Prijenos proizvodnje i potrošnja energije. Kako se dobiva električna energija

sažetak

u fizici

na temu "Proizvodnja, prijenos i korištenje električne energije"

Učenici 11. razreda A

MOU škola broj 85

Katarine.

Učitelj, nastavnik, profesor:

2003

Apstraktni plan.

Uvod.

1. Proizvodnja električne energije.

1. vrste elektrana.

2. alternativnih izvora energije.

2. Prijenos električne energije.

• transformatori.

3.

Uvod.

Rođenje energije dogodilo se prije nekoliko milijuna godina, kada su ljudi naučili koristiti vatru. Vatra im je davala toplinu i svjetlost, bila je izvor inspiracije i optimizma, oružje protiv neprijatelja i divljih životinja, lijek, pomoćnik u poljoprivredi, konzervans hrane, tehnološki alat itd.

Pojavio se prekrasan mit o Prometeju, koji je ljudima dao vatru Drevna grčka mnogo kasnije nego su u mnogim dijelovima svijeta savladane metode prilično sofisticiranog rukovanja vatrom, njezine proizvodnje i gašenja, očuvanja požara i racionalnog korištenja goriva.

Dugi niz godina vatra se održavala sagorijevanjem biljnih energenata (drvo, grmlje, trska, trava, suhe alge i dr.), a potom se otkrilo da je za održavanje vatre moguće koristiti fosilne tvari: ugljen, naftu. , škriljac, treset.

Danas je energija i dalje glavna komponenta ljudskog života. Omogućuje stvaranje raznih materijala, jedan je od glavnih čimbenika razvoja novih tehnologija. Jednostavno rečeno, bez ovladavanja raznim vrstama energije, osoba nije u stanju u potpunosti postojati.

Proizvodnja električne energije.

Vrste elektrana.

Termoelektrana (TPP), elektrana koja generira električnu energiju kao rezultat pretvorbe toplinske energije koja se oslobađa tijekom izgaranja fosilnih goriva. Prve termoelektrane pojavile su se krajem 19. stoljeća i postale su rasprostranjene. Sredinom 70-ih godina 20. stoljeća termoelektrane su bile glavni tip elektrana.

U termoelektranama se kemijska energija goriva prvo pretvara u mehaničku, a zatim u električnu energiju. Gorivo za takvu elektranu može biti ugljen, treset, plin, uljni škriljac, loživo ulje.

Termoelektrane se dijele na kondenzacija(IES), dizajniran za proizvodnju samo električne energije, i kombinirane toplinske i elektrane(CHP), uz proizvodnju električne energije Termalna energija kao Vruća voda i par. Velike IES-ove regionalnog značaja nazivaju se državne područne elektrane (GRES).

Najjednostavniji shematski dijagram IES-a na ugljen prikazan je na slici. Ugljen se dovodi u bunker za gorivo 1, a iz njega - u postrojenje za drobljenje 2, gdje se pretvara u prašinu. Ugljena prašina ulazi u peć generatora pare (parni kotao) 3, koji ima sustav cijevi u kojima kruži kemijski pročišćena voda, nazvana napojna voda. U kotlu se voda zagrijava, isparava, a nastala zasićena para se dovede na temperaturu od 400-650 °C i pod pritiskom od 3-24 MPa kroz parni cjevovod ulazi u parnu turbinu 4. Para parametri ovise o snazi ​​jedinica.

Termokondenzacijske elektrane imaju nisku učinkovitost (30-40%), jer se najveći dio energije gubi s dimnim plinovima i rashladnom vodom kondenzatora. Povoljno je graditi IES u neposrednoj blizini mjesta vađenja goriva. Istodobno, potrošači električne energije mogu se nalaziti na znatnoj udaljenosti od stanice.

kombinirana toplana i elektrana razlikuje se od kondenzacijske stanice posebnom toplinskom i energetskom turbinom s ugrađenom ekstrakcijom pare. U CHPP se jedan dio pare u potpunosti koristi u turbini za proizvodnju električne energije u generatoru 5 i zatim ulazi u kondenzator 6, dok se drugi dio, koji ima visoku temperaturu i tlak, uzima iz međufaza elektrane. turbina i služi za opskrbu toplinom. Kondenzatna pumpa 7 kroz deaerator 8, a zatim napojna pumpa 9 se dovodi u generator pare. Količina pare koja se ekstrahira ovisi o potrebama poduzeća za toplinskom energijom.

Učinkovitost CHP doseže 60-70%. Takve se stanice obično grade u blizini potrošača - industrijskih poduzeća ili stambenih područja. Najčešće rade na uvozno gorivo.

Znatno manje raširen termalne stanice s plinska turbina(GTPS), parni plin(PGES) i dizel postrojenja.

U komori za izgaranje GTPP-a gori plin ili tekuće gorivo; proizvodi izgaranja s temperaturom od 750-900 ºS ulaze u plinsku turbinu koja rotira električni generator. Učinkovitost takvih termoelektrana je obično 26-28%, snaga je do nekoliko stotina MW . GTPP-ovi se obično koriste za pokrivanje vršnih električnih opterećenja. Učinkovitost SGPP može doseći 42 - 43%.

Najisplativije su velike termoelektrane s parnom turbinom (skraćeno TE). Većina termoelektrana u našoj zemlji kao gorivo koristi ugljenu prašinu. Za proizvodnju 1 kWh električne energije potrebno je nekoliko stotina grama ugljena. U parnom kotlu, preko 90% energije koju oslobađa gorivo prenosi se na paru. U turbini se kinetička energija mlaznica pare prenosi na rotor. Osovina turbine je čvrsto povezana s osovinom generatora.

Moderne parne turbine za termoelektrane su vrlo napredni, brzi, visoko ekonomični strojevi s dugim vijekom trajanja. Njihova snaga u verziji s jednom osovinom doseže 1 milijun 200 tisuća kW, a to nije granica. Takvi strojevi su uvijek višestupanjski, odnosno obično imaju nekoliko desetaka diskova s ​​radnim lopaticama i isto toliko, ispred svakog diska, skupina mlaznica kroz koje struji mlaz pare. Tlak i temperatura pare postupno se smanjuju.

Iz kolegija fizike poznato je da učinkovitost toplinskih motora raste s povećanjem početne temperature radnog fluida. Stoga se para koja ulazi u turbinu dovodi do visokih parametara: temperatura je gotovo do 550 ° C, a tlak je do 25 MPa. Učinkovitost TPP doseže 40%. Većina energije se gubi zajedno s vrućom ispušnom parom.

Hidroelektrana (HE), kompleks građevina i opreme kroz koje se energija protoka vode pretvara u električnu energiju. HE se sastoji od serijskog kruga hidraulične konstrukcije, osigurava potrebnu koncentraciju protoka vode i stvaranje tlaka, te energetska oprema koja pretvara energiju vode koja se kreće pod pritiskom u mehaničku energiju rotacije, koja se, pak, pretvara u električnu energiju.

Glava hidroelektrane nastaje koncentracijom pada rijeke u korištenom dijelu uz branu, odn. izvođenje, ili brana i derivacija zajedno. Glavna energetska oprema HE nalazi se u zgradi HE: u strojarnici elektrane - hidraulične jedinice, pomoćna oprema, uređaji za automatsko upravljanje i nadzor; u središnjem upravljačkom mjestu - operatersko-dispečerskoj konzoli odn operater hidroelektrane. Pojačavanje transformatorska podstanica smještene unutar zgrade elektrane i u zasebnim zgradama ili na otvorenim prostorima. Uređaji za distribucijučesto se nalazi na otvorenom prostoru. Zgrada elektrane može se podijeliti na dijelove s jednom ili više jedinica i pomoćne opreme, odvojene od susjednih dijelova zgrade. U zgradi HE ili unutar nje stvara se montažno mjesto za montažu i popravak različite opreme te za pomoćne poslove održavanja HE.

Po instalirani kapacitet(u MW) razlikovati hidroelektrane snažan(Sv. 250), srednji(do 25) i mali(do 5). Snaga hidroelektrane ovisi o tlaku (razlici između razina uzvodno i nizvodno ), brzina protoka vode koja se koristi u hidrauličkim turbinama i učinkovitost hidrauličke jedinice. Iz niza razloga (zbog npr. sezonskih promjena vodostaja u akumulacijama, varijabilnosti opterećenja elektroenergetskog sustava, popravka hidroelektrana ili hidrauličkih građevina i sl.) tlak i protok vode su konstantno mijenja, a uz to se mijenja i protok pri regulaciji snage HE. Postoje godišnji, tjedni i dnevni ciklusi rada HE.

Prema maksimalno iskorištenom tlaku HE se dijele na visokotlačni(preko 60 m), srednji pritisak(od 25 do 60 m) I niski pritisak(od 3 do 25 m). Na ravnim rijekama tlak rijetko prelazi 100 m, u planinskim uvjetima, kroz branu, moguće je stvoriti pritiske do 300 m i više, a uz pomoć izvođenja - do 1500 m. Podjela hidroelektrane prema korištenom tlaku je okvirna, uvjetna.

Prema shemi korištenja vodnih resursa i koncentraciji tlaka, HE se obično dijele na kanal, blizu brane, preusmjeravanje s tlačnim i beztlačnim izvođenjem, mješovito, crpno skladište I plima.

U protočnim i uzbranskim HE tlak vode stvara brana koja blokira rijeku i podiže razinu vode u uzvodnom dijelu. Pritom je neizbježna i neka poplava riječne doline. Protočne i uzbranske hidroelektrane grade se kako na niskim rijekama s puno vode, tako i na planinskim rijekama, u uskim stisnutim dolinama. Protočne HE karakteriziraju padovi do 30-40 m.

Pri višim tlakovima pokazuje se nepraktičnim prenijeti hidrostatski tlak vode na zgradu elektrane. U ovom slučaju, vrsta brana Hidroelektrana, u kojoj je tlačni front cijelom dužinom blokiran branom, a zgrada hidroelektrane smještena iza brane, graniči nizvodno.

Druga vrsta rasporeda blizu brane Hidroelektrana odgovara planinskim uvjetima s relativno malim protokom rijeka.

NA derivacijski Hidroelektrična koncentracija pada rijeke stvara se derivacijom; voda se na početku korištene dionice rijeke odvodi iz riječnog kanala vodnom cijevi, s nagibom znatno manjim od prosječnog nagiba rijeke na ovoj dionici i uz ravnanje zavoja i zavoja kanala. Završetak derivacije dovodi se na lokaciju zgrade HE. Otpadne vode se ili vraćaju u rijeku ili dovode u sljedeću preusmjernu HE. Derivacija je korisna kada je nagib rijeke visok.

Posebno mjesto među HE zauzimaju crpne akumulacijske elektrane(PSPP) i plimne elektrane(PES). Izgradnja crpne elektrane posljedica je sve veće potražnje za vršnom snagom u velikim energetskim sustavima, što određuje proizvodni kapacitet potreban za pokrivanje vršnih opterećenja. Sposobnost crpne elektrane da akumulira energiju temelji se na činjenici da slobodna energija u energetskom sustavu u određenom vremenskom razdoblju Električna energija koriste ga crpne akumulacijske elektrane koje, radeći u pumpnom režimu, pumpaju vodu iz akumulacije u gornji akumulacijski bazen. Tijekom vršnog opterećenja, akumulirana energija se vraća u elektroenergetski sustav (ulazi voda iz gornjeg bazena cevovod i rotira hidraulične jedinice koje rade u režimu strujnog generatora).

PES pretvaraju energiju morske plime u električnu energiju. Električna snaga plimnih hidroelektrana, zbog nekih značajki povezanih s periodičnom prirodom plime i oseke, može se koristiti u elektroenergetskim sustavima samo u sprezi s energijom regulacijskih elektrana, koje kompenziraju nestanke struje plimnih elektrana tijekom dan ili mjeseci.

Najvažnija značajka hidroenergetskih resursa u usporedbi s izvorima goriva i energije je njihova kontinuirana obnova. Nedostatak potrebe za gorivom za HE određuje nisku cijenu električne energije proizvedene u HE. Dakle, izgradnja hidroelektrana, unatoč značajnim, specifičnim kapitalnim ulaganjima po 1 kW instalirani kapacitet i dugo vrijeme izgradnje, bio je i jest od velike važnosti, posebice kada je povezan s smještajem elektro intenzivnih industrija.

Nuklearna elektrana (NPP), elektrana u kojoj se atomska (nuklearna) energija pretvara u električnu. Generator energije u nuklearnoj elektrani je nuklearni reaktor. Toplina koja se oslobađa u reaktoru kao rezultat lančane reakcije nuklearne fisije nekih teških elemenata, zatim se, kao iu konvencionalnim termoelektranama (TE), pretvara u električnu energiju. Za razliku od termoelektrana koje rade na fosilna goriva, nuklearne elektrane rade na nuklearno gorivo(na temelju 233 U, 235 U, 239 Pu). Utvrđeno je da svjetski energetski resursi nuklearnog goriva (uran, plutonij itd.) znatno premašuju energetske resurse prirodni resursi organski, gorivo (nafta, ugljen, prirodni plin, itd.). To otvara široke izglede za zadovoljavanje brzo rastuće potražnje za gorivom. Osim toga, potrebno je voditi računa o sve većem obujmu potrošnje ugljena i nafte za tehnološke potrebe svjetskog gospodarstva. kemijska industrija, koja postaje ozbiljna konkurencija termoelektranama. Unatoč otkriću novih nalazišta organskog goriva i poboljšanju metoda za njegovo vađenje, svijet teži relativnom povećanju njegove cijene. To stvara najteže uvjete za zemlje s ograničenim rezervama fosilnih goriva. Očigledna je potreba za brzim razvojem nuklearne energije, koja već sada zauzima istaknuto mjesto u energetskoj bilanci niza industrijske zemlje mir.

Shematski dijagram nuklearne elektrane s nuklearni reaktor, koji ima vodeno hlađenje, prikazan je na sl. 2. Toplina stvorena u jezgra reaktor rashladna tekućina, uzima voda 1. kruga, koju cirkulacijska pumpa pumpa kroz reaktor. Zagrijana voda iz reaktora ulazi u izmjenjivač topline (generator pare) 3, gdje prenosi toplinu primljenu u reaktoru na vodu 2. kruga. Voda iz 2. kruga isparava u generatoru pare i nastaje para koja zatim ulazi u turbinu 4.

Najčešće se u nuklearnim elektranama koriste 4 vrste reaktora toplinskih neutrona:

1) voda-voda s običnom vodom kao moderatorom i rashladnom tekućinom;

2) grafit-voda s vodenim rashladnim sredstvom i grafitnim moderatorom;

3) teška voda s vodenim rashladnim sredstvom i teška voda kao moderator;

4) grafit - plin s plinskim rashladnim sredstvom i grafitnim moderatorom.

Izbor pretežno korištenog tipa reaktora određen je uglavnom akumuliranim iskustvom u reaktoru nosaču, kao i dostupnošću potrebne industrijske opreme, sirovina itd.

Reaktor i njegovi prateći sustavi uključuju: sam reaktor s biološkim zaštita , izmjenjivači topline, pumpe ili instalacije za puhanje plina koje cirkuliraju rashladno sredstvo, cjevovodi i spojnice za cirkulaciju kruga, uređaji za ponovno punjenje nuklearnog goriva, sustavi posebne ventilacije, hlađenja u nuždi itd.

Radi zaštite osoblja NEK od izlaganja radijaciji, reaktor je okružen biološka zaštita, glavni materijal za koji su beton, voda, serpentinski pijesak. Oprema reaktorskog kruga mora biti potpuno zatvorena. Predviđen je sustav praćenja mjesta mogućeg istjecanja rashladne tekućine, poduzimaju se mjere da pojava curenja i prekida u krugu ne dovede do radioaktivnih emisija i onečišćenja prostora NEK i okolnog prostora. Radioaktivni zrak i mala količina para rashladne tekućine, zbog prisutnosti curenja iz kruga, uklanjaju se iz nenadziranih prostorija NEK poseban sustav ventilacija, u kojoj su, kako bi se isključila mogućnost onečišćenja zraka, predviđeni filteri za čišćenje i držači plina. Služba dozimetrijskog nadzora prati poštivanje pravila radijacijske sigurnosti od strane osoblja NEK.

NEK, kojih je najviše moderan izgled elektrane imaju niz značajnih prednosti u odnosu na druge vrste elektrana: u normalnim radnim uvjetima, one apsolutno ne zagađuju okoliš, ne zahtijevaju vezanje za izvor sirovina i, sukladno tome, mogu se postaviti gotovo bilo gdje. Novi pogonski agregati imaju kapacitet od gotovo jednaka snaga prosječna HE, međutim, faktor iskorištenosti instaliranih kapaciteta u nuklearnim elektranama (80%) znatno je veći od faktora iskorištenosti HE ili TE.

Praktički nema značajnih nedostataka nuklearnih elektrana u normalnim radnim uvjetima. No, ne može se ne primijetiti opasnost od nuklearnih elektrana pod mogućim okolnostima više sile: potresi, uragani itd. - ovdje stari modeli energetskih jedinica predstavljaju potencijalnu opasnost od radijacijske kontaminacije teritorija zbog nekontroliranog pregrijavanja reaktora.

Alternativni izvori energije.

Energija sunca.

U posljednje vrijeme drastično se povećao interes za problem korištenja sunčeve energije, jer je potencijal za dobivanje energije temeljem korištenja izravnog sunčevog zračenja iznimno velik.

Najjednostavniji kolektor sunčevog zračenja je pocrnjeli metalni (obično aluminijski) lim, unutar kojeg se nalaze cijevi u kojima cirkulira tekućina. Zagrijana sunčevom energijom koju apsorbira kolektor, tekućina se isporučuje za izravnu upotrebu.

Sunčeva energija je jedna od materijalno najintenzivnijih vrsta proizvodnje energije. Velika upotreba sunčeve energije povlači gigantski porast potrebe za materijalima, a time i za radnim resursima za vađenje sirovina, njihovo obogaćivanje, proizvodnju materijala, proizvodnju heliostata, kolektora, druge opreme, i njihov transport.

Do sada je električna energija koju proizvode sunčeve zrake puno skuplja od one dobivene tradicionalnim metodama. Znanstvenici se nadaju da će pokusi koje će provoditi u eksperimentalnim objektima i postajama pomoći u rješavanju ne samo tehničkih već i ekonomskih problema.

energija vjetra.

Energija kretanja zračnih masa je ogromna. Rezerve energije vjetra više su od stotinu puta veće od rezervi hidroenergije svih rijeka planeta. Vjetrovi pušu stalno i posvuda na zemlji. Klimatski uvjeti omogućuju razvoj energije vjetra na velikom području.

No ovih dana motori na vjetar pokrivaju samo tisućiti dio svjetskih energetskih potreba. Zato dizajn vjetrobranskog kotača, srca svake vjetroelektrane, uključuje graditelje zrakoplova koji su u mogućnosti odabrati najprikladniji profil lopatice i proučavati ga u aerotunelu. Naporima znanstvenika i inženjera stvorena je široka paleta dizajna modernih vjetroagregata.

Zemljina energija.

Od davnina ljudi su znali za elementarne manifestacije divovske energije koja vreba u dubinama globus. Sjećanje čovječanstva čuva legende o katastrofalnim vulkanskim erupcijama koje su odnijele milijune ljudskih života, neprepoznatljivo promijenile izgled mnogih mjesta na Zemlji. Snaga erupcije čak i relativno malog vulkana je kolosalna, mnogo puta premašuje snagu najvećih elektrana stvorenih ljudskim rukama. Istina, ne treba govoriti o izravnom korištenju energije vulkanskih erupcija, zasad ljudi nemaju priliku obuzdati ovaj neposlušni element.

Energija Zemlje pogodna je ne samo za grijanje prostora, kao što je slučaj na Islandu, već i za proizvodnju električne energije. Elektrane na tople podzemne izvore rade već duže vrijeme. Prva takva elektrana, još uvijek prilično male snage, izgrađena je 1904. godine u malom talijanskom gradiću Larderello. Postupno je rastao kapacitet elektrane, puštalo se u pogon sve više novih jedinica, korišteni su novi izvori tople vode, a danas je snaga stanice već dosegla impresivnu vrijednost od 360 tisuća kilovata.

Prijenos električne energije.

Transformatori.

Kupili ste ZIL hladnjak. Prodavač vas je upozorio da je hladnjak predviđen za mrežni napon od 220 V. A u vašoj kući je mrežni napon 127 V. Zastoj? Nikako. Samo treba učiniti dodatni trošak i kupiti transformator.

Transformator- vrlo jednostavan uređaj koji vam omogućuje i povećanje i smanjenje napona. transformacija naizmjenična struja provodi se pomoću transformatora. Po prvi put, transformatore je 1878. upotrijebio ruski znanstvenik P. N. Yablochkov za napajanje "električnih svijeća" koje je izumio, novog izvora svjetlosti u to vrijeme. Ideju P. N. Yablochkova razvio je I. F. Usagin, zaposlenik Moskovskog sveučilišta, koji je dizajnirao poboljšane transformatore.

Transformator se sastoji od zatvorene željezne jezgre na koju su postavljene dvije (ponekad i više) zavojnice sa žičanim namotima (slika 1). Jedan od namota, nazvan primarni, spojen je na izvor izmjeničnog napona. Drugi namot, na koji je spojeno "opterećenje", tj. uređaji i uređaji koji troše električnu energiju, naziva se sekundarni.

Djelovanje transformatora temelji se na fenomenu elektromagnetske indukcije. Kada izmjenična struja prolazi kroz primarni namot, u željeznoj jezgri se pojavljuje izmjenični magnetski tok koji pobuđuje indukcijski EMF u svakom namotu. Štoviše, trenutna vrijednost indukcijske emf eu svaki zavoj primarnog ili sekundarnog namota prema Faradayjevu zakonu određuje se formulom:

e = -Δ Ž/Δ t

Ako F= F 0 sosωt, dakle

e = ω F 0grijehω t, ili

e =E 0 grijehω t ,

gdje E 0 \u003d ω F 0 - amplituda EMF-a u jednom okretu.

U primarnom namotu, koji ima p 1 zavoja, ukupna indukcijska emf e 1 jednako je n 1 e.

U sekundarnom namotu postoji ukupni EMF. e 2 jednako je n 2 e, gdje p 2 je broj zavoja ovog namota.

Otuda slijedi da

e 1 e 2 \u003d n 1 n 2. (1)

Zbroj napona u 1 , primijenjen na primarni namot, i EMF e 1 treba biti jednak padu napona u primarnom namotu:

u 1 + e 1 = i 1 R 1 , gdje R 1 je aktivni otpor namota, i i 1 je struja u njemu. Ova jednadžba slijedi izravno iz opće jednadžbe. Obično je aktivni otpor namota mali i član i 1 R 1 može se zanemariti. Zato

u 1 ≈ - e 1. (2)

Kada je sekundarni namot transformatora otvoren, struja u njemu ne teče, a odvija se relacija:

u 2 ≈ - e 2 . (3)

Budući da su trenutne vrijednosti emf e 1 I e 2 promjena faze, tada se njihov omjer u formuli (1) može zamijeniti omjerom efektivnih vrijednosti E 1 IE 2 ove EMF ili, uzimajući u obzir jednakosti (2) i (3), omjer efektivnih vrijednosti napona U 1 i U 2 .

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

Vrijednost k nazvan omjerom transformacije. Ako k>1, tada je transformator step-down, s k<1 - povećavajući.

Kada je krug sekundarnog namota zatvoren, struja teče u njemu. Zatim odnos u 2 ≈ - e 2 više nije točno zadovoljena, a prema tome i veza između U 1 i U 2 postaje složeniji nego u jednadžbi (4).

Prema zakonu održanja energije, snaga u primarnom krugu mora biti jednaka snazi ​​u sekundarnom krugu:

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

gdje ja 1 I ja 2 - efektivne vrijednosti sile u primarnom i sekundarnom namotu.

Otuda slijedi da

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

To znači da višestrukim povećanjem napona uz pomoć transformatora smanjujemo struju za isti iznos (i obrnuto).

Zbog neizbježnih gubitaka energije za stvaranje topline u namotima i željeznoj jezgri, jednadžbe (5) i (6) su približno ispunjene. Međutim, u modernim transformatorima velike snage, ukupni gubici ne prelaze 2-3%.

U svakodnevnoj praksi često se morate nositi s transformatorima. Uz one transformatore koje koristimo, htjeli-ne htjeli, s obzirom na to da su industrijski uređaji predviđeni za jedan napon, a drugi se koristi u gradskoj mreži, osim njih, moramo se baviti i automotuljima. Bobina je pojačani transformator. Za stvaranje iskre koja pali radnu smjesu potreban je visoki napon koji dobivamo iz akumulatora automobila, nakon što prvo pretvorimo istosmjernu struju baterije u izmjeničnu struju pomoću prekidača. Lako je vidjeti da, sve do gubitka energije koja se koristi za zagrijavanje transformatora, kako se napon povećava, struja se smanjuje i obrnuto.

Strojevi za zavarivanje zahtijevaju transformatore za smanjenje snage. Zavarivanje zahtijeva vrlo velike struje, a transformator aparata za zavarivanje ima samo jedan izlazni zavoj.

Vjerojatno ste primijetili da je jezgra transformatora izrađena od tankih čeličnih limova. To se radi kako se ne bi gubila energija tijekom pretvorbe napona. U pločastim materijalima vrtložne struje će igrati manju ulogu nego u čvrstom materijalu.

Kod kuće imate posla s malim transformatorima. Što se tiče snažnih transformatora, to su ogromne strukture. U tim slučajevima se jezgra s namotima stavlja u spremnik napunjen rashladnim uljem.

Prijenos električne energije

Potrošači električne energije su posvuda. Proizvodi se na relativno malo mjesta u blizini izvora goriva i vode. Stoga postaje potrebno prenositi električnu energiju na udaljenosti koje ponekad dosežu stotine kilometara.

No prijenos električne energije na velike udaljenosti povezan je sa značajnim gubicima. Činjenica je da ih struja, prolazeći kroz vodove, zagrijava. U skladu s Joule-Lenzovim zakonom, energija utrošena na zagrijavanje žica linije određuje se formulom

gdje je R otpor linije. S dugom linijom prijenos energije može postati općenito neekonomičan. Da biste smanjili gubitke, možete, naravno, slijediti put smanjenja otpora R linije povećanjem površine poprečnog presjeka žica. Ali da bi se R, na primjer, smanjio za faktor 100, masa žice se također mora povećati za faktor 100. Jasno je da se ne može dopustiti tako veliki utrošak skupog obojenog metala, a da ne spominjemo poteškoće pričvršćivanja teških žica na visoke jarbole itd. Stoga se gubici energije u liniji smanjuju na drugi način: smanjenjem struje u liniji. Na primjer, smanjenje struje za faktor 10 smanjuje količinu topline koja se oslobađa u vodičima za 100 puta, tj. postiže se isti učinak kao kod stostrukog ponderiranja žice.

Budući da je strujna snaga proporcionalna umnošku jačine struje i napona, kako bi se održala odašena snaga, potrebno je povećati napon u dalekovodu. Štoviše, što je dalekovod duži, to je isplativije koristiti veći napon. Tako, na primjer, u visokonaponskom dalekovodu Volzhskaya HE - Moskva koristi se napon od 500 kV. U međuvremenu, generatori izmjenične struje grade se za napone koji ne prelaze 16-20 kV, jer bi veći napon zahtijevao donošenje složenijih posebnih mjera za izolaciju namota i drugih dijelova generatora.

Stoga se u velikim elektranama ugrađuju pojačani transformatori. Transformator povećava napon u liniji onoliko koliko smanjuje struju. Gubitak snage u ovom slučaju je mali.

Za izravnu uporabu električne energije u motorima elektromotornog pogona alatnih strojeva, u rasvjetnoj mreži i u druge svrhe potrebno je smanjiti napon na krajevima voda. To se postiže korištenjem step-down transformatora. Štoviše, obično se smanjenje napona i, sukladno tome, povećanje snage struje događa u nekoliko faza. U svakoj fazi napon je sve manji, a područje koje pokriva električna mreža sve je šire. Shema prijenosa i distribucije električne energije prikazana je na slici.

Elektrane u brojnim regijama zemlje povezane su visokonaponskim dalekovodima, tvoreći zajedničku elektroenergetsku mrežu na koju su priključeni potrošači. Takvo udruženje naziva se elektroenergetski sustav. Elektroenergetski sustav osigurava nesmetanu opskrbu potrošača energijom, bez obzira na njihovu lokaciju.

Korištenje električne energije.

Korištenje električne energije u raznim područjima znanosti.

20. stoljeće je postalo stoljeće kada znanost zadire u sve sfere društva: gospodarstvo, politiku, kulturu, obrazovanje itd. Naravno, znanost izravno utječe na razvoj energije i opseg električne energije. S jedne strane, znanost doprinosi širenju opsega električne energije i time povećava njenu potrošnju, ali s druge strane, u doba kada neograničeno korištenje neobnovljivih izvora energije predstavlja opasnost za buduće generacije, razvoj tehnologija štednje energije i njihova primjena u životu postaju aktualni zadaci znanosti.

Razmotrimo ova pitanja na konkretnim primjerima. Oko 80% rasta BDP-a (bruto domaćeg proizvoda) u razvijenim zemljama ostvaruje se tehničkim inovacijama, od kojih se većina odnosi na korištenje električne energije. Sve novo u industriji, poljoprivredi i svakodnevnom životu dolazi nam zahvaljujući novim dostignućima u raznim granama znanosti.

Sada se koriste u svim područjima ljudske djelatnosti: za snimanje i pohranjivanje informacija, stvaranje arhiva, pripremu i uređivanje tekstova, izvođenje crtačkih i grafičkih radova, automatizaciju proizvodnje i poljoprivrede. Elektronizacija i automatizacija proizvodnje najvažnije su posljedice "druge industrijske" ili "mikroelektroničke" revolucije u gospodarstvima razvijenih zemalja. Razvoj integrirane automatizacije izravno je vezan uz mikroelektroniku, čija je kvalitativno nova faza započela nakon izuma 1971. mikroprocesora - mikroelektroničkog logičkog uređaja ugrađenog u različite uređaje za upravljanje njihovim radom.

Mikroprocesori su ubrzali rast robotike. Većina robota koji se danas koriste pripadaju takozvanoj prvoj generaciji, a koriste se u zavarivanju, rezanju, prešanju, premazivanju itd. Roboti druge generacije koji ih zamjenjuju opremljeni su uređajima za prepoznavanje okoline. A roboti – “intelektualci” treće generacije će “vidjeti”, “osjetiti”, “čuti”. Znanstvenici i inženjeri nuklearnu energiju, istraživanje svemira, transport, trgovinu, skladištenje, medicinsku skrb, preradu otpada i razvoj bogatstva oceanskog dna nazivaju najprioritetnijim područjima za korištenje robota. Većina robota radi na električnu energiju, ali povećanje potrošnje električne energije robota nadoknađuje smanjenje troškova energije u mnogim energetski intenzivnim proizvodnim procesima kroz uvođenje pametnijih metoda i novih tehnoloških procesa koji štede energiju.

No, vratimo se znanosti. Sva nova teorijska dostignuća provjeravaju se eksperimentalno nakon računalnih proračuna. I, u pravilu, u ovoj fazi istraživanja se provode pomoću fizikalnih mjerenja, kemijskih analiza itd. Ovdje su znanstveno-istraživački alati raznoliki – brojni mjerni instrumenti, akceleratori, elektronski mikroskopi, magnetski rezonancijski tomografi itd. Većina ovih instrumenata eksperimentalne znanosti radi na električnoj energiji.

Znanost u području komunikacija i komunikacija razvija se vrlo brzo. Satelitska komunikacija se koristi ne samo kao sredstvo međunarodne komunikacije, već i u svakodnevnom životu – satelitske antene nisu rijetkost u našem gradu. Nova sredstva komunikacije, poput tehnologije vlakana, mogu značajno smanjiti gubitak električne energije u procesu prijenosa signala na velike udaljenosti.

Znanost i sfera upravljanja nisu zaobišli. Kako se znanstveno-tehnološka revolucija razvija, proizvodna i neproizvodna sfera ljudske djelatnosti širi, menadžment počinje igrati sve važniju ulogu u poboljšanju njihove učinkovitosti. Od svojevrsne umjetnosti, donedavne temeljene na iskustvu i intuiciji, menadžment je danas postao znanost. Znanost o upravljanju, općim zakonitostima primanja, pohranjivanja, prijenosa i obrade informacija naziva se kibernetika. Ovaj izraz dolazi od grčkih riječi "kormilar", "kormilar". Nalazi se u spisima starogrčkih filozofa. Međutim, njegovo novo rođenje zapravo se dogodilo 1948. godine, nakon objave knjige američkog znanstvenika Norberta Wienera "Kibernetika".

Prije početka "kibernetičke" revolucije postojala je samo papirnata informatika, čije je glavno sredstvo percepcije bio ljudski mozak, a koja nije koristila električnu energiju. "Kibernetička" revolucija iznjedrila je bitno drugačiju - strojnu informatiku, koja odgovara gigantski povećanim tokovima informacija, čiji je izvor energije električna energija. Stvorena su potpuno nova sredstva za dobivanje informacija, njihovo prikupljanje, obradu i prijenos, koji zajedno čine složenu informacijsku strukturu. Uključuje automatske upravljačke sustave (automatizirane upravljačke sustave), banke podataka, automatizirane informacijske baze, računalne centre, video terminale, fotokopirne i telegrafske strojeve, nacionalne informacijske sustave, satelitske i brze optičke komunikacijske sustave - sve se to neograničeno proširilo opseg korištenja električne energije.

Mnogi znanstvenici vjeruju da je u ovom slučaju riječ o novoj "informacijskoj" civilizaciji, koja zamjenjuje tradicionalnu organizaciju industrijskog tipa društva. Ovu specijalizaciju karakteriziraju sljedeće važne karakteristike:

· rašireno korištenje informacijske tehnologije u materijalnoj i nematerijalnoj proizvodnji, u području znanosti, obrazovanja, zdravstva i dr.;

prisutnost široke mreže različitih baza podataka, uključujući javnu upotrebu;

transformacija informacija u jedan od najvažnijih čimbenika gospodarskog, nacionalnog i osobnog razvoja;

slobodan protok informacija u društvu.

Takav prijelaz iz industrijskog društva u "informacijsku civilizaciju" postao je moguć najvećim dijelom zahvaljujući razvoju energije i pružanju pogodne vrste energije u prijenosu i korištenju - električne energije.

Električna energija u proizvodnji.

Suvremeno društvo ne može se zamisliti bez elektrifikacije proizvodnih djelatnosti. Već krajem 1980-ih više od 1/3 ukupne potrošnje energije u svijetu provodilo se u obliku električne energije. Do početka sljedećeg stoljeća taj bi se udio mogao povećati na 1/2. Takav porast potrošnje električne energije prvenstveno je povezan s povećanjem njezine potrošnje u industriji. Glavni dio industrijskih poduzeća radi na električnoj energiji. Visoka potrošnja električne energije tipična je za energetski intenzivne industrije kao što su metalurgija, aluminij i inženjering.

Struja u kući.

Struja je u svakodnevnom životu neophodan pomoćnik. Svaki dan se nosimo s tim i, vjerojatno, više ne možemo zamisliti svoj život bez toga. Sjetite se kad ste zadnji put ugasili svjetlo, odnosno vaša kuća nije dobila struju, sjetite se kako ste se zaklinjali da nemate vremena ni za što, a treba vam svjetlo, trebao vam je TV, kuhalo za vodu i hrpa drugih električni uređaji. Uostalom, ako smo zauvijek bez energije, onda ćemo se jednostavno vratiti u ona davna vremena kada se hrana kuhala na vatri i živjela u hladnim wigwamima.

Važnost električne energije u našem životu može se obraditi cijelom pjesmom, toliko je važna u našem životu i tako smo navikli na to. Iako više ne primjećujemo da ona dolazi u naše domove, ali kad je ugase, postaje jako neugodno.

Cijenite struju!

Bibliografija.

1. Udžbenik S.V. Gromova "Fizika, 10. razred". Moskva: Prosvjeta.

2. Enciklopedijski rječnik mladog fizičara. Sastav. V.A. Čujanov, Moskva: Pedagogija.

3. Allion L., Wilcons W.. Fizika. Moskva: Nauka.

4. Koltun M. Svijet fizike. Moskva.

5. Izvori energije. Činjenice, problemi, rješenja. Moskva: Znanost i tehnologija.

6. Netradicionalni izvori energije. Moskva: Znanje.

7. Yudasin L.S. Energija: problemi i nade. Moskva: Prosvjeta.

8. Podgorny A.N. Energija vodika. Moskva: Nauka.

Pošaljite svoj dobar rad u bazu znanja je jednostavno. Upotrijebite obrazac u nastavku

Studenti, diplomski studenti, mladi znanstvenici koji koriste bazu znanja u svom studiju i radu bit će vam jako zahvalni.

Objavljeno na http://www.allbest.ru/

u fizici

na temu: "Proizvodnja, prijenos i potrošnja električne energije"

Izvedena:

Učenik 11A

Khodakov Julia

Učitelj, nastavnik, profesor:

Dubinina Marina Nikolajevna

1. Proizvodnja električne energije

Električna energija se proizvodi u elektranama, često pomoću elektromehaničkih indukcijskih generatora. Postoje 2 glavne vrste elektrana - termoelektrane (TE) i hidroelektrane (HE) - koje se razlikuju po prirodi motora koji rotiraju rotore generatora.

Izvor energije u TE je gorivo: loživo ulje, uljni škriljevac, nafta, ugljena prašina. Rotore električnih generatora pokreću parne i plinske turbine ili motori s unutarnjim izgaranjem (ICE).

Kao što je poznato, učinkovitost toplinskih motora raste s povećanjem početne temperature radnog fluida. Stoga se para koja ulazi u turbinu dovodi do oko 550 °C pri tlaku od oko 25 MPa. Učinkovitost TPP doseže 40%.

U termoelektranama (CHP) većina energije iz otpadne pare koristi se u industrijskim poduzećima i za domaće potrebe. Učinkovitost CHP može doseći 60-70%.

U hidroelektranama se potencijalna energija vode koristi za rotaciju rotora generatora. Rotore pokreću hidraulične turbine.

Snaga stanice ovisi o razlici u razinama vode koju stvara brana (glava) i o masi vode koja prođe kroz turbinu u 1 sekundi (protok vode).

Dio električne energije koja se troši u Rusiji (oko 10%) proizvodi se u nuklearnim elektranama (NPP).

2. Prijenos snage

U osnovi, ovaj proces je popraćen značajnim gubicima koji su povezani s zagrijavanjem žica dalekovoda strujom. Prema Joule-Lenzovom zakonu, energija koja se troši na zagrijavanje žica proporcionalna je kvadratu jakosti struje i otpora voda, tako da kod dugog voda prijenos električne energije može postati ekonomski neisplativ. Stoga je potrebno smanjiti jačinu struje, što za zadanu prenesenu snagu dovodi do potrebe povećanja napona. Što je dalekovod duži, to je isplativije koristiti visoke napone (na nekima napon doseže 500 kV). Alternatori proizvode napone koji ne mogu prijeći 20 kV (zbog svojstava korištenih izolacijskih materijala).

Stoga se na elektranama ugrađuju pojačani transformatori koji za isti iznos povećavaju napon i smanjuju struju. Za opskrbu potrošača električne energije potrebnim (niskim) naponom, na krajevima dalekovoda ugrađuju se ponižni transformatori. Snižavanje napona obično se vrši u fazama.

3. Potrošnja električne energije

Električna energija se koristi gotovo posvuda. Naravno, većina proizvedene električne energije dolazi iz industrije. Osim toga, promet će biti glavni potrošač.

Mnoge željezničke pruge odavno su prešle na električnu vuču. Rasvjeta stanova, gradskih ulica, industrijske i kućne potrebe sela i sela - sve je to također veliki potrošač električne energije.

Ogroman dio primljene električne energije pretvara se u mehaničku energiju. Svi mehanizmi koji se koriste u industriji pokreću se električnim motorima. Potrošaca struje ima dovoljno, a ima ih posvuda.

A struja se proizvodi samo na nekoliko mjesta. Postavlja se pitanje prijenosa električne energije, i to na velike udaljenosti. Kod prijenosa na velike udaljenosti dolazi do velikog gubitka snage. Uglavnom, to su gubici zbog zagrijavanja električnih žica.

Prema Joule-Lenzovom zakonu, energija utrošena na grijanje izračunava se po formuli:

električna energija atomski toplinski

Budući da je otpor gotovo nemoguće smanjiti na prihvatljivu razinu, potrebno je smanjiti jačinu struje. Da biste to učinili, povećajte napon. Obično se na stanicama nalaze pojačani generatori, a na kraju dalekovoda opadajući transformatori. I već se od njih energija raspršuje do potrošača.

Potreba za električnom energijom stalno raste. Postoje dva načina da se zadovolji potražnja za povećanom potrošnjom:

1. Izgradnja novih elektrana

2. Korištenje napredne tehnologije.

Učinkovito korištenje električne energije

Prva metoda zahtijeva utrošak velikog broja građevinskih i financijskih sredstava. Za izgradnju jedne elektrane potrebno je nekoliko godina. Uz to, primjerice, termoelektrane troše puno neobnovljivih prirodnih resursa i štete prirodnom okolišu.

Korištenje napredne tehnologije vrlo je pravo rješenje za ovaj problem. Osim toga, treba izbjeći rasipanje energije, a neučinkovito korištenje svesti na minimum.

Hostirano na Allbest.ru

...

Slični dokumenti

Značajke termo i nuklearnih elektrana, hidroelektrana. Prijenos i preraspodjela električne energije, njezino korištenje u industriji, svakodnevnom životu, prometu. Provedba povećanja i smanjenja napona pomoću transformatora.

prezentacija, dodano 12.01.2015


Povijest rađanja energije. Vrste elektrana i njihove karakteristike: termo i hidroelektrane. Alternativni izvori energije. Prijenos električne energije i transformatori. Značajke korištenja električne energije u proizvodnji, znanosti i svakodnevnom životu.

prezentacija, dodano 18.01.2011


Industrijska i alternativna energija. Prednosti i nedostaci hidroelektrana, termo i nuklearnih elektrana. Dobivanje energije bez upotrebe tradicionalnih fosilnih goriva. Učinkovito korištenje energije, ušteda energije.

prezentacija, dodano 15.05.2016


Proizvodnja električne energije. Glavne vrste elektrana. Utjecaj termo i nuklearnih elektrana na okoliš. Izgradnja modernih hidroelektrana. Prednosti plimnih stanica. Postotak tipova elektrana.

prezentacija, dodano 23.03.2015


Opis procesa dobivanja električne energije u termokondenzacijskim elektranama, plinskoturbinskim instalacijama i termoelektranama. Studija uređaja hidrauličnih i akumulacijskih elektrana. Geotermalna energija i energija vjetra.

sažetak, dodan 25.10.2013


Uloga električne energije u proizvodnim procesima u sadašnjoj fazi, način njezine proizvodnje. Opća shema elektroprivrede. Značajke glavnih tipova elektrana: nuklearni, toplinski, hidro i vjetrogeneratori. Prednosti električne energije.

prezentacija, dodano 22.12.2011


Proizvodnja električne energije kao njezina proizvodnja pretvorbom iz drugih vrsta energije, uz pomoć posebnih tehničkih uređaja. Osobine, tehnike i učinkovitost industrijske i alternativne energije. Vrste elektrana.

prezentacija, dodano 11.11.2013


Proizvodnja električne i toplinske energije. Hidraulične elektrane. Korištenje alternativnih izvora energije. Raspodjela električnih opterećenja između elektrana. Prijenos i potrošnja električne i toplinske energije.

tutorial, dodano 19.04.2012


Osnove uštede energije, energetski resursi, proizvodnja, transformacija, prijenos i korištenje različitih vrsta energije. Tradicionalne metode dobivanja toplinske i električne energije. Struktura proizvodnje i potrošnje električne energije.

sažetak, dodan 16.09.2010


Svjetski lideri u proizvodnji nuklearne energije. Klasifikacija nuklearnih elektrana. Princip njihovog djelovanja. Vrste i kemijski sastav nuklearnog goriva i bit dobivanja energije iz njega. Mehanizam lančane reakcije. Pronalaženje urana u prirodi.

Video lekcija 2: Zadaci za izmjeničnu struju

Predavanje: Naizmjenična struja. Proizvodnja, prijenos i potrošnja električne energije

Naizmjenična struja

Naizmjenična struja- to su oscilacije koje mogu nastati u strujnom krugu kao posljedica njegovog spajanja na izvor izmjeničnog napona.

Sve nas okružuje izmjenična struja – prisutna je u svim strujnim krugovima u stanovima, to je izmjenična struja koja se prenosi kroz žice. Međutim, gotovo svi električni uređaji rade na stalnu struju. Zato se na izlazu iz utičnice struja ispravlja i u obliku konstante ide na kućanske aparate.

To je izmjenična struja koju je najlakše primiti i prenijeti na bilo koju udaljenost.

U proučavanju izmjenične struje koristit ćemo sklop u kojem ćemo spojiti otpornik, zavojnicu i kondenzator. U ovom krugu se određuje napon prema zakonu:

Kao što znamo, sinus može biti negativan i pozitivan. Zato vrijednost napona može imati drugačiji smjer. S pozitivnim smjerom strujanja (u smjeru suprotnom od kazaljke na satu) napon je veći od nule, s negativnim smjerom manji je od nule.

Otpornik u krugu

Dakle, razmotrimo slučaj kada je samo otpornik spojen na AC krug. Otpor otpornika naziva se aktivnim. Razmotrit ćemo struju koja u strujnom krugu teče u smjeru suprotnom od kazaljke na satu. U tom će slučaju i struja i napon biti pozitivni.

Da biste odredili jačinu struje u krugu, koristite sljedeću formulu iz Ohmovog zakona:

U ovim formulama ja 0 I U 0 - maksimalne vrijednosti struje i napona. Iz ovoga možemo zaključiti da je maksimalna vrijednost struje jednaka omjeru maksimalnog napona i aktivnog otpora:

Te se dvije veličine mijenjaju u istoj fazi, pa grafovi veličina imaju isti oblik, ali različite amplitude.

Kondenzator u krugu

Zapamtiti! Nemoguće je dobiti istosmjernu struju u krugu gdje se nalazi kondenzator. To je mjesto za prekid toka struje i promjenu njene amplitude. U ovom slučaju, izmjenična struja savršeno teče kroz takav krug, mijenjajući polaritet kondenzatora.

Kada razmatramo takav sklop, pretpostavit ćemo da sadrži samo kondenzator. Struja teče u smjeru suprotnom od kazaljke na satu, odnosno pozitivna je.

Kao što već znamo, napon na kondenzatoru povezan je s njegovom sposobnošću pohranjivanja naboja, odnosno njegovom veličinom i kapacitetom.

Budući da je struja prva derivacija naboja, moguće je odrediti po kojoj se formuli može izračunati pronalaženjem derivacije iz posljednje formule:

Kao što vidite, u ovom slučaju jačina struje je opisana kosinusnim zakonom, dok se vrijednost napona i naboja može opisati sinusnim zakonom. To znači da su funkcije u suprotnoj fazi i da imaju sličan izgled na grafu.

Svi znamo da se kosinusne i sinusne funkcije istog argumenta razlikuju jedna od druge za 90 stupnjeva, pa možemo dobiti sljedeće izraze:

Odavde se maksimalna vrijednost jačine struje može odrediti formulom:

Vrijednost u nazivniku je otpor na kondenzatoru. Taj se otpor naziva kapacitivnim. Nalazi se i označava kako slijedi:

S povećanjem kapacitivnosti, vrijednost amplitude struje opada.

Imajte na umu da je u ovom krugu upotreba Ohmovog zakona prikladna samo kada je potrebno odrediti maksimalnu vrijednost struje; nemoguće je odrediti struju u bilo kojem trenutku prema ovom zakonu zbog fazne razlike između napona i jačine struje.

Namotaj u lancu

Razmotrimo krug u kojem se nalazi zavojnica. Zamislite da nema aktivnog otpora. U ovom slučaju, čini se da ništa ne smije ometati kretanje struje. Međutim, nije. Stvar je u tome da kada struja prolazi kroz zavojnicu, počinje nastajati vrtložno polje, koje sprječava prolaz struje kao rezultat stvaranja struje samoindukcije.

Jačina struje ima sljedeću vrijednost:

Opet, možete vidjeti da se struja mijenja prema kosinusnom zakonu, tako da za ovaj krug vrijedi fazni pomak, što se može vidjeti i na grafikonu:

Stoga maksimalna vrijednost struje:

U nazivniku možemo vidjeti formulu kojom se određuje induktivna reaktancija kruga.

Što je induktivna reaktancija veća, manje je važna amplituda struje.

Zavojnica, otpor i kondenzator u krugu.

Ako su sve vrste otpora istovremeno prisutne u krugu, tada se vrijednost struje može odrediti na sljedeći način, pretvaranjem Ohmov zakon:

Nazivnik se naziva impedancija. Sastoji se od zbroja kvadrata aktivne (R) i reaktancije, a sastoji se od kapacitivnog i induktivnog. Ukupni otpor naziva se "impedancija".

Struja

Nemoguće je zamisliti suvremeni život bez korištenja električnih uređaja koji rade na energiju koju stvara električna struja. Sav tehnološki napredak temelji se na električnoj energiji.

Dobivanje energije iz električne struje ima ogroman broj prednosti:

1. Električnu energiju je relativno lako proizvesti, budući da diljem svijeta postoje milijarde elektrana, generatora i drugih uređaja za proizvodnju električne energije.

2. Moguće je prenijeti električnu energiju na velike udaljenosti u kratkom vremenu i bez značajnijih gubitaka.

3. Moguće je pretvarati električnu energiju u mehaničku, svjetlosnu, unutarnju i druge oblike.

Proizvodnja električne energije u svijetu danas igra veliku ulogu. To je srž državnog gospodarstva svake zemlje. Godišnje se ulažu ogromne svote novca u proizvodnju i korištenje električne energije i s tim povezana znanstvena istraživanja. U svakodnevnom životu stalno se susrećemo s njegovim djelovanjem, stoga bi moderna osoba trebala imati predodžbu o glavnim procesima njegove proizvodnje i potrošnje.

Kako se dobiva električna energija

Proizvodnja električne energije vrši se iz drugih njezinih vrsta uz pomoć posebnih uređaja. Na primjer, iz kinetičke. Za to se koristi generator - uređaj koji pretvara mehanički rad u električnu energiju.

Druge postojeće metode za njegovu proizvodnju su, na primjer, pretvorba zračenja svjetlosnog raspona fotoćelijama ili solarnom baterijom. Ili proizvodnju električne energije kemijskom reakcijom. Ili iskoristite potencijal radioaktivnog raspada ili rashladne tekućine.

Proizvodi se u elektranama, koje su hidrauličke, nuklearne, termalne, solarne, vjetroelektrane, geotermalne itd. Uglavnom, svi rade po istoj shemi - zbog energije primarnog nosača određeni uređaj stvara mehaničku (rotacijsku energiju), koja se zatim prenosi na poseban generator, gdje se stvara električna struja.

Glavne vrste elektrana

Proizvodnja i distribucija električne energije u većini zemalja odvija se izgradnjom i radom termoelektrana – termoelektrana. Za njihov rad potrebna je velika zaliha organskog goriva za koje su uvjeti iz godine u godinu sve teži, a cijena sve veća. Koeficijent korisnog povrata goriva u termoelektranama nije previsok (unutar 40%), a veliki je i broj ekološki onečišćenog otpada.

Svi ovi čimbenici smanjuju izglede takve metode proizvodnje.

Najekonomičnija je proizvodnja električne energije u hidroelektranama (HE). Njihova učinkovitost doseže 93%, trošak od 1 kW / h je pet puta jeftiniji od ostalih metoda. Prirodni izvor energije takvih stanica je praktički neiscrpan, broj zaposlenih je minimalan, a njima je lako upravljati. Naša zemlja je priznati lider u razvoju ove industrije.

Nažalost, tempo razvoja ograničen je ozbiljnim troškovima i dugim razdobljima izgradnje hidroelektrana povezanih s njihovom udaljenošću od velikih gradova i autocesta, sezonskim režimom rijeka i teškim uvjetima rada.

Osim toga, divovske akumulacije pogoršavaju ekološku situaciju - poplavljuju dragocjeno zemljište oko akumulacija.

Korištenje atomske energije

U današnje vrijeme proizvodnju, prijenos i korištenje električne energije provode nuklearne elektrane - nuklearne elektrane. Oni su raspoređeni gotovo po istom principu kao i toplinski.

Njihova glavna prednost je mala potrebna količina goriva. Kilogram obogaćenog urana po svojoj je produktivnosti ekvivalentan 2,5 tisuća tona ugljena. Zato se nuklearne elektrane teoretski mogu graditi na bilo kojem području, bez obzira na dostupnost obližnjih izvora goriva.

Trenutno su rezerve urana na planetu puno veće od mineralnog goriva, a utjecaj nuklearnih elektrana na okoliš je minimalan, pod uvjetom da rade bez nesreća.

Ogroman i ozbiljan nedostatak nuklearnih elektrana je vjerojatnost strašne nesreće s nepredvidivim posljedicama, zbog čega su potrebne vrlo ozbiljne sigurnosne mjere za njihov nesmetan rad. Osim toga, proizvodnju električne energije u nuklearnim elektranama teško je regulirati - i za njihovo pokretanje i za potpuno gašenje trebat će nekoliko tjedana. A tehnologije za zbrinjavanje opasnog otpada praktički ne postoje.

Što je električni generator

Proizvodnja i prijenos električne energije moguć je zahvaljujući električnom generatoru. Ovo je uređaj za pretvaranje bilo koje vrste energije (toplinske, mehaničke, kemijske) u električnu energiju. Princip njegovog rada temelji se na procesu elektromagnetske indukcije. EMF se inducira u vodiču koji se kreće u magnetskom polju, prelazi njegove magnetske linije sile. Dakle, vodič može poslužiti kao izvor električne energije.

Osnova svakog generatora je sustav elektromagneta koji tvore magnetsko polje i vodiča koji ga križaju. Većina alternatora temelji se na korištenju rotacijskog magnetskog polja. Njegov fiksni dio naziva se stator, a pokretni dio naziva se rotor.

Koncept transformatora

Transformator - elektromagnetski statički uređaj dizajniran za pretvaranje jednog strujnog sustava u drugi (sekundarni) pomoću elektromagnetska indukcija.

Prve transformatore 1876. predložio je P. N. Yablochkov. Godine 1885. mađarski su znanstvenici razvili industrijske jednofazne uređaje. Godine 1889.-1891. izumljen trofazni transformator.

Najjednostavniji jednofazni transformator sastoji se od čelične jezgre i para namota. Služe za distribuciju i prijenos električne energije, jer ju generatori elektrana proizvode na naponu od 6 do 24 kW. Povoljno ga je prenositi na visokim vrijednostima (od 110 do 750 kW). Da biste to učinili, u elektranama se instaliraju pojačani transformatori.

Kako se koristi električna energija

Njegov lavovski udio ide za opskrbu električnom energijom industrijskih poduzeća. Proizvodnja troši do 70% ukupne električne energije proizvedene u zemlji. Ova brojka značajno varira za pojedine regije, ovisno o klimatskim uvjetima i stupnju industrijskog razvoja.

Druga stavka rashoda je opskrba električnog prijevoza. Trafostanice gradskog, međugradskog, industrijskog električnog prometa na istosmjernu struju rade iz elektroenergetskih mreža EPS-a. Za transport na izmjeničnu struju koriste se padajuće trafostanice koje također troše energiju elektrana.

Drugi sektor potrošnje električne energije je opskrba kućanstvima. Potrošači su ovdje zgrade stambenih naselja bilo kojeg naselja. To su kuće i stanovi, poslovne zgrade, trgovine, ustanove obrazovanja, znanosti, kulture, zdravstva, javne prehrane itd.

Kako je prijenos električne energije

Proizvodnja, prijenos i korištenje električne energije tri su stupa industrije. Štoviše, prijenos primljene snage na potrošače je najteži zadatak.

Ona “putuje” uglavnom putem dalekovoda – nadzemnih dalekovoda. Iako se kabelske linije sve više koriste.

Električnu energiju proizvode moćne jedinice divovskih elektrana, a njezini su potrošači relativno mali prijamnici razasuti po golemom teritoriju.

Postoji tendencija koncentriranja kapaciteta zbog činjenice da se njihovim povećanjem smanjuju relativni troškovi izgradnje elektrana, a posljedično i trošak dobivenog kilovat-sata.

Jedinstveni energetski kompleks

Brojni čimbenici utječu na odluku o lociranju velike elektrane. To su vrsta i količina raspoloživih resursa, dostupnost prijevoza, klimatski uvjeti, uključenost u jedinstveni energetski sustav itd. Najčešće se elektrane grade daleko od velikih centara potrošnje energije. Učinkovitost njegovog prijenosa na značajne udaljenosti utječe na uspješan rad jednog energetskog kompleksa ogromnog teritorija.

Proizvodnja i prijenos električne energije moraju se odvijati uz minimalne gubitke, a glavni razlog je zagrijavanje žica, tj. povećanje unutarnje energije vodiča. Da bi se održala snaga koja se prenosi na velike udaljenosti, potrebno je proporcionalno povećati napon i smanjiti jačinu struje u žicama.

Što je dalekovod

Matematički proračuni pokazuju da je količina gubitaka u žicama za grijanje obrnuto proporcionalna kvadratu napona. Zato se električna energija prenosi na velike udaljenosti pomoću dalekovoda – visokonaponskih dalekovoda. Između njihovih žica, napon se izračunava u desecima, a ponekad i stotinama tisuća volti.

Elektrane smještene jedna uz drugu kombiniraju se u jedan elektroenergetski sustav upravo uz pomoć dalekovoda. Proizvodnja električne energije u Rusiji i njezin prijenos odvijaju se kroz centraliziranu energetsku mrežu, koja uključuje ogroman broj elektrana. Jedinstveno upravljanje sustavom jamči stalnu opskrbu potrošača električnom energijom.

Malo povijesti

Kako je nastala jedinstvena električna mreža u našoj zemlji? Pokušajmo pogledati u prošlost.

Do 1917. proizvodnja električne energije u Rusiji odvijala se nedovoljnim tempom. Zemlja je zaostajala za svojim razvijenim susjedima, što je negativno utjecalo na gospodarstvo i obrambenu sposobnost.

Nakon Listopadske revolucije, projekt za elektrifikaciju Rusije izradila je Državna komisija za elektrifikaciju Rusije (skraćeno GOELRO), na čelu s G. M. Krzhizhanovsky. S njom je surađivalo više od 200 znanstvenika i inženjera. Kontrolu je provodio osobno V. I. Lenjin.

Godine 1920. pripremljen je "Plan elektrifikacije RSFSR-a", dizajniran za 10-15 godina. Obuhvaćao je obnovu starog energetskog sustava i izgradnju 30 novih elektrana opremljenih suvremenim turbinama i kotlovima. Glavna ideja plana je korištenje divovskih domaćih hidroenergetskih resursa. Planirana je elektrifikacija i radikalna obnova cjelokupnog narodnog gospodarstva. Naglasak je stavljen na rast i razvoj teške industrije u zemlji.

Poznati GOERLO plan

Počevši od 1947. SSSR je postao prvi u Europi i drugi u svijetu koji je proizvodio električnu energiju. Zahvaljujući GOELRO planu cjelokupno domaće gospodarstvo formirano je u najkraćem mogućem roku. Proizvodnja i potrošnja električne energije u zemlji dostigla je kvalitativno novu razinu.

Ispunjenje planiranog postalo je moguće zahvaljujući kombinaciji nekoliko važnih čimbenika odjednom: visoke razine znanstvenog osoblja u zemlji, materijalnog potencijala Rusije sačuvanog iz predrevolucionarnih vremena, centralizacije političke i ekonomske moći, sposobnosti ruski narod da vjeruje u "vrhove" i utjelovljuje proklamirane ideje.

Plan je dokazao učinkovitost sovjetskog sustava centralizirane vlasti i državne uprave.

Planirajte ishode

1935. dovršen je i preispunjen usvojeni program. Izgrađeno je 40 elektrana umjesto planiranih 30, a u rad je pušteno gotovo tri puta više kapaciteta nego što je bilo predviđeno planom. Izgrađeno je 13 elektrana snage po 100 tisuća kW. Ukupni kapacitet ruskih HE bio je oko 700.000 kW.

Tijekom tih godina izgrađeni su najveći objekti od strateškog značaja, poput svjetski poznate hidroelektrane Dnjepar. Po ukupnim pokazateljima, Jedinstveni sovjetski energetski sustav nadmašio je slične sustave najrazvijenijih zemalja Novog i Starog svijeta. Proizvodnja električne energije u europskim zemljama tih je godina znatno zaostajala za pokazateljima SSSR-a.

Ruralni razvoj

Ako prije revolucije u ruskim selima praktički nije bilo struje (male elektrane koje su instalirali veliki zemljoposjednici se ne računaju), onda je provedbom plana GOELRO, zahvaljujući korištenju električne energije, poljoprivreda dobila novi poticaj razvoju . Elektromotori su se pojavili u mlinovima, pilanama, strojevima za čišćenje žitarica, što je pridonijelo modernizaciji industrije.

Osim toga, struja je čvrsto ušla u život građana i seljana, doslovno izvlačeći "mračnu Rusiju" iz mraka.