряння. Найбільш економічні великі теплові паротурбінні електростанції (скорочено: ТЕС). Більшість ТЕС нашої країни використовує як паливо пил. Для вироблення 1 кВт год електроенергії витрачається кілька сотень грамів вугілля. У паровому котлі понад 90% енергії, що виділяється паливом, передається пару. У турбіні кінетична енергія струменів пари передається ротору. Вал турбіни жорстко з'єднаний із валом генератора. Парові турбогенератори дуже швидкохідні: кількість обертів ротора становить кілька тисяч за хвилину.

З курсу фізики 10 класу відомо, що ККД теплових двигунів збільшується з підвищенням температури нагрівача і початкової температури робочого тіла (пара, газу). Тому пар, що надходить в турбіну, доводять до високих параметрів: температуру - майже до 550 °С і тиск - до 25 МПа. Коефіцієнт корисної дії ТЕС сягає 40%. Більша частина енергії втрачається разом із гарячою відпрацьованою парою. Перетворення енергії показано на схемі, наведеній малюнку 5.5.

Теплові електростанції - так звані теплоелектроцентралі (ТЕЦ) - дозволяють значну частину енергії відпрацьованої пари використовувати на промислових підприємствахта для побутових потреб (для опалення та гарячого водопостачання). В результаті ККД ТЕЦ сягає 60-70%. Нині у Росії ТЕЦ дають близько 40% всієї електроенергії та постачають електроенергією і теплом сотні міст.

На гідроелектростанціях (ГЕС) для обертання роторів генераторів використовується потенціальна енергіяводи. Ротори електричних генераторів обертаються гідравлічними турбінами. Потужність такої станції залежить від створюваної греблею різниці рівнів води (напір) та від маси води, що проходить через турбіну в кожну секунду (витрата води). Перетворення енергії показано на схемі, наведеній малюнку 5.6.

Гідроелектростанції дають близько 20% всієї електроенергії, що виробляється в нашій країні.

Значну роль енергетиці грають атомні електростанції (АЕС). Нині АЕС у Росії дають близько 10% електроенергії.

Використання електроенергії.Головним споживачем електроенергії є промисловість, частку якої припадає близько 70% виробленої електроенергії. Великим споживачем є також транспорт. Дедалі більше залізничних ліній переводиться на електричну тягу. Майже всі села та села отримують електроенергію від електростанцій для виробничих та побутових потреб. Про застосування електроенергії для освітлення житла та в побутових електроприладах знає кожен.

Більшість використовуваної електроенергії зараз перетворюється на механічну енергію. Майже всі механізми в промисловості рухаються електричними двигунами. Вони зручні, компактні, допускають можливість автоматизації виробництва.

Близько третини електроенергії, що споживається промисловістю, використовується для технологічних цілей (електрозварювання, електричне нагрівання та плавлення металів, електроліз тощо).

Сучасна цивілізація немислима без використання електроенергії. Порушення постачання електроенергії великого містапри аварії паралізує його життя.

1. Наведіть приклади машин і механізмів, у яких абсолютно не використовувався електричний струм!
2. Чи знаходилися ви біля генератора електричного струмуна відстані, що не перевищує 100 м!
3. Чого втратили б мешканці великого міста під час аварії електричної мережі!

Мякішев Г. Я., Фізика. 11 клас: навч. для загальноосвіт. установ: базовий та профіл. рівні / Г. Я. Мякішев, Б. В. Буховцев, В. М. Чаругін; за ред. В. І. Ніколаєва, Н. А. Парфентьєвої. - 17-те вид., перероб. та дод. – М.: Просвітництво, 2008. – 399 с: іл.

Фізика та астрономія за 11 клас безкоштовно скачати , плани конспектів уроків, готуємось до школи онлайн