A villamosenergia-termelés manapság óriási szerepet játszik a világban. Ő a mag államgazdaság bármelyik ország. Évente hatalmas összegeket fektetnek be a villamos energia előállításába és felhasználásába, ill Tudományos kutatás ezzel kapcsolatos. A mindennapi életben folyamatosan szembesülünk a tevékenységével, ezért a modern embernek fogalma kell lennie a termelés és a fogyasztás alapvető folyamatairól.
A villamos energiát más típusú villamos energiából állítják elő speciális eszközökkel. Például a kinetikából. Erre a célra egy generátort használnak - egy olyan eszközt, amely átalakítja gépészeti munka elektromos energiává.
Egyéb meglévő módszereket előállítása például a fénysugárzás átalakítása fotocellákkal vagy napelemekkel. Vagy villamosenergia-termelés által kémiai reakció. Vagy a radioaktív bomlás vagy a hűtőfolyadék potenciáljának felhasználásával.
Erőművekben állítják elő, amelyek lehetnek hidraulikus, nukleáris, termikus, nap-, szél-, geotermikus stb. Alapvetően mindegyik ugyanazon séma szerint működik - az elsődleges hordozó energiájának köszönhetően egy bizonyos eszköz mechanikai (forgási energiát) generál, amelyet aztán egy speciális generátorba továbbítanak, ahol elektromos áram keletkezik.
A villamos energia előállítását és elosztását a legtöbb országban hőerőművek - hőerőművek - építésével és üzemeltetésével végzik. Működésük nagy mennyiségű szerves tüzelőanyag-készletet igényel, kitermelésének feltételei évről évre bonyolultabbak, a költségek pedig nőnek. A hőerőművek tüzelőanyag-hatékonysági együtthatója nem túl magas (40%-on belül), és nagy a környezetszennyező hulladék mennyisége.
Mindezek a tényezők csökkentik ennek a termelési módszernek a kilátásait.
A leggazdaságosabb villamosenergia-termelés vízerőművekből (HPP) történik. Hatásfokuk eléri a 93%-ot, 1 kW/h költsége ötször olcsóbb, mint más módszerek. Az ilyen állomások természetes energiaforrása gyakorlatilag kimeríthetetlen, a dolgozók száma minimális, könnyen kezelhetőek. Hazánk elismert vezető szerepet tölt be ennek az iparágnak a fejlesztésében.
Sajnos a fejlesztés ütemét korlátozzák a vízerőművek komoly költségei és hosszú építési ideje, amelyek a nagyvárosoktól és autópályáktól való távolságukból, a folyók szezonális rezsimjéből és a nehéz üzemi körülményekből adódnak.
Ráadásul az óriási tározók rontják a környezeti helyzetet – elárasztják a tározók körüli értékes földeket.
Napjainkban a villamos energia előállítását, szállítását és felhasználását atomerőművek - Atomerőművek - végzik. Szinte ugyanazon az elven készültek, mint a termikusak.
Fő előnyük a kis mennyiségű üzemanyag. Egy kilogramm dúsított urán termelékenységében 2,5 ezer tonna szénnek felel meg. Éppen ezért atomerőművek elméletileg bármilyen területen építhetők, függetlenül a közeli üzemanyagforrások rendelkezésre állásától.
Jelenleg a bolygó uránkészletei sokkal nagyobbak, mint az ásványi üzemanyagoké, és az atomerőművek környezetre gyakorolt hatása minimális, feltéve, hogy problémamentesen működik.
Az atomerőművek hatalmas és súlyos hátránya, hogy bekövetkezik egy előre nem látható következményekkel járó szörnyű baleset, ezért zavartalan működésükhöz nagyon komoly biztonsági intézkedések szükségesek. Ráadásul az atomerőművek villamosenergia-termelése nehezen szabályozható - több hétbe is telhet mind a beindításuk, mind a teljes leállításuk. A veszélyes hulladékok újrahasznosítására pedig gyakorlatilag nincs technológia.
A villamos energia előállítása és továbbítása egy elektromos generátornak köszönhetően lehetséges. Ez egy olyan eszköz, amely bármilyen típusú energiát (termikus, mechanikai, kémiai) elektromos energiává alakít. Működésének elve az elektromágneses indukció folyamatán alapul. Az EMF olyan vezetőben indukálódik, amely mágneses térben mozog, és keresztezi annak mágneses erővonalait. Így a vezető elektromos áramforrásként szolgálhat.
Minden generátor alapja egy elektromágnesek rendszere, amelyek mágneses teret képeznek, és az azt keresztező vezetők. A váltakozó áramú generátorok többsége a forgáson alapul mágneses mező. Álló részét állórésznek, mozgó részét pedig forgórésznek nevezzük.
A transzformátor egy elektromágneses statikus eszköz, amelyet arra terveztek, hogy elektromágneses indukció segítségével egyik áramrendszert egy másikká (másodlagossá) alakítson át.
Az első transzformátorokat 1876-ban P. N. Yablochkov javasolta. 1885-ben magyar tudósok ipari egyfázisú készülékeket fejlesztettek ki. 1889-1891-ben. Feltalálták a háromfázisú transzformátort.
A legegyszerűbb egyfázisú transzformátor egy acélmagból és egy tekercspárból áll. Ezeket villamos energia elosztására és átvitelére használják, mivel az erőművi generátorok 6-24 kW feszültséggel állítják elő. Hasznos átvinni, amikor nagy értékek(110-750 kW). Ebből a célból az erőművekben lépcsős transzformátorokat telepítenek.
Oroszlánrészét az ipari vállalkozások villamosenergia-ellátására fordítják. A feldolgozóipar az országban megtermelt villamos energia 70%-át fogyasztja. Ez a szám az egyes régiókonként jelentősen eltér az éghajlati viszonyoktól és az ipari fejlettségtől függően.
További kiadási tétel az elektromos járművek beszerzése. Az egyenáramú városi, helyközi és ipari elektromos közlekedési alállomások EPS hálózatról működnek. A váltakozó áramú szállításhoz lépcsőzetes alállomásokat használnak, amelyek szintén erőművektől fogyasztanak áramot.
A villamosenergia-fogyasztás másik ágazata a közművek. A fogyasztók itt bármely település lakóövezetében lévő épületek. Ezek házak és lakások, adminisztratív épületek, üzletek, oktatási, tudományos, kulturális, egészségügyi, Vendéglátás stb.
A villamos energia előállítása, átvitele és felhasználása az ipar három pillére. Ráadásul a kapott teljesítmény fogyasztókhoz való átadása a legnehezebb feladat.
Főleg elektromos vezetékeken - légvezetékeken "utazik". Bár a kábelvonalakat egyre gyakrabban kezdik használni.
Az áramot hatalmas erőművek nagy teljesítményű egységei állítják elő, fogyasztói pedig viszonylag kis vevők, amelyek hatalmas területen szétszórva vannak.
A teljesítménykoncentráció tendenciája annak köszönhető, hogy növekedésükkel az erőművek építési relatív költségei, így az ebből eredő kilowattóra költsége csökkennek.
Egy nagy erőmű elhelyezésére vonatkozó döntést számos tényező befolyásolja. Ez a rendelkezésre álló erőforrások típusa és mennyisége, a közlekedés elérhetősége, az éghajlati viszonyok, az egységes energiarendszerbe való beépülés stb. Az erőműveket leggyakrabban nagy energiafogyasztási központoktól távol építik. Jelentős távolságokra történő átvitelének hatékonysága egyetlen energiakomplexum sikeres működését befolyásolja hatalmas területen.
A villamos energia előállításának és átvitelének minimális veszteséggel kell történnie, fő ok ebből - a vezetékek melegítése, azaz növelése belső energia karmester. A nagy távolságokon átvitt teljesítmény fenntartásához arányosan növelni kell a feszültséget és csökkenteni kell a vezetékek áramát.
A matematikai számítások azt mutatják, hogy a vezetékekben a fűtési veszteségek mértéke fordítottan arányos a feszültség négyzetével. Ezért a villamos energiát nagy távolságokra továbbítják távvezetékek - nagyfeszültségű vezetékek - segítségével. A vezetékeik között a feszültség több tíz, néha több százezer volt.
Az egymáshoz közel elhelyezkedő erőműveket elektromos vezetékek segítségével egyetlen energiarendszerré egyesítik. Az oroszországi villamosenergia-termelést és annak átvitelét egy központi energiahálózaton keresztül végzik, amely hatalmas számú erőművet foglal magában. Az egységes rendszervezérlés garantálja a fogyasztók folyamatos áramellátását.
Hogyan alakult ki hazánkban az egységes elektromos hálózat? Próbáljunk a múltba tekinteni.
1917-ig Oroszországban a villamosenergia-termelés nem megfelelő ütemben folyt. Az ország lemaradt fejlett szomszédaihoz képest, ami negatívan érintette a gazdaságot és a védelmi képességet.
Után Októberi forradalom Az Oroszország villamosítására vonatkozó projektet az Oroszországi Villamosítási Állami Bizottság (rövidítve GOELRO) dolgozta ki, amelyet G. M. Krzhizhanovsky vezetett. Több mint 200 tudós és mérnök működött együtt vele. Az ellenőrzést személyesen V. I. Lenin végezte.
1920-ban elkészült az „RSFSR villamosítási terve”, amelyet 10-15 évre terveztek. Ennek része volt a korábbi energiarendszer helyreállítása és 30 új, modern turbinákkal és kazánnal felszerelt erőmű építése. A terv fő gondolata a gigantikus hazai vízerőforrások felhasználása. A teljes nemzetgazdaság villamosítását és radikális újjáépítését irányozták elő. A hangsúly az ország nehéziparának növekedésén és fejlesztésén volt.
1947 óta a Szovjetunió Európa első és a világ második villamosenergia-termelőjévé vált. Ennek a tervnek köszönhető, hogy a GOELRO megalakult a lehető leghamarabb az egész hazai gazdaság. Minőségileg új szintre lépett az ország villamosenergia-termelése és -fogyasztása.
A terv teljesítése több fontos tényező kombinációjának köszönhetően vált lehetségessé: magas szint az ország tudományos személyzete, Oroszország forradalom előtti időkből megőrzött anyagi potenciálja, a politikai és gazdasági hatalom központosítása, az orosz nép azon képessége, hogy higgyen a „csúcsokban”, és megtestesítse a hirdetett eszméket.
A terv bebizonyította a szovjet központosított hatalmi és kormányzati rendszer hatékonyságát.
1935-ben az elfogadott programot végrehajtották és túlteljesítették. A tervezett 30 helyett 40 erőmű épült, és csaknem háromszor nagyobb kapacitást vezettek be, mint amennyit a tervben előirányoztak. 13 db, egyenként 100 ezer kW teljesítményű erőmű épült. Az orosz vízerőművek teljes kapacitása körülbelül 700 000 kW volt.
Ezekben az években épültek fel a legnagyobb stratégiai jelentőségű objektumok, mint például a világhírű Dnyeper vízerőmű. A teljes mutatók tekintetében az Egységes Szovjet Energiarendszer felülmúlta az Új és a Régi Világ legfejlettebb országainak hasonló rendszereit. Az európai országok villamosenergia-termelése ezekben az években jelentősen elmaradt a Szovjetunió mutatóitól.
Ha a forradalom előtt gyakorlatilag nem volt áram az oroszországi falvakban (a nagybirtokosok által telepített kis erőművek nem számítanak), akkor a GOELRO-terv megvalósításával az elektromosság használatának köszönhetően Mezőgazdaságúj lendületet kapott a fejlődéshez. Megjelentek a villanymotorok a malmokban, fűrészüzemekben, gabonatisztító gépekben, ami hozzájárult az ipar modernizációjához.
Ezenkívül az elektromosság szilárdan belépett a városiak és a falusiak életébe, szó szerint kitépve a „sötét Oroszországot” a sötétségből.
Khokhlova Kristina
Előadás "Elektromos energia előállítása, átvitele és felhasználása" témában
A prezentáció előnézetének használatához hozzon létre egy Google-fiókot, és jelentkezzen be: https://accounts.google.com
Bemutató Villamos energia előállítása, átvitele és felhasználása Kristina Khokhlova, 11. osztály, Városi Oktatási Intézmény-Középiskola 64. sz.
Bemutatási terv Villamosenergia termelés Erőművek típusai Alternatív energiaforrások Villamosenergia átvitel Villamosenergia felhasználás
Az erőműveknek többféle típusa van: Erőművek típusai TPP HPP Atomerőmű
Hőerőmű (TPP), olyan erőmű, amely a fosszilis tüzelőanyagok elégetése során felszabaduló hőenergia átalakítása eredményeként villamos energiát állít elő. A hőerőművekben a tüzelőanyag kémiai energiája először mechanikai energiává, majd elektromos energiává alakul át. Az ilyen erőmű tüzelőanyaga lehet szén, tőzeg, gáz, olajpala és fűtőolaj. A leggazdaságosabbak a nagy termikus gőzturbinás erőművek hazánkban a legtöbb hőerőmű szénport használ üzemanyagként. 1 kWh villamos energia előállításához több száz gramm szenet fogyasztanak el. Egy gőzkazánban a tüzelőanyag által felszabaduló energia több mint 90%-a gőzbe kerül. A turbinában a gőzsugarak mozgási energiája a rotorra kerül. A turbina tengelye mereven kapcsolódik a generátor tengelyéhez. TPP
TPP-k A hőerőművek a következőkre oszthatók: Kondenzációs erőművek (CPS) Csak elektromos energia előállítására tervezték őket. A regionális jelentőségű nagy CPP-ket állami körzeti erőműveknek (SDPP) nevezik. kapcsolt hő- és erőművek (CHP), amelyek a villamos energián kívül hőenergiát is termelnek formában forró vízés egy pár.
Vízierőmű (HP), olyan szerkezetek és berendezések együttese, amelyen keresztül a vízáramlás energiája elektromos energiává alakul. A vízerőmű hidraulikus szerkezetek egymás utáni láncolatából áll, amelyek biztosítják a vízáramlás szükséges koncentrációját és a nyomás létrehozását, valamint az energetikai berendezéseket, amelyek a nyomás alatt mozgó víz energiáját mechanikus forgási energiává alakítják, ami viszont átalakul. elektromos energiává. A vízerőmű nyomását a folyó esésének a gát által használt területre való koncentrálása hozza létre, vagy elterelés, vagy gát és elterelés együttesen. vízerőmű
Vízerőművek teljesítménye A vízerőműveket is felosztják: A vízerőművek teljesítménye függ a nyomástól, a hidraulikus turbinákban használt vízáramlástól és a hidraulikus egység hatásfokától. Számos ok miatt (például a tározók vízszintjének szezonális változása, a villamosenergia-rendszer terhelésének ingadozása, a hidraulikus egységek vagy vízműtárgyak javítása stb. miatt) a víz nyomása és áramlása folyamatosan változik. , ráadásul a vízerőmű teljesítményének szabályozásakor az áramlás is változik. nagynyomású (60 m felett) közepes nyomású (25-60 m) alacsony nyomású (3-25 m) Közepes (25 MW-ig) Erőteljes (25 MW felett) Kicsi (5 MW-ig)
A vízerőművek között különleges helyet foglalnak el: Szivattyús tárolós erőművek (PSPP) A PSPP-k energiafelhalmozási képessége azon alapul, hogy a villamosenergia-rendszerben egy bizonyos ideig szabad elektromos energiát a szivattyús tárolós teljesítmény hasznosítja. üzemek, amelyek szivattyús üzemmódban szivattyúzzák a vizet a tározóból a felső tárolómedencébe. A csúcsterhelési időszakokban a felhalmozott energia visszakerül az energiarendszerbe. Az árapály-vízerőművek villamos energiája az apály-apály időszakos jellegéből adódóan az energiarendszerekben csak a szabályozó erőművek energiájával együtt használható fel, ami pótolja az árapály áramkimaradásait. az árapály erőművek napokon vagy hónapokon belül.
A reaktorban egyes nehézelemek magjainak hasadási láncreakciója következtében felszabaduló hő a hagyományos hőerőművekhez (TPP) hasonlóan elektromos árammá alakul. A fosszilis tüzelőanyaggal működő hőerőművekkel ellentétben az atomerőművek nukleáris üzemanyaggal működnek (233U, 235U, 239Pu alapján). Megállapítást nyert, hogy a világ nukleáris fűtőanyag (urán, plutónium stb.) energiaforrásai jelentősen meghaladják a szerves üzemanyag (olaj, szén, stb.) természetes készleteinek energiaforrásait. földgáz satöbbi.). Emellett figyelembe kell venni a hőerőművek komoly vetélytársává váló globális vegyiparban a technológiai célú szén- és olajfelhasználás egyre növekvő volumenét. Atomerőmű
Atomerőművek Az atomerőművekben leggyakrabban 4 típusú termikus neutronreaktort használnak: grafit-víz reaktorokat vízhűtővel és grafit moderátorral, nehézvizes hűtőfolyadékkal és nehézvíz moderátorral, víz-víz reaktor normál vízzel. moderátorként és hűtőfolyadékként graffito-gáz gázhűtővel és grafit moderátorral.
A túlnyomórészt használt reaktortípus kiválasztását elsősorban a hordozóreaktorban felhalmozott tapasztalat, valamint a szükséges reaktorok rendelkezésre állása határozza meg. ipari berendezések, nyersanyagtartalékok stb. A reaktor és kiszolgáló rendszerei a következők: maga a reaktor biológiai védelemmel, hőcserélők, szivattyúk vagy gázfúvó egységek, amelyek a hűtőfolyadékot keringetik, csővezetékek és köri szerelvények, nukleáris üzemanyag újratöltésére szolgáló berendezések, speciális szellőzőrendszerek , vészhűtés stb. Az atomerőmű személyzetének sugárterheléstől való védelme érdekében a reaktort biológiai árnyékolás veszi körül, amelynek fő anyagai a beton, a víz és a szerpentin homok. A reaktorkör berendezését teljesen le kell zárni. Atomerőmű
Alternatív energia források. Napenergia A napenergia az egyik leganyagigényesebb energiatermelési mód. A napenergia nagyarányú felhasználása az anyagszükséglet gigantikus növekedésével jár, és ennek következtében a munkaerő-források nyersanyagok kitermelésére, dúsítására, anyagok beszerzésére, heliosztátok, kollektorok, egyéb berendezések gyártására, szállítására. Szélenergia A mozgó légtömegek energiája óriási. A szélenergia tartalékai több mint százszor nagyobbak, mint a bolygó összes folyójának vízenergia-tartalékai. A szél folyamatosan és mindenhol fúj a Földön. Az éghajlati viszonyok hatalmas területen teszik lehetővé a szélenergia fejlesztését. A tudósok és mérnökök erőfeszítései révén a modern szélturbinák széles skáláját hozták létre. Földenergia A földenergia nemcsak helyiségek fűtésére alkalmas, mint Izlandon, hanem elektromos áram előállítására is. A föld alatti melegforrásokat használó erőművek már régóta működnek. Az első ilyen, még mindig nagyon alacsony teljesítményű erőmű 1904-ben épült az olaszországi Larderello kisvárosban. Fokozatosan nőtt az erőmű teljesítménye, egyre több új blokkot helyeztek üzembe, új melegvíz-forrásokat használtak, és mára az állomás teljesítménye már elérte a lenyűgöző, 360 ezer kilowatt értéket.
Napenergia Levegőenergia Föld energia
Villamosenergia-átvitel Az áramfogyasztók mindenhol jelen vannak. Viszonylag kevés helyen állítják elő üzemanyag- és vízforrások közelében. Ezért szükség van az elektromos áram továbbítására olykor több száz kilométeres távolságra. Az elektromosság nagy távolságra történő átvitele azonban észrevehető veszteségekkel jár. A helyzet az, hogy amikor az áram átfolyik az elektromos vezetékeken, felmelegíti azokat. A Joule-Lenz törvénynek megfelelően a vezetékek fűtésére fordított energiát a következő képlet határozza meg: Q= I 2 Rt ahol R a vezeték ellenállása. Nál nél hosszú hosszúságú az erőátviteli vezetékek általában veszteségessé válhatnak. A veszteségek csökkentése érdekében növelheti a vezetékek keresztmetszeti területét. De ha R 100-szorosára csökken, akkor a tömeget is 100-szorosára kell növelni. Nem szabad megengedni a színesfém ilyen jellegű fogyasztását. Ezért a vezeték energiavesztesége más módon is csökkenthető: a vezetékben lévő áram csökkentésével. Például az áramerősség 10-szeres csökkentésével százszorosára csökken a vezetőkben felszabaduló hőmennyiség, vagyis ugyanaz a hatás érhető el, mint a vezeték százszoros nehezebbé tétele. Ezért telepítik a nagy erőművekben a fokozatos transzformátorokat. A transzformátor ugyanannyival növeli a vezeték feszültségét, mint amennyivel csökkenti az áramerősséget. A teljesítményveszteségek kicsik. Az ország számos régiójában az elektromos erőműveket nagyfeszültségű távvezetékek kötik össze, amelyek egy közös elektromos hálózatot alkotnak, amelyre a fogyasztók csatlakoznak. Az ilyen társulást energiarendszernek nevezzük. A villamosenergia-rendszer biztosítja a fogyasztók megszakítás nélküli energiaellátását, függetlenül azok helyétől.
Az elektromosság felhasználása a tudomány különböző területein A tudomány közvetlenül befolyásolja az energia fejlődését és az elektromosság alkalmazási körét. A fejlett országok GDP-növekedésének mintegy 80%-a technikai innováció révén valósul meg, melynek döntő része a villamosenergia-felhasználáshoz kapcsolódik. Minden újdonság az iparban, a mezőgazdaságban és a mindennapi életben a különböző tudományágak új fejlesztéseinek köszönhetően érkezik hozzánk. A legtöbb tudományos fejlemények elméleti számításokkal kezdődik. De ha a 19. században ezek a számítások toll és papír segítségével készültek, akkor az STR (tudományos és technológiai forradalom) korában minden elméleti számítás, tudományos adatok kiválasztása és elemzése, sőt nyelvészeti elemzés is. irodalmi művek számítógépek (elektronikus számítógépek) felhasználásával készülnek, amelyek elektromos energiával működnek, ami a legkényelmesebb a távoli átvitelhez és felhasználáshoz. De ha kezdetben a számítógépeket tudományos számításokhoz használták, mára a számítógépek a tudományból váltak az életbe. A termelés elektronizálása és automatizálása a „második ipari” vagy „mikroelektronikai” forradalom legfontosabb következményei a fejlett országok gazdaságában. A tudomány a kommunikáció és a kommunikáció területén ma már nem csak a a nemzetközi kommunikáció eszközei, de a mindennapi életben is – városunkban nem ritka az új kommunikációs eszközök, például az üvegszálas technológia, amely jelentősen csökkentheti a jelek nagy távolságra történő továbbítása során keletkező energiaveszteségeket információ, tárolása, feldolgozása és továbbítása, együttesen komplex információs szerkezetet alkotva jöttek létre.
Villamos energia felhasználása a termelésben Modern társadalom A termelési tevékenység nem képzelhető el villamosítás nélkül. Már a 80-as évek végén a világ összes energiafogyasztásának több mint 1/3-a elektromos energia formájában valósult meg. A következő évszázad elejére ez az arány 1/2-re nőhet. A villamosenergia-fogyasztás e növekedése elsősorban az ipari fogyasztás növekedésével függ össze. Az ipari vállalkozások nagy része villamos energiával működik. A magas villamosenergia-fogyasztás jellemző az olyan energiaigényes iparágakra, mint a kohászat, az alumíniumipar és a gépipar.
Az elektromosság használata a mindennapi életben Az elektromosság a mindennapi életben szerves segédeszköz. Minden nap foglalkozunk vele, és valószínűleg már el sem tudjuk képzelni nélküle az életünket. Emlékezzen arra, amikor utoljára lekapcsolták a lámpákat, vagyis nem jött áram a házadba, emlékezz arra, hogy megesküdtél, hogy nincs időd semmit sem csinálni, és fényre van szükséged, szükséged van TV-re, vízforralóra és egy egy csomó egyéb elektromos készülék. Hiszen ha örökre feszültségmentesek vagyunk, akkor egyszerűen visszatérünk azokhoz régi idők amikor tűzön főzték az ételt és hideg wigwamokban éltek. Egy egész verset lehet szentelni az elektromosság fontosságának életünkben, annyira fontos az életünkben, és annyira megszoktuk. Bár már nem vesszük észre, hogy bekerül az otthonunkba, de kikapcsolva nagyon kényelmetlenné válik.
Köszönöm a figyelmet
a fizikában
a „Villamosenergia termelése, átvitele és felhasználása” témában
11. A osztályos tanulók
85. számú önkormányzati oktatási intézmény
Catherine.
Absztrakt terv.
Bevezetés.
1. Villamosenergia-termelés.
1. erőművek típusai.
2. alternatív források energia.
2. Villamosenergia-átvitel.
3. Villamosenergia-felhasználás.
Bevezetés.
Az energia születése több millió évvel ezelőtt történt, amikor az emberek megtanulták használni a tüzet. A tűz meleget és fényt adott nekik, inspiráció és optimizmus forrása volt, fegyver az ellenség és a vadállatok ellen, jogorvoslat, mezőgazdasági asszisztens, élelmiszer tartósítószer, technológiai segédanyag stb.
Az embereknek tüzet adó Prométheusz csodálatos mítosza jóval később jelent meg az ókori Görögországban, miután a világ számos részén elsajátították a tűz meglehetősen kifinomult kezelésének, előállításának és oltásának, a tűz megőrzésének és az üzemanyag ésszerű felhasználásának módszereit.
A tüzet hosszú éveken keresztül növényi energiaforrások (fa, cserje, nád, fű, száraz alga stb.) elégetésével tartották fenn, majd kiderült, hogy a tűz fenntartására fosszilis anyagokat is lehet használni: szén, olaj, pala. , tőzeg.
Ma az energia továbbra is az emberi élet fő alkotóeleme. Lehetővé teszi az alkotást különféle anyagok, az egyik fő tényező az új technológiák fejlesztésében. Egyszerűen fogalmazva, mastering nélkül különféle típusok energia, az ember nem képes teljes mértékben létezni.
Energiatermelés.
Az erőművek típusai.
Hőerőmű (TPP) olyan erőmű, amely a fosszilis tüzelőanyagok elégetése során felszabaduló hőenergia átalakítása eredményeként elektromos energiát állít elő. Az első hőerőművek a 19. század végén jelentek meg és terjedtek el. A 20. század 70-es éveinek közepén a hőerőművek voltak az erőművek fő típusai.
A hőerőművekben a tüzelőanyag kémiai energiája először mechanikai energiává, majd elektromos energiává alakul át. Az ilyen erőmű tüzelőanyaga lehet szén, tőzeg, gáz, olajpala és fűtőolaj.
A hőerőművek fel vannak osztva páralecsapódás(IES), amelyet kizárólag elektromos energia előállítására terveztek, és kapcsolt hő- és erőművek(CHP), amely az elektromos energián kívül hőenergiát is termel forró víz és gőz formájában. A regionális jelentőségű nagy CPP-ket állami körzeti erőműveknek (SDPP) nevezik.
A széntüzelésű IES legegyszerűbb sematikus diagramja az ábrán látható. A szenet az 1 tüzelőanyag-bunkerbe, onnan pedig a 2 zúzóegységbe táplálják, ahol porrá alakul. A szénpor egy gőzfejlesztő (gőzkazán) 3 kemencéjébe kerül, amelynek csőrendszere van, amelyben vegyileg tisztított víz, úgynevezett tápvíz kering. A kazánban a vizet felmelegítik, elpárologtatják, és a keletkező telített gőzt 400-650 °C-ra melegítik, és 3-24 MPa nyomáson gőzvezetéken keresztül belép a 4-es gőzturbinába az egységek teljesítményéről.
A kondenzációs hőerőművek hatásfoka alacsony (30-40%), mivel az energia nagy része a füstgázokkal és a kondenzátoros hűtővízzel megy el. Előnyös a CPP-k építése az üzemanyag-előállító telephelyek közvetlen közelében. Ebben az esetben a villamosenergia-fogyasztók az állomástól jelentős távolságra helyezkedhetnek el.
Kombinált hő- és erőmű abban különbözik a kondenzációs állomástól, hogy speciális fűtőturbinát szereltek fel gőzelszívással. Egy hőerőműben a gőz egy részét teljes egészében a turbinában használják fel elektromos áram előállítására az 5 generátorban, majd belép a 6 kondenzátorba, a másik, magasabb hőmérsékletű és nyomású pedig a hőerőmű közbenső fokozatából veszik el. turbina és hőellátásra szolgál. A kondenzátumot a 7 szivattyú a 8 légtelenítőn keresztül, majd a 9 betápláló szivattyú juttatja a gőzfejlesztőhöz. A felvett gőz mennyisége a vállalkozások hőenergia-igényétől függ.
Együttható hasznos akció A CHP eléri a 60-70%-ot. Az ilyen állomásokat általában fogyasztók - ipari vállalkozások vagy lakóterületek - közelében építik. Leggyakrabban import üzemanyaggal működnek.
Termálállomások gázturbina(GTPP), gőz-gáz(PHPP) és dízel üzemek.
Gázturbinás erőmű égésterében gázt vagy folyékony tüzelőanyagot égetnek el; A 750-900 ºС hőmérsékletű égéstermékek egy elektromos generátort forgató gázturbinába jutnak. Az ilyen hőerőművek hatásfoka általában 26-28%, teljesítménye - akár több száz MW . A GTPP-ket általában az elektromos terhelési csúcsok fedezésére használják. A PGES hatékonysága elérheti a 42-43%-ot.
A leggazdaságosabbak a nagy termikus gőzturbinás erőművek (rövidítve TPP). Hazánkban a legtöbb hőerőmű szénport használ üzemanyagként. 1 kWh villamos energia előállításához több száz gramm szenet fogyasztanak el. Egy gőzkazánban a tüzelőanyag által felszabaduló energia több mint 90%-a gőzbe kerül. A turbinában a gőzsugarak mozgási energiája a rotorra kerül. A turbina tengelye mereven kapcsolódik a generátor tengelyéhez.
A hőerőművek modern gőzturbinái nagyon fejlett, nagy sebességű, rendkívül gazdaságos, hosszú élettartamú gépek. Teljesítményük egytengelyes változatban eléri az 1 millió 200 ezer kW-ot, és ez nem a határ. Az ilyen gépek mindig többfokozatúak, vagyis általában több tucat munkalapáttal ellátott tárcsával és minden tárcsa előtt ugyanannyi fúvókacsoporttal rendelkeznek, amelyeken gőzáram folyik át. A gőz nyomása és hőmérséklete fokozatosan csökken.
Egy fizikatanfolyamból ismert, hogy a hőgépek hatásfoka a munkaközeg kezdeti hőmérsékletének emelkedésével növekszik. Ezért a turbinába belépő gőzt magas paraméterekre állítják be: hőmérséklet - majdnem 550 ° C és nyomás - akár 25 MPa. A hőerőművek hatásfoka eléri a 40%-ot. Az energia nagy része a forró kipufogógőzzel együtt elvész.
Vízi állomás (vízerőmű), olyan szerkezetek és berendezések együttese, amelyen keresztül a vízáramlás energiája elektromos energiává alakul. A vízi erőmű soros áramkörből áll hidraulikus szerkezetek, a vízáramlás szükséges koncentrációjának biztosítása és nyomás létrehozása, valamint a nyomás alatt mozgó víz energiáját mechanikai forgási energiává alakító erőmű, amely viszont elektromos energiává alakul.
A vízerőmű nyomását a folyó esésének a gát által használt területen való koncentrálódása hozza létre, ill. származtatás, vagy gát és elterelés együtt. A vízerőmű fő erőművi berendezése a vízerőmű épületében található: az erőmű turbinatermében - hidraulikus egységek, segédberendezések, automatikus vezérlő- és felügyeleti eszközök; a központi irányítóponton - operátor-diszpécser konzol ill vízierőmű automatikus üzemeltetője. Növekvő transzformátor alállomás Mind a vízerőmű épületén belül, mind különálló épületekben vagy nyílt területeken található. Kapcsolóberendezések gyakran nyílt területen helyezkednek el. A vízerőmű épülete egy vagy több blokkot és segédberendezéseket tartalmazó, a szomszédos épületrészektől elválasztott részekre osztható. A vízerőmű épületén belül vagy a vízerőmű épületén belül létesítenek egy telepítési helyet a különféle berendezések összeszereléséhez és javításához, valamint a vízerőmű karbantartásához szükséges segédműveletek elvégzéséhez.
A beépített kapacitás szerint (in MW) különbséget tenni a vízerőművek között erős(250 felett), átlagos(25-ig) és kicsi(legfeljebb 5). A vízerőmű teljesítménye a nyomástól függ (az upstream és a downstream szintkülönbsége ), A hidraulikus turbinákban használt vízáramlás és a hidraulikus egység hatásfoka. Számos ok miatt (például a tározók vízszintjének szezonális változása, a villamosenergia-rendszer terhelésének ingadozása, a hidraulikus egységek vagy vízműtárgyak javítása stb. miatt) a víz nyomása és áramlása folyamatosan változik. , ráadásul a vízerőmű teljesítményének szabályozásakor az áramlás is változik. A vízerőművek működésének éves, heti és napi ciklusa van.
A maximális használt nyomás alapján a vízerőműveket felosztják magas nyomású(több mint 60 m), közepes nyomású(25-60 között m)És alacsony nyomás(3-tól 25-ig m). A síkvidéki folyókon a nyomás ritkán haladja meg a 100 fokot m, hegyvidéki körülmények között egy gát akár 300 nyomást is létrehozhat més még több, és levezetés segítségével - 1500-ig m. A vízerőművek felosztása az alkalmazott nyomás szerint hozzávetőleges, feltételes jellegű.
A vízkészlet felhasználásának és nyomáskoncentrációjának mintázata szerint a vízerőműveket általában felosztják csatorna , gát , elterelés nyomásos és nem nyomású terelővel, vegyes, szivattyús tárolóÉs árapály .
A kifutó és gátas vízerőművekben a víznyomást egy gát hozza létre, amely elzárja a folyót és megemeli a vízszintet a felső medencében. Ugyanakkor elkerülhetetlen a folyó völgyének némi elöntése. Folyó- és gátparti vízerőművek épülnek mind a síkvidéki magasvizű folyókra, mind a hegyvidéki folyókra, szűk sűrített völgyekben. A folyóvízi erőműveket 30-40 fokig terjedő nyomás jellemzi m.
Magasabb nyomáson nem célszerű a hidrosztatikus víznyomást átvinni a vízerőmű épületébe. Ebben az esetben a típust használják gát A végvízzel szomszédos egy vízi erőmű, amelyben a nyomásfrontot teljes hosszában gát zárja, a vízerőmű épülete pedig a gát mögött található.
Egy másik típusú elrendezés duzzasztott A vízerőmű a hegyvidéki viszonyoknak felel meg, viszonylag alacsony vízhozamokkal.
BAN BEN származékos A vízesés vízerőművi koncentrációja elterelés révén jön létre; a használt folyószakasz elején a vizet a folyó átlagos lejtőjénél lényegesen kisebb lejtésű vezeték vezeti el a mederből ezen a szakaszon, a meder kanyarulatainak kiegyenesítésével. Az elterelés végét a vízerőmű épületének helyére hozzák. A szennyvizet vagy visszavezetik a folyóba, vagy a következő elterelő vízerőműhöz vezetik. Az elterelés akkor előnyös, ha a folyó lejtése magas.
A vízerőművek között különleges helyet foglal el szivattyús tárolós erőművek(PSPP) és árapály erőművek(PES). A szivattyús tározós erőművek építését a nagy energiarendszerek csúcsteljesítmény-igényének növekedése határozza meg, amely meghatározza a csúcsterhelések fedezéséhez szükséges termelőkapacitást. A szivattyús tározós erőművek energiafelhalmozási képessége azon a tényen alapszik, hogy az energiarendszerben bizonyos ideig szabad elektromos energiát használnak fel a szivattyús tározós erőművi blokkok, amelyek szivattyú üzemmódban szivattyúzzák a vizet a tározóból. a felső tárolómedencébe. A csúcsterhelési időszakokban a felhalmozott energia visszakerül az áramrendszerbe (a felső medence vize belép a nyomóvezetékbe, és megforgatja az áramfejlesztőként működő hidraulikus egységeket).
A PES a tengeri árapály energiáját elektromos árammá alakítja. Az árapály-vízerőművek villamos energiája az apály-apály időszakos jellegéből adódóan az energiarendszerekben csak a szabályozó erőművek energiájával együtt használható fel, ami pótolja az árapály áramkimaradásait. az árapály erőművek napokon vagy hónapokon belül.
A vízenergia-források legfontosabb jellemzője az üzemanyag- és energiaforrásokhoz képest a folyamatos megújulásuk. A vízerőművek tüzelőanyag-szükségletének hiánya meghatározza a vízerőművek által termelt villamos energia alacsony költségét. Ezért a vízerőművek építése a jelentős fajlagos tőkebefektetések ellenére 1 kW A beépített kapacitás és a hosszú építési időszak nagy jelentőséget kapott és kap, különösen, ha ez a villamosenergia-intenzív iparágak elhelyezéséhez kapcsolódik.
Atomerőmű (Atomerőmű), olyan erőmű, amelyben az atomi (nukleáris) energiát elektromos energiává alakítják. Az atomerőmű energiatermelője egy atomreaktor. A reaktorban egyes nehézelemek magjainak hasadási láncreakciója következtében felszabaduló hő a hagyományos hőerőművekhez (TPP) hasonlóan elektromos árammá alakul. A fosszilis tüzelőanyaggal működő hőerőművekkel ellentétben az atomerőművek tovább működnek nukleáris üzemanyag(233 U, 235 U, 239 Pu alapján). Megállapítást nyert, hogy a világ nukleáris üzemanyagának (urán, plutónium stb.) energiaforrásai jelentősen meghaladják a szerves tüzelőanyag (olaj, szén, földgáz stb.) természetes készleteinek energiaforrásait. Ez széles távlatokat nyit a gyorsan növekvő üzemanyagigények kielégítésére. Emellett figyelembe kell venni a hőerőművek komoly vetélytársává váló globális vegyiparban a technológiai célú szén- és olajfelhasználás egyre növekvő volumenét. A szerves tüzelőanyag új lelőhelyeinek felfedezése és az előállítási módszerek fejlesztése ellenére a világon tendencia tapasztalható a költségek viszonylagos növekedése felé. Ez teremti meg a legnehezebb feltételeket a korlátozott fosszilis tüzelőanyag-tartalékokkal rendelkező országok számára. Az igény nyilvánvaló gyors fejlődés az atomenergia, amely már most is előkelő helyet foglal el a világ számos ipari országának energiamérlegében.
ábrán látható egy vízhűtéses atomreaktorral rendelkező atomerőmű sematikus diagramja. 2. Hő szabadul fel mag reaktor hűtőfolyadék, Az 1. körből származó víz veszi be, amelyet egy keringető szivattyú szivattyúz át a reaktoron. 3, ahol a reaktorban kapott hőt átadja a 2. kör vizének. A 2. kör vize a gőzfejlesztőben elpárolog, és gőz képződik, amely ezután belép a turbinába 4.
Leggyakrabban 4 típusú termikus neutronreaktort használnak az atomerőművekben:
1) víz-víz közönséges vízzel moderátorként és hűtőfolyadékként;
2) grafit-víz vízhűtő folyadékkal és grafit moderátorral;
3) nehéz víz hűtőfolyadékkal és nehéz víz moderátorként;
4) graffito - gáz gáz hűtőfolyadékkal és grafit moderátorral.
A túlnyomórészt használt reaktortípus megválasztását elsősorban a hordozóreaktorban felhalmozott tapasztalat, valamint a szükséges ipari berendezések, nyersanyagtartalékok stb.
A reaktor és kiszolgáló rendszerei közé tartozik: maga a reaktor biológiai védelemmel , hőcserélők, szivattyúk vagy gázfúvó egységek, amelyek a hűtőfolyadékot keringetik, a cirkulációs kör csővezetékei és szerelvényei, nukleáris üzemanyag újratöltésére szolgáló berendezések, speciális szellőzőrendszerek, vészhűtési rendszerek stb.
Az atomerőmű személyzetének sugárzás elleni védelme érdekében a reaktort biológiai árnyékolással veszik körül, amelynek fő anyagai a beton, a víz és a szerpentin homok. A reaktorkör berendezését teljesen le kell zárni. Az esetleges hűtőfolyadék-szivárgási helyek megfigyelésére szolgáló rendszer gondoskodik arról, hogy az áramkörben lévő szivárgások és szakadások ne vezessenek radioaktív kibocsátáshoz és az atomerőmű helyiségeinek és környékének szennyeződéséhez. Az atomerőmű felügyelet nélküli helyiségeiből egy speciális szellőzőrendszerrel távolítják el a radioaktív levegőt és a kis mennyiségű hűtőfolyadék gőzt a körből való szivárgás miatt, amelyben tisztítószűrők és tároló gáztartályok vannak ellátva, hogy kiküszöböljék a lehetőségét. légszennyezés. Az atomerőmű személyzetének sugárbiztonsági szabályainak betartását a dozimetriai ellenőrző szolgálat ellenőrzi.
A biológiai védelem, a speciális szellőző- és vészhűtési rendszerek, valamint a dozimetriai monitoring szolgáltatás lehetővé teszi az atomerőmű üzemeltetőinek teljes körű védelmét a radioaktív sugárzás káros hatásaitól.
Atomerőművek, amelyek a legtöbb modern megjelenés az erőművek számos jelentős előnnyel rendelkeznek más típusú erőművekkel szemben: normál üzemi körülmények között egyáltalán nem szennyeznek környezet, nem igényelnek alapanyagforráshoz való csatlakozást, és ennek megfelelően szinte bárhol elhelyezhetők. Az új erőművek teljesítménye közel megegyezik egy átlagos vízerőművel, de az atomerőmű beépített kapacitáskihasználtsági tényezője (80%) jelentősen meghaladja ezt a vízerőmű vagy hőerőmű esetében.
Az atomerőműveknek normál üzemi körülmények között gyakorlatilag nincs jelentős hátránya. Nem lehet azonban figyelmen kívül hagyni az atomerőművek veszélyét esetleges vis maior körülmények között: földrengések, hurrikánok stb. - itt a régi erőművek modelljei potenciális veszélyt jelentenek a területek sugárszennyezettségére a reaktor ellenőrizetlen túlmelegedése miatt.
Alternatív energia források.
A nap energiája.
BAN BEN Utóbbi időben Erősen megnőtt az érdeklődés a napenergia felhasználásának problémája iránt, mivel a közvetlen napsugárzás felhasználásán alapuló energia potenciális lehetőségei rendkívül magasak.
A legegyszerűbb napsugárzás kollektor egy megfeketedett fém (általában alumínium) lemez, amelynek belsejében csövek vannak, amelyekben folyadék kering. A kollektor által elnyelt napenergiával felmelegítve a folyadékot közvetlen felhasználásra szállítják.
A napenergia az egyik leganyagigényesebb energiatermelési mód. A napenergia nagyarányú felhasználása az alapanyagok kinyeréséhez, dúsításához, anyagbeszerzéséhez, heliosztátok, kollektorok, egyéb berendezések gyártásához, szállításához szükséges anyagszükséglet gigantikus megnövekedésével jár, és ennek következtében a munkaerő-erőforrások terén is.
Eddig a napsugarak által előállított elektromos energia sokkal drágább, mint a hagyományos módszerekkel előállított elektromos energia. A tudósok azt remélik, hogy a kísérleti létesítményeken és állomásokon végzett kísérletek nemcsak műszaki, hanem gazdasági problémák megoldásában is segítenek.
Szélenergia.
A mozgó légtömegek energiája óriási. A szélenergia tartalékai több mint százszor nagyobbak, mint a bolygó összes folyójának vízenergia-tartalékai. A szél folyamatosan és mindenhol fúj a Földön. Az éghajlati viszonyok hatalmas területen teszik lehetővé a szélenergia fejlesztését.
De ma a szélmotorok a világ energiaszükségletének csak egy ezredét fedezik. Ezért a légijármű-szakemberek, akik tudják, hogyan kell kiválasztani a legmegfelelőbb lapátprofilt és tanulmányozzák azt egy szélcsatornában, részt vesznek a szélkerék, minden szélerőmű szívének kialakításában. A tudósok és mérnökök erőfeszítései révén a modern szélturbinák széles skáláját hozták létre.
A Föld energiája.
Az emberek régóta tudnak a földgömb mélyén megbúvó gigantikus energia spontán megnyilvánulásairól. Az emberiség emlékezete legendákat tartalmaz a katasztrofális vulkánkitörésekről, amelyek több millió emberéletet követeltek, és a Föld számos helyének megjelenését a felismerhetetlenségig megváltoztatták. Még egy viszonylag kis vulkán kitörésének ereje is hatalmas, mint a legnagyobb, emberi kéz által létrehozott erőművek. Igaz, nem kell beszélni a vulkánkitörések energiájának közvetlen felhasználásáról, az emberek még nem képesek megfékezni ezt a lázadó elemet.
A Föld energiája nemcsak helyiségek fűtésére alkalmas, mint Izlandon, hanem elektromos áram előállítására is. A föld alatti melegforrásokat használó erőművek már régóta működnek. Az első ilyen, még mindig nagyon alacsony teljesítményű erőmű 1904-ben épült az olaszországi Larderello kisvárosban. Fokozatosan nőtt az erőmű teljesítménye, egyre több új blokkot helyeztek üzembe, új melegvíz-forrásokat használtak, és mára az állomás teljesítménye már elérte a lenyűgöző, 360 ezer kilowatt értéket.
Villamosenergia átvitel.
Transzformátorok.
Ön vásárolt egy ZIL hűtőszekrényt. Az eladó figyelmeztette, hogy a hűtőszekrényt 220 V-os hálózati feszültségre tervezték. És az Ön házában a hálózati feszültség 127 V. Reménytelen helyzet? Egyáltalán nem. Csak további költségeket kell fizetnie és transzformátort kell vásárolnia.
Transzformátor- egy nagyon egyszerű eszköz, amely lehetővé teszi a feszültség növelését és csökkentését. A váltakozó áram átalakítása transzformátorok segítségével történik. A transzformátorokat először 1878-ban P. N. Yablochkov orosz tudós használta az általa feltalált „elektromos gyertyák” áramellátására, amely akkoriban új fényforrás volt. P. N. Yablochkov ötletét a Moszkvai Egyetem alkalmazottja, I. F. Usagin dolgozta ki, aki továbbfejlesztett transzformátorokat tervezett.
A transzformátor egy zárt vasmagból áll, amelyen két (néha több) tekercs található huzaltekerccsel (1. ábra). Az egyik tekercs, az úgynevezett primer tekercs, egy váltakozó feszültségforráshoz van csatlakoztatva. A második tekercset, amelyhez a „terhelés” csatlakozik, vagyis az elektromosságot fogyasztó műszerek és eszközök, másodlagosnak nevezzük.
A transzformátor működése az elektromágneses indukció jelenségén alapul. Amikor a váltóáram áthalad a primer tekercsen, a vasmagban váltakozó mágneses fluxus jelenik meg, amely minden tekercsben indukált emf-et gerjeszt. Sőt, az indukált emf pillanatnyi értéke e V a primer vagy szekunder tekercs bármely fordulatát a Faraday törvény szerint a következő képlet határozza meg:
e = - Δ F/ Δ t
Ha F= Ф 0 сosωt, akkor
e = ω Ф 0 bűn ω t , vagy
e = E 0 bűn ω t ,
Ahol E 0 = ω Ф 0 - az EMF amplitúdója egy körben.
Az elsődleges tekercsben, amely rendelkezik n 1 fordulatok, teljes indukált emf e 1 egyenlő p 1 e.
A szekunder tekercsben van egy teljes emf. e 2 egyenlő p 2 e, Ahol n 2- ennek a tekercsnek a fordulatszáma.
Ebből következik, hogy
e 1 e 2 = n 1 n 2 . (1)
Összes feszültség u 1 , az elsődleges tekercsre és az EMF-re alkalmazva e 1 egyenlőnek kell lennie a primer tekercs feszültségesésével:
u 1 + e 1 = én 1 R 1 , Ahol R 1 - a tekercs aktív ellenállása, és én 1 - áramerősség benne. Ez az egyenlet közvetlenül következik az általános egyenletből. Általában a tekercs aktív ellenállása kicsi és én 1 R 1 elhanyagolható. Ezért
u 1 ≈ -e 1 . (2)
Ha a transzformátor szekunder tekercse nyitva van, nem folyik benne áram, és a következő összefüggés áll fenn:
u 2 ≈ - e 2 . (3)
Mivel az emf pillanatnyi értékei e 1 És e 2 fázisváltozás, akkor arányuk az (1) képletben helyettesíthető az effektív értékek arányával E 1 És E 2 ezeknek az EMF-eknek, vagy a (2) és (3) egyenlőség figyelembevételével az U effektív feszültségértékek aránya 1 és te 2 .
U 1 /U 2 = E 1 / E 2 = n 1 / n 2 = k . (4)
Nagyságrend k transzformációs aránynak nevezzük. Ha k>1, akkor a transzformátor lelép, amikor k <1 - növekvő
Amikor a szekunder tekercs áramköre zárva van, áram folyik benne. Aztán az arány u 2 ≈ - e 2 már nem teljesül pontosan, és ennek megfelelően az U közötti kapcsolat 1 és te 2 bonyolultabbá válik, mint a (4) egyenletben.
Az energiamegmaradás törvénye szerint az elsődleges áramkör teljesítményének meg kell egyeznie a szekunder áramkör teljesítményével:
U 1 én 1 = U 2 én 2, (5)
Ahol én 1 És én 2 - effektív erőértékek a primer és szekunder tekercsekben.
Ebből következik, hogy
U 1 /U 2 = én 1 / én 2 . (6)
Ez azt jelenti, hogy a feszültség többszöri növelésével egy transzformátor segítségével ugyanannyival csökkentjük az áramerősséget (és fordítva).
A tekercsekben és a vasmagban felszabaduló hő miatti elkerülhetetlen energiaveszteség miatt az (5) és (6) egyenlet megközelítőleg teljesül. A modern nagy teljesítményű transzformátorokban azonban a teljes veszteség nem haladja meg a 2-3% -ot.
A mindennapi gyakorlatban gyakran kell számolnunk transzformátorokkal. Azokon a transzformátorokon kívül, amelyeket akarva-akaratlanul használunk, mivel az ipari eszközöket egy feszültségre tervezték, a városi hálózat pedig mást használ, az autótekercsekkel is meg kell küzdenünk. Az orsó egy lépcsős transzformátor. A munkakeveréket meggyújtó szikra létrehozásához nagy feszültségre van szükség, amelyet az autó akkumulátorából nyerünk, miután az akkumulátor egyenáramát először egy megszakító segítségével váltakozó árammá alakítjuk. Nem nehéz megérteni, hogy a transzformátor fűtéséhez használt energiaveszteségig a feszültség növekedésével az áram csökken, és fordítva.
A hegesztőgépekhez lecsökkentő transzformátorok szükségesek. A hegesztés nagyon nagy áramerősséget igényel, és a hegesztőgép transzformátorának csak egy kimeneti fordulata van.
Valószínűleg észrevette, hogy a transzformátor magja vékony acéllemezekből készül. Ez azért történik, hogy ne veszítsen energiát a feszültségátalakítás során. A lemezanyagokban az örvényáramok kisebb szerepet fognak játszani, mint a szilárd anyagokban.
Otthon kis transzformátorokkal van dolgod. Ami az erős transzformátorokat illeti, ezek hatalmas szerkezetek. Ezekben az esetekben a tekercsekkel ellátott magot hűtőolajjal töltött tartályba helyezik.
Villamosenergia átvitel
Az áramfogyasztók mindenhol jelen vannak. Viszonylag kevés helyen állítják elő üzemanyag- és vízforrások közelében. Ezért szükség van az elektromos áram továbbítására olykor több száz kilométeres távolságra.
Az elektromosság nagy távolságra történő átvitele azonban észrevehető veszteségekkel jár. A helyzet az, hogy amikor az áram átfolyik az elektromos vezetékeken, felmelegíti azokat. A Joule-Lenz törvénynek megfelelően a vezeték vezetékeinek fűtésére fordított energiát a képlet határozza meg
ahol R a vonal ellenállása. Nagy vezetékhossz esetén az energiaátvitel általában veszteségessé válhat. A veszteségek csökkentése érdekében természetesen követheti a vezeték R ellenállásának csökkentésének útját a vezetékek keresztmetszete növelésével. De például az R 100-szoros csökkentéséhez a huzal tömegét is 100-szorosára kell növelni. Nyilvánvaló, hogy nem engedhető meg ekkora drága színesfém költés, nem beszélve a nehéz huzalok magas árbocokra való rögzítésének nehézségeiről stb. Ezért a vezeték energiavesztesége más módon is csökkenthető: az áramerősség csökkentésével a sorban. Például az áramerősség 10-szeres csökkentésével százszorosára csökken a vezetőkben felszabaduló hőmennyiség, vagyis ugyanaz a hatás érhető el, mint a vezeték százszoros nehezebbé tétele.
Mivel az áramerősség arányos az áram és a feszültség szorzatával, az átvitt teljesítmény fenntartásához szükséges a távvezeték feszültségének növelése. Sőt, minél hosszabb a távvezeték, annál jövedelmezőbb a magasabb feszültség használata. Például a Volzhskaya HPP - Moszkva nagyfeszültségű távvezetékben 500 kV feszültséget használnak. Eközben a váltóáramú generátorokat 16-20 kV-ot meg nem haladó feszültségre építik, mivel nagyobb feszültség esetén bonyolultabb speciális intézkedésekre lenne szükség a tekercsek és a generátorok egyéb alkatrészeinek szigetelésére.
Ezért telepítik a nagy erőművekben a fokozatos transzformátorokat. A transzformátor ugyanannyival növeli a vezeték feszültségét, mint amennyivel csökkenti az áramerősséget. A teljesítményveszteségek kicsik.
A szerszámgépek elektromos hajtómotorjaiban, a világítási hálózatban és egyéb célokra történő villamos energia közvetlen felhasználásához csökkenteni kell a vezeték végein a feszültséget. Ez lecsökkentő transzformátorokkal érhető el. Ezenkívül általában a feszültség csökkenése és ennek megfelelően az áram növekedése több szakaszban történik. Minden szakaszban a feszültség csökken, és az elektromos hálózat által lefedett terület szélesebb lesz. A villamos energia szállításának és elosztásának diagramja az ábrán látható.
 |
Az ország számos régiójában az elektromos erőműveket nagyfeszültségű távvezetékek kötik össze, amelyek egy közös elektromos hálózatot alkotnak, amelyre a fogyasztók csatlakoznak. Az ilyen társulást energiarendszernek nevezzük. A villamosenergia-rendszer biztosítja a fogyasztók megszakítás nélküli energiaellátását, függetlenül azok helyétől.
Villamosenergia felhasználás.
Az elektromos energia felhasználása a tudomány különböző területein.
A huszadik század az az évszázad lett, amikor a tudomány a társadalmi élet minden területére behatol: a gazdaság, a politika, a kultúra, az oktatás stb. A tudomány természetesen közvetlenül befolyásolja az energia fejlődését és az elektromosság alkalmazási körét. A tudomány egyrészt hozzájárul az elektromos energia alkalmazási körének bővítéséhez, és ezzel növeli fogyasztását, másrészt egy olyan korszakban, amikor a nem megújuló energiaforrások korlátlan felhasználása veszélyt jelent a jövő generációira a tudomány feladatai közé tartozik az energiatakarékos technológiák fejlesztése és az életben való megvalósítása.
Nézzük meg ezeket a kérdéseket konkrét példákon keresztül. A fejlett országok GDP-jének (bruttó hazai termékének) növekedésének mintegy 80%-a technikai innováció révén valósul meg, melynek döntő része a villamosenergia-felhasználáshoz kapcsolódik. Minden újdonság az iparban, a mezőgazdaságban és a mindennapi életben a különböző tudományágak új fejlesztéseinek köszönhetően érkezik hozzánk.
A legtöbb tudományos fejlesztés elméleti számításokkal kezdődik. De ha a 19. században ezeket a számításokat tollal és papírral végezték, akkor az STR (tudományos és technológiai forradalom) korában minden elméleti számítás, a tudományos adatok kiválasztása és elemzése, sőt az irodalmi művek nyelvi elemzése is számítógép segítségével történik. (elektronikus számítógépek), amelyek elektromos energiával működnek, ami a legkényelmesebb a távolsági átvitelhez és felhasználáshoz. De ha kezdetben a számítógépeket tudományos számításokhoz használták, mára a számítógépek a tudományból váltak az életbe.
Ma már az emberi tevékenység minden területén alkalmazzák: információk rögzítésére és tárolására, archívumok létrehozására, szövegek előkészítésére és szerkesztésére, rajzi és grafikai munkák elvégzésére, a termelés és a mezőgazdaság automatizálására. A termelés elektronizálása és automatizálása a „második ipari” vagy „mikroelektronikai” forradalom legfontosabb következményei a fejlett országok gazdaságában. A komplex automatizálás fejlődése közvetlenül kapcsolódik a mikroelektronikához, amelynek minőségileg új szakasza a mikroprocesszor 1971-es feltalálása után kezdődött - a különféle eszközökbe épített, azok működését vezérlő mikroelektronikai logikai eszköz.
A mikroprocesszorok felgyorsították a robotika fejlődését. A jelenleg használatos robotok többsége az úgynevezett első generációba tartozik, hegesztésre, vágásra, préselésre, bevonatolásra stb. Az őket felváltó második generációs robotok környezetfelismerő eszközökkel vannak felszerelve. A harmadik generációs „intellektuális” robotok pedig „látnak”, „éreznek” és „hallanak”. A tudósok és mérnökök az atomenergiát, az űrkutatást, a közlekedést, a kereskedelmet, a raktározást, az orvosi ellátást, a hulladékfeldolgozást, valamint az óceánfenék gazdagságának fejlesztését a robotok alkalmazásának kiemelt területei között tartják számon. A robotok többsége elektromos energiával működik, de a robotok villamosenergia-fogyasztásának növekedését ellensúlyozza számos energiaigényes termelési folyamat energiaköltségének csökkenése a racionálisabb módszerek és új energiatakarékos technológiai eljárások bevezetése miatt.
De térjünk vissza a tudományhoz. A számítógépes számítások után minden új elméleti fejlesztést kísérletileg tesztelnek. És általában ebben a szakaszban a kutatást fizikai mérésekkel, kémiai elemzésekkel stb. Itt a tudományos kutatás eszközei sokrétűek - számos mérőműszer, gyorsító, elektronmikroszkóp, mágneses rezonancia képalkotás stb. A kísérleti tudomány ezen eszközeinek nagy része elektromos energiával működik.
A tudomány a kommunikáció és a kommunikáció területén nagyon gyorsan fejlődik. A műholdas kommunikációt ma már nemcsak a nemzetközi kommunikáció eszközeként használják, hanem a mindennapi életben is – városunkban nem ritkák a parabolaantennák. Az új kommunikációs eszközök, például az üvegszálas technológia jelentősen csökkenthetik a jelek nagy távolságra történő átvitele során keletkező energiaveszteséget.
A tudomány nem kerülte meg a menedzsment szféráját. Ahogy a tudományos és technológiai fejlődés fejlődik, valamint az emberi tevékenység termelő és nem termelő szférája bővül, a menedzsment egyre fontosabb szerepet kezd játszani hatékonyságuk növelésében. Egyfajta művészetből, amely egészen a közelmúltig tapasztalaton és intuíción alapult, a menedzsment ma tudománnyá változott. A menedzsment tudományát, az információ fogadásának, tárolásának, továbbításának és feldolgozásának általános törvényszerűségeit kibernetikának nevezik. Ez a kifejezés a görög „kormányos”, „kormányos” szavakból származik. Megtalálható az ókori görög filozófusok munkáiban. Újjászületése azonban valójában 1948-ban történt, miután megjelent Norbert Wiener amerikai tudós „Kibernetika” című könyve.
A „kibernetikus” forradalom kezdete előtt csak papírinformatika létezett, amelynek fő érzékelési eszköze az emberi agy volt, és amely nem használt elektromosságot. A "kibernetikus" forradalom egy alapvetően mást szült - a gigantikusan megnövekedett információáramlásnak megfelelő gépi informatikát, amelynek energiaforrása az elektromosság. Az információszerzés, felhalmozás, feldolgozás és továbbítás teljesen új eszközei jöttek létre, amelyek együttesen komplex információs szerkezetet alkotnak. Ide tartoznak az automatizált vezérlőrendszerek (automatizált vezérlőrendszerek), információs adatbankok, automatizált információs adatbázisok, számítástechnikai központok, videoterminálok, másoló- és fotótávíró gépek, országos információs rendszerek, műholdas és nagysebességű száloptikai kommunikációs rendszerek – mindez korlátlanul bővült a villamosenergia-felhasználás köre.
Sok tudós úgy véli, hogy ebben az esetben egy új „információs” civilizációról beszélünk, amely felváltja az ipari típusú társadalom hagyományos szervezetét. Ezt a specializációt a következő fontos jellemzők jellemzik:
· az információs technológia széles körű alkalmazása az anyagi és nem anyagi termelésben, a tudomány, az oktatás, az egészségügy stb. területén;
· a különféle adatbankok széles hálózatának jelenléte, beleértve a nyilvánosakat is;
· az információt a gazdasági, nemzeti és személyes fejlődés egyik legfontosabb tényezőjévé tenni;
· az információ szabad áramlása a társadalomban.
Az ipari társadalomból az „információs civilizációba” való átmenet nagymértékben az energia fejlődésének és az átvitelhez és felhasználáshoz kényelmes energiatípus - az elektromos energia - biztosításának köszönhetően vált lehetővé.
Villamos energia a termelésben.
A modern társadalom nem képzelhető el a termelési tevékenységek villamosítása nélkül. Már a 80-as évek végén a világ összes energiafogyasztásának több mint 1/3-a elektromos energia formájában valósult meg. A következő évszázad elejére ez az arány 1/2-re nőhet. A villamosenergia-fogyasztás e növekedése elsősorban az ipari fogyasztás növekedésével függ össze. Az ipari vállalkozások nagy része villamos energiával működik. A magas villamosenergia-fogyasztás jellemző az olyan energiaigényes iparágakra, mint a kohászat, az alumíniumipar és a gépipar.
Villany a házban.
Az elektromosság a mindennapi élet elengedhetetlen segédeszköze. Minden nap foglalkozunk vele, és valószínűleg már el sem tudjuk képzelni nélküle az életünket. Emlékezzen arra, amikor utoljára lekapcsolták a lámpákat, vagyis nem jött áram a házadba, emlékezz arra, hogy megesküdtél, hogy nincs időd semmit sem csinálni, és fényre van szükséged, szükséged van TV-re, vízforralóra és egy egy csomó egyéb elektromos készülék. Hiszen ha örökre elveszítenénk a hatalmat, egyszerűen visszatérnénk az ősi időkbe, amikor az ételt tűzön főzték, és hideg wigwamokban éltünk.
Egy egész verset lehet szentelni az elektromosság fontosságának életünkben, annyira fontos az életünkben, és annyira megszoktuk. Bár már nem vesszük észre, hogy bekerül az otthonunkba, de kikapcsolva nagyon kényelmetlenné válik.
Értékeld az elektromosságot!
Bibliográfia.
1. S. V. Gromov „Fizika, 10. osztály” tankönyve. Moszkva: Felvilágosodás.
2. Egy fiatal fizikus enciklopédikus szótára. Összetett. V.A. Chuyanov, Moszkva: Pedagógia.
3. Ellion L., Wilkons U.. Fizika. Moszkva: Tudomány.
4. Koltun M. A fizika világa. Moszkva.
5. Energiaforrások. Tények, problémák, megoldások. Moszkva: Tudomány és technológia.
6. Nem hagyományos energiaforrások. Moszkva: Tudás.
7. Yudasin L.S.. Energia: problémák és remények. Moszkva: Felvilágosodás.
8. Podgorny A.N. Hidrogén energia. Moszkva: Tudomány.
1 oldal
Bevezetés.
Az energia születése több millió évvel ezelőtt történt, amikor az emberek megtanulták használni a tüzet. A tűz meleget és fényt adott nekik, inspiráció és optimizmus forrása volt, fegyver ellenségek és vadon élő állatok ellen, gyógyító szer, segéd a mezőgazdaságban, élelmiszer-tartósítószer, technológiai eszköz stb.
Az embereknek tüzet adó Prométheusz csodálatos mítosza jóval később jelent meg az ókori Görögországban, miután a világ számos részén elsajátították a tűz meglehetősen kifinomult kezelésének, előállításának és oltásának, a tűz megőrzésének és az üzemanyag ésszerű felhasználásának módszereit.
A tüzet hosszú éveken keresztül növényi energiaforrások (fa, cserje, nád, fű, száraz alga stb.) elégetésével tartották fenn, majd kiderült, hogy a tűz fenntartására fosszilis anyagokat is lehet használni: szén, olaj, pala. , tőzeg.
Ma az energia továbbra is az emberi élet fő alkotóeleme. Lehetővé teszi különféle anyagok létrehozását, és az egyik fő tényező az új technológiák fejlesztésében. Egyszerűen fogalmazva, a különféle típusú energiák elsajátítása nélkül az ember nem tud teljes mértékben létezni.
Energiatermelés.
Az erőművek típusai.
Hőerőmű (TPP), olyan erőmű, amely a szerves tüzelőanyag elégetése során felszabaduló hőenergia átalakítása eredményeként villamos energiát termel. Az első hőerőművek a 19. század végén jelentek meg és terjedtek el. A 20. század 70-es éveinek közepén a hőerőművek voltak az erőművek fő típusai.
A hőerőművekben a tüzelőanyag kémiai energiája először mechanikai energiává, majd elektromos energiává alakul át. Az ilyen erőmű tüzelőanyaga lehet szén, tőzeg, gáz, olajpala és fűtőolaj.
A hőerőművek fel vannak osztva kondenzációs erőművekre (CHP), amelyek kizárólag elektromos energiát termelnek, és kapcsolt hő- és erőművekre (CHP), amelyek a villamos energia mellett hőenergiát is termelnek meleg víz és gőz formájában. A regionális jelentőségű nagy CPP-ket állami körzeti erőműveknek (SDPP) nevezik.
A széntüzelésű IES legegyszerűbb sematikus diagramja az ábrán látható. A szenet az 1 tüzelőanyag-bunkerbe, onnan pedig a 2 zúzóegységbe táplálják, ahol porrá alakul. A szénpor egy gőzfejlesztő (gőzkazán) 3 kemencéjébe kerül, amelynek csőrendszere van, amelyben vegyileg tisztított víz, úgynevezett tápvíz kering. A kazánban a vizet felmelegítik, elpárologtatják, és a keletkező telített gőzt 400-650 °C-ra melegítik, és 3-24 MPa nyomáson gőzvezetéken keresztül belép a 4-es gőzturbinába az egységek teljesítményéről.
A kondenzációs hőerőművek hatásfoka alacsony (30-40%), mivel az energia nagy része a füstgázokkal és a kondenzátoros hűtővízzel megy el. Előnyös a CPP-k építése az üzemanyag-előállító telephelyek közvetlen közelében. Ebben az esetben a villamosenergia-fogyasztók az állomástól jelentős távolságra helyezkedhetnek el.
A kapcsolt hő- és erőmű abban különbözik a kondenzációs állomástól, hogy speciális fűtőturbinát szerelnek rá gőzelszívással. Egy hőerőműben a gőz egy részét teljes egészében a turbinában használják fel elektromos áram előállítására az 5 generátorban, majd belép a 6 kondenzátorba, a másik, magasabb hőmérsékletű és nyomású pedig a hőerőmű közbenső fokozatából veszik el. turbina és hőellátásra szolgál. A kondenzátumot a 7 szivattyú a 8 légtelenítőn keresztül, majd a 9 betápláló szivattyú juttatja a gőzfejlesztőhöz. A felvett gőz mennyisége a vállalkozások hőenergia-igényétől függ.
A hőerőművek hatásfoka eléri a 60-70%-ot. Az ilyen állomásokat általában fogyasztók - ipari vállalkozások vagy lakóterületek - közelében építik. Leggyakrabban import üzemanyaggal működnek.
A gázturbinás (GTPP), kombinált ciklusú (CGPP) és dízelüzemű hőerőművek jelentősen kevésbé terjedtek el.
Gázturbinás erőmű égésterében gázt vagy folyékony tüzelőanyagot égetnek el; A 750-900 ºС hőmérsékletű égéstermékek egy elektromos generátort forgató gázturbinába jutnak. Az ilyen hőerőművek hatásfoka általában 26-28%, teljesítményük akár több száz MW is lehet. A GTPP-ket általában az elektromos terhelési csúcsok fedezésére használják. A PGES hatékonysága elérheti a 42-43%-ot.
A leggazdaságosabbak a nagy termikus gőzturbinás erőművek (rövidítve TPP). Hazánkban a legtöbb hőerőmű szénport használ üzemanyagként. 1 kWh villamos energia előállításához több száz gramm szenet fogyasztanak el. Egy gőzkazánban a tüzelőanyag által felszabaduló energia több mint 90%-a gőzbe kerül. A turbinában a gőzsugarak mozgási energiája a rotorra kerül. A turbina tengelye mereven kapcsolódik a generátor tengelyéhez.
A hőerőművek modern gőzturbinái nagyon fejlett, nagy sebességű, rendkívül gazdaságos, hosszú élettartamú gépek. Teljesítményük egytengelyes változatban eléri az 1 millió 200 ezer kW-ot, és ez nem a határ. Az ilyen gépek mindig többfokozatúak, vagyis általában több tucat munkalapáttal ellátott tárcsával és minden tárcsa előtt ugyanannyi fúvókacsoporttal rendelkeznek, amelyeken gőzáram folyik át. A gőz nyomása és hőmérséklete fokozatosan csökken.
Egy fizikatanfolyamból ismert, hogy a hőgépek hatásfoka a munkaközeg kezdeti hőmérsékletének emelkedésével növekszik. Ezért a turbinába belépő gőzt magas paraméterekre állítják be: hőmérséklet - majdnem 550 ° C és nyomás - akár 25 MPa. A hőerőművek hatásfoka eléri a 40%-ot. Az energia nagy része a forró kipufogógőzzel együtt elvész.
Vízierőmű (HP), olyan szerkezetek és berendezések együttese, amelyen keresztül a vízáramlás energiája elektromos energiává alakul. A vízerőmű hidraulikus szerkezetek egymás utáni láncolatából áll, amelyek biztosítják a vízáramlás szükséges koncentrációját és a nyomás létrehozását, valamint az energetikai berendezéseket, amelyek a nyomás alatt mozgó víz energiáját mechanikus forgási energiává alakítják, ami viszont átalakul. elektromos energiává.
